教育元宇宙背景下线上教学的虚实互促研究

摘  要：元宇宙描绘未来的虚实共生、虚实链接。该文给出元宇宙背景下线上教学场景，针对线上教学中的学生“虚位”与作业“虚化”两个问题，分析线上教学的虚拟数字对象与物理实体对象的特点，提出采用多模态感知学生状态、推演式知识运用、区块链数字作业价值信任和教师数字成果价值流动等虚实互促着力点，为提升线上教学质量提供支撑。

关键词：线上教学；元宇宙；作业抄袭；学生虚位；虚实互促

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：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

当前，元宇宙成为一个热门概念，其描绘了在时空属性、虚实属性上链接万物的复杂系统和复杂社会。元宇宙在教育领域的研究也逐步显现并成为一个热门。文献[1]探讨了元宇宙赋能教育虚拟社区中的伦理风险，提出元宇宙赋能教育虚拟社区伦理风险的消解路径。文献[2]从教育元宇宙的关键技术、框架设计、场景构建和教学空间等方面探讨了教育元宇宙空间的构建，并给出了教学应用。文献[3]从学科教育、非正式学习、职业培训等领域的案例入手，介绍了以 VR/AR学习环境为代表的教育元宇宙当前发展。远程线上教学具有元宇宙虚、实链接的典型特点，学生为实，教室空间数字化、虚拟化，课程资源与作业数字化、虚拟化，教师虚实结合，线上教学是元宇宙在教育领域物化的重要表现。尽管新冠感染疫情已经过去，但线上教学仍然具有便于共享优势教育资源、降低时间空间成本的突出优势，仍然值得继续研究和利用。本文以线上教学的虚与实为主要研究对象，从元宇宙的基本概念与理念出发，给出元宇宙背景下线上教学模式的憧憬，分析传统线上教学中的学生“虚位”与作业“虚化”问题，给出基于元宇宙改善学生“虚位”与作业“虚化”问题的虚实互促着力点。

一  元宇宙的基本理念

（一）  元宇宙的基本概念

在当前认知水平下，元宇宙以5G/6G、云计算、区块链、大数据为底层支撑，并以人工智能、数字孪生、虚拟现实（Virtual Reality，VR）/增强现实（Augmented Reality，AR）为映射、动力与通道，融合人的思维意志、情感想象等主观意识，连接了物理世界与数字世界，是虚实共生的“新世界”。元宇宙将在演化与发展中构筑人类存在的“新空间”，或将成为国之“新疆域”[4]。

在元宇宙中，资源将以新的形态呈现，并可能存在虚拟与现实映射互联的通道。在这片可能实现的“新大陆”上，人与人之间、组织与组织之间甚至国与国之间的博弈可以以新的方式和形态延伸或延续。在“人机物”三元融合的万物智能互联时代，元宇宙作为新的存在空间，将加速人、机、物的深度融合，在市场和技术的交替助推下，逐步形成新的经济增长极和产业链。

（二）  元宇宙的能量盈余视域

无论从生物学角度，还是从社会学角度看，人类的器官、机能、意识和行为都可以追溯到能量盈余最大化这个基因的本源需求上。为了最大化能量盈余，人在与宇宙、自然的博弈过程中，不仅获得了内在生理机能的进化，而且同步实现了外在资源载体和能量流通、存储手段的升级。在元宇宙的范畴讨论的能量，是以数字信息交互为手段，对人类意识和物理存在进行反哺的各种资源的集合。在元宇宙中，虚拟世界作为人的意识世界的外化，可能成为能量承载与传递的新介质，并物化保持这种能量，使得元宇宙成为人类社会新形态。获得元宇宙中能量的盈余实现的关键在于，现实物理世界映射到虚拟数字世界，在数字世界中以人工智能技术为核心进行自我推理、演绎，获得数字世界将来时态的信息与建议，反馈回物理世界，实现物化的能力盈余。

（三）  元宇宙的价值共识视域

人类社会时刻都处在强中心和弱中心局部社会网络的动态连接与变换中。这种变换影响了节点之间的连接关系、连接强度和信息交互行为，体现为人类社会内部各种组织的形态在“分布式”与“中心式”间“游走”，表现为信任在不同社会关系之间的建立、传递和消亡。元宇宙有望解决分布式一致性、匿名性等问题，达成人的信任传递与机器的信任传递的匹配。这样在虚拟世界，以及虚拟世界与现实世界之间，传递信任的机制能够建立并运行，形成动态边界内虚拟与虚拟、现实与虚拟、虚拟与现实、借由虚拟通道的现实与现实之间的价值可信让渡。这种价值可信让渡也是元宇宙构建、存在和演化的规则与秩序的“度量衡”。

二  传统线上教学存在的主要问题与教育元宇宙憧憬

（一）  线上授课中的教师隔空虚拟与学生“虚位”

文献[5-7]给出了高校课程采用线上模式的主要做法与经验，但不能否认的是，传统线上教学还存在“组织管理和实施存在困难[8]”“学生对线上学习不适应[9]”“高校教学管理方式单一[10]”等问题。其中，一个重要原因是远程教学所带来的疏离感，这种疏离感最直观的反应就是教师与学生之间在传统教学中直接约束关系的降低[11]。线上的教师是真实的，同时疏离感导致学生感觉教师又是虚拟的、无法约束自己的。学生在线不在位轻而易举，现有网络课堂平台的互动方式均不能有效替代传统线下的“声、文、问、切”。这种情况导致了学生在线上课堂中的学习效果在绝大程度上取决于学生的自我约束情况。调查显示，“虚拟的”网上授课教师需要与“现实中”的游戏、小说、学习环境造成的放松感等，“争夺”部分学生。稍有放松，就会造成课程中学生“虚位”，学生看似“在线”，实则脱位，或者学生虽然在线，但已“神游他处”。这种“虚位”现象与线下教学学生的“有效到课率”类似，但在线上教学中更加难以统计和掌握。

