孫怡峰　吳疆　張云景　劉小虎　汪永偉

摘? 要：元宇宙描繪未來的虛實共生、虛實鏈接。該文給出元宇宙背景下線上教學場景，針對線上教學中的學生“虛位”與作業(yè)“虛化”兩個問題，分析線上教學的虛擬數(shù)字對象與物理實體對象的特點，提出采用多模態(tài)感知學生狀態(tài)、推演式知識運用、區(qū)塊鏈數(shù)字作業(yè)價值信任和教師數(shù)字成果價值流動等虛實互促著力點，為提升線上教學質(zhì)量提供支撐。

關(guān)鍵詞：線上教學；元宇宙；作業(yè)抄襲；學生虛位；虛實互促

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）18-0010-04

Abstract： The metaverse describes the symbiosis and interlinkage between the virtual and the real. The online teaching scene in Edu-Metaverse is proposed in this paper. In order to solving the problems of absent mind and fake homework in college students during the online teaching， the paper analyses the features of the digital virtual objects and physical real objects in online teaching， puts forward some suggestions about mutual promotion between virtual and the real： adopting multimodal perception of student status， knowledge deduction based on 'Wargaming' systems， value trust of digital homework based on blockchain， value flow of teacher digital achievements based on digital economy. They can support the improvement of online teaching quality.

Keywords： online teaching; metaverse; fake homework; absent mind; promotion each other between the virtual and the real

當前，元宇宙成為一個熱門概念，其描繪了在時空屬性、虛實屬性上鏈接萬物的復雜系統(tǒng)和復雜社會。元宇宙在教育領(lǐng)域的研究也逐步顯現(xiàn)并成為一個熱門。文獻[1]探討了元宇宙賦能教育虛擬社區(qū)中的倫理風險，提出元宇宙賦能教育虛擬社區(qū)倫理風險的消解路徑。文獻[2]從教育元宇宙的關(guān)鍵技術(shù)、框架設(shè)計、場景構(gòu)建和教學空間等方面探討了教育元宇宙空間的構(gòu)建，并給出了教學應(yīng)用。文獻[3]從學科教育、非正式學習、職業(yè)培訓等領(lǐng)域的案例入手，介紹了以 VR/AR學習環(huán)境為代表的教育元宇宙當前發(fā)展。遠程線上教學具有元宇宙虛、實鏈接的典型特點，學生為實，教室空間數(shù)字化、虛擬化，課程資源與作業(yè)數(shù)字化、虛擬化，教師虛實結(jié)合，線上教學是元宇宙在教育領(lǐng)域物化的重要表現(xiàn)。盡管新冠感染疫情已經(jīng)過去，但線上教學仍然具有便于共享優(yōu)勢教育資源、降低時間空間成本的突出優(yōu)勢，仍然值得繼續(xù)研究和利用。本文以線上教學的虛與實為主要研究對象，從元宇宙的基本概念與理念出發(fā)，給出元宇宙背景下線上教學模式的憧憬，分析傳統(tǒng)線上教學中的學生“虛位”與作業(yè)“虛化”問題，給出基于元宇宙改善學生“虛位”與作業(yè)“虛化”問題的虛實互促著力點。

一? 元宇宙的基本理念

（一）? 元宇宙的基本概念

在當前認知水平下，元宇宙以5G/6G、云計算、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)為底層支撐，并以人工智能、數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）/增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）為映射、動力與通道，融合人的思維意志、情感想象等主觀意識，連接了物理世界與數(shù)字世界，是虛實共生的“新世界”。元宇宙將在演化與發(fā)展中構(gòu)筑人類存在的“新空間”，或?qū)⒊蔀閲靶陆颉盵4]。

在元宇宙中，資源將以新的形態(tài)呈現(xiàn)，并可能存在虛擬與現(xiàn)實映射互聯(lián)的通道。在這片可能實現(xiàn)的“新大陸”上，人與人之間、組織與組織之間甚至國與國之間的博弈可以以新的方式和形態(tài)延伸或延續(xù)。在“人機物”三元融合的萬物智能互聯(lián)時代，元宇宙作為新的存在空間，將加速人、機、物的深度融合，在市場和技術(shù)的交替助推下，逐步形成新的經(jīng)濟增長極和產(chǎn)業(yè)鏈。

