后疫情时代元宇宙赋能教育游戏研究

蔡健

摘  要  新冠肺炎疫情发生以来，网络教育游戏发挥了巨大的作用，人们足不出户就可以学习。元宇宙赋能教育游戏，满足师生在物理世界和虚拟世界的教与学需求，改变着人们的学习方式。从元宇宙赋能教育游戏的关键特征、技术架构以及应用出发进行研究，探索教育游戏给教育领域带来的变化。

关键词  元宇宙；
教育游戏；
技术架构；
互联网

中图分类号：G40-057    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）09-0017-03

0  引言

2020年初，新冠肺炎疫情暴发，正常的教学活动被打乱，在线教育以及教育游戏为“停课不停学”作出巨大贡献。2021年是元宇宙元年，元宇宙通过虚拟现实、人工智能、网络、区块链、视觉沉浸等各项先进技术赋能教育游戏，为教育提供了一种全新的突破性的教育环境和工具。在元宇宙赋能的教育游戏中，人们进行数字娱乐、虚拟学习，购买虚拟商品等，为教师和学生提供了一种沉浸式的教学互动场域，满足师生在物理世界和虚拟世界的教与学需求。不同于传统的游戏化教育，元宇宙教育游戏并没有加入游戏环节去稀释学习时间，降低学习效率，而是让学生上手体验学习，消除枯燥、焦虑等感受障碍，提高学习效率。

1  元宇宙简介

元宇宙是整合多种新一代智能技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态[1]。各国对元宇宙的政策取向和应用现状不同，例如：美国对元宇宙处于观望状态，欧盟持高度谨慎态度，日本扶持相关产业建立新型国家优势，韩国已经成立元宇宙协会，中国对待新事物尤其是科技新事物较为宽容。各国科技巨头也早早布局元宇宙，如acebook改名Meta全力押注元宇宙，掀起“元宇宙热”；
其他以微软、字节跳动、腾讯为代表的科技厂商也持续加码元宇宙赛道，围绕VR/AR硬件设施、3D游戏引擎、内容制作平台等与元宇宙相关的多重领域拓展能力版图。

目前，学术界已经开展元宇宙探索研究，如研究学习元宇宙的内涵、机理、架构，学习元宇宙赋能教育等。这些由元宇宙蕴含的新课题需要从理论到实践进行分析和探讨，本文主要开展元宇宙赋能教育游戏的研究。

2  元宇宙在教育游戏中的研究

元宇宙产业地图宽广，是下一代互联网发展的新形态，将在现有互联网基础上演化升级，尤其是网络技术、平台技术中通用的部分，将复用现有互联网的基础。从应用产业和应用场景上来看，元宇宙在生产、科技、教育、生活等方面作用巨大，涵盖终端、应用、平台服务以及相应的底层技术、配套服务等。

元宇宙是新生事物，如何在教育领域发挥作用？可以从教育中的教育游戏出发，研究元宇宙在教育游戏中的影响。如职业院校中的实训室建造成本高昂，还无法满足学生的使用需求，就可以考虑通过元宇宙来初步实现，高仿真的数字化虚拟设备能够全面模拟物理设备，让学生通过使用虚拟教学设备进行实训操作，掌握所学的技能和知识，这就解决了部分问题。学生先通过虚拟实训，达到课程要求后再去物理实训室，这样就可以提高教学效率。本文主要从元宇宙赋能教育游戏的关键特征、技术架构以及应用研究出发进行探索。

2.1  元宇宙赋能教育游戏的关键特征

2.1.1  沉浸式体验

过去教育游戏追求视觉、听觉的沉浸式体验，学者研究较多，效果也不错。在未来，人们会不断地追求教育游戏的体验感，这也就造就了教育游戏技术的不断提升，将要实现触觉、嗅觉、味觉更全面的沉浸式体验，甚至有游戏公司将元宇宙写入招股说明书，由此可见元宇宙的力量。随着科学技术的发展，从最开始的PC端到3G互联，再到4G、5G的移动互联网，人们的体验不断提升，这是一个体验越来越好、越来越沉浸式的过程，这也是一个必然的过程。如在一个教育游戏中，游戏玩家用手一摸，就能感触到特定目标的触感，甚至未来可以实现拉着特定目标进行感知等沉浸式体验，如对游戏中的菜肴，能够通过嗅觉、味觉进行感知。浙江开放大学的心灵之家中有一款智能互动宣泄仪，拥有增强现实技术和大屏互动功能，深受学生喜爱。当学业或者情感上遇到困惑的时候，学生可以通过预约来到这里，玩上几次体感游戏，让身心沉浸在游戏中。当学生通过挥舞手臂或者跳跃实现关卡通关时，可以明显感觉到心情得到舒缓。

