基于重构主义的教育元宇宙课堂研究

姚雅楠 朱江

摘      要

“元宇宙”作为一种囊括多重技术、新型虚实相融的社会形态，对社会各界影响颇深，引起各领域的巨大变革，教育学界亦提出“教育元宇宙”的概念。聚焦课堂教学，衍生出两个重要论题：其一，教育元宇宙课堂区别于以往课堂的重要特征何在？其二，如何实施教育元宇宙课堂？文章首先简要概括元宇宙的由来以及教育元宇宙的研究情况；随后以重构主义（新建构主义）理论为指导，提出教育元宇宙课堂是智慧课堂的升级版；探索教育元宇宙课堂结构机制和运行机理。

关 键 词

重构主义  教育元宇宙  课堂教学

引用格式

姚雅楠，朱江.基于重构主义的教育元宇宙课堂研究[J].教学与管理，2023（33）：5-10.

2021年被称为元宇宙元年，国外游戏平台Roblox在招股书中提及“metaverse”这个名词并成功上市，学者将其译为“元宇宙”。元宇宙的出现不是偶然，而是时代发展的产物。一是顺应技术的发展，当提升技术、打开新渠道成为企业难题，“元宇宙”这个具有潜力的新名词出现，吸引企业和资本的目光。事实上，元宇宙囊括多重技术，需要衔接现实世界与虚拟世界。在一定意义上可以说元宇宙是尖端互联网技术和终端设备技术等的化身[1]。二是来源于人们期待新的体验，受疫情影响线上教学成为主要教学方式，打破了空间距离的限制，大众对于未来社会也提出新需求。为此“元宇宙”这个概念再次被提及，它代表一个充满愿景且不断发展的新型世界形态，是建立在一个虚拟网络上的数字世界[2]，集科技、社会、文化等多个属性为一体。元宇宙应用场景广泛，也将引起教育领域的巨大变革。教育元宇宙可视为元宇宙在教育领域的应用。目前对教育元宇宙的研究主要停留在明确内涵特征如具有交互性、沉浸性、多元性三个核心特征[3]；搭建场域构架如从物理层、软件层、应用层和分析层进行搭建[4]；遵循发展顺序如从低层的虚拟重现、虚拟仿真、虚实融合，最后达到虚实联动[5]；应用教学场景如在教学研训场景中发挥巨大作用[6]。

课堂教学是开展教育的最基本组织形式，是互动交流的主要场所，是传承文化与创生知识的主要通道。在新兴技术带动下，未来课堂教学也朝着数字化、智能化、虚拟化的方向移动。如何在教育元宇宙时代开展创造性的课堂教学是值得思考的问题。本研究在重构主义理论指导下，首先通过对比传统课堂、翻转课堂、智慧课堂的教育目的、教学理念等方面设想教育元宇宙课堂，并简要概括教育元宇宙课堂的特征；随后结合其特点进行教育元宇宙课堂结构机制和运行机理研究，不断挖掘元宇宙在教育领域的巨大潜力，旨在为中小学教育元宇宙课堂教学提供参考。

一、基于重构主义的教育元宇宙课堂内涵及特征

随着网络时代的发展，涌现了很多纷杂的信息，知识呈现碎片化，为解决这两大问题，有学者提出重构主义（新建构主义）学习理论，它与建构主义、联通主义理论有着部分相似之处。重构主义认为知识可以由个体知识与社会知识两个部分构成，有软知识与硬知识之分，呈现碎片化、去中心化、生成性以及时效性四个特征[7]，知识主要发生结构、表征形式、类型、传递方式以及生产来源五个方面的改变，使得学习也发生五种变化，学习目的不仅注重知识的传承，更重视创新创造，让学生学会“读书”与“读网”，能够将各种渠道获取的碎片化信息，通过联通、选择、零存整取等策略和方法进行有机整合，从而构建个性化知识体系[8]。