（二）? 元宇宙的能量盈余視域

無論從生物學角度，還是從社會學角度看，人類的器官、機能、意識和行為都可以追溯到能量盈余最大化這個基因的本源需求上。為了最大化能量盈余，人在與宇宙、自然的博弈過程中，不僅獲得了內(nèi)在生理機能的進化，而且同步實現(xiàn)了外在資源載體和能量流通、存儲手段的升級。在元宇宙的范疇討論的能量，是以數(shù)字信息交互為手段，對人類意識和物理存在進行反哺的各種資源的集合。在元宇宙中，虛擬世界作為人的意識世界的外化，可能成為能量承載與傳遞的新介質(zhì)，并物化保持這種能量，使得元宇宙成為人類社會新形態(tài)。獲得元宇宙中能量的盈余實現(xiàn)的關(guān)鍵在于，現(xiàn)實物理世界映射到虛擬數(shù)字世界，在數(shù)字世界中以人工智能技術(shù)為核心進行自我推理、演繹，獲得數(shù)字世界將來時態(tài)的信息與建議，反饋回物理世界，實現(xiàn)物化的能力盈余。

（三）? 元宇宙的價值共識視域

人類社會時刻都處在強中心和弱中心局部社會網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)連接與變換中。這種變換影響了節(jié)點之間的連接關(guān)系、連接強度和信息交互行為，體現(xiàn)為人類社會內(nèi)部各種組織的形態(tài)在“分布式”與“中心式”間“游走”，表現(xiàn)為信任在不同社會關(guān)系之間的建立、傳遞和消亡。元宇宙有望解決分布式一致性、匿名性等問題，達成人的信任傳遞與機器的信任傳遞的匹配。這樣在虛擬世界，以及虛擬世界與現(xiàn)實世界之間，傳遞信任的機制能夠建立并運行，形成動態(tài)邊界內(nèi)虛擬與虛擬、現(xiàn)實與虛擬、虛擬與現(xiàn)實、借由虛擬通道的現(xiàn)實與現(xiàn)實之間的價值可信讓渡。這種價值可信讓渡也是元宇宙構(gòu)建、存在和演化的規(guī)則與秩序的“度量衡”。

二? 傳統(tǒng)線上教學存在的主要問題與教育元宇宙憧憬

（一）? 線上授課中的教師隔空虛擬與學生“虛位”

文獻[5-7]給出了高校課程采用線上模式的主要做法與經(jīng)驗，但不能否認的是，傳統(tǒng)線上教學還存在“組織管理和實施存在困難[8]”“學生對線上學習不適應(yīng)[9]”“高校教學管理方式單一[10]”等問題。其中，一個重要原因是遠程教學所帶來的疏離感，這種疏離感最直觀的反應(yīng)就是教師與學生之間在傳統(tǒng)教學中直接約束關(guān)系的降低[11]。線上的教師是真實的，同時疏離感導致學生感覺教師又是虛擬的、無法約束自己的。學生在線不在位輕而易舉，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)課堂平臺的互動方式均不能有效替代傳統(tǒng)線下的“聲、文、問、切”。這種情況導致了學生在線上課堂中的學習效果在絕大程度上取決于學生的自我約束情況。調(diào)查顯示，“虛擬的”網(wǎng)上授課教師需要與“現(xiàn)實中”的游戲、小說、學習環(huán)境造成的放松感等，“爭奪”部分學生。稍有放松，就會造成課程中學生“虛位”，學生看似“在線”，實則脫位，或者學生雖然在線，但已“神游他處”。這種“虛位”現(xiàn)象與線下教學學生的“有效到課率”類似，但在線上教學中更加難以統(tǒng)計和掌握。

（二）? 線下作業(yè)中的真實存在與復制抄襲“虛化”

