●單夢(mèng)悅 胡永斌 楊傳文

從本質(zhì)上講，F(xiàn)acebook(或Meta)描述的元宇宙的概念就是擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)(Extend Reality，XR)。扎克伯格(Iuckerberg)認(rèn)為，元宇宙是一個(gè)基于XR的“具身化互聯(lián)網(wǎng)”(Embodied Internet)，其具有的臨場(chǎng)感、虛擬化身、瞬間移動(dòng)、虛擬商品、自然交互等重要特征使得人們可以走進(jìn)這個(gè)虛擬空間體驗(yàn)它。[1]基于擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)的教育元宇宙受到普遍重視，它最明顯的優(yōu)點(diǎn)就是可以為課堂提供一種沉浸式的教學(xué)互動(dòng)場(chǎng)景，并同時(shí)滿足物理世界和虛擬世界中的教與學(xué)需求。[2]教育元宇宙為后疫情時(shí)代的教育提供了潛在的新途徑，沉浸式學(xué)習(xí)加速演化。沉浸式學(xué)習(xí)研究網(wǎng)絡(luò)(Immersive Learning Research Network，iLRN)成立于2014年，旨在研究沉浸式學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)理論、技術(shù)前沿以及應(yīng)用潛力，即元宇宙時(shí)代的學(xué)習(xí)理論(沉浸式學(xué)習(xí)理論)和核心技術(shù)(XR技術(shù))。迄今，iLRN已在北美和歐洲等多個(gè)國(guó)家連續(xù)舉辦八屆國(guó)際研討會(huì)，主題覆蓋沉浸式技術(shù)和系統(tǒng)、認(rèn)知和教學(xué)分析、學(xué)習(xí)和培訓(xùn)應(yīng)用、游戲化學(xué)習(xí)以及展望未來(lái)的創(chuàng)新等。iLRN“XR和沉浸式學(xué)習(xí)項(xiàng)目(The State of XR &Immersive Learning Project)”通過(guò)定期調(diào)查XR和沉浸式學(xué)習(xí)圖景，確定最有效的技術(shù)應(yīng)用、教學(xué)方式和其他創(chuàng)新，以推進(jìn)XR和沉浸式學(xué)習(xí)相關(guān)的研究和實(shí)踐，并支持K-12到高等教育以及工作場(chǎng)所和終身學(xué)習(xí)的整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。2022年2月17日，項(xiàng)目發(fā)布了首份《擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)與沉浸學(xué)習(xí)發(fā)展報(bào)告》(State of XR &Immersive Learning Report)?；诖?，本文深度解讀《擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)與沉浸學(xué)習(xí)發(fā)展報(bào)告》(以下簡(jiǎn)稱《報(bào)告》)，了解當(dāng)前XR和沉浸式學(xué)習(xí)的最新進(jìn)展，以促進(jìn)未來(lái)教與學(xué)方式的變革，為教育元宇宙促進(jìn)學(xué)習(xí)、提升教育質(zhì)量等學(xué)術(shù)研究和教育實(shí)踐提供參考。

一、報(bào)告框架

《報(bào)告》著眼于未來(lái)教育發(fā)展，由iLRN、美國(guó)高等教育信息化協(xié)會(huì)(EDUCAUSE)、學(xué)校網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(CoSN)等共同完成。100多位教育工作者、教育領(lǐng)導(dǎo)者、研究者、技術(shù)專家及其他學(xué)習(xí)領(lǐng)域的人士組成全球?qū)＜倚〗M，通過(guò)四個(gè)月的在線討論、撰寫形成該《報(bào)告》，框架如下圖所示。在此期間，專家小組以三個(gè)主要研究問(wèn)題為核心開(kāi)展了連續(xù)三輪的調(diào)研與對(duì)話，并最終以組內(nèi)投票的方式確定了《報(bào)告》主題，即：(1)沉浸式學(xué)習(xí)的潛在領(lǐng)域；(2)XR技術(shù)的主要障礙；(3)學(xué)與教變革的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

