元宇宙技術在教育培訓領域的應用探析

付學博 錢程 水丹萍

（中國船舶集團有限公司黨校，北京 100081）

《2022年國務院政府工作報告》中明確強調了加強數字中國建設整體布局，鼓勵元宇宙基礎建設的多元發展，引導虛擬世界與現實世界的緊密聯系等重要內容。元宇宙作為虛擬現實的高階發展產物，集VR/AR/MR、5G、云計算、人工智能、數字孿生等新興信息技術于一體，將成為下一代互聯網的最新形態，屆時人類社會將進入一個嶄新的網絡時代，而這種新型技術勢必會對教育培訓行業產生深遠影響。

1.基于Web2.0在線教育學習的局限性

現階段，在線教育已經成為現代教育體系的重要組成部分，但是不少學者也一直在強調基于Web2.0在線教育存在一定局限性：平面網頁枯燥單調，難以調動學習積極性；人機交互方式簡單，學員參與感不強，學習數據記錄不全，難以評價學習成效，缺乏技能培養環境等。但是最欠缺的還是“低自我感知度”問題，學員在Web2.0環境中僅能通過實時網絡攝像頭來感受教學內容，沒有全息感官體驗。同時，這種長時間在線學習會使學員注意力不集中，很容易分心，除非培訓師主動發起某項學習活動，否則學員們只能被動參與。究其原因不難發現，當前基于Web2.0技術的在線教育已然步入發展的瓶頸期，二維網絡技術難以支撐起學員對沉浸性學習環境、自然人機交互方式和“面對面”社會性交互的需求，但以上這些限制都可以通過元宇宙技術來解決。

2.元宇宙技術在教育培訓領域應用演進

2011年，世界首次大規模的MOOC（大規模在線培訓）正式啟動，當時有16萬名學員進行網絡注冊，但是僅僅有2萬名學員完成學習任務，不過這一舉動開啟了教育培訓模式轉型的新時代。

2012年，Coursera在線培訓項目正式啟動。Coursera是大型公開在線學習平臺，由美國斯坦福大學兩名計算機科學教授創辦，該平臺創造了驚人的培訓數據，超過9200萬學員參與其中，來自全球150所大學的課程在線上公開播放。此外，麻省理工大學和哈佛大學共同創建了edX在線學習平臺，注冊學員超過3400萬人，開設了2800多門課程。

2020年，一直從事增強現實和虛擬現實工作的知名學者Frank Piller教授最先提出元宇宙技術可以應用于在線學習領域，Piller教授認為，在醫學解剖學課程中，學員可以深入了解人體的真實情況。在物理實驗課程中，學員可以潛入電機或物理裝置之中，這些虛擬環境將大幅度提高學員參與度，而且課程可以更具實踐性和針對性。同年，Roblox公司投資1000萬美元為高校開發科普類游戲化培訓項目。這些項目將讓學員沉浸在機器人技術、太空探索、計算機科學工程和生物醫學等科學實驗中[1]。

2021年10月28日，Facebook首席執行官馬克·扎克伯格在Facebook Connect大會上宣布，Facebook將更名為“Meta”（來源于“元宇宙”），他們準備創建一個專注于數字交互的虛擬社交領域，Meta已在可穿戴VR和AR技術上投資了100億美元。這充分表明他們對元宇宙的重視程度，不僅是Facebook，微軟、英偉達等公司也在研發相關技術和應用程序來推廣元宇宙。但是元宇宙不是一個短期就可以研發出來的項目，目前，這些公司對于形成可以使用的、穩定且成熟的技術還存在一定距離。

最近，普華永道結合實踐研究發現，利用元宇宙技術進行課程學習比在傳統課堂上的學習吸收速度快4倍，學員們在應用培訓后學到的技能的自信使用程度提高275%，學員們與課程內容的思維關聯程度是傳統課堂學習者的3.75倍。

3.元宇宙技術在教育培訓領域應用的特色優勢

3.1 元宇宙技術對于業務流程的重構價值

（1）打造一個全新的模擬世界。對于元宇宙的使用者而言，他們在元宇宙世界里得到的體驗將會與現實世界極其相似，體驗者可以感受船舶建造、車輛駕駛、遠程射擊、影視表演等各類工作和生活方式，借助元宇宙技術，他們可以實時模擬多項真實的工作狀態。

