元宇宙在職業學校教學中的機遇與挑戰

王 霞 楊 青 余森彬 邱 欣

(浙江師范大學, 浙江 金華 321004)

職業教育作為一種市場性和開放性極強的類型教育,為我國經濟社會發展提供了有力的人才支撐。目前,職業學校依托“互聯網+教育”模式推進了職業教育現代化建設,實現了教學資源的遠程傳播與共享,但互聯網無法打造理實一體化沉浸式課堂、搭建虛實深度融合的職業技能實訓基地以及制訂精細化學習方案等弊端開始逐漸顯露,影響了新時代職業教育高質量發展,急需新技術和新思想賦能職業學校進行深化改革。元宇宙是集各項先進技術于一體的新型互聯網形態,能打造虛實深度融合的沉浸式課堂,搭建規模較大的虛擬實訓基地,制訂全方位精細化的學習方案,是職業學校加速課堂教學變革的突破口。

一、元宇宙概念界定及技術特征

(一)元宇宙的概念界定

元宇宙看似是個新興概念,但實際上是經典概念的重生。早在1992年,美國科幻作家尼爾·史蒂芬森(Neal Stephenson)在其科幻小說《雪崩》(SnowCrash)中便首次提出了元宇宙一詞[1],并在書中將其描述為:只要人們戴上耳機和目鏡,找到連接終端,就能夠以虛擬分身的方式進入由計算機模擬且與真實世界平行的虛擬空間[2]。元宇宙作為一種新型數字技術,被認為是當前擴展現實(XR)、數字孿生、區塊鏈、人工智能等先進技術的概念具體化與實物化。羅布樂思公司的首席執行官大衛·巴斯祖奇認為,元宇宙是一個將所有人都相互關聯起來的三維虛擬世界,人們只要在這個虛擬世界中擁有自己的數字身份,就可以在元宇宙世界里盡情互動,并創造想要的東西[3]。Meta創始人扎克伯格認為,元宇宙是一種讓人們通過置身“實體互聯網”當中,產生身臨其境的感覺,以“虛擬化身”的方式進行交友、娛樂、工作、學習、購物等,與現實世界活動平行或超越現實世界活動的新平臺和媒體。此外,北京師范大學新聞傳播學院喻國明教授站在傳播學的角度認為,元宇宙是數字化革命以來所發展起來的全部技術與社會現實融合發展的全新文明形態,它不是平行于現實世界的一種存在,而是既超越現實世界,又與現實世界相融相生的“混合現實”,能夠讓人類進入一個更具自由度、更高靈活性、更多體驗性、更強功效性的超現實世界當中[4]。

綜合上述觀點,本文認為元宇宙是虛擬與現實邊界消融的3D虛擬世界。從技術結構看,數字孿生技術將現實世界復制到元宇宙,打造出包括但不局限于現實世界的“新賽博空間”;視覺沉浸技術將物理世界復雜的理論知識與概念實物化和具體化,搭建出“可想即可見”的3D數字空間;區塊鏈技術將現實世界的經濟、社交、身份等社會生態文明系統與元宇宙技術有機融合,構建出盡情創造、自由交互的虛擬空間。

從元宇宙與現實世界的關系看,元宇宙是既與現實世界深度融合,也與現實世界相互平行且獨立的虛擬世界,二者相互促進、共生共存。一方面,在現實世界的技術創新驅動下,視覺沉浸技術、區塊鏈技術、數字孿生技術等不斷趨于成熟,為元宇宙與現實世界的邊界消融創造了有利條件。另一方面,元宇宙中沉浸式的體驗、具身式的交互、無拘無束的內容生產和世界編輯等,為現實世界的技術創新提供了將抽象思維具體化、實物化的自由創造的機會與平臺,能讓人類通過不斷“試錯”來打破現實世界發展過程中的各種技術瓶頸。

(二)元宇宙的技術特征

元宇宙是眾多信息技術的協同式聚合,是基于多種先進技術而實現的技術融合式創新,主要特征如下:

