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摘要：文章在阐述研究背景及元宇宙赋能教学实践的基础上，以 H 大学教育技术学专业本科生为研究对 象，对元宇宙赋能教学进行了实证研究，总结了元宇宙赋能教学的现实困境，并提出了元宇宙赋能教学的 路径，包括突破元宇宙技术屏障，构建灵活多样的混合教学模式;利用元宇宙技术增强特性，推进以生为 本的个性化学习活动;关注教学前期准备与证据化分析，保障元宇宙课程定制化开展。
近年来，元宇宙由于其高度的沉浸感、多样化的 场景成为各领域关注的热点话题， 教育领域也不例 外 。戴维斯(Davis) 等[1]指出元宇宙是一个基于现实世 界的沉浸式三维虚拟世界，用户可以通过虚拟化身开 展交互。沈阳[2]用“三个三”进一步描述元宇宙特性，即 三维化、三元化和三权化 。三维化是指元宇宙能够提 供沉浸式三维体验;三元化代表元宇宙中的虚拟人具 有自然、虚拟和机器三元生命;三权化象征元宇宙能 够解决可读 、可写和可拥有的问题 。米斯塔吉迪斯 (Mystakidis) [3] 强调元宇宙的虚实结合性，指出元宇宙 是一个结合物理现实且支持多用户持续在线的超现 实虚拟场景。概言之，元宇宙是多种信息技术的集合， 具有虚实相融的特征和社会性。
与当前主流的在线学习平台(腾讯会议、雨课堂 等) 相比，元宇宙应用于在线学习，能够更好地模拟真 实教学情境，将学习者的存在和位置可视化，增强学 习者的沉浸感、临场感和社交感知，从而提升学习者 的学习兴趣和动机[4-5] 。 由此可见，教育元宇宙作为一 种新的教学环境能够有效弥补已有在线教学工具的 不足，为在线和混合式学习模式带来更多可能性。
然而目前关于教育元宇宙的研究文献大多停留 在对其特性和理论框架探讨的层面，缺乏实证应用方 面的探讨 。特利利(Tlili) 等[6]对 81 篇关于教育元宇宙 的文献进行分析发现，41.7%的研究仅为理论层面的 论述，20.8%的实证研究采用混合方法，其次是定量和 定性方法。为缩小教育元宇宙研究中实践与理论的差 距， 本研究将元宇宙平台—Virbela 应用于实际教 学，并采用量化与质性相结合的方式分析数据，探索 元宇宙教学环境下的教学效果，为后续教育元宇宙的 研究提供案例参考 。根据当前研究的局限，本文的研究问题如下： ①元宇宙课堂中学生的学习体验如何? ②元宇宙赋能课堂教学的实际效果如何? ③元宇宙赋 能课堂教学有哪些优势? 存在什么问题?