（2）實現遠程工作常態化。在新冠肺炎疫情全球蔓延期間，大多數在IT部門工作人員都處于居家辦公的狀態，但這缺乏上級與員工之間的的真實互動。借助元宇宙技術，上級可以像在現實世界中一樣與他分管的員工進行互動，同時，很多遠程醫生也可以利用元宇宙技術與患者進行實時溝通。

（3）創建企業營銷新模式。目前，Meta公司正在開發一個更高階的社交媒體平臺，這個平臺也將為企業營銷人員創造新機會。例如，服裝企業可以與客戶進行實時銷售，并且讓他們在元宇宙世界中現場嘗試不同的衣服和配飾，讓虛擬世界的購物方式更接近現實生活。

3.2 元宇宙技術對于教育培訓行業的現實意義

（1）形成游戲化學習體驗。現階段，很多學習者更喜歡用智能手機學習而不選擇看書。元宇宙技術可以為學員們創建一個虛擬空間，讓他們可以在其中行走、記筆記并與其他學員開展實時交流，他們還可以在與現實非常相似的虛擬世界中通過玩游戲的方式進行學習。

（2）提供更真實的教學內容。目前，培訓師在上課過程中，都是通過語言描述或者道具實驗的方式來開展教學活動，對于學員來說，相對較為抽象，吸收起來也存在一定困難，借助元宇宙技術，培訓師可以通過使用全息投影等方來反映汽車制造、船體制造全過程的3D圖像，學員們將會有更深刻的理解機械制造的基本原理和業務流程。

（3）創造更豐富的學習資源。利用元宇宙技術可以讓學員們對知識資源擁有更深入的理解，例如，在閱讀書籍時，可以利用VR技術，一邊聆聽聲音，一邊感受學習內容，全身心沉浸在書籍之中，并可以觀察具有3D可視化效果的量化圖表。

（4）構建交互性的學習反饋機制。依托元宇宙技術，學習測試也可以具備交互性。例如，可以為學員提供一系列虛擬的物理案例試題，與現實世界的某些運動場景和物理過程高度一致，讓學員在元宇宙世界中進行解答。通過這些方式，元宇宙可以重塑學習資源，使它們接近現實，并打造一個更有價值的教育行業。

4.元宇宙技術在教育培訓領域的應用暢想

4.1 虛擬現實技術在教育培訓領域的應用暢想

近年來，以虛擬現實、擴展現實、虛擬世界、數字孿生等為代表的視覺沉浸技術，正不斷從學習資源、教學組織、系統平臺等方面重塑傳統教育培訓模式。最早是國外學者拜倫森提出，建議將沉浸式VR技術集成到教育培訓管理中，主要可以應用于四大場景：一是用于開展存在一定風險等級的技能類培訓活動，例如駕駛飛機或進行外科手術培訓等；二是用于開展事關重大的商務談判類培訓，可以有效進行預演；三是開展一些現實世界難以完成的培訓項目，例如歷史遺址重建相關的培訓；四是開展教學體驗較為昂貴的培訓項目，例如在熱帶雨林中進行實地考察等[2]。

國外學者巴比勒對這種假設進行了更深入的研究，充分論證了虛擬現實技術在培訓中的應用場景，并總結為三個階段：第一階段是使用虛擬現實技術進行感知活動，培訓師設置并指導教學體驗活動，學員們的視角跟隨培訓師接受知識和信息；第二階段，學員可以與虛擬現實世界進行基本的互動并擁有高度的自主權，通過自身意識來完成學習過程；第三階段是采用人機互動和協作方式開展培訓，學員們可以真正感受到置身于新空間，同時，全體學員可以在新空間開展互動性的學習活動和采用游戲化的學習方式。

4.2 元宇宙技術在教育培訓領域的應用暢想

“元宇宙”一詞是作家尼爾史蒂文森于1992年在其科幻小說《雪崩》中被首次提出來，它代表一個由計算機程序創建的平行虛擬現實世界，全世界的現實用戶可以通過佩戴專用眼鏡和耳機訪問和連接虛擬現實世界。而最早將元宇宙引入教育行業暢想的同樣也是科幻小說家歐內斯特·克萊恩，他于2011年在其作品中提出了“OASIS”概念，“OASIS”類似于一個數字化公共圖書館，它擁有全世界最廣泛的知識資源，可供學員們自由開放使用。同時，培訓師在“OASIS”上，可以帶學員去任何場所進行虛擬實地考察，例如，前往古代文明國家、世界知名博物館，甚至是其他星球和人體內部器官等。