1.教育元宇宙课堂是智慧课堂的升级

从传统课堂开始，陆续出现翻转课堂，智慧课堂，未来将升级成教育元宇宙课堂。面对面的传统课堂利于营造良好学习氛围，增进师生与生生互动，集中学生注意力等，但存在学生停留在知识表面获得而忽略对知识本质掌握等问题；翻转课堂坚持以学生为中心，培养学生自主学习能力，但存在资源结构较松散、难以形成完整知识脉络等问题；智慧课堂借助智能技术实现资源共享、数据精准分析等，但目前存在学习环境相对固定、教师无法实时获取学生学习状态、考核形式单一等问题；在结合传统课堂、翻转课堂等优势，借助智能化设施与技术之下，无缝衔接现实与虚拟，创建一体化学习活动，把智慧课堂升级成教育元宇宙课堂。

从思想理念层面来看，教育元宇宙课堂教学目的从最开始的传授知识、发展思维、生成智慧升华为全面提升学生素质、满足个性化需求。以教定学、以学定教转变成以需定学，这与重构主义的新学习观不谋而合，重构主义强调个人导向的系统学习，即以个人的兴趣爱好以及个人问题解决需要为中心，根据个人需求构建个性化的蛛网式知识结构[9]。从学习资源获取途径来看，实现文本化到数字化的转变，地区化到全球化的转变，学习平台的智能推送升级成更具差异性、主体化的全球资源系统的个性推荐，自主配备相应课程与教师，高度实现个性化学习。从教学活动场所来看，不再局限于校内或校外的物理空间，达到虚实共生的元宇宙，学习者可以按照需求选择在真实的实训基地学习或借助虚拟化身在课程平台进行课程学习，无论是否在现实世界所有感官均能完整体验教学活动。从教学活动主要方式来看，强调增强学生学习的主动性，发散学生思维，“为创新而学习，在学习中创新，对学习的创新”[10]。教学活动重心更关注学生的主观感受，从做中学，从实践中学。教学环节更加强调师生的选择、知识内容的重构、资源评价的整合。

2.教育元宇宙课堂特征

教育元宇宙课堂主要呈现七个特征：发展性的教育目的、多模态的教育资源、无止境的学习生涯、无界限的教育空间、沉浸式的教育环境、多形态的教育化身以及高质性的教育成效。

（1）教育元宇宙课堂具有发展性的教育目的

人们在满足基本的生活需求与安全之后就会追寻更高的价值层面，如有学者提到教育元宇宙的育人新目标是培育有跨界力的新人[11]。目前我国绝大多数的学生仍以提高分数、找到好工作等作為学习目的，未来只会将其作为短暂的某一阶段的学习目标，分数等物化的形式仅仅作为检验某一阶段学习成果的方式。素质是素养的上位概念，教育元宇宙下的教育目的可以概述为个体不断地追求与提升自己的素质与能力，终身在寻找自己更高的价值，以此达到终身教育。

（2）教育元宇宙课堂融合多种教育资源

纸质版教材作为传统教育的核心资源，正在逐渐升级为装载于智能移动设备的电子教材[12]。同时越来越多涌现的在线课程平台也会成为重要资源载体，现阶段在线教育平台种类繁多，以MOOC和SPOC课程为首，但都存在用户规模不大、平台吸引性弱、平台之间相互独立等问题，满足教育元宇宙发展的课程平台将具备以下几点：一是在课程选取环节，能够根据学习者的需求等自动生成学习者画像，如AutoTutor识别学习者的情感状态[13]，再基于学习者画像个性化推荐不同学习资源，如K-means构造学习者画像[14]。二是在课程学习环节，能够动态监控并记录学习者的学习过程，诊断目前薄弱环节以及跟踪解决问题的路径，如PAT等数学导学系统[15]。三是在课程学习结束之后，能够及时给予学习预警如Course Signals、心理预警等[16]。四是课程平台将实现全球化的共享，所有学习者都能够根据自身的需求获得个性化教育资源。五是课程平台功能会更加突出知识脉络的条理性等，将资源、交流互动、实时监控、评价和管理等要素有机融合。