一、研究背景
(一)元宇宙形态的演变
早期的元宇宙主要是以游戏的形态出现，注重娱 乐性，随后在教育情境中逐渐被提及。2003 年，美国林 登实验室创作了 3D 虚拟世界《第二人生(Second Life)》， 这是一个吸引了全球商业和教育用户的虚拟世界[7]， 被认为是元宇宙的雏形， 被广泛应用于各个学科领 域，包括天文学、医学、音乐、文学等[8]。2006 年，Roblox 平台上线，支持用户自创空间，并与其他用户共享游 戏，成为全球最受欢迎的元宇宙游戏[9]，其为全球各个 国家的 500 多个编码营地免费提供相关软件和课程， 以培养使用者的数字素养、创业精神[10]。
近年来出现的为教育提供服务的元宇宙平台能够 模拟真实的会议、课堂情境，这为教学中应用元宇宙平 台提供了可能。 自 2012 年以来，Virbela 一直在设计沉 浸式 3D 虚拟空间，旨在为远程工作者和学习者提供身 临其境的存在感和面对面的情感联系[11] 。2021 年，百度 创造了国内第一个元宇宙平台—“希壤”，百度 Create 2021 大会在“希壤”APP 召开[12]。在未来，元宇宙的应用 场景会逐渐增多，实用性也会越来越强[13]。
(二)元宇宙应用于教育领域的潜在优势
相比线下教学和在线视频教学，元宇宙在学习者 身份、教学场景、课程互动等方面具有明显优势[14] 。现 实世界中，很多学习者羞于表达自己，而元宇宙的应 用，可使其大胆发言，并为其创造了交流和合作的机 会[15] 。在元宇宙课堂中，学习者会有自己的虚拟化身， 能够获得个性化学习体验[16]。此外，相关研究者在研究中表明，元宇宙中的虚拟化身能够为学习者提供较强 的社会临场感，进而优化其学习表现。
元宇宙能够为学习者提供多样化的教学场景。通 过数字孪生等技术， 元宇宙能够高度还原自然景观， 让学生实现地理实景考察 。此外，元宇宙能够重现历 史场景，如让学生以“上帝”视角回顾历史事件[17]。元宇 宙也为建造学校新形态提供了可能 。香港中文大学 (CUHKSZ) 为学生提供了一个混合交互式元宇宙，学 生在现实世界中的行为可以相应地影响虚拟世界，反 之亦然[18] 。韩国青云大学构建了与真实校园同步的虚 拟元宇宙系统[19]。上述多样化的教学场景，为虚拟世界 中的交互、协作等提供了条件。
(三)元宇宙应用于教育领域面临的问题
首先，当前我国教育元宇宙相关技术的开发和应 用已经有了很大发展，但教育元宇宙仍存在许多技术 困难有待解决，如人机交互不自然、网络不够顺畅、操 作较复杂等。学习场景的建模效果直接影响着学习者 的沉浸感， 丰富的学习场景及越来越高的学习需求， 对其场景设计的技术性与艺术性提出了更高要求[20]。 另外，由于元宇宙场景的差异性，可能会出现无法统 一数据结构的问题，并且数字化程度越高，产生的大 量教育数据就越难维护[21]。
其次，教育元宇宙的出现对教师的各方面素质提 出了更高的要求。教育元宇宙是对传统教学形态的变 革与创新，这意味着教师需要具备更高的平台应用能 力、资源整合能力和教学创新能力 。如何转变传统教 学模式，开创并应用新型教学策略及教学模式，以适 应教育元宇宙的学习环境，是元宇宙在教育中大规模 应用面临的瓶颈[22]。
最后，元宇宙也会带来 一 定的伦理问题，如价 值伦理、数据伦理等 。元宇宙中充斥着多样的文化 和繁杂的信息，设计者应注意引导学习者树立正确 的世界观和价值观[23] 。此外，隐私侵犯也是元宇宙 社交活动中可能会出现的风险 。真实世界互动中产 生的各种信息会被实时收集和处理[24]，稍不注意便 会泄露师生隐私。
二、元宇宙赋能教学实践
(一)元宇宙平台简介
