摘 要:虚拟教室与现实课堂融合是元宇宙时代高等教育改革的有效抓手。从远程在线教学、“互联网+教育”、虚拟仿真教学到教育元宇宙,元宇宙与教育融合给未来教育带来深刻变革。因此,探索适应元宇宙时代高校专业课程智慧化建设具有重要现实意义和指导价值。据此,首先结合互联网、大数据、增强现实、虚拟现实、扩展现实等元宇宙相关技术革新,探索专业课程“虚拟与现实”融合的建设路径,形成专业课程智慧化示范教学体系。然后以“金融科技”课程教学为例,分析高校专业课程的建设路径、教学过程、资源共建共享、“学赛一体化”特色、考核评价等具体实践。在此基础上,总结高校课程智慧化建设的实践成效:一是专业课程可视化提升了学生学习兴趣;二是专业课程模拟提高了学生操作能力;三是专业学赛一体化培养了学生创新能力。
关键词:教育元宇宙;专业课程;智慧教育;课程智慧化;金融科技课程
中图分类号:G434
文献标志码:A
文章编号:1673-8454(2024)10-0100-09
作者简介:庄雷,南京工业大学经济与管理学院金融学系主任、副教授、硕士生导师,博士(江苏南京 211816)
基金项目:2023年度江苏省高等教育教改研究重点课题“面向‘三位一体’的创新创业教育生态体系重构研究”(编号:2023JSJG139);2024年度江苏省高校社科联发展专项课题“江苏新质生产力重要领域发展研究”(编号:24GSA-002)
虚拟课堂与现实课堂有机融合是元宇宙时代高等教育智慧化的新模式。移动通信、人工智能、增强现实、虚拟现实等数字技术的升级创新,给人们生活带来了全新的体验,也为搭建更加完善的在线虚拟数字空间打下了可靠的基础,人类步入元宇宙时代,教育加速向智慧化发展[1][2]。同时,受新冠疫情影响,各地积极开展在线课程教学与线上模拟实验,推动教育数字资源基础逐步完善[3][4]。为贯彻落实“十四五”教育发展规划有关部署,推进新型基层教学组织与数字教育资源建设,教育部公布首批虚拟教研室建设试点439个,国家智慧教育公共服务平台正式启动上线,为教育高质量发展提供有力支撑。从远程在线教学、“互联网+教育”、虚拟仿真教学到教育元宇宙,元宇宙与教育融合给未来教育带来深刻变革。因此,探索元宇宙时代高校专业课程智慧化建设路径具有重要现实意义和指导价值。
一、教育元宇宙化的内涵解析
元宇宙(Metaverse)是人类运用信息科技构建的新型数字空间,可映射现实世界并与之交互的虚实融合世界。元宇宙也是一种网络形态概念,是整合多种数字技术而形成的新型虚实融合的网络形态,其中包括移动通信、3D、区块链、物联网、虚拟现实、扩展现实、数字孪生、人机交互等数字技术,将人类身份、社交、经济、政治、文体等活动场景与关系,在现实世界与虚拟世界实现全面交融[5][6]。研究者从元宇宙的科幻世界说、虚拟时空说、虚实融合说、社会生态说、具身网络说等方面进行总结,涉及元宇宙在工业生产、文旅、教育、游戏、房地产等各方面的应用影响[7][8]。因此,“元宇宙+N”模式创新成为社会热点,尤其在公共卫生疫情反复影响下,“元宇宙+教育”成为一个重要应用方向,利用数字技术的广泛性、时空的延展性、内容的自建性、体验的沉浸性等打造新的教育元宇宙[9][10]。
元宇宙与未来教育形态的融合是教育发展现实需求[11]。在线教学、混合式教学、虚拟仿真实验、云课堂、虚拟教室等在高等教育领域得到较好发展[12][13]。“元宇宙+教育”并不是数字技术在教育中的堆砌,而是营造一种虚实融合、共建共享、高水平的教育生态[14]。现有教育元宇宙研究主要包括:一是教育元宇宙的内涵与发展,从远程教学到“互联网+”教育到数字教育再到教育元宇宙等教育智慧化内涵不断深化[15-17];二是教育元宇宙下的教学组织形态,推动物理教室转变为各类网络平台,校内现实教室转换为校内外在线课堂[18][19],在线直播课堂转换为虚拟教室[20][21]。三是教育元宇宙下教学内容和方式发生变革,各类在线教育平台可以提供丰富、多元、共享的教学资源[22][23],包括混合式教学设计、虚拟仿真课程建设等[24][25];更加关注学生沉浸式学习体验与感受[26][27]。因此,元宇宙将会对高校专业课程教育带来结构性的变革。
数字技术改变了人们生产生活方式,元宇宙时代高等教育更加专业课程教学的虚拟化、体验式、智慧化。结合元宇宙基础技术创新、新文科专业建设与高校专业课程改革[28-30],专业教师需要及时转变专业课程教学思路和方法,尝试“虚拟场景+实际课堂”融合化的教学模式,探索专业课程智慧化建设路径。