2.1.2  虚拟身份

元宇宙赋能教育游戏的第二个特征是虚拟身份，或者叫数字身份，是指通过3D技术构建人体3D模型，可配备衣着等装饰，通过动作捕捉、表情捕捉等技术赋予其动作，通过真人声音或语音合成技术赋予其独特的声音，从而实现或高度逼真或卡通风格的虚拟角色，用于影视制作或虚拟社交、游戏等在线应用。一个好的虚拟身份应该具有五要素：可靠性、包容性、安全性、灵活性、有用性。其中，可靠性是指对其所代表的人的信任，行使其权利和自由，以证明他们有资格获得服务；
包容性是指任何需要的人都可以建立和使用虚拟身份；
安全性是指个人的虚拟信息不会被盗用，不会出现没有经过授权就共享的情况；
灵活性是指个体可以灵活地使用虛拟的数据，拥有所有的权限；
有用性是指虚拟身份容易建立，并且可以提供多种服务。

玩家的身份可以是医生、教师、律师、学生等，将真实身份信息浓缩为数字标识代码，连接物理世界的自我和数字世界的自我。5G时代也是全面数字化的时代，现实世界的组织、企业、个体还有各种设备物体都会将现实的自我映射到数字世界的自我。这个自我首先是镜像和复制，但随着在数字世界的行为数据越来越丰富，将形成一个新的自我，这是在数字世界的延续和演绎。同样，在浙江开放大学的心灵之家，智能互动宣泄仪前面的学生都有一个虚拟身份，他可以是“舞力全开”或者“有氧拳击”中的角色。通过虚拟身份，学生沉浸其中，两者相辅相成，不可或缺。

2.1.3  虚拟规则

在元宇宙赋能教育游戏中，另外一个特征就是建立游戏中的基于现实世界道德、经济、安全等各个方面的规则。基于现有互联网构建完整统一的虚拟世界，并且能够真实模拟自然环境规律、人类社会基本规则，元宇宙形态才可以基本形成。规则架构应当体现多元共治理念，包括内在控制规则与外在控制规则。

内在控制规则在元宇宙中占据支配地位，当出现失灵状况时，需要外在控制规则的特殊干预。维护良善有序的元宇宙空间秩序，有赖于元宇宙的伦理规则与自治规则。元宇宙与现实世界的联结规则能够促进元宇宙与现实世界的协同发展[2]。数字孪生构筑的虚拟世界，是对物理世界的孪生仿真，其中包括自然环境和人造环境的孪生仿真，也包括人类社会主体及其行为的孪生仿真，包括政府主体、市场主体、社会主体。在心灵之家的智能互动宣泄仪中，若干游戏就拥有若干的虚拟规则，在一定的规则下运行。

2.2  元宇宙赋能教育游戏的技术构架

技术架构对于教育游戏的开发至关重要，可以说教育游戏设计的质量决定着这款游戏的好坏。本文在文献研究基础上，采用比较研究法，提出教育游戏设计与开发框架，该框架由技术层、应用层、分析层三要素构成。

2.2.1  技术层

技术层包括硬件、软件和相应规则。其中，硬件是指构建教育游戏的基础设施环境，主要指虚拟现实的设备，包括VR眼镜、VR头显、脑机接口等。戴上头盔后，可以达到沉浸式3D的感觉。脑机接口技术已经比较成熟，脑机接口初创公司Neuralink在2020年对外公开了脑机接口重要研究成果，引发全球广泛关注，热搜指数短时间内激增，我国对脑机接口的关注度也日益提升。脑机接口会成为进入元宇宙的一个重要入口，只要戴上一个脑机接口，通过计算机捕获脑电波并识别，不需要聊天交流，就知道心里想什么。软件是指运行教育游戏所需要的软件环境，包括VR、AR软件，系统运行软件等。规则指特定算法，算法是人工智能发展的重要引擎和推动力，是一种有限、确定、有效并适合用计算机程序来实现的解决问题的方法，是理论中最纯粹的知识形式，是将虚拟世界与现实世界联结的关键节点，主要运用区块链技术。

2.2.2  应用层

应用层主要指通过相关工具如数字创作技术进行学习设计。数字创作技术包括数字孪生、数字原生和虚实共生，其中数字孪生技术其实就是把现实的世界通过数据的采集映射到虚拟的世界中去，通过开放式编辑器，实现在元宇宙中人人都可以参与新型虚实融生世界的添加、修改等操作，人人都可以是创造者和提供者。

在元宇宙赋能教育游戏设计中，要允许低门槛的创作者共同参与建设。在应用新的3D开发引擎及工具集，保障生产内容品质的前提下，尽量降低用户学习和使用成本，力争做到如类似目前流行的短视频和网络直播一样普及。元宇宙应用创作工具，需要有3D模型转换、3D场景框架、UI框架、XR引擎、设计Studio，包括场景设计、模型设计、数值系统设计、关卡交互设计、版本发布的IDE集成开发环境等功能构成，并通常与实时渲染引擎密切配合使用。