本研究使用的元宇宙平台是由 Virbela 公司开发 的 Virbela 平台 。该平台允许用户在虚拟世界中个性 化地创建自己的虚拟形象，通过桌面应用程序即可访 问 。如图 1 所示，在该环境中，用户随时可以一起交流、工作、学习、参加会议。软件中提供了不同的场景， 有校园、篮球场、艺术中心等，点击地图即可一键进 入。软件内部的建筑形式和交互方式较好地还原了现 实世界，能够给用户提供沉浸式体验。
(二)元宇宙平台在教育中的应用
本次研究定制了 Virbela 中的私密空间， 学生输 入密码即可进入 。私人教学空间中有三块大屏幕，可 供用户更换 PPT，插入视频和图片 。学生区域可以设 置两种形式的桌椅，一种是单独座位，另一种是小组 形式的座位 。如图 2 所示，本节课设置了小组讨论环 节，并将学习环境设置为小组形式 。圆桌上有英文标 识，可方便学生找到自己的小组 。当教师开启私人空 间功能后，学生可在组内进行交流，防止互相干扰。当 教师靠近圆桌时，也就是进入蓝圈范围内，即可听见 学生小组讨论的内容。
在操作方面，Virbela 提供了一系列的功能 。学生 可在学习空间中自由坐立、行走。此外，Virbela 还提供 了一系列社交动作，如跳舞、握手、打招呼，学生可通 过举手、文本及语音与教师进行交互 。平台内还提供 了标签功能， 以便学生根据自己的需求随时进行记 录 。授课过程中，不会存在传统教学环境中学生视线 被遮挡的情况，学生可点击“屏幕缩放”，随时根据自己的需求对场景进行调节。
(三)基于元宇宙的课程设计
本研究分为课前准备、正式上课、课后测试三个 阶段，如表 1 所示 。准备阶段在线上进行，由教师发 放 Virbela 操作手册，带领学生安装平台，熟悉相应操 作，解决注册过程中遇到的一系列问题 。在正式授课阶段，学生输入私密空间密码进入虚拟课堂，按照小 组落座， 教师确定声音和 PPT 正常后， 开始正式上 课 。教学过程主要包括教师讲授、小组讨论、学生发 言、教师总结四个阶段 。课程教学结束后，教师要对 学生展开课程测试 。为防止学生之间相互讨论，对测 试结果产生影响，该阶段的测试均在线下教室进行。
三、实证研究设计
(一)研究对象
本研究中的研究对象均为 H 大学教育技术学专 业的本科生(N=31) 。其中，男生 10 人(32%)，女生 21 人(68%)，年龄均处于 17— 19 岁 。通过前测问卷可以 看出研究对象具备一致的先验知识水平，所有学生均 不知道认知负荷的代表人物，且超过 87%的学生不了 解多媒体设计原则的相关内容 。在实验开始之前，教 师已明确告诉研究对象此次数据仅用于研究，并获得 同意。
(二)研究过程
研究过程包含前测、正式授课、后测三个阶段。前 测主要是对学生的先验知识水平进行测试。授课阶段 主要讲授认知心理学的知识，时长为 40 分钟，并在整 个教学过程中进行屏幕录制。后测阶段主要收集学生 的学习结果及学习体验数据。实验结束后，教师选择 8 名学生进行访谈，旨在了解学生在元宇宙课堂中的体 验，如小组讨论是否顺利进行、平台操作技巧是否掌 握、网络问题带来了哪些影响，以及学生对后续应用 元宇宙平台授课的建议等。
(三)研究工具
1.前测与后测 。前测设置了 1 道多选题和 3 道单 选题，以检验研究对象先验知识水平 。后测是教师根 据课程内容设计的测试题，包括 10 道选择题(10*4= 40) 、5 道填空题(5*4=20) 和 1 道操作题(1*40=40)，共计 100 分，以检验学生的知识理解和应用水平。
2.学习体验问卷。学习体验问卷总共包含 48 个题 项，可测量三个维度的学习体验：学习动机(n=12) 、学 习投入(n=26) 、和感知社交程度(n=10) 。所有题项均 采用李克特五级量表形式，1—5 分分别对应完全不符 合、不太符合、一般、比较符合、完全符合 。其中，学习 动机 、学习投入和感知社交程度量表分别改编 自林 (Lin) 、居尼奇(Gunuc) 和克雷恩斯(Kreijns) 等[25-27]设计 开发的量表工具。