首先，XR與元宇宙戰(zhàn)略家、紐約新學(xué)院XR和HCI創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室主任瑪雅·格奧爾基耶娃(Maya Georgieva)報(bào)告了未來(lái)3年內(nèi)XR促進(jìn)學(xué)習(xí)的七個(gè)潛在領(lǐng)域：促進(jìn)真實(shí)學(xué)習(xí)體驗(yàn)、激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)造能力、在學(xué)習(xí)中融合沉浸式敘事、在STEM中整合沉浸式學(xué)習(xí)、利用社交虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)促進(jìn)協(xié)作、創(chuàng)設(shè)沉浸式混合現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)空間與實(shí)驗(yàn)室及開(kāi)發(fā)未來(lái)勞動(dòng)者的能力。其次，喬治城大學(xué)高級(jí)學(xué)者布萊恩·亞歷山大(Bryan Alexander)闡述了技術(shù)采用時(shí)在訪問(wèn)、經(jīng)濟(jì)、互操作性、教師、教育內(nèi)容和基礎(chǔ)設(shè)施等方面的六大障礙。最后，基于XR與相關(guān)技術(shù)融合的廣闊生態(tài)系統(tǒng)，Digital Bodies聯(lián)合創(chuàng)始人、ShapingEDU項(xiàng)目創(chuàng)新者埃默里·克雷格(Emory Craig)探討了催化發(fā)展的核心技術(shù)：XR資源、觸覺(jué)反饋和感官接口、體積捕捉和動(dòng)作傳感、游戲、人工智能以及基于循證的XR學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，以了解其改變學(xué)與教的潛力，促進(jìn)未來(lái)教育的發(fā)展。

二、教育元宇宙的潛在領(lǐng)域：沉浸式學(xué)習(xí)的需求和機(jī)遇

(一)促進(jìn)真實(shí)學(xué)習(xí)體驗(yàn)

《Learning in Virtual Worlds》[3]第六章中，海倫·法利(Helen Farley)總結(jié)了眾多學(xué)者的研究，提出真實(shí)性學(xué)習(xí)的十個(gè)本質(zhì)特征：現(xiàn)實(shí)相關(guān)性、學(xué)生定義任務(wù)、學(xué)生完成任務(wù)、學(xué)生從不同視角檢查任務(wù)、提供協(xié)作、提供反思、提供評(píng)價(jià)、跨學(xué)科整合應(yīng)用、創(chuàng)造產(chǎn)品、競(jìng)爭(zhēng)性解決方案和多樣化結(jié)果。但是，為學(xué)習(xí)者提供符合上述特征的體驗(yàn)一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。隨著XR教育用例和應(yīng)用程序跨學(xué)科發(fā)展，設(shè)計(jì)要素和功能以促進(jìn)元宇宙中的學(xué)習(xí)體驗(yàn)備受關(guān)注。如，STRIVR《沉浸式學(xué)習(xí)終極指南》強(qiáng)調(diào)感知和情感上的保真讓人在虛擬世界中保持臨場(chǎng)感，能夠面對(duì)挑戰(zhàn)、做出決策并體驗(yàn)結(jié)果，這對(duì)于知識(shí)保留和遷移至關(guān)重要。[4]因此，XR技術(shù)和沉浸式學(xué)習(xí)可作為學(xué)習(xí)者有意義體驗(yàn)的新型杠桿。

(二)激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)造能力

西蒙·派珀特(Simon Piper)的建構(gòu)主義觀認(rèn)為，直接參與到一種現(xiàn)象去創(chuàng)造學(xué)習(xí)，可以引起對(duì)該現(xiàn)象更深層次的理解。他還提出，應(yīng)使用計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序幫助學(xué)生探索和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)中的微觀世界，激勵(lì)批判性思維的發(fā)展。XR賦予學(xué)生快速創(chuàng)造、協(xié)作、共享和原型的“超能力”，以及可視化、構(gòu)建具身和假設(shè)測(cè)驗(yàn)場(chǎng)景的能力。2020年，VR/AR全球峰會(huì)學(xué)生競(jìng)賽中，紐約新學(xué)院阿克尚什·喬杜里(Akshansh Chaudhary)的VR體驗(yàn)作品獲獎(jiǎng)并獲名“空間性(Spatiality)”，展示了學(xué)生使抽象聯(lián)系變得有形的創(chuàng)新能力。[5]教育元宇宙正在激發(fā)學(xué)習(xí)者作為創(chuàng)意設(shè)計(jì)師和制造者的能力，這也將引領(lǐng)他們創(chuàng)造出有意義的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。教育元宇宙構(gòu)建的教學(xué)世界將充分實(shí)現(xiàn)派珀特的理想。