第一,虛擬世界與現實世界深度融合。一方面,元宇宙是依托數字孿生技術構建的映射于且獨立于現實世界的人造虛擬世界,既包含了物理世界的復制品,也包含了虛擬分身在虛擬世界的自主創造物[5]。另一方面,元宇宙與現實世界之間依靠端口接入,用戶通過穿戴設備進入元宇宙后即可自由地進行觸覺、嗅覺、聽覺等人類知覺以及全身感官體驗,讓使用者產生虛擬世界與現實世界邊界消融的臨場感。

基于5G通信技術、沉浸技術、擴展現實技術等,元宇宙具有極高的低延遲感、沉浸感和擬真度,能為用戶帶來沉浸式的交互體驗。在職業院校課堂中,師生僅需一個人機接口即可進入元宇宙構建的與真實世界非常相似的具有時間、空間、感官三個維度的人機交互體驗課堂,通過在虛擬世界的沉浸式深度學習來深化理論,提升實踐技能,進而實現理實一體化的課堂教學。

第二,資源創造極度自由、開放、安全。以區塊鏈技術為根基的元宇宙能實現資源自主創造、系統永續開放,為用戶提供了極度開放、自由、安全的個性化數字空間。一方面,元宇宙可以通過相應的操作將抽象的思維作品及時轉化為具體有形的產品,為用戶打造“可見即可感知”“可想即可嘗試”的可視化網絡空間,滿足用戶自主創造的體驗需求。另一方面,元宇宙能將虛擬世界與現實世界的經濟系統、社交系統和身份系統進行密切融合[6],讓用戶在擁有唯一虛擬分身身份的條件下進行具有創造性和自我構建性的內容生產與世界編輯,進而保證用戶隱私與底層數據的保密性與可追溯性。

思維創新是職業院校人才培養的關鍵,長期實體化的教育受制于資金投入緊缺、師資力量薄弱、實訓場地不足等,因而無法為學生打造出一批供學生隨時隨地開展實踐訓練的平臺,導致學生難以實現“可想即可嘗試”的思維訓練。集AR、VR等技術為一體的元宇宙擁有豐富的教育資源,既能滿足學生的理論學習,也能通過讓學生將抽象的思維作品轉化為真實的產品來提高學生的思維創新能力,是一種開放、自由、安全的“可想即可嘗試”的試錯平臺。

第三,數據記錄與分析極度多元、智能、精確。人工智能、大數據、云計算、分布式存儲、量子計算等是元宇宙數據生成、數據轉換以及數據存儲的關鍵技術支撐,可以對虛擬分身在元宇宙中工作、學習、生活的相關數據進行智能化、多元化存儲、轉換以及分析,根據分析結果為用戶精準畫像。此外,元宇宙還以動作捕捉技術為承載,對虛擬分身的聲音、動作、表情等進行運動追蹤與感知,留存并解析捕捉所得的生物特征數據,生成能體現用戶學習、工作等狀態的數據報告單。

對學生精準畫像是因材施教的核心,然而,由于互聯網的動作捕捉技術不成熟,難以對學生的聲音、動作、表情等進行運動追蹤與感知,無法對學生的學習數據進行全方位、精確化分析。元宇宙作為多種先進技術的融合體,能在捕捉到職業學校學生實踐訓練過程中的表情、操作、聲音等數據后進行存儲并分析,生成學習情況報告單,為教師有的放矢的教學提供有力的數據支撐。

二、職業院校教學現狀

職業院校是培養技能型人才的重要基地,是推動社會經濟發展的重要力量。隨著現代化發展進程加快,產業結構不斷優化調整,企業對職業學校培養的“雙技型”人才提出了既要有扎實的理論知識基礎,又要具備熟練的技能操作能力的高要求。