二、高校专业课程改革的时代必然
(一)元宇宙时代高等教育的新变化
1.教育元宇宙拓展教学模式边界
相对于传统教育的地理空间限制,教育元宇宙提供多维的视角以重构教育空间关系。传统教育向教育元宇宙的转变过程中,通过对教学场景空间的再造与重现,摆脱线下教育对地域场所的强依赖性。具体表现为:一是构建瞬间传送、超现实空间、幽闭空间、广场空间等不同形态,教育元宇宙提供充分的学习交流平台。二是以虚拟现实等方式作为呈现入口,将各课堂主体构建虚拟在场,再现线下课堂中带来的感觉。三是通过动作捕捉、虚拟现实等技术对人体感官体验进行模拟,使得专业教育体验得到拓展和延伸。四是教育主体视角的转变,借助虚拟人视角维度的转变,打破传统教育模式中第一视角的限制,拓展教育立体维度视角。因此,高等教育元宇宙的场景重构打破传统教育的物理限制,拓展未来教育时空边界。
图1 元宇宙时代高等教育的新变化
2.教育元宇宙促进学科专业交叉
传统教育中会出现许多交叉专业学科,而在元宇宙时代知识结构和体系打破了原有的平面性脉络,形成立体交叉式结构,又将产生专业学科内容的交叉研究以及新的研究内容。高等教育元宇宙带来的专业知识结构和新研究内容,对学科专业的交叉与延伸具有一定的现实意义。一方面,针对各类专业、课程等教学需求,需构建不同的虚拟使用场景,形成具有特色的专业教学虚拟空间;另一方面,面对专业人才培养新需求与就业新岗位,在元宇宙教学技术与多学科融合下,根据专业学科特性对知识与技能进行筛选,在海量学习内容中建构交叉性、综合型的专业学科教育体系,进而形成更加有效的教育。
3.教育元宇宙加快教学设施升级
大数据、人工智能、云计算、数字孪生等基础设施是高等教育元宇宙实现的重要支撑。元宇宙教学的硬件设备既包括计算机、显示屏、AR/ VR头显等基础设备,也包括针对专业课程教学开发的虚拟现实教具。目前,国内企业都在大力投入对元宇宙相关基础设施、操作系统以及虚拟现实设备的研发和生产,从而打好通向教育元宇宙的基础。教育元宇宙软件设施,包括教学网络平台、教学管理系统、虚拟仿真实验软件等,各类教学软件和平台需不断升级以适应时代需求。例如,国家智慧教育平台、虚拟仿真实验教学项目共享服务平台、超星学习通、智慧树网、天择金融模拟竞赛平台等平台开发,能为专业课堂教学带来丰富的资源,促进了互动式、探究型教学的开展。
4.教育元宇宙完善教学考核评价
元宇宙让教育考核变得数字化、可视化。在高等教育元宇宙中,高校专业课程教学过程、教学考试结果、学生对于教师的评价等考核更能直观呈现与有效追溯,促使学校制定合理的评价标准。一方面,依托于元宇宙式课堂教学平台,依靠数据记录与科学评判机制,在智能算法和人工评价的双重标准下,形成一个更为合理化、数字化、公正化的教学考核结果。另一方面,教师与学生的个人成绩、成长轨迹、各类成果等考核数据更容易被记录在云系统中,有助于对教师教学成绩和学生成长进行分析,形成良好的教学考核循环体系。通过对教师风格与往期业绩评价,学校、家长、学生能够有效选择合适的课程教师;同时,通过对学生成长与往期成绩评价,专业教师能够开展有针对性课程教学与辅导。高等教育元宇宙使得教育质量更加可视化,对于地区、机构、专业、教师、课程的评价将会更加趋于公正,更加适应学生个性化发展的需要,促使教育质量和能力的标准更为明晰。
(二)高等教育元宇宙化基础
1.各类网络教学平台建设
网络教学平台是学科专业与数字化信息技术结合的产物,也是教育智慧化建设的重要内容。教育部从2013年开始推动全国高校探索数字教学资源建设。2018年,教育部上线虚拟仿真实验教学平台“实验空间”;2022年,教育部启动“国家智慧教育公共服务平台”,为广大在校生和社会学习者提供“一站式搜索全网好课”的服务。各大高校、地方教育部门等积极与教育科技公司合作,依托高教社的中国大学慕课、超星集团的尔雅平台、智慧树网等网络教学平台,建设了系列课程教学资源。新冠疫情期间,全国各地高校采用线上教学来替代线下教学,积极建设或使用网络教学平台,明显提升了在线教学管理应对能力,实现了线上线下教学一键切换。
2.虚拟仿真实验项目探索