（3）教育元宇宙课堂延伸学习生涯

学习生涯即一生所历经的学习轨迹。为打破时空界限将无限的学习覆盖到人有限生命的全过程，终身教育体系和学习化社会呼之欲出[17]。从学习时段即生涯长度来看，包含学前教育、义务教育、高等教育、职业教育、继续教育、老年教育等，基础教育全国普及，高等教育继续扩张也许会放弃毕业制并与职业教育等结合形成终身大学，混龄教育、全龄一贯制学校、组合式就业、全民教师制等脱颖而出。从教育形态来看，学校教育、家庭教育、社会教育紧密融合，使得正式学习与非正式学习相融合、线上学习与线下学习相通，三方有机衔接，以提升学生素质与能力为教育目标、在充分发挥自身优势的前提下建立协作关系，实现资源、场所、人才等开放共享的教育活动。从学习感知度即生涯深度来看，探究式学习、项目式学习、游戏化学习等高速发展会促进学生对知识的理解与掌握程度，进入到沉浸式的深度学习。从学习覆盖面即生涯广度来看，学生不再专注于一个方面知识或技能学习，而是进行全面学习，获得双学位会成为普遍现象，实现通识教育与专才教育相融合，以期达到general education[18]。

（4）教育元宇宙课堂扩展教育空间

未来教育空间不再局限于学校、教室、图书馆等实体区域，也会创建虚拟学校、虚拟教室等虚拟场所，如美国成立的全球第一所虚拟现实高中——美国高中[19]。能够使学习活动有效发生，满足学习者需求的实体或虚拟场所均可以称之为教育空间。我国目前仍以学校教室作为主要教学场所，正试图利用相关技术达到虚拟重现、虚拟仿真等层次，如清华大学附属小学利用AR应用程序增强现实的学习环境，让学生观察太阳和地球[20]。未来将实现教育空间的任意性，此时智能技术将达到应用顶峰，如人工智能达到创新应用模式，能够深度融合人类专家知识与教育行业知识[21]，构建虚拟成长导师提供优质化推荐服务；如数字孪生技术高速发展，实现真实空间与虚拟空间完全互通，在虚拟空间的所有操作与真实空间的实体操作有相同效果[22]。学生可以自由选择学习场所，并在全球范围内与社会多方建立合作关系，让学生在做中学。

（5）教育元宇宙课堂强化教育环境

教育环境重在增强学习体验，强调主体参与性以及学习活动过程中的真实感受。创建虚拟学习环境一是想通过打破现实的环境限制，将那些危险、成本过高或违背常识等情境展现出来，二是为进一步激发学生的想象力，让学生在虚拟环境中大胆创新实验，把自己所思所想进行实践应用。对于理工类课程中难以进行的实验，通过设计一个还原度很高的虚拟场景，让学生在虚拟空间中观察或进行动手操作学习，如马小莉等人以“化工热力学”等课程为例，通过软件仿真模拟，使学生在简便操作中对化工生产过程有清晰的认识[23]；在文史类课程中由于时间不可逆性，可通过虚拟场景“穿越”到过去环境中感受当时的历史，如国家虚拟仿真实验教学课程共享平台的8门历史学课程[24]。

（6）教育元宇宙课堂具有多形态的教育化身

虚拟世界离不开虚拟人物，每个人都会借助数字孪生等技术获得一个数字化形象，在虚拟世界中延伸自己新的社交关系，书写生命日志的过程中寻找人生旅途上的同路人。未来学习活动中会存在虚拟成长导师、虚拟教师、虚拟同学等，世界首位数字虚拟教师来自新西兰的威尔Will[25]，未来虚拟教师的作用主要在于做真人教师的助手，虚拟教师将更多关注于学生的学习成绩等物质方面，真人教师侧重学生的动机与成长期望等情感方面的培养，以此实现双师协同教学。虚拟同学在算法体系中称为个性化虚拟成长伙伴[26]，不局限于校内学习者的身份，突破了时间、地域、年龄等限制，是指学习活动中找到的志同道合的伙伴。虚拟化身实现了个人从现实世界到虚拟世界的映射。