(一)理論教學與實踐失衡,學習效果不佳

1+X證書制度試點的實施標志著職業教育人才培養不再簡單地以學業成績合格為目標,而是既要學業成績合格,也要實踐技能達標,才能取得若干職業技能等級證書。然而,目前大部分職業學校仍然缺乏對職業教育“理實一體化”教學的正確認識,重理論、輕實踐,或重實踐、輕理論的理實失衡現象依然較為普遍,是職業教育“理實一體化”人才培養急需調整的問題。

(二)實訓基地建設不足,技能提升困難

實訓是職業學校人才培養的重要環節,對職業學校人才的技術技能提升具有極其重要的意義。然而,受教育投入資金不足、校企隔閡、土地資源緊缺等因素的影響,職業院校實訓基地建設規模無法擴大或新建,老舊的實訓設施設備無法及時更新,導致學生實訓經驗嚴重不足,難以實現技術技能突破,畢業生與社會行業嚴重脫節,難以適應行業和技術發展的需要。

(三)教學評價機制不完善,難以精準施教

理論知識考核在職業學校教學評價中仍占據主導地位,學生平時表現、興趣愛好等通常被置于教學評價體系之外。同時,職業學校從未根據學生學業成績、平時表現、興趣愛好測評等生成教學評價反饋表或建立學生成長檔案,導致精準施教無據可依。

三、元宇宙在職業院校教學中的應用價值

(一)虛擬與現實深度融合,打造理實一體化課堂

元宇宙通過數字孿生技術將物理世界職業學校中的每個物體都真實地映射到虛擬世界,構造出一個學習者能在課堂上自由交流討論、隨意切磋技藝,具有較強視聽性和交互性的虛擬職業學校。在元宇宙職業學校的學習過程中,學習者以理論與實踐雙向提升為終極目標,以技術技能訓練為理論內化手段,將理論內化和實踐技能提升融為一體,為學生帶來感官上的沖擊以及思想和精神上的洗禮與觸動,讓學習者在課堂上與教學內容深度共情,激發他們的學習潛力,確保理論教學與實踐教學之間的平衡,真正實現“理實一體化”教學。

(二)搭建大規模實訓場地,有效提升實踐能力

元宇宙依托AR、VR、MR等技術搭建出調動視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺等人類知覺的技術技能虛擬實訓基地,滿足職業學校師生隨時隨地對教學內容自我創造與不斷試錯的課堂學習需求。由相關軟件與硬件設施搭建的元宇宙技術技能實訓基地既能解決職業學校因受教育資金不足、土地資源緊缺等限制而無法擴建或新建實訓場地、及時更換老舊設施設備等現實問題,也能減少師生在實訓過程中因緊張、不熟練等出現操作失誤而引起的安全事故,對提高技術技能訓練中的安全系數具有積極作用。同時,元宇宙職業教育實訓基地還能打破時間和空間維度的瓶頸,實現課內課外、校內校外等隨時隨地的職業技術技能實踐訓練,是職業院校師生實踐技能提升的重要技術支撐。

(三)多方位記錄學習數據,制訂精細化學習方案

首先,基于云計算、大數據、分布式存儲等技術的元宇宙會自動收集并儲存職業學校學生在虛擬課堂上的作業、問答、學習進度等數據[7],通過全方位、智能化分析后形成全面、完整、動態的課堂理論學習評價報告,并在此基礎上為學生制訂或推薦最匹配的專業課理論知識學習方案。其次,擴展現實技術能實時捕捉并留存學生在實訓課堂上的聲音、行為、眼神、表情等生理和心理反應的相關數據,利用這些數據總結學生實訓操作中的薄弱點,進而為學生提供符合其職業技術技能水平、生理和心理反應規律的學習場景和活動形式。最后,元宇宙在區塊鏈技術支撐下對學習者興趣愛好、性格、學習習慣等測試數據進行相應分析后反饋給學習者,以供學習者根據自身性格、學習特征等自主創造或編輯學習方案。

四、元宇宙賦能職業院校教學變革的挑戰與要求

元宇宙在職業院校教學中的應用如同一把雙刃劍,既充滿了無限可能,也帶來了諸多挑戰。因此,職業學校應客觀理性地看待元宇宙,科學設定元宇宙教育標準,將元宇宙的技術特征與教學特點有機融合,構建虛擬空間與教育系統協同發展的新教育體系。