(三)在學(xué)習(xí)者融合沉浸式敘事

XR具有精確模擬仿真的潛力，但XR的全部潛力將利用人們對(duì)敘事的需求，以一種跨學(xué)科方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。WITHIN聯(lián)合創(chuàng)始人克里斯·米爾克(Chris Milk)將XR和沉浸學(xué)習(xí)視為“一種媒介的基礎(chǔ)，而此媒介可能比電影、戲劇、文學(xué)以及將人們聯(lián)系起來(lái)的任何其他媒介都更強(qiáng)大”[6]。英國(guó)伯明翰大學(xué)Virtual Mayflower項(xiàng)目采用多種XR技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)教育“靈境”，并支持虛擬化身間的教育互動(dòng)，這一融合多學(xué)科的“發(fā)現(xiàn)之旅”使學(xué)生真實(shí)參與到歷史故事和文化交流中。K-12和高等教育的很多項(xiàng)目跨越了學(xué)科界限，沉浸式體驗(yàn)在促進(jìn)人類共鳴方面的潛力為元宇宙提供了獨(dú)特的機(jī)遇。教育是元宇宙最重要的場(chǎng)景，顯示出其促進(jìn)教育實(shí)踐多樣性、公平性和包容性的力量。

(四)在STEM中整合沉浸學(xué)習(xí)

XR的趨勢(shì)標(biāo)志著一種新型的范式轉(zhuǎn)變：從物理或平面式仿真過(guò)渡到沉浸式、具身場(chǎng)景和環(huán)境。很多示例展示出XR技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)者STEM教育體驗(yàn)的深刻影響，如Veative、zSpace等公司為K-12教育提供全套XR科學(xué)仿真設(shè)備、Dreamscape Immersive和ASU合作的STEM及其他學(xué)科的線下線上課程XR體驗(yàn)、賓夕法尼亞州立大學(xué)的虛擬生態(tài)森林[7]等。元宇宙中的STEM仿真可以通過(guò)自適應(yīng)學(xué)習(xí)和重復(fù)練習(xí)，從而進(jìn)行游戲化。總之，數(shù)字環(huán)境中的沉浸感至少可以在三個(gè)方面促進(jìn)教育：多角度、情境學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)遷移。[8]以上示例展示了教育元宇宙強(qiáng)化STEM學(xué)習(xí)的方法，在不久的將來(lái)，與STEM相關(guān)的教育機(jī)會(huì)將繼續(xù)在各學(xué)科和眾領(lǐng)域中增加。

(五)利用社交虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)促進(jìn)協(xié)作

從Ivan Sutherland創(chuàng)造出第一款VR頭顯到2012年Oculus Rift的出現(xiàn)，XR基本上是一種單用戶體驗(yàn)。雖然Second Life以來(lái)出現(xiàn)了“沉浸式”環(huán)境，但這些平臺(tái)仍基于平面屏幕，并非真正的元宇宙體驗(yàn)。早期社交虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)出現(xiàn)在2015-2016年，在簡(jiǎn)單功能下提供服務(wù)。今天，廣泛的沉浸式社交XR平臺(tái)可以滿足從社交網(wǎng)絡(luò)(如VRChat)到科學(xué)研究(如Nanome)的各種需求。因此，XR作為一個(gè)社交和協(xié)作型企業(yè)，為各種各樣的學(xué)習(xí)帶來(lái)新希望。完全沉浸式的Engage、AltSpace和Spatial等平臺(tái)以及Virbela、FrameVR和Mozilla Hubs等元宇宙空間已成為大學(xué)在教學(xué)、學(xué)習(xí)以及社交等活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境的途徑。

(六)創(chuàng)設(shè)沉浸式混合現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)空間與實(shí)驗(yàn)室

混合現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)空間和實(shí)驗(yàn)室已在K-12和高等教育中快速發(fā)展，一些大學(xué)將它們納入現(xiàn)有的創(chuàng)客空間、圖書(shū)館和開(kāi)放區(qū)域，部分大學(xué)著手建立專門的VR/AR實(shí)驗(yàn)室。新冠肺炎疫情加速了各大學(xué)為教學(xué)活動(dòng)探索教育元宇宙的步伐，以達(dá)到支持遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、創(chuàng)設(shè)社交虛擬現(xiàn)實(shí)空間、提供3D創(chuàng)意工具的目的。遠(yuǎn)程教學(xué)中對(duì)數(shù)字工具、課程管理、實(shí)踐體驗(yàn)以及師生互動(dòng)的需要，可以通過(guò)XR技術(shù)得到理想的支持效果。迪肯大學(xué)VR實(shí)驗(yàn)室、Microsoft Zurich、Facebook Reality Labs(FRL)等XR實(shí)驗(yàn)室為未來(lái)研究提供了思路。隨著XR技術(shù)的成熟，未來(lái)幾年，元宇宙中混合現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室將會(huì)激增。