（7）教育元宇宙课堂可有效实现教育成效测量

教育元宇宙以大量数据为基础，精准技术为依托，通过虚实融合的方式进行有关教育活动，观测学生在学习过程中的实时情况并给予反馈，测试成绩是评估课程质量的重要标准也是测量学习效果的有效方式。在未来，测试不会消失但会发生改变，不再局限于书面上的统一测评考试，没有统一内容，无固定数量，而是根据教学目标，学生的实际作答情况，只限制答题时间的自动调整的测试[27]。教育成效的测量因素并不局限于知识内容考量，也涉及对认知、情感、技能、行为等方面的考察[28]，教育成效关注的是学习的全过程，利用相关脑机技术实时获得学生的情绪与思维数据，利用人工智能等技术实时获得答題情况，在测试之后根据结果给出智能化的学习方案，建立成长期望与学习动机。数据的广泛性和科学性、技术的精准性、方式的吸引性都化为一股力量促使创造性的教育活动的发生，从而产生高质量的教学。

二、基于重构主义的教育元宇宙课堂结构机制

理论上设想的教育元宇宙课堂，在技术的引领下能够实现信息数据的实时交互、虚拟与现实世界的无缝衔接、人机物达到平衡发展；坚持以学习者为中心，注重真实化情境的创设，沉浸式体验知识的产生、发展历程，在实践中学习知识、检验知识、创新知识，不断自我反思，增强对知识本质的理解以及对自我生命价值与意义的感悟，从而满足自身的发展需求。情境创设、沉浸式体验、知识的检验与创新离不开技术的发展、软件和硬件的配备、以及网络等。基于此，本研究构建了包含网络、实训基地、课程平台的教育元宇宙课堂结构机制（如图1所示）。

图1  教育元宇宙课堂结构机制

智能技术的发展促使各类教育业务走向数字化，对传统的教学活动、组织管理带来一定冲击。网络是教育元宇宙的根本，需要物联网技术和网络通信技术实现信息的实时传递；实训基地（硬件设备）是现实世界与虚拟世界的线下衔接通道，若想无感且愉悦进入到虚拟世界进行交互体验，至少需要生物数据采集设备、沉浸式交互设备、智慧移动终端；课程平台（软件平台）是现实世界与虚拟世界的线上衔接通道，是师生、生生、师师之间沟通的桥梁，为师生提供专业的线上教学服务。

1.网络技术赋能教学立体感

（1）物联网实现人物联通

教育环境从数字化转向网络化、智能化，人类逐步进入元宇宙时代，人、机、物之间的联系会更加紧密。如RFID、传感网、全球定位系统等就是连接人与人、物与物、以及人与物的重要工具，物联网是将物理空间和自由空间里的信息进行交换与通信的一种网络，在教学中的主要作用是传递信息，便于获取学生情感状态、跟踪学生学习轨迹、监控教学过程和管理教学活动等。

（2）网络通信实现互动交流实时化

依赖星链通信技术、5G、甚至6G等实现高同步低延迟的信息传输，保證网络畅通。在教学中网络通信技术主要用于实时传输信息，便于教师移动办公，师生以无线的方式迅速获取丰富的网络课程资源，瞬时发送与接收文字、图片、音频、视频等材料，保证互动实时性。

2.虚实联通增强教学临场感

（1）数据驱动实现教学评价全程化

在教学中，一体化摄影机、LCD监视器等生物数据采集设备有利于对师生的特征信息如指纹、人脸图像、文字、语音以及视频等进行采集、传输、比对，能够在一定范围内自动聚焦目标，实时追踪学生课堂学习情况，教师教学情况，将教学活动可视化并精准还原进行评价。