四、实证研究结果
(一)元宇宙学习体验
学生的学习体验结果如图 3 所示， 其学习投入、 学习动机和社交感知程度的平均分均超过 4.00 分，表 明学生整体学习体验情况较好 。其中，学习动机得分 最高，社交感知程度次之，最后是学习投入。学生在访 谈中表明，自己最喜欢元宇宙的氛围，因为能够看到 其他人的虚拟形象，可以像在真实世界一样与他人交 互，很有新鲜感。在学习投入的三个维度中，情感投入 的平均分最高，其次是行为投入，最后是认知投入。元 宇宙课堂上，生生、师生之间的交流均能够加深学生 的情感投入 。平台提供了多种与现实相符的功能，如 打招呼、握手、跳舞等，这些新事物能够吸引学生的注 意力，促进学生在元宇宙环境中去探索、交流。认知投 入得分较低的原因在于本次授课内容对于学生来说 有一定难度， 并且由于是初次使用 Virbela 平台的各种功能，也带来了更高的外在认知负荷。
(二)元宇宙学习结果
学习结果测试总分为 100 分，其中客观题满分为 60 分，主观题满分为40 分 。如图4 所示，学习结果总 分集中在 50—70 分 。学生的测试总分最高为 84.50 分，最低为 32.00 分，平均分为 60.05 分，其中客观题 平均分为 44.65 分，主观题平均分为 15.40 分。总体来 看，学生的学习结果测试成绩一般，有 17 名学生未达 到及格线。从平均分(>60 分) 来看，学生只是完成了基 本的学习任务。学生的学习结果得分不高的原因有两 点：第一，由于设备和网络的问题，学生没能完整地听 完教师讲授，导致其不能完成学习任务;第二，元宇宙 平台的新奇特性会干扰学生的注意力，导致学生注意 力的焦点不在教师讲授的内容上。
五、元宇宙赋能教学的现实困境
(一)技术挑战：技术体验受限于网络及设备故障 本研究过程中， 使用 Virbela 平台也存在一定的技术挑战 。如在实验过程中，部分学生无法登录进入学习空间 。本研究对 31 名学生在实验过程中的技术 故障频次进行了记录，如表 2 所示，其中，网络掉线问 题出现的频次最高，对学生的学习效果和学习体验的 影响较大，是急需解决的问题。其次是麦克风问题，学 生表示偶尔会听不到教师的声音 。另外，也有个别学 生会出现音画不同步和不显示 PPT 的情况。
(二)模式单一：缺乏以学生为中心的多样化教学 模式尽管 Virbela 平台设置了不同类型的学习空间， 如报告厅、陈列馆和研讨室等，但研究组发现这些学 习空间的核心功能仍是文稿演示和实时讲演， 主要 服务于传统教学模式。以本研究为例，40 分钟的元宇 宙课程活动中有 35 分钟是教师讲解课程内容，小组 讨论活动仅占 5 分钟 。整个授课过程缺乏以学生为 中心的学习活动，如协作探究、案例研讨、合作竞争 和同伴互评等，导致教学模式趋于单一 。访谈中一位 同学指出：“首先(我) 进入(元宇宙课堂) 的时候挺兴 奋的，因为以前没有试过这样的教学 。教学结束之后 感觉上课形式就跟以前一样，教师在前面讲课件，我 们在后面(听讲)，所以没有什么特别的 。它跟以前的 线下课堂或网课相比，没有特别新颖的地方，就是换 了个位置。”
(三)成绩不佳：学习成绩与学习体验存在背离发 展现象从本次研究结果可以看出， 在元宇宙情境下，学 生的学习体验不错，但是学习成绩是不乐观的，测试 的平均成绩仅仅高于及格线 0.05 分。本次课程讲授的 是认知心理学内容，大部分知识点的讲解是以教师讲 授的形式进行的，需要学生自主探索和讨论的内容较 少 。这就意味着，如果学生遇到了设备问题无法进入 课堂或被平台内的其他场景吸引，就会导致其注意力 不能集中在听课上，错过一部分知识的讲述，从而无 法完成学习任务 。而对于学生来说，最重要的应该是 理解课程内容，掌握全部知识点，因此如何平衡好学 习体验和学习成绩之间的关系，是教师应用元宇宙教学需要考虑的重要问题。