(一)元宇宙賦能職業院校教學變革的挑戰

1.技術成熟度低,學習數據捕捉困難。元宇宙是集大數據技術、VR、MR等虛擬技術為一體的新型虛擬空間,是多種技術的融合體,盡管當前大數據技術、云計算技術、5G技術等已經在教育系統取得了階段性的成就,但是這些技術的成熟度參差不齊,技術間的融合出現裂縫,導致元宇宙技術的整體成熟度降低。因此,元宇宙資源優化受阻、映射虛晃、感官體驗不佳等問題依然無法規避,進而導致師生交互過程中的微表情變化、情感感知等無法被精確捕捉,這是元宇宙在職業院校教學應用中的難題。教學是一項學生、教師、社會有機融合的復雜性工作,要發揮元宇宙技術在職業院校教學中理實一體化教學、實踐技能提升、因材施教等作用,就必須打破各種技術融合難的瓶頸,實現技術間的協同發展。

2.缺乏統一的元宇宙標準,課堂教學場面失控。每一次的信息技術革命都會對職業院校的教學造成一定的沖擊,元宇宙作為一種新興技術,在與傳統的職業教育融合過程中可能會出現教師領導作用消失、師生情感交流受阻、學生對世界的認知模糊等危機,與現實世界的課堂教學產生倫理沖突。同時,元宇宙開放度、自由度極高,學生能自由創造或編輯教學內容,容易導致元宇宙課堂上的教學內容不統一,進而導致課堂教學場面失控。

3.教學理論不充足,難以與教學有機融合。與普通學校教學相比,職業學校教學更復雜,其參與者除教師、學生、家長外,還涉及企業、技師、工匠等主體。盡管元宇宙在普通教育領域的教學方式、教學評價機制、技術架構、應用潛力等方面已屢有論及,但從整體來看,目前元宇宙在教育教學中的研究仍處于起步探索階段,尤其在職業院校的教學理念、教學評價、實踐能力提升等方面的研究十分匱乏,如何將職業學?！袄韺嵰惑w化”“以學生為中心、以成果產出為導向”等教學理念與元宇宙技術有機融合,需要元宇宙研究者們與職業教育研究者們相互配合,深入研究論證,推廣普及。

(二)元宇宙賦能職業院校教學變革的要求

1.客觀理性地看待元宇宙。元宇宙將會如何塑造教學模式已成為當前元宇宙研究的熱門話題之一,華東師范大學已從元宇宙本質的角度依托云展廳策展課程深入探討了元宇宙視角下的未來教學模式[8]。當前,一些職業院校已開始在教學中布局元宇宙,對于元宇宙未來在職業院校教學中的應用,職業院校不能只是盲目地接受一些零星的、不成體系的散架概念,一方面,需要教師積極參與社會機構提供的元宇宙培訓,讓他們用創新性、批判性的思維去客觀地、系統地認知元宇宙在教學中的潛力與價值。另一方面,職業院校要組建一支對元宇宙認知清晰、實踐創新能力強的師資隊伍,利用院校自身培養出來的一大批元宇宙技術人才反哺該技術在職業院校教學中的應用與發展,鼓勵他們推動元宇宙在職業院校教學中的技術創新,從而讓元宇宙突破技術瓶頸,實現可持續發展。