在線上教學中，教師的教和學生的學在時空上分離，教師和學生的交流機會目前較少。相較于“面對面”的課堂教學，課后布置的作業(yè)是師生間為數(shù)不多的交流之一。課后作業(yè)是真實存在的，但作業(yè)提交形式越來越多為電子文檔，特別是計算機學科的編程作業(yè)，無法手寫筆錄，作業(yè)越來越傾向變?yōu)閿?shù)字產(chǎn)品，但線上教師對學生的督促和監(jiān)督由于距離的阻隔而威懾力較弱，作業(yè)這種數(shù)字產(chǎn)品很容易被復制，且沒有字跡可循，為學生抄襲作業(yè)提供了一定條件。如果學生的自制力不強，很容易出現(xiàn)作業(yè)抄襲的現(xiàn)象。作業(yè)是整個教學過程中的重要一環(huán)，學生本應(yīng)通過作業(yè)鞏固、熟練、活化知識，促進知識由“虛擬”數(shù)字產(chǎn)品向現(xiàn)實能力轉(zhuǎn)化，教師本應(yīng)通過作業(yè)完成情況了解學生對課堂知識的掌握程度，掌握教學情況。但數(shù)字作業(yè)產(chǎn)品的抄襲行為使得作業(yè)失去意義，當面對一份份雷同的數(shù)字作業(yè)產(chǎn)品時，教師無法獲得正確的反饋，作業(yè)變得“虛化”。

（三）? 教育元宇宙背景下線上教學的憧憬

傳統(tǒng)線上教學模式下，學生在一端，教師在另一端，具有時空間隔。學生和教師都是現(xiàn)實中的物理實體，但對學生來講，遠端的教師只有虛擬的影像和聲音，缺少線下課堂既視感和威嚴感；對教師而言，遠端的學生甚至沒有影像和聲音，教師的知識傳授缺乏反饋，無法像線下課堂那樣可以感受到學生的“頻頻點頭”和“一臉茫然”，學生成為真正的“虛擬人”。線上教學作為教育元宇宙的一個典型場景，對其憧憬如圖1所示。首先，學生實體和教師實體雖然分處時空兩端，但學生實體的狀態(tài)可以通過視頻、音頻采集，并采用人工智能中的多模態(tài)感知技術(shù)[12]抓取教師關(guān)注的典型情況，如“頻頻點頭”說明知識已經(jīng)被學生感悟到，“一臉茫然”說明知識過于抽象，學生還未能消化吸收，元宇宙甚至能進一步統(tǒng)計各類狀態(tài)的數(shù)據(jù)，實時反饋給教師。教師基于這些狀態(tài)信息，課堂上及時調(diào)整講課方法和講課內(nèi)容，改善教學過程。然后，課下作業(yè)可以采用推演式[13]知識運用平臺，學生實體在虛擬的場景下應(yīng)用知識解決現(xiàn)實問題，闖關(guān)并獲得相應(yīng)獎勵；教師實體制定推演規(guī)則和描繪基于課堂知識的推演場景，作業(yè)平臺自動生成作業(yè)，并根據(jù)學生推演情況判斷分析學生特點，優(yōu)化調(diào)整作業(yè)。還有，在數(shù)字作業(yè)中引入?yún)^(qū)塊鏈[14]技術(shù)，分布式、全鏈條留痕，提交教師評判。在上述措施下，形成線上教學的數(shù)字孿生體，通過數(shù)字經(jīng)濟[15]發(fā)揮教育元宇宙虛實互促、平行發(fā)展的作用。

三? 教育元宇宙背景下線上教學的虛實互促主要著力點

（一）? 改善現(xiàn)實學生“虛位”，落地虛實教育能量轉(zhuǎn)換盈余

線上教學的學生“虛位”問題，其實是線下授課中“有效到課率”問題延伸。隨著技術(shù)的進步，教育元宇宙背景下應(yīng)從“實體”教師主體引導、“虛擬”數(shù)字空間實時孿生學生狀態(tài)、“虛擬”數(shù)字空間個性化知識推演運用等多頭并進，虛實互促，實現(xiàn)虛實之間的教育能量轉(zhuǎn)換，達到學生教育能量盈余的目的。