(七)開(kāi)發(fā)未來(lái)勞動(dòng)者的能力

K-12和高等教育都面臨重塑自我以滿足日益增長(zhǎng)的創(chuàng)新型、敏捷型勞動(dòng)力的需求。新的工作類別將部分或全部取代其他工作，新職業(yè)的技能要求將在大多數(shù)行業(yè)發(fā)生變化，并改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞胶凸ぷ鞯攸c(diǎn)。[9]為滿足按需培訓(xùn)的需求，XR已被企業(yè)迅速采用，如STRIVR利用沉浸式體驗(yàn)和行為科學(xué)來(lái)提高員工的敬業(yè)度、保留率和安全。醫(yī)療保健行業(yè)也在開(kāi)展軟技能培訓(xùn)，如MPathic使用虛擬人物來(lái)幫助醫(yī)療人員和實(shí)習(xí)生學(xué)習(xí)如何在提供護(hù)理時(shí)理解語(yǔ)言和非語(yǔ)言信息。隨著XR的快速發(fā)展，觸覺(jué)反饋和人工智能等技術(shù)創(chuàng)建的深度逼真模擬。

三、教育元宇宙的主要障礙：沉浸式技術(shù)的采用和挑戰(zhàn)

(一)訪問(wèn)可用性

以用戶能夠使用的方式將其與技術(shù)聯(lián)系起來(lái)是技術(shù)采用的基本障礙，通常由法律和企業(yè)供應(yīng)鏈中造成。如，部分頭顯和XR軟件對(duì)不同地區(qū)來(lái)說(shuō)遙不可及，Oculus Quest 2在中國(guó)不可用，一些中國(guó)供應(yīng)商提供的XR技術(shù)在美國(guó)和歐洲不可用。另外，作為一項(xiàng)新興技術(shù)，預(yù)測(cè)產(chǎn)品需求往往具有挑戰(zhàn)性，如HoloLens和Oculus Quest頭顯因需求超出預(yù)期而供不應(yīng)求。一旦可用，配置技術(shù)以最大化用戶可用性是擴(kuò)散的主要難關(guān)之一。XR許多軟硬件仍無(wú)法為各種殘疾人所用，具體來(lái)說(shuō)，媒體主要是視覺(jué)的，視障者無(wú)法使用；對(duì)于聽(tīng)障者，XR音頻不可用。目前，使用沉浸式技術(shù)為用戶設(shè)計(jì)不同呈現(xiàn)方式的無(wú)障礙訪問(wèn)極其復(fù)雜。隨著教育元宇宙應(yīng)用的擴(kuò)展，解決這些問(wèn)題的必要性將相應(yīng)增加。

(二)經(jīng)濟(jì)可用性

許多虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其產(chǎn)品都是昂貴的，大多數(shù)頭顯售價(jià)數(shù)百乃至數(shù)千美元。專家小組喬治·巴卡-阿科斯塔(Jorge Bacca-Acosta)指出：這一問(wèn)題具有國(guó)際層面，在一些發(fā)展中國(guó)家，VR頭顯或AR眼鏡等設(shè)備成本非常高，相關(guān)機(jī)構(gòu)沒(méi)有足夠的預(yù)算購(gòu)買，少數(shù)負(fù)擔(dān)得起這些設(shè)備的大學(xué)主要用于科學(xué)研究，因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中使用這些技術(shù)的機(jī)會(huì)并不多。此外，其他基礎(chǔ)設(shè)施成本如計(jì)算機(jī)硬件、高性能PC、網(wǎng)絡(luò)帶寬等也是教育元宇宙亟須突破的難關(guān)。經(jīng)濟(jì)上限制了XR技術(shù)在學(xué)校的使用，并可能加深國(guó)家之間的數(shù)字鴻溝。

(三)互操作性

從基本的網(wǎng)頁(yè)和API到pdf、html5和mp3等格式，用戶可以在數(shù)字世界中找到基于互操作性和共享標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容和服務(wù)。而XR的大部分內(nèi)容都被鎖定在某些硬件、軟件和商業(yè)結(jié)構(gòu)中，由于安全性、缺乏標(biāo)準(zhǔn)和商業(yè)模式等原因，這一封閉的生態(tài)系統(tǒng)會(huì)在不同程度上減少或禁止數(shù)據(jù)移動(dòng)和訪問(wèn)。因此，從2D到3D技術(shù)的轉(zhuǎn)變是一個(gè)飛躍，尤其在通過(guò)元宇宙實(shí)現(xiàn)數(shù)字化具身活動(dòng)的媒體需求極其強(qiáng)烈的情況下，大量的創(chuàng)新、發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)可能先于標(biāo)準(zhǔn)和互操作性的發(fā)展。目前，XR協(xié)會(huì)開(kāi)發(fā)者入門指南、IEEE ARLEM標(biāo)準(zhǔn)等有助于提高XR互操作性，實(shí)現(xiàn)XR技術(shù)互操作性仍任重道遠(yuǎn)。