2.2.3  分析层

分析层主要通过实时数据采集、大数据处理、AI智能处理、融合原生数据处理、人脑协同处理等[3]，对游戏玩家或者学习者在沉浸过程中的所有数据进行分析处理。通过分析处理数据，了解元宇宙环境下教育游戏的效果，进而具备对教育游戏中的设计场景进行动态调整的能力。

2.3  元宇宙在教育游戏中的应用

新冠肺炎疫情发生以来，网络教育游戏发挥了巨大的作用，人们足不出户就可以学习，进行社交、娱乐，购买虚拟商品等。元宇宙为教育提供了一种全新的突破性的教育环境和工具。元宇宙教育游戏的突出优势是能够为教师和学生提供一种沉浸式的教学互动场域，满足师生在物理世界和虚拟世界的教与学需求。虽然以前的CAI课件也努力仿真和模拟实际的物理世界，但受限于技术水平和能力，CAI课件的仿真和模拟现实世界的程度较低，不能像元宇宙一样为学生提供身临其境的教育场域，而现在元宇宙将给教育带来更大的改变。

元宇宙作为新兴事物，在教育领域也得到国内外许多企业的重视，并逐步投入教学项目实践当中。在国外，Meta公司推进元宇宙教育生态系统项目，主打沉浸式教育；
Roblox启动Roblox Community Fund项目，主打少儿游戏。在国内，北京萌科推出元宇宙互动实验室、元宇宙互动思政教室、跨平台元宇宙互动平台等产品，并与人教数字出版公司联合推出针对最新考纲的中小学实验教材；
编程猫也完成了神奇代码岛BOX的孵化，准备把编程教育推向元宇宙，在BOX平台中，用户可以通过构建并发布3D世界、脚本游戏等作品，进行元宇宙模式的学习互动；
网易有道信息技术（北京）有限公司申请注册有道元宇宙商标，国际分类涉及教育、娱乐等。

通过元宇宙赋能教育游戏，能够给教育领域带来巨大变化：数字智能教师实现全时伴读的个性化教育；
沉浸式互动教学环境让深度学习更容易进行；
高仿真的游戏式教学激发学生的学习兴趣；
元宇宙有利于促进教育优质资源共享与教育公平；
教育元宇宙促进线上线下教育的融合。总之，元宇宙赋能教育游戏，能够让学习者在虚拟世界中进行认知学习，对于学习者来说，创新式的学习方式将不断激发学习兴趣，带来更好的学习效果。

3  存在的挑战和未来展望

3.1  存在的挑战

目前，元宇宙尚未有统一的定义，国家也并没有从顶层进行设计，元宇宙中涉及的伦理、法律与道德，元宇宙构建技术的法律适用，元宇宙中的经济行为等，都尚未有明确的法律法规予以规范，这需要相关研究人员进一步探索。随着云计算和大数据处理广泛的应用，数据能耗水涨船高，根据相关调查，在全球范围内，数据中心成为全球能源使用规模最大的用户，在全球总能耗中所占比例将从2015年的0.9%上升到2025年的4.5%，综合投入和碳中和存在矛盾关系。元宇宙中信息安全也需要人们的关注。另外，教育元宇宙是众多前沿技术与教育教学、社会关系的深度融合，教育元宇宙面临的挑战也是诸多技术伦理问题的并集，且在新的技术融合和应用场域中还会产生新的问题[4]。

3.2  未来展望

疫情之下，元宇宙在教育领域的应用已有显现。中国传媒大学为不让学生因为疫情错过毕业典礼，在沙盘游戏《我的世界》中重建了校园，学生化身成为游戏人物形象齐聚一堂完成仪式。作为新兴业态的元宇宙蕴藏着技术创新的蓬勃活力与应用革新的丰富潜力，一方面将对人类社会与经济发展等各个领域产生极大的促进作用，另一方面会给人们的生产与生活方式带来新的冲击[5]，相信随着元宇宙的发展，元宇宙将在教育、艺术、文旅、能源等领域发挥巨大作用。

4  参考文献

[1] 兰国帅，魏家财，黄春雨，等.学习元宇宙赋能教育：构筑智能+教育应用的新样态[J].远程教育杂志，2022，40（2）：35-44.

[2] 张钦昱.元宇宙的规则之治[J].东方法学，2022（2）：4-19.

[3] 刘晓军.云宇宙总体框架和挑战研究[J].广东通信技术，2022，42（1）：53-57.

[4] 翟雪松，楚肖燕，王敏娟，等.教育元宇宙：新一代互聯网教育形态的创新与挑战[J].开放教育研究，2022，28（1）：34-42.

[5] 杨爱华.元宇宙构建之基：基于哲学、技术、社会三维视角的分析[J].求索，2022（3）：83-91.

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