以實促虛。這里“實”是指教師為實實在在授課的教師，“虛”是指學生處于數(shù)字空間連接的遠端，對教師而言是虛擬存在或虛位存在的。這就需要教師設(shè)計互動環(huán)節(jié)，從現(xiàn)實中實時引導學生交流。在線下，授課教師也通常設(shè)計互動提問環(huán)節(jié)，改善被提問同學的“虛位”。線上教學時，更需要“實體”教師精準設(shè)計互動環(huán)節(jié)、有效開展師生互動，這是改善學生“虛位”的最快捷舉措。例如，教師授課之初打個招呼、拉個家常，通過互動使學生仿佛回到熟悉的實體課堂場景。其次，教師重視利用語音連線，連線某位同學時，不僅可一對一地了解單個學生狀態(tài)、解決個別學生問題，還可盡可能地把某個學生的問題變成課堂討論話題，一對多地吸引多數(shù)學生參與探討，作為授課教學活動的有益補充。

以虛促實，通過教育元宇宙背景下的多模態(tài)感知得到學生實時在線狀態(tài)，全面監(jiān)督“實體”學生，解決“學生”虛位無人知曉的問題。當前，線上的互動交流，如“語音連線”“彈幕互動”等，教師可以獲得部分學生的實時狀態(tài)，但當學生數(shù)量較多時，仍無法覆蓋到大多數(shù)“實體”學生。通過攝像頭、麥克風等信號采集設(shè)備，可以獲取實體學生狀態(tài)，但需要解決的是，全部學生的“聲貌”孿生如何高效呈現(xiàn)給教師、如何恢復現(xiàn)實課堂中老師目光巡視的威嚴感。當前，人工智能中的多模態(tài)感知技術(shù)已經(jīng)成熟，抓取學生孿生狀態(tài)中的“虛位”情況、智能警醒“虛位”學生，甚至抽取“虛位”事實上報教師，都不再是無法觸及的夢想。即使機器感知還不能完全精準，但是運用弱分類器組合成強分類器的原理，從多時捕捉、延時積累等角度，在政策支持下，教師甄別，虛擬端強化學習改進，達到實用是完全可能的。因此，大力打造線上教學平臺的智能監(jiān)管功能，是以虛促實的重要抓手。

以虛促實，通過教育元宇宙為學生提供個性化、推演式知識運用，進一步改善線上互動效果。當前線上教學平臺已經(jīng)提供在線練習且可以自動批改，但多以“選擇題”為主，題型、題目相對機械，無法針對不同學習能力學生進行個性化出題，現(xiàn)實中的優(yōu)秀學生可能“吃不飽”，一般學生可能“吃不透”。當前，人工智能中的智能體技術(shù)已近成熟，針對單個學生的數(shù)字孿生實時狀態(tài)，決策并實施個性化出題和補充知識等“動作”，并觀察學生答題結(jié)果“回報”，不斷學習以達到“學生教育能量盈余最大”的目標。由上述智能體強化學習技術(shù)[16]配合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，數(shù)字空間將為“實體”學生學習提供推演式知識運用模式，學生學習體驗不斷改善。在此過程中，工業(yè)界提供教育元宇宙推演平臺，教師構(gòu)建推演場景框架和推演規(guī)則，生成推演“想定”。

（二）? 改變線上作業(yè)“虛化”，實現(xiàn)虛實教育價值共識傳遞

線上教學的作業(yè)“虛化”問題，其實在線下授課中也一定程度存在。對自我約束性不強的同學，線下傳統(tǒng)紙面作業(yè)也可以不加思考地簡單抄寫。此外，線下授課留電子作業(yè)也越來越常見，特別是對那些需要借助計算機計算輔助、繪圖輔助以及計算機編程類的作業(yè)。解決作業(yè)“虛化”問題，需要“實體”教師精心設(shè)計作業(yè)，區(qū)塊鏈封堵作業(yè)“虛假”實現(xiàn)作業(yè)價值信任，數(shù)字經(jīng)濟推動知識推演運用價值流動，不斷提升虛實教育價值的共識傳遞。