(四)教師培訓(xùn)不足

2018年，EDUCAUSE報(bào)告指出：“校園早期采用者會(huì)自學(xué)使用3D技術(shù)，但許多用戶需要支持服務(wù)才能使用。3D技術(shù)培訓(xùn)課程和研討會(huì)能夠突破早期采用者的稀有圈子，在校內(nèi)獲得廣泛支持與關(guān)注?！背夹g(shù)采用，教育工作者還需要教學(xué)法和教學(xué)設(shè)計(jì)支持。社交媒體和在線論壇等形式的在線同伴支持正在萌芽，XR在線活動(dòng)也能幫助教育工作者，如iLRN在Virbela Virtual Campus中舉辦有關(guān)XR教育的虛擬世界會(huì)議。此外，高等教育已開(kāi)始提供XR支持的研究生課程，如加利福尼亞州立大學(xué)北嶺分校設(shè)立教學(xué)設(shè)計(jì)碩士學(xué)位，專注于XR、沉浸式游戲和仿真。因此，探索基于元宇宙構(gòu)建的課程，能夠更好地為教育實(shí)踐做準(zhǔn)備。

(五)教育內(nèi)容缺乏

與任何新興技術(shù)一樣，教育工作者需深思如何為XR創(chuàng)建教育用途的內(nèi)容。與創(chuàng)作任何教育材料一樣，出版商需要?jiǎng)?chuàng)作時(shí)間，完成下一步加工需要員工具備專業(yè)技能，如技術(shù)、學(xué)科知識(shí)、知識(shí)評(píng)估等能力以及對(duì)受眾的了解。事實(shí)上，關(guān)于XR的發(fā)展速度，商業(yè)培訓(xùn)將比教育組織更快。因此，元宇宙的教育內(nèi)容這一研究領(lǐng)域需要更多關(guān)注。相關(guān)研究中領(lǐng)先的是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其在開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)用途的模擬仿真材料方面已有數(shù)百年的慣例；STEM領(lǐng)域也在XR開(kāi)發(fā)中處于領(lǐng)先，內(nèi)容可視化是STEM課程的主要課題。此外，博物館、藝術(shù)等領(lǐng)域也存在XR創(chuàng)作。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)里，面向各類學(xué)習(xí)者群體的高質(zhì)量XR內(nèi)容的呼聲將持續(xù)增長(zhǎng)。

(六)基礎(chǔ)設(shè)施匱乏

部署技術(shù)應(yīng)用需要基礎(chǔ)設(shè)施的基線，組織機(jī)構(gòu)必須能夠提供正確的軟硬件和網(wǎng)絡(luò)組合來(lái)處理XR。同樣重要的是人力，要求相關(guān)人員不僅能流暢地使用技術(shù)，還可以將其部署到教育環(huán)境中，解決技術(shù)采用的難題。在低社會(huì)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)村地區(qū)，硬件、流式應(yīng)用程序帶寬、學(xué)生移動(dòng)設(shè)備質(zhì)量和教師數(shù)據(jù)更新頻率等均是亟須解決的難題。總之，XR的使用仍是小規(guī)模的試點(diǎn)或課堂項(xiàng)目，企業(yè)級(jí)或全校范圍的使用很少見(jiàn)，在早期采用階段，需要技術(shù)和人工腳手架才能成長(zhǎng)。

四、教育元宇宙的驅(qū)動(dòng)技術(shù)：學(xué)與教變革的催化與發(fā)展

(一)靈活開(kāi)放的XR資源

通過(guò)學(xué)習(xí)對(duì)象存儲(chǔ)庫(kù)(Learning Object Repository，LOR)訪問(wèn)開(kāi)發(fā)XR內(nèi)容仍是一項(xiàng)基本挑戰(zhàn)。作為一個(gè)新興的實(shí)踐領(lǐng)域，使用XR開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的內(nèi)容通常是一項(xiàng)成本高昂且勞動(dòng)密集的工作。與傳統(tǒng)開(kāi)放教育資源不同，開(kāi)發(fā)完整的XR體驗(yàn)通常需要一個(gè)龐大的團(tuán)隊(duì)，不僅有內(nèi)容專家，還包括軟件工程師、用戶體驗(yàn)專家、場(chǎng)景建模師、2D和3D藝術(shù)家、聲音設(shè)計(jì)師和制作人等。目前，開(kāi)放的XR資源正在多個(gè)領(lǐng)域涌現(xiàn)，包括開(kāi)放存儲(chǔ)庫(kù)、商業(yè)供應(yīng)商、其他非學(xué)術(shù)組織開(kāi)發(fā)的集合及更聚焦的教育項(xiàng)目。值得注意的是，在解決開(kāi)放存儲(chǔ)庫(kù)的需求時(shí)，前瞻性思考至關(guān)重要。