2.科學設定元宇宙教育標準。2022年8月,我國第一份《元宇宙教育共識》在北京發布,對我國的元宇宙科學家和科技企業都設定了相關的技術標準[9],卻未對元宇宙在教學中的應用設定標準。從職業院校的教育教學元素組成來看,職業學校課程設置的特殊性、人才培養的復雜性、實訓的職業性都是構建“元宇宙+職業教育”人才培養體系的重要影響因素。由于元宇宙缺乏相應的教學理論,在將元宇宙技術特征和職業院校教學特點結合時,無法做到“嚴絲合縫”,容易造成師生在虛擬世界的課堂場景中失控。因此,為高度警惕元宇宙失控,元宇宙研究者們必須與教學研究者相互配合,對元宇宙在教學中的應用制定相關教育標準。第一,明確元宇宙背景下的人才培養目標。職業學校應以元宇宙為人才培養平臺,借助元宇宙數字生產、數字交換等技術優勢,融合社會經濟發展趨勢、元宇宙企業崗位需求,與企業共建元宇宙課程、共育專業人才,共同定位元宇宙背景下的人才培養目標。第二,建立元宇宙參與下的職業院校課程標準。職業教育課程標準作為職業學校課程開發建設、課程實施、課程評價的準繩,是專業人才培養中“培養什么人、怎樣培養人”的具體體現。職業學校需要在元宇宙的統一技術標準下,以元宇宙背景下的人才培養目標定位為導向,重新審視本校的職業教育發展現狀與趨勢,結合本校的元宇宙布局特色制定各門課程的課程開發建設標準、課程實施標準、課程評價與管理標準,編寫相關專業的數字教科書,開設相應的元宇宙課程,建立滿足“元宇宙+職業教育”教學模式的課程標準。

3.有機融合職業學校教學特點。第一,堅持走理論與實踐一體化的育人道路。元宇宙擁有豐富的教學資源,師生能自主創造學習場景,是推動職業學校理論與實踐一體化育人的重要技術支撐。因此,在元宇宙時代,職業學校需要通過開設元宇宙專題講座、選拔青年教師進入高層次院校深造、引進元宇宙專業人才等方式加強元宇宙技術運用的專業教師隊伍建設,讓教師能利用元宇宙對學生的精準畫像為學生制訂符合其學習特點的學習方案與教學內容,并借助元宇宙技術為學生打造出真實的工作環境,滿足學生在課堂上一邊進行理論學習,一邊開展崗位實踐練習的學習需求。第二,堅持“以學生為中心、以學習產出為導向”的教育理念。元宇宙去中心化的技術特征能有效破解我國職業院校長期以來的“唯教師”論,為形成“以學生為中心、以學習產出為導向”的新型職業教育形態帶來了無限可能。AR、VR、XR等視覺沉浸技術能刺激學生視覺體驗、激發學生創新創造意識,為他們提供“可想即可嘗試”的試錯機會,培養學生的學習產出意識。職業學校必須深入貫徹“以學生為中心,以教師為主導,以學習產出為導向”的教育理念,打破現實世界的教學常態,讓學生在元宇宙創設的教學場景中對教學內容自主創造、自主探索與實踐,將更多的學習自主選擇權“還”給學生,從而真正解決教師的“教”與學生的“學”的主客體矛盾。

元宇宙是機遇與挑戰并存的數字世界,在為職業學校課堂教學、實訓、教學評價帶來無限暢想的同時,也會對人才培養目標定位、課程標準設定、教師隊伍建設等工作帶來巨大挑戰。從“元宇宙+職業教育”本質上看,元宇宙只是一種先進技術在職業學校的應用,是人類互聯網終結時代的教育思維延伸,是學校深入推進教學改革的路徑拓展,但不是解決職業院校一切教學問題的“萬能藥”,既不能完全代替現實世界,也不能對人類教育的本質進行更改。目前,元宇宙在教育領域的研究主要圍繞“技術論”展開,尚未切實深入探究通過將職業學校的教育內容、教學角色關系、教學管理等教育要素與元宇宙技術有機融合來構建“元宇宙+職業教育”新形態教學模式,充分發揮元宇宙助力職業學校發展的問題。因此,面對元宇宙新機遇,職業學校要保持清醒的頭腦,理性分析學校及元宇宙技術當前的發展現狀,客觀認知元宇宙賦能學校發展的價值內涵,在符合元宇宙教育標準的條件下積極探索元宇宙技術在職業學校規劃布局的路徑。