（2）虚拟技术实现教学空间零距化

多媒体教学一体机、全息投影设备等在内的沉浸式交互设备，整合了电子白板、音响、视频展台等辅助教学工具的优点，丰富了教学环节，如即时书写即对任一操作界面进行标注、自动化录制且生成电子版笔录、打破时间空间的限制进行异地交流、将抽象物体可视化了解其结构和细节、虚拟再现过去历史事件，尤其是全息投影设备的使用可以让学生以旁观者的身份对讲解的内容进行观察学习、以体验者的身份在虚拟场景中进行协同学习、以操作者的身份在虚拟世界或现实世界进行实践应用，增强视觉、听觉、触觉等多感官的感受，实现沉浸式师生互动、人机互动。

（3）智慧终端实现学习泛在化

为提升现有的教学效率，可使用手机、平板、电脑等智慧移动终端。将它们看作一个小型的计算机系统，综合处理各类信息、便捷加工学习内容、呈现学习材料。在通讯方面能够促进师生间的交流、在办公方面能够简便业务操作、在学习方面能够优化学习途径。

3.课程平台提升教学服务优质感

（1）APP实现教学管理程序化

微信、QQ、腾讯会议、ZOOM、钉钉等应用APP及相关小程序的出现吸引了领导者的目光，有利于对全校师生进行个体化、规范化的管理。学校可用其发布工作通知、组建教师队伍、管理审批文件、自动会议纪要等；教师可用其发布学习材料、共享屏幕文档、组织学生分组讨论、记录教学全过程、评估学生学习效果等；学生可用其获取学习资源、记录成长档案、分享生活日常等。

（2）网站平台实现教学资源开放化

教育资源平台、虚拟直播平台、3D建模平台等，主要实现教育资源的开放共享，一方面利于学校整合全球教育资源、开发虚拟教师、促进教师间交流学习、提升管理水平、助力教育公平；一方面利于教师创设虚拟教学情境、自动化分析学情、共享课件课例等教学材料、提升教学水平；一方面帮助学生扩充学习资源、提供一对一的个性化教学服务、直观虚拟实验、记录成长轨迹等。

重构主义认为未来在线学习将替代线下学习成为主流学习模式[29]，网络、实训基地（硬件设备）、课程平台（软件平台）三者的有机融合，使得教学管理、教学流程、教学资源等各类教育业务打破时间、距离的限制，以便捷、高效、恰当的方式运行，保障了教育元宇宙课堂教学的顺利开展。其实，无论在现实世界还是虚拟世界都充满着海量数据，数据读取与解析还需要数据挖掘技术、人工智能技术等；数据存储需要区块链技术、非同质化代币技术（NFT）、隐私计算、边缘计算等技术；数据展示与分析需要图像显示技术、数字孪生技术等[30]。教育元宇宙需要多样的技术、通畅的网络、精巧的硬件设备以及具有多功能的软件平台来丰富教学环节、增强教学感受、提高教学效率、检验教学成果。

三、基于重构主义的教育元宇宙课堂运行机理

在重构主义以学生需求为中心的教学理念下，应以提升学生素质为教学目的，以网络、实训基地、课程平台等结构机制为保障。教育元宇宙课堂教学活动主要人员有学生、教师、虚拟成长导师。虚拟成长导师担任管家的角色，实时陪伴、监测学生的学习状态，帮助学生记录并保存学习内容，以便及时反馈给教师；教师担任实训者的角色，为学生讲解重难点，在实际应用中提高学生多方面能力与素质，教师的数字化身即虚拟教师担任讲解员的角色，为学生答疑解惑，减轻教师的工作负担。基于此，本研究从虚拟成长导师、学生、教师三个主体出发，构建了教育元宇宙课堂运行机理（如图2所示）。