由此可以推測，元宇宙技術在未來教育培訓中的應用場景首先是實驗室模擬培訓、安全操作培訓以及生產制造領域的技能類培訓，這樣可以避免一定的安全隱患。其次，是一些精細程度較高的培訓，例如生物醫藥類的培訓和工藝類培訓。對于一些強調體驗感的科普類培訓也能夠利用元宇宙技術來增強現場的真實感受。同時，元宇宙技術還可以模擬在復雜環境中的有關培訓，讓學員準確、客觀地沉浸式了解特殊事件、復雜環境中的真實情況。未來的元宇宙技術將在空間計算和腦機接口等方面有進一步的突破，空間計算將會有助于肢體動作和語音控制等方面開發，腦機接口可以完全通過大腦活動與計算設備進行互動，通過肢體操作控制計算機設備，這些技術創新也都會給教育培訓帶來更多可能性。因此，元宇宙有望成為工業4.0時代教育培訓行業的核心技術。

4.3 基于元宇宙技術的教育培訓模式轉型

從2017年到2021年，全球AR/VR設備的銷售額增長了56%，去年達到26億美元。很多國家都認為元宇宙技術將會對教育培訓行業起到重要作用，并紛紛在教育領域布局元宇宙戰略。通過對文獻研究，總結出以下幾種應用元宇宙技術帶來的教育培訓轉型方式[3]：

（1）虛擬課堂模式。未來學習環境將會打破傳統課堂模式，學習者將會體驗虛擬課堂或者虛擬校園環境，這也為身處偏遠地方的學習者提供了更高質量教育的機會。

（2）跨領域學習模式。元宇宙更注重打破學科之間的界限，促進多學科的融合。例如，在元宇宙世界里，學員既能體驗到一個地域的文化、歷史和地理，同時也能嘗試學習一個當時年代的經典數學問題，周圍環境將隨著用戶所需求的空間不斷更新。

（3）培訓師多角色模式。未來教育培訓將會變成以學習者為導向、以數據為導向，培訓師的角色也將會逐漸適應技術發展要求。讓學員們勇于探索和勇于創新將成為每位教育工作者的責任，未來的培訓師將會同時兼任數據收集者、數據分析師、數據規劃者、跨學科合作者、課程專家、問題解決者和研究人員等。

（4）學習的多元選擇模式。元宇宙技術將會實現學習的大眾化，并使學習者能夠自我選擇和設計自己的學習路徑和學習方案，從不同教育培訓機構學習不同的多元化課程，并在家中接受世界最優質的教育資源。

5.元宇宙技術應用于教育培訓中面臨的主要挑戰

（1）經費問題。技術相關設備的高昂成本將會是應用元宇宙技術的最大挑戰，但是也有專家強調，這個問題從長遠來看會得到一定緩解。

（2）生理學問題。現階段虛擬現實技術配套的眼鏡和耳機重量對于使用者的頭部和頸部會造成一定損害，長時間使用也會引起視覺疲勞，產生頭暈惡心等情況，因此在健康方面會存在一定隱患。

（3）心理學問題。元宇宙技術可以高度模擬現實社交，但是畢竟還是一種網絡社交方式，長時間使用可能會導致成癮、社交孤立和與現實生活脫節等心理問題，同時，信息的過量超載也會對心理產生一定影響。

（4）道德和倫理學問題。元宇宙技術運營者可能會未經過授權擅自改變程序中的環境變量，會為學員帶來認知偏差，甚至改變對某一問題的觀點看法。

（5）隱私問題。技術運營者還能夠獲取使用者相關的行為數據、情感數據等，從而會了解使用者的心理特征和生物特征，會觸碰到使用者的隱私，同時虛擬身份也容易被黑客盜取，造成不必要的損失。2022年1月，國外一家科技公司調查顯示，目前55%的受訪者并沒有聽過元宇宙的概念，但如果Facebook成功構建出元宇宙的技術應用程序，有87%的受訪者會擔心隱私泄漏問題。

6.結語

在未來的技術發展過程中，元宇宙技術可以充分地將社交的互動性與VR、AR沉浸式技術的獨特功能聯系起來。這種聯系會對很多行業產生非常深遠的影響，尤其是教育行業，它將打破原有的學習模式，能夠讓學員不受時間、地域、培訓師等各個因素的影響來參與到學習之中，可以預見到的是未來的培訓工作會更容易從現實世界平移，隨著元宇宙技術的演進，越來越多技能類和知識類的傳統培訓場景將會逐漸消失。同時，教育培訓也會助推元宇宙技術的發展，并將會成為元宇宙系統中的最重要的功能模塊之一。