(二)觸覺(jué)反饋和感官接口

XR早期研究側(cè)重于視聽(tīng)輸入，但觸覺(jué)反饋和感官接口能加深臨場(chǎng)感和沉浸體驗(yàn)，因此，這種技術(shù)可能重塑元宇宙在教育中的使用。觸覺(jué)分為被動(dòng)模式和主動(dòng)模式，前者涉及定位低保真現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象與XR中的高保真虛擬對(duì)象的同步。但是，更具開(kāi)創(chuàng)性的研究在主動(dòng)觸覺(jué)領(lǐng)域，即將所有人類感官整合到XR體驗(yàn)中。結(jié)合觸摸和非接觸式(超聲波)技術(shù)的創(chuàng)新型觸覺(jué)反饋開(kāi)發(fā)如西北大學(xué)軟硅無(wú)線貼片[10]、芝加哥大學(xué)正在研究的數(shù)字聯(lián)覺(jué)[11]等。此外，一些研究項(xiàng)目正專注于為元宇宙開(kāi)發(fā)非物理接口，以充分挖掘眼動(dòng)與手部追蹤的巨大潛力。腦機(jī)接口取得長(zhǎng)足進(jìn)步，這一前沿研究將深刻改變觸覺(jué)反饋的實(shí)現(xiàn)，并最終改變我們與技術(shù)的關(guān)系。

(三)體積捕捉和動(dòng)作傳感

在過(guò)去十年里，隨著技術(shù)的進(jìn)步，動(dòng)作捕捉已經(jīng)轉(zhuǎn)移到消費(fèi)者層面，初創(chuàng)公司和高等教育XR實(shí)驗(yàn)室都可以負(fù)擔(dān)得起。當(dāng)前，媒體工作室和大學(xué)中已經(jīng)在使用動(dòng)作捕捉解決方案，如OptiTrack動(dòng)作捕捉平臺(tái)應(yīng)用于世界上第一例AR手術(shù)、VR游戲以及《The Lion King》360度全景視頻的制作。這組技術(shù)的未來(lái)發(fā)展包括高級(jí)化身、實(shí)時(shí)人體跟蹤以及多用戶虛擬空間，F(xiàn)acebook Reality Labs(FRL)正專注于開(kāi)發(fā)高級(jí)化身的開(kāi)創(chuàng)性工作，如復(fù)制人體動(dòng)作、面部表情和眼球運(yùn)動(dòng)，以突破當(dāng)前XR體驗(yàn)和環(huán)境界限。這些發(fā)展將帶來(lái)新的靈活性和開(kāi)發(fā)大型元宇宙場(chǎng)景的選擇權(quán)。

(四)XR與游戲

游戲行業(yè)是元宇宙創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)力之一。該領(lǐng)域的催化發(fā)展有三個(gè)：XR游戲、XR游戲機(jī)制的集成和基于場(chǎng)景的學(xué)習(xí)(Scenario-based Learning，SBL)。正如《The Art of Game Design：A Book of Lenses》一書(shū)杰西·謝爾(Jesse Schell)所言：“適用于棋盤類、紙牌類和運(yùn)動(dòng)類游戲的心理學(xué)基本原理也是制作頂級(jí)視頻游戲的關(guān)鍵。”[12]因此，游戲的力量在于動(dòng)態(tài)地鼓勵(lì)用戶專注、參與并堅(jiān)持關(guān)鍵任務(wù)。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)游戲?yàn)橥婕姨峁┝私巧突?dòng)的功能，而XR使玩家完全沉浸在環(huán)境中，SBL使玩家可以在反映自己真實(shí)經(jīng)驗(yàn)的虛擬環(huán)境中面臨挑戰(zhàn)并解決問(wèn)題，在低成本重復(fù)過(guò)程中練習(xí)并加深記憶。