图2  教育元宇宙课堂运行机理

1.重构主义指导选择学习

重构主义认为教学是一个知识“嫁接”的过程，任何教学方法、教学技术都是为了使嫁接过来的知识存活[31]。面对复杂化、多样化、碎片化、爆炸式的信息，我们应打破传统的教学方式，不再一味地追随学科导向的系统学习，但并不是完全摒弃教育工作者所设定的公共化知识结构，而是侧重根据个人需求来选择学习的内容，构建个性化的蛛网式知识结构。在自主预习环节，教师根据教学计划选取创建相关资源，借助课程平台将学习材料发送给学生，发送的内容可以是文本、音频、视频等，也可创建代表自身角色的虚拟教师为学生讲解内容；学生根据自身的需求向虚拟成长导师寻求相关辅助学习材料，与自身需求相关的信息建立主动联通、直接联通、强连通，以此完成课前预习工作，并进行学习效果的預估形成学习者画像，由虚拟成长导师整合相关信息反馈给教师，以便教师根据学情更好的设计课堂教学。在此阶段需要关注以下层面：学习材料选取是否具有针对性、吸引性；学生能否能够理解虚拟教师讲解的内容，所讲内容是否聚焦所学重难点；学生所选择的信息是否具有研究意义、具有研究价值；预估模型的可信度如何、涉猎的范围是否广泛等。

2.重构主义引领创新学习

重构主义主张学习不单纯是为了知识的传承，更重要的是创新与创造。重构主义将知识划分为感性知识、理性知识和联想三个组成部分[32]。网络和技术的发展使知识由静态逐步变成动态，由一维呈现升级成四维，虚拟技术有利于将抽象的、联想的知识具象化、表象化，为此可借助虚拟空间实现创造性学习；主张学习者应该在教师组织下开展分享、协作和探究性学习，教师进行必要的讲解、示范和引导。在探究创新环节，由教师充当领导者组织教学活动，包括创设学习情境、搭建学习支架、梳理解题脉络、规范答题步骤、引导内容拓展五个步骤；虚拟成长导师需要动态监测学生学习状态，实时追踪记录活动进程并将结果反馈给教师。学生在此过程中要创造性重构，不能被动地接受知识，而是能够根据目前所掌握的内容，将新接触到的知识有计划地、有修订地、有连接地存储于知识体系中，并创新出新的内容。在此阶段需要关注以下层面：教师创设的学习情境是否符合生活实际；学生整个学习过程是否都被虚拟成长导师追踪到，是否实时记录反馈给教师；课堂教学活动是否充分激发学生的主动意识、拓展思维等。

3.重构主义统筹整合学习

重构主义提到个体可从社会的知识流中获取自己需要的养分，也会将自己的成果回馈给社会，在此过程中包容性思维必不可少，它将一些看似互不关联、甚至互相矛盾的内容经过一定的加工改造，使之互相兼容，有利于知识的整合[33]。在检测反思环节，教师提供检测内容，可以是文本类习题，操作类模型设计等，学生遇到不会的题可以借助课程平台向同伴或虚拟教师等寻求帮助，一对一的答疑解惑；虚拟成长导师结合数据总结学生学习表现并给出各方评价，学生将多元的观点、思想、疑问、信息进行有机整合，总结反思整个学习活动，最终形成属于自身的结构化知识体系。在此阶段需要关注以下层面：评价的主体与维度是否多元、是否注重过程性评价；学生自我总结与反思是否深刻、有意义，以此促进自身更好的发展。

元宇宙是随着时代的发展而提出的一个具有引导意义的概念。元宇宙在一定程度上会促进终身教育、智慧学习等发展。教育元宇宙课堂是对未来教育的设想，依托于技术的高速发展，也需要社会、学校、家庭等多方协同，是以学生为中心，教师为主导，虚拟成长导师为辅助的三体模式。学科不同对应着教学方式、教学重点也不同，教育元宇宙课堂教学也要根据不同学科特点进行动态调整。对于数学学科来讲，具有抽象性、严谨性和应用的广泛性三个主要特点，为此教育元宇宙数学课堂教学要更加注重真实化情境的创设，增强学生沉浸感；注重知识的探究拓展，满足学生需求，使其所想化为所行，使所行化为现实，从而提升对世界和自己的新认知。

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[作者：姚雅楠（1999-），女，吉林长春人，江苏师范大学数学与统计学院，硕士生；朱江（1959-），男，江苏徐州人，江苏师范大学数学与统计学院，教授，博士。]

【责任编辑  孙晓雯】