虚拟仿真实验教学是“元宇宙+教育”的典型应用代表。基于虚拟仿真技术,高校率先开展虚拟仿真实验课程资源建设。2013年,教育部推动全国高校率先探索虚拟仿真实验教学资源建设;2018年上线虚拟仿真实验教学平台“实验空间”,目前上线虚拟仿真实验课程已经达到3250多门,涵盖61个专业类。2020年,教育部公布的首批国家级一流本科课程中,共有728门虚拟仿真实验教学课程。虚拟仿真实验教学具有3大优势:一是学生能在高度仿真的虚拟仿真环境中开展实验,加强实践教学效果,提高教学质量,有利于培养学生设计、展示、分享的能力,产出丰富的创新成果。二是虚拟仿真实验教学平台可实现教学资源的标准化和规模化,推进教育高质量发展。三是虚拟仿真实验教学平台可降低实验教学成本和风险,通过共享实验室资源,有效缓解学科建设投入不足、资源分布欠均衡等问题。
3.多元化虚拟教研室推进
2021年,教育部发布《关于开展虚拟教研室试点建设工作的通知》,提出建设一批类型多样、动态开放的虚拟教研室。2022年2月,教育部公布首批虚拟教研室建设试点439个,其中专业建设类137个、课程(群)教学类237个、教学研究改革专题类65个;同年6月,教育部又公布第二批虚拟教研室建设试点218个。虚拟教研室主要从教研形态、教学研究、共建资源、教师培训四个方面开展建设任务:一是探索突破时空限制、“线上+线下”结合、形式多样的教研模式以及教学组织新范式。二是鼓励教师进行专业课程改革,以及教学手段、教学内容、教学评价等的在线交流与研究探索。三是推动校际协同共建专业人才培养方案、专业课程大纲,以及教学课件与视频、案例习题库、实验实训项目等教学资源。四是方便组织开展常态化教师培训,发挥优秀教师与一流课程的示范作用,促进教师教学能力提升。
(三)高校专业课程智慧化要求
元宇宙时代智慧教育发展持续升温。专业课程智慧化建设是高等教育元宇宙的必然,这是由多种原因促成的:从宏观层面来看,高校受公共卫生疫情持续反复影响而要求适时开展在线教学,加上教育数字化转型战略、教育新基建、智慧教育等一系列文件的出台,推动了沉浸式、情景式、体验式教育的发展。从技术层面来看,虚拟现实等技术急需行业应用,而教育行业具有地区差异大、海量用户、应用场景丰富、投资成本较低等优势,是各种新技术争相追逐的合作行业。同时,教育行业也需要各种新技术赋能,促进教学、教研、管理等各个环节的革新。从应用层面来看,沉浸式教育在公共通识课程的人文、科学、安全教育,在工科专业课程的虚拟实验,在实践课程的模拟实训等方面均有广泛应用,对于吸引学生学习兴趣和提升学习质量方面效果显著,各地区之间、各学校之间可积极参考借鉴专业课程的新型教学模式。
因此,元宇宙与高等教育的结合逐渐形成高等教育元宇宙这一新概念。在元宇宙课堂中,教师与学生以数字身份参与课堂,在虚拟教学场景中进行互动。一是适合沉浸式学习。虚拟设备的引入能够充分重塑教学内容展现形式,给学生创造更身临其境的学习空间。二是节约教育成本。元宇宙技术可以模拟出昂贵的教学设备与实验,方便师生进行直观教学。三是提升学习兴趣和效率。虚拟教室、虚拟仿真实训室等教学场景由教室延伸到全域,可以提高学生专业课程学习的兴趣和效率。
三、高校专业课程智慧化建设路径
课程建设是高等教育元宇宙化的关键基础。以课程(群)教学为主题开展多元分类探索,推动教师积极开展课程教学探索,建设优质课程教学资源库,为教育智慧化发展提供坚实支撑。
(一)专业课程智慧化建设理念
随着元宇宙相关技术的不断升级,专业课程教育创新包括教学理念、教学形式、教学内容、教学考核等教育方式变革。教育元宇宙依托数字技术手段,通过重构教育场景和课程内容,实现沉浸式学习体验,促进专业教学内容与教育目标融合。一是高等教育元宇宙理念引领。教师尝试在专业课程设计中运用虚拟形象和动画场景等元素,全面融入专业课程沉浸式体验教学的理念。二是智慧教育方法指导。从理论与实践两个层面对虚拟与实际技术融合的方法进行指导,探索各类专业课程融合的实现路径和方法。三是教学信息技术支持。加强与互联网、教育科技等高新技术公司合作,为专业教师提供各类数字技术的支持。因此,专业课程智慧化建设过程中要积极利用现有的数字资源,全面挖掘专业课程虚拟化设计环节,在制作视频或课件时采用增强现实或虚拟现实来多元化展现,把虚拟元素引入专业课堂教学,实现虚实结合的智慧化专业课程。
(二)专业课程多元化主体参与