（二）  线下作业中的真实存在与复制抄袭“虚化”

在线上教学中，教师的教和学生的学在时空上分离，教师和学生的交流机会目前较少。相较于“面对面”的课堂教学，课后布置的作业是师生间为数不多的交流之一。课后作业是真实存在的，但作业提交形式越来越多为电子文档，特别是计算机学科的编程作业，无法手写笔录，作业越来越倾向变为数字产品，但线上教师对学生的督促和监督由于距离的阻隔而威慑力较弱，作业这种数字产品很容易被复制，且没有字迹可循，为学生抄袭作业提供了一定条件。如果学生的自制力不强，很容易出现作业抄袭的现象。作业是整个教学过程中的重要一环，学生本应通过作业巩固、熟练、活化知识，促进知识由“虚拟”数字产品向现实能力转化，教师本应通过作业完成情况了解学生对课堂知识的掌握程度，掌握教学情况。但数字作业产品的抄袭行为使得作业失去意义，当面对一份份雷同的数字作业产品时，教师无法获得正确的反馈，作业变得“虚化”。

（三）  教育元宇宙背景下线上教学的憧憬

传统线上教学模式下，学生在一端，教师在另一端，具有时空间隔。学生和教师都是现实中的物理实体，但对学生来讲，远端的教师只有虚拟的影像和声音，缺少线下课堂既视感和威严感；对教师而言，远端的学生甚至没有影像和声音，教师的知识传授缺乏反馈，无法像线下课堂那样可以感受到学生的“频频点头”和“一脸茫然”，学生成为真正的“虚拟人”。线上教学作为教育元宇宙的一个典型场景，对其憧憬如图1所示。首先，学生实体和教师实体虽然分处时空两端，但学生实体的状态可以通过视频、音频采集，并采用人工智能中的多模态感知技术[12]抓取教师关注的典型情况，如“频频点头”说明知识已经被学生感悟到，“一脸茫然”说明知识过于抽象，学生还未能消化吸收，元宇宙甚至能进一步统计各类状态的数据，实时反馈给教师。教师基于这些状态信息，课堂上及时调整讲课方法和讲课内容，改善教学过程。然后，课下作业可以采用推演式[13]知识运用平台，学生实体在虚拟的场景下应用知识解决现实问题，闯关并获得相应奖励；教师实体制定推演规则和描绘基于课堂知识的推演场景，作业平台自动生成作业，并根据学生推演情况判断分析学生特点，优化调整作业。还有，在数字作业中引入区块链[14]技术，分布式、全链条留痕，提交教师评判。在上述措施下，形成线上教学的数字孪生体，通过数字经济[15]发挥教育元宇宙虚实互促、平行发展的作用。

三  教育元宇宙背景下线上教学的虚实互促主要着力点

（一）  改善现实学生“虚位”，落地虚实教育能量转换盈余

线上教学的学生“虚位”问题，其实是线下授课中“有效到课率”问题延伸。随着技术的进步，教育元宇宙背景下应从“实体”教师主体引导、“虚拟”数字空间实时孪生学生状态、“虚拟”数字空间个性化知识推演运用等多头并进，虚实互促，实现虚实之间的教育能量转换，达到学生教育能量盈余的目的。

以实促虚。这里“实”是指教师为实实在在授课的教师，“虚”是指学生处于数字空间连接的远端，对教师而言是虚拟存在或虚位存在的。这就需要教师设计互动环节，从现实中实时引导学生交流。在线下，授课教师也通常设计互动提问环节，改善被提问同学的“虚位”。线上教学时，更需要“实体”教师精准设计互动环节、有效开展师生互动，这是改善学生“虚位”的最快捷举措。例如，教师授课之初打个招呼、拉个家常，通过互动使学生仿佛回到熟悉的实体课堂场景。其次，教师重视利用语音连线，连线某位同学时，不仅可一对一地了解单个学生状态、解决个别学生问题，还可尽可能地把某个学生的问题变成课堂讨论话题，一对多地吸引多数学生参与探讨，作为授课教学活动的有益补充。

以虚促实，通过教育元宇宙背景下的多模态感知得到学生实时在线状态，全面监督“实体”学生，解决“学生”虚位无人知晓的问题。当前，线上的互动交流，如“语音连线”“弹幕互动”等，教师可以获得部分学生的实时状态，但当学生数量较多时，仍无法覆盖到大多数“实体”学生。通过摄像头、麦克风等信号采集设备，可以获取实体学生状态，但需要解决的是，全部学生的“声貌”孪生如何高效呈现给教师、如何恢复现实课堂中老师目光巡视的威严感。当前，人工智能中的多模态感知技术已经成熟，抓取学生孪生状态中的“虚位”情况、智能警醒“虚位”学生，甚至抽取“虚位”事实上报教师，都不再是无法触及的梦想。即使机器感知还不能完全精准，但是运用弱分类器组合成强分类器的原理，从多时捕捉、延时积累等角度，在政策支持下，教师甄别，虚拟端强化学习改进，达到实用是完全可能的。因此，大力打造线上教学平台的智能监管功能，是以虚促实的重要抓手。