(五)XR與人工智能

與所有范式轉(zhuǎn)換型技術(shù)發(fā)展一樣，XR最重要的價(jià)值在于與其他技術(shù)進(jìn)行融合，尤其是人工智能(AI)。這將深刻影響虛擬環(huán)境的生成方式、高級(jí)化身的使用以及用戶體驗(yàn)的數(shù)據(jù)收集和分析。將AI應(yīng)用于XR環(huán)境的創(chuàng)建和傳送的相關(guān)研究正在進(jìn)行中，以解決高分辨率渲染問(wèn)題。另一用途是人工智能驅(qū)動(dòng)的化身(具身人工智能)和虛擬助手，如Soul Machines高級(jí)化身、Magic Leap全息助手。最后，AI應(yīng)用于分析數(shù)據(jù)密集型XR環(huán)境對(duì)于未來(lái)開(kāi)發(fā)自適應(yīng)、個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)至關(guān)重要，但XR和AI的融合可能會(huì)在未經(jīng)用戶知情同意的情況下收集數(shù)據(jù)，其引發(fā)的隱私問(wèn)題不容忽視。

(六)基于循證的XR學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

XR給用戶——技術(shù)關(guān)系帶來(lái)范式轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)不會(huì)無(wú)縫轉(zhuǎn)入虛擬領(lǐng)域，有關(guān)認(rèn)知心理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)發(fā)展的研究需要在學(xué)習(xí)環(huán)境中得到更廣泛的應(yīng)用。隨著XR在醫(yī)學(xué)和STEM學(xué)科中的使用迅速擴(kuò)大，基于循證的XR學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)將在該領(lǐng)域首先得到成熟發(fā)展。XR學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)得益于醫(yī)療保健領(lǐng)域使用的問(wèn)題解決法，包括培養(yǎng)探究精神、提出問(wèn)題、尋找證據(jù)、評(píng)估證據(jù)、證據(jù)與學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)相結(jié)合、監(jiān)測(cè)和評(píng)估結(jié)果、發(fā)布和傳播結(jié)果等七個(gè)階段。高等教育XR設(shè)計(jì)也正在開(kāi)展。此外，就如何測(cè)量教育元宇宙中手勢(shì)的有效性以支持具身學(xué)習(xí)的系列研究也已開(kāi)展。

五、啟示與借鑒

(一)賦能教育教學(xué)創(chuàng)新，開(kāi)辟元宇宙教育新方向

教育元宇宙的學(xué)習(xí)理論與核心技術(shù)在高等教育和K-12教育教學(xué)創(chuàng)新方面表現(xiàn)出重大價(jià)值，新冠肺炎疫情加速了全球范圍內(nèi)各大學(xué)、組織機(jī)構(gòu)探索虛擬學(xué)習(xí)和增強(qiáng)學(xué)習(xí)的進(jìn)程。緊抓教育元宇宙機(jī)遇，在各類教育應(yīng)用場(chǎng)景中推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量提升勢(shì)在必行[13]。高具身、強(qiáng)交互、沉浸性等真實(shí)學(xué)習(xí)體驗(yàn)將助力教育元宇宙發(fā)展成為智慧型學(xué)習(xí)平臺(tái)、沉浸課程、虛擬學(xué)校、孿生校園和開(kāi)放大學(xué)等形態(tài)，作為五種創(chuàng)新型教育應(yīng)用模式，在全新的場(chǎng)域中為教育教學(xué)系統(tǒng)提供高質(zhì)量課程及教學(xué)服務(wù)，同時(shí)，能夠達(dá)到提升校園數(shù)字化服務(wù)能力的目標(biāo)。教育元宇宙是元宇宙最重要的應(yīng)用場(chǎng)景，在各種創(chuàng)新應(yīng)用中，促進(jìn)未來(lái)教育發(fā)展、教學(xué)質(zhì)量提升是其價(jià)值性的關(guān)鍵度量。

(二)構(gòu)建具身學(xué)習(xí)環(huán)境，把握沉浸式學(xué)習(xí)新機(jī)遇

場(chǎng)景學(xué)習(xí)的發(fā)展能夠促進(jìn)教育改革[14]，文中提到的基于場(chǎng)景的學(xué)習(xí)融合了游戲動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)，通過(guò)構(gòu)建高具身的循證學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)習(xí)者沉浸在教育元宇宙中，動(dòng)態(tài)地鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者專注于當(dāng)前事件、參與挑戰(zhàn)和解決問(wèn)題。此類具身學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建需要搭載沉浸式平臺(tái)如AltSpace、Spatial、Virbela等，采用觸覺(jué)反饋、感官接口技術(shù)整合人類所有感官體驗(yàn)加深臨場(chǎng)感，采用體積捕捉、動(dòng)作傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)高級(jí)化身、人體跟蹤并創(chuàng)建多用戶虛擬體驗(yàn)空間等。最主要的是，教育元宇宙中具身學(xué)習(xí)的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了教育過(guò)程的形式和內(nèi)容，它還將改變開(kāi)展科學(xué)研究的方式，以及如何設(shè)計(jì)和構(gòu)建滿足未來(lái)社會(huì)需求的循證學(xué)習(xí)環(huán)境?？梢灶A(yù)知，沉浸式學(xué)習(xí)的前景是它提供了一個(gè)前所未有的機(jī)會(huì)去做以前教育者如約翰·杜威只能夢(mèng)想的事情：將人類體驗(yàn)的方方面面帶入學(xué)習(xí)環(huán)境。