元宇宙时代,专业课程参与教育主体的转换性与多元化。传统“教”与“学”之间存在较为明显的主体角色隔离。一方面,元宇宙可以有效破解专业课程“被动式”的教育困境,数字技术可以将教师、家长、企业家、技术人员等连入教育元宇宙中,为学生提供更为主动、优质的教学内容,以更直观的方式呈现实际工作流程与学习过程。另一方面,教育元宇宙对专业课程提出了更高要求,专业课程资源建设不仅需要专业教师进行课程内容设计,还需技术人员提供课程内容呈现的技术支持,以及教育信息中心的平台支撑。专业教师不仅是现有专业知识和技能的传播者,还是现实问题展现与解决方案的设计者;学生不仅是专业知识和技能的接受者,还是现实问题发现和实践优化的提出者。
(三)专业课程组织形态虚拟化
教育元宇宙时代,专业教学组织形态越来越虚拟化。依托元宇宙技术,重构专业课程的教学系统和空间范围,涉及教师、技术人员、学生、家长、校企合作者等多元主体,包括课前、课中、课后等多时段,涵盖学校、班级、社会等多个空间范畴。例如,2022年教育部开展虚拟教研室建设,由于虚拟教研室具有人员组成灵活化、组织载体信息化、教研内容多样化、教研方式互动化等特点,鼓励面向专业课程(群)协同建设虚拟教研室。针对同一专业课程,专业教师通过协同教研和在线课程交流,实现课程内涵的丰富与教学质量的提升。
(四)专业课程资源开发与共享
教育元宇宙时代更需加强专业课程资源协同建设。依托校企合作,建设专业课程智慧平台,协同开发专业课程教学资源,实现各类专业课程教育资源的共建共享。一是加强高校与科技企业的协作,开发更多专业课程数字资源,实现专业课程教学可视化;二是鼓励高校专业课程依托国家智慧教育平台实现共享。三是教师加强专业课程教学设计的重构。在虚拟仿真、在线竞赛、慕课等技术与资源加持下,专业教师需要转变教学思维,以问题解决和能力提升为中心,全面优化专业课程教学设计,帮助学生实现由被动式到主动式学习的重要转变,促进专业课程教学提质增效。
(五)专业课程“学赛一体化”探析
在教育元宇宙中,“学赛一体化”是专业课程创新的有效探索。随着元宇宙集合技术发展,依托虚拟仿真技术的专业模拟竞赛更加便捷。对于专业课程而言,“学赛一体化”教学是专业教育质量提升的有效抓手。“学赛一体化”课程是以“教学同步,课赛一体”为开发思路,采取项目教学、任务驱动,教师指导学生自主创新性学习和研究,大赛考核、过程考核、结果考核和教师考核相结合的教学模式。基于现实人才需求的,专业课程教学采用“学赛一体化”的教学模式,可以激发学生知识技能学习兴趣与竞赛挑战精神,全面提升学生的综合能力。
(六)专业课程教学考核评价的优化
教育元宇宙加快教学管理扁平化转变和教学考核过程化、可视化。元宇宙的社交性使得各参与主体可以更加便捷、平等、有效地交流,实现教学信息共享与质量评价共睹,各主体能够广泛参与专业课程的教学管理和评价。专业课程教学评价将教师共同体、学生共同体和企业共同体等多主体纳入,实现专业课程教学的多元化评价,促进专业课程教育质量提升。
四、高校专业课程智慧化的典型案例
课程建设是教育元宇宙关键,本研究以“金融科技”课程为例,阐述专业课程智慧化建设与应用的路径。
(一)金融科技课程智慧化建设路径
目前,课程智慧化建设路径包括:一是高校专业课程自建开发(包括委托开发);二是校企合作建设;三是利用开放资源共享建设。各高校“金融科技”课程开设与专业力量存在较大差异,课程建设存在多种形式:一是课程自建。依托学校教育信息中心、虚拟教研室等内设部门或者委托教育科技公司,定向开发各类“金融科技”课程数字教学资源、虚拟仿真实验课程。例如,上海财经大学“金融科技”课程的自编教材、教学视频、虚拟仿真实验软件等资源建设。二是合作共建。专业教师与教育科技公司合作开发“金融科技”课程,或者依托教育科技公司技术平台开发课程。例如,广东金融学院与知链科技有限公司合作开发“金融科技”课程,包括区块链金融模拟实验、数字货币课程等。三是利用共享资源开展专业课程建设。依托国家智慧教育、中国大学慕课、实验空间等公共教学平台,充分利用公共教学资源实现“金融科技”课程融合式、沉浸式、智慧化教学。
(二)金融科技课程智慧化建设过程
“金融科技”课程采用在线视频教学与虚拟仿真实验教学相结合的方式。“金融科技”课程建设内容分为线上虚拟学习和线下现实课堂两部分,包括课前、课中、课后。通过课前、课中和课后三个阶段的教学活动设计,形成基于虚拟仿真实验教学的“学赛一体化”教学新模式,如图2所示。