六、元宇宙赋能教学的路径
(一)突破元宇宙技术屏障，构建灵活多样的混合 教学模式
元宇宙技术屏障的具体表现为平台出现网络掉 线和延迟等问题，导致有学生不能全程参与元宇宙课 堂。要想解决该问题，一方面，需要元宇宙平台开发人 员进一步优化平台功能，通过脚本优化、数据压缩解 压、CDN(Content Delivery Network) 策略等技术手段， 降低教育元宇宙的带宽占用 。 同时，加大平台漏洞修 复力度，实现视频和演示稿的稳定呈现，以解决教师 端和学生端画面不同步、麦克风无响应等技术问题。 另一方面，研究组建议构建元宇宙和其他在线学习空 间相结合的混合式教学模式。教师应根据教学实际情 况灵活利用元宇宙平台，如在有讨论、展示等需求时 为学生提供元宇宙空间和场景，在课前预习或课后评 测等环节使用多种线上工具，从而保证在线学习过程 的完整性，降低元宇宙平台技术屏障对学习的影响。
(二)利用元宇宙技术增强特性，推进以生为本的 个性化学习活动
教师要充分利用元宇宙平台的技术增强特性，开 展以学生为中心的个性化学习活动 。首先，元宇宙平 台能够增强学生感知 。通过点击屏幕缩放、关闭空间 化语音等功能，位于虚拟教室后排的学生也能够清楚 地看到和听到教师讲授的内容， 从而突破空间阻碍， 更好地参与课堂活动 。其次，元宇宙平台能够带来更 强的临场感，并为用户提供虚拟化身 。临场感能提升 学生的情感投入，促其更积极地参与研讨、探究和汇 报等学习活动;而元宇宙中的虚拟身份能为小组合作 提供角色脚本，从而促进协作学习更有序和高效地开 展。最后，元宇宙平台能够实现学习场景的增强。丰富 的场景可以支持以学生为中心的小组项目展示和同 伴互评等学习活动，同时还可支持个性化学习任务的 发布和开展 。例如，元宇宙中的虚拟法庭和手术室等 特色学习空间可以为法学和医学相关专业知识的学 习提供情境支持，促使学生更好地完成学习任务。
(三)关注教学前期准备与证据化分析，保障元宇 宙课程定制化开展
教学前期准备包括教师和学生两方面。教师要充 分了解平台相关操作，确保自身能够在相应教学环节 正确使用相关功能， 同时可以制作学习任务手册，以 便引导学生有序开展学习活动，避免其在元宇宙中盲目探索 。对学生而言，需要在课前进入元宇宙平台测 试设备是否能正常运行并熟悉上课所需的基本操作。 此外，学生可在课前体验元宇宙教学平台中的不同场 景，避免在上课过程中被新奇的元宇宙环境所吸引从 而影响学习 。元宇宙平台作为数字化学习平台，能够 实时收集过程性学习数据，这为开展数据化分析提供 了技术条件。元宇宙平台的整合学情分析功能模块能 够帮助教师掌握学生的学习情况，从而有针对性地调 整教学 。元宇宙教学与面授教学在形态、场景和交互 等方面存在差异，因此元宇宙教学不能照搬面授教学 的经验，这就需要教师根据教学内容、平台特性和学 生学习情况三方面进行教学设计，对元宇宙课程的资 源和过程进行定制，从而增强学生学习效果和体验。
总之，本研究在讨论当前教育元宇宙理论的基础上， 利用 Virbela 平台在某研究型高校的认知心理学 课程中开展了元宇宙教学的实证探究。元宇宙为教学 提供了技术增强的沉浸式学习环境，允许师生以虚拟 形象在元宇宙校园中沟通交流，并支持多样化的学习 活动 。研究结果表明，元宇宙课堂能带来较好的学习 体验，但学习结果并不理想。基于此，本文分析了元宇 宙平台开展教学所面临的现实困境， 并从教学模式、 教学活动和教学准备三方面对元宇宙课堂教学实践 提出建议，为教育元宇宙的设计、开发与实施提供了 有益参考。后续研究可探索如何将元宇宙课堂应用于 外语、工程、医学等其他学科领域，以提升研究结论的 适用性与可推广性，推动教育元宇宙的可持续发展。
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