(三)拓寬可使用工具集，創(chuàng)新學(xué)與教資源新類型

XR不僅是另一套教育技術(shù)工具，而且代表了學(xué)習(xí)者與內(nèi)容、教師和同伴互動(dòng)的范式轉(zhuǎn)變。拓寬教育工作者的工具集對(duì)于支持課程和課外項(xiàng)目、創(chuàng)新教育資源、增加學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)等至關(guān)重要。當(dāng)今教育工作者、技術(shù)人員和從業(yè)者肩負(fù)的職責(zé)之一就是結(jié)合不同學(xué)科和教學(xué)對(duì)象的特征開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)資源[15]，并將資源數(shù)字化后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)共享，培養(yǎng)下一代學(xué)習(xí)者作為XR創(chuàng)新者、科學(xué)家、設(shè)計(jì)師和沉浸式敘事者等的多元能力。隨著沉浸式應(yīng)用和頭顯的發(fā)展，面向師生的新型構(gòu)建工具已經(jīng)出現(xiàn)。如，終極地帶Zoe(測(cè)試版)為中學(xué)生和教師提供學(xué)習(xí)支持和教學(xué)支持，其他工具套件如Trivantis、CenarioVR、LearnBrite等也有助于教育工作者開(kāi)發(fā)XR資源、優(yōu)化課程和課外項(xiàng)目。

(四)深化技術(shù)融合應(yīng)用，探索與構(gòu)建治理新機(jī)制

元宇宙融合了物理真實(shí)世界與數(shù)字虛擬世界的特征，學(xué)習(xí)者以虛擬化身進(jìn)入去中心化的元宇宙開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)，在與團(tuán)隊(duì)、陌生人及系統(tǒng)NPC的互動(dòng)中建構(gòu)知識(shí)與聯(lián)系[16]。其中，學(xué)習(xí)的真實(shí)性潛藏在學(xué)習(xí)關(guān)系的建立和互動(dòng)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者的數(shù)字參與在意義建構(gòu)中達(dá)成。循證學(xué)習(xí)環(huán)境的應(yīng)用將會(huì)使教學(xué)由真實(shí)課堂環(huán)境轉(zhuǎn)向沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，因此，深化技術(shù)教育應(yīng)用適應(yīng)教育元宇宙正在帶來(lái)的教學(xué)變革，如教學(xué)空間、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)活動(dòng)、師生交互等尤其緊迫。目前，教育元宇宙的應(yīng)用與治理仍需研究者基于實(shí)踐繼續(xù)探索數(shù)字虛擬世界中的認(rèn)知范式和相適應(yīng)的機(jī)制理論[17]。

(五)踐行道德倫理規(guī)范，培育涉眾元宇宙新素養(yǎng)

元宇宙的發(fā)展為生活、學(xué)習(xí)、娛樂(lè)帶來(lái)極大機(jī)遇和挑戰(zhàn)。上述融合技術(shù)(尤其是人工智能、觸覺(jué)反饋和眼動(dòng)追蹤)將要求在證據(jù)收集、數(shù)據(jù)獲取與師生隱私問(wèn)題之間取得平衡。研究表明，人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)會(huì)記錄不同用戶的種族、性別、文化等，并通過(guò)自適應(yīng)來(lái)偏向性的嵌入數(shù)據(jù)或算法，從而導(dǎo)致難以察覺(jué)的歧視[18]。因此，政府或相關(guān)部門需更新監(jiān)管框架，確保教育元宇宙的開(kāi)發(fā)、部署和使用踐行基于大數(shù)據(jù)的隱私道德準(zhǔn)則，并開(kāi)展對(duì)教師教育者和專業(yè)發(fā)展機(jī)構(gòu)的隱私道德教育和倫理培訓(xùn)。此外，學(xué)校有必要為教師、家長(zhǎng)和學(xué)生提供培訓(xùn)，提升他們的隱私理念，確保其有意識(shí)和能力保護(hù)個(gè)人數(shù)據(jù)。