图2 “金融科技”课程智慧化案例
1.课前线上学习阶段
第一阶段(课前线上学习阶段)基于学校网络教育平台开展课前学习活动,以实现基本专业知识和技能的传授。教师将“金融科技”课程模块化,设计各章节自主学习内容并制作成视频等数字资源,通过网络教育平台管理课程具体章节的教学资源。教师通过网络教育平台及时追踪和管理学生课前学习行为,有针对性地解决学生学习疑难,监督具体章节学习任务的完成。学生通过网络教育平台接收教师布置的学习任务,根据自身情况安排线上资源学习。在完成课前在线课程学习后,通过网络教育平台进行知识点单元测试,检验课前自主学习的质量。以数字货币为例,教师将数字货币的发展、形式、技术原理、应用现状等基本内容,通过学校网络教学平台以视频和课件形式发送给学生进行自主学习,学生通过观看视频、课件等数字资源掌握数字货币基本内容并完成相应知识点练习。
2.课中实践研讨阶段
第二阶段(课中实践研讨阶段)以“金融科技”课程实践任务为导向,进行线上虚拟仿真实验扩展实践或研讨。教师通过虚拟仿真实验让学生体验实践操作,以实现知识内化与技能提升。在前期线上自主学习的基础上,学生通过虚拟仿真实验与研讨,提升对知识内容和实践操作的认识,通过教师引导与学习团队协作,解决学习中遇到的问题,促进“金融科技”课程实践方案优化。例如,教师通过校企合作开发的虚拟仿真实验平台,让学生进行以区块链技术为基础的数字货币设计、发行、流通、市场交易等实验模拟,掌握数字货币的运行机制。
3.课后竞赛测评阶段
第三阶段以“金融科技”课程竞赛任务为导向,进行学习成果评价与反思,实现知识的巩固、拓展、分享。教师依托金融科技大赛模拟系统,测试学生学习效果,并鼓励学生参与全省甚至全国范围内的金融科技竞赛活动。教师需要引导学生发现自己在专业课程学习和实验实践中的问题或不足,指导学生团队开展课后学习讨论,及时进行专业知识查漏补缺。此外,还要引导学生对金融科技知识与关键实验环节等进行评价及反思。
五、高校专业课程智慧化的实践成效
(一)专业课程可视化提升学生学习兴趣
虚拟教室与现实课堂融合是元宇宙时代新型教学共同体。高校专业课程积极运用虚拟现实等相关技术,营造沉浸式、情景式、体验式的学习场景,极大地吸引了学生的学习注意力,激发学生学习专业知识的兴趣。以N大学“金融科技”课程为例,传统教学以知识介绍为主,阐述互联网金融模式、区块链技术原理、大数据分析方法等,学生抬头关注率较低;而采用金融科技可视化的动画视频,学生抬头关注率可以提升80%。
(二)专业课程模拟提高学生操作能力
高校专业课程采用虚拟仿真实验进行教学,让学生及时进行专业实践操作,提高了大学生实践应用能力。以N大学“金融科技”课程为例,该校采用互联网信贷虚拟仿真教学,有助于学生快速了解互联网信贷流程,提升学生互联网金融实践应用能力。比起传统信贷实践操作,互联网信贷学生参与度提高50%,实践成本降低65%。
(三)专业课程“学赛一体化”培养学生创新能力
针对高校专业课程特点,依托互联网的专业竞赛不断增加,专业课程逐渐实现“学赛一体化”,有助于培养学生的创新能力。依托“金融科技”课程知识,N大学学生积极参与各类金融科技竞赛、智慧银行竞赛以及大学生创新创业训练项目。近3年,有60%学生参与校级金融科技竞赛,20%学生进入省级竞赛,10%学生获得各类省级竞赛奖励。
六、结语
综上所述,本研究建议从多方面促进高等教育元宇宙化:一是进一步拓展教育元宇宙的深度和广度,高校、教师、学生、家长、企业等主体积极参与教育元宇宙环境的营造。二是教育工作者要关注元宇宙带来的变化,主动了解元宇宙新技术及其应用,探索专业课程智慧化建设的方法,形成系列专业课程虚实结合的教学案例。三是警惕元宇宙可能带来的风险,专业课程教育注意虚实结合,防止学生过度沉迷虚拟世界带来负面影响。同时,高等教育元宇宙化需要政府、高校、教师、社会各界负起责任,保障网络教育空间的安全。
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The Path and Case Study of Intelligent Construction of College Curriculum
from the Perspective of Metaverse
Lei ZHUANG
(Nanjing Tech University, Nanjing 211816, Jiangsu)