以實促虛，教師精心設(shè)計作業(yè)。作業(yè)是提高學生知識素養(yǎng)的平臺，是展示學生個性才華的舞臺。教師應(yīng)夯“實”作業(yè)，設(shè)計的作業(yè)既與教師的教學內(nèi)容、教學知識點密切相關(guān)，又盡可能給學生以新鮮感，甚至激起學生躍躍欲試的欲望，使學生不易復制、不想復制，改善作業(yè)“虛化”。一是模型導向。高校專業(yè)課程的作業(yè)往往面向真實問題情境，需要引導學生針對問題建立模型和建構(gòu)知識，不見得解決全部問題，但能描述問題、界定問題。二是激勵導向。作業(yè)設(shè)計以學生為中心，便于發(fā)現(xiàn)學生作業(yè)中的閃光點，從而樹立學生學習信心，使學生學會反思，提高自主學習能力。

以虛促實，構(gòu)建作業(yè)價值信任共識，封堵作業(yè)“虛假”。一方面，通過元宇宙的區(qū)塊鏈技術(shù)，對分布在遠端的學生作業(yè)進行簽名、認證，記錄其生成、流通環(huán)節(jié)的每一步，使得遠端作業(yè)過程每一步可追蹤、可檢查，數(shù)字作業(yè)“虛假”變得無處遁形；另一方面，“容忍”學生在做作業(yè)過程中借鑒他人的情況存在，關(guān)鍵要使教師了解學生從借鑒到消化、吸收、創(chuàng)造的整個過程。因此，在傳統(tǒng)區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)上，進一步使數(shù)字作業(yè)的生成過程處處留痕，教師端全景展現(xiàn)。這樣，在教育元宇宙中構(gòu)造作業(yè)價值信任機制，使得學生能力強就更多展現(xiàn)作業(yè)價值，能力弱也可以在力所能及的范圍內(nèi)使其作業(yè)價值有所展現(xiàn)。

以虛促實，數(shù)字經(jīng)濟推動教師數(shù)字成果價值流動，提升“實體”教師的積極性。前述的學生個性化知識推演，一定程度地改變了傳統(tǒng)數(shù)字作業(yè)模式。但構(gòu)建推演式知識運用平臺，不僅需要工業(yè)界提供基礎(chǔ)平臺，更需要教師作為虛擬內(nèi)容生產(chǎn)者的深度參與，一定需要教師投入更多的時間和精力。在元宇宙中，教育價值共識發(fā)生和表現(xiàn)在能量的存在、獲取、流動和留存的各個環(huán)節(jié)中。教師投入的時間和精力正是表現(xiàn)在能量的轉(zhuǎn)移，這種轉(zhuǎn)移也必然意味著價值的創(chuàng)造。在教育元宇宙中，這種投入物化在“推演場景和推演規(guī)則”等高價值數(shù)字作品與數(shù)字成果中，應(yīng)通過數(shù)字經(jīng)濟實現(xiàn)高價值數(shù)字作品與數(shù)字成果的流通、變現(xiàn)，從而使得教師愿意投入時間和精力到知識推演的框架與規(guī)則生成中。

四? 結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，線上教學是一種順應(yīng)時代的授課模式，也是一種未來教學發(fā)展的新趨勢，但如何切實提升線上教學質(zhì)量？本文針對線上教學中的學生“虛位”、作業(yè)“虛化”兩個問題，以元宇宙中虛實互促概念為指引，憧憬未來的教育元宇宙，分析線上教學中的“實”“虛”對象及其特點，從能量盈余視域和價值共識視域兩個角度，提出線上教學“虛實互促”著力點，作為提升線上教學質(zhì)量的一些思考。

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第一作者簡介：孫怡峰（1976-），男，漢族，河南淇縣人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為人工智能與教育應(yīng)用。