Abstract: The integration of virtual classrooms and real classrooms is an effective lever for higher education reform in the metaverse era. From remote online teaching, “Internet plus education”, virtual simulation teaching to educational meta universe, the integration of meta universe and education has brought profound changes to future education. Therefore, exploring the intelligent construction of professional courses in universities to adapt to the metaverse era has important practical significance and guiding value. Based on this, the construction path of the integration of “virtual and reality” of professional courses is explored and an intelligent demonstration teaching system of professional courses is formed by combining the relevant technological innovations of the meta universe such as the Internet, big data, augmented reality, virtual reality, and extended reality. Then, taking the teaching of the “Financial Technology” course as an example, the paper analyzes the specific practices of the construction path, teaching process, resource co construction and sharing, “integration of learning and competition” characteristics, and assessment and evaluation of professional courses in universities. On this basis, the practical achievements of the intelligent construction of university courses are summarized as follows: firstly, the visualization of professional courses has enhanced students’ interest in learning; Secondly, the simulation of professional courses has improved students’ operational abilities; Thirdly, the integration of professional learning and competition cultivates students’ innovative ability.
Keywords: Educational metaverse; Professional courses; Intelligent education; Course intelligence; Financial Technology Course
编辑:王晓明 校对:李晓萍
原标题:元宇宙视域下高校课程智慧化建设路径及案例研究
来源:《中国教育信息化》
