新信息环境下的在线教育元宇宙建模探索.pdf

打 开 数 据 之 门169新信息环境下的在线教育元宇宙建模探索赵晨伊（晶程甲宇科技（上海）有限公司，上海 200241）摘 要随着互联网技术和智能终端设备的普及应用以及大数据等新兴科技手段在教育领域中的广泛应用与渗透，以大数据为基础的人工智能已成为未来教学变革发展的重要驱动力之一。基于此，本研究提出了一种面向未来的在线教育元宇宙模型“元宇宙”（Metaverse），并对其构建过程进行分析、总结。该模型将学习者作为一个整体，通过对知识点的分解来建立起整个知识网络体系结构；同时，还考虑到不同学习者个体之间存在着差异性，从而使得每个学习者都能够根据自身情况选择适合自己水平的学习内容。最后，结合元宇宙理论框架，给出了元宇宙各部分之间相互作用关系及作用机制的具体描述。关键词 新信息环境；在线教育；元宇宙 引言近年来，随着我国经济和社会事业的快速发展，人们对于优质教育资源的需求越来越大。而当前我国网络化教学模式已经成为一种主流趋势，并且在很大程度上促进了教育行业的健康可持续发展，但是也存在着一些问题需要解决。首先是传统教育模式中所使用到的计算机技术与现代信息技术之间缺乏有效衔接，这就导致学生无法及时掌握最新的学习内容以及相关知识；其次是由于受到时间限制等因素的影响，教师不能将更多的精力投入到课堂教学活动当中去，从而造成课堂教学效率低下的现象，不利于提高学生的自主学习意识；再次是受应试教育理念的影响，部分教师为了提升自己的教学地位或者是获得更高的职称等级，会采取题海战术来应对学生的各种考试；最后就是当前很多学校对于互联网技术和网络资源的重视程度不够、利用率不高。因此要想实现“线上+线下”混合式教学模式的构建，必须加强对现有教学资源的整合和开发工作，建立起完善的教学体系，使得各类教学活动可以通过网络平台得以开展1。一、元宇宙与自适应学习域（一）元宇宙元宇宙是由美国物理学家阿尔伯特。爱因斯坦于 1916 年在广义相对论中提出的一种关于时空结构和运动状态的理论体系。它认为空间不是无限大的、时间不是连续不断的2，而是有一个开端、一个终点；同时也指出了宇宙万物都处在不断的演化过程之中，并且每个事物都具有自身的发展规律和特点。这就意味着我们可以通过观察周围世界来预测未来。然而随着科技的进步以及人们对自然界认识的加深，越来越多的物理现象被发现，使得传统的自然科学逐渐向哲学社会科学等其他领域渗透。因此，从某种程度上说元宇宙已经成为一门新兴学科物理科学。目前，元宇宙这一概念已经广泛应用于各行各业，如计算机科学、医学、生物学等等各个领域。在此基础上，一些学者提出了一系列关于元宇宙的数学模型。这些模型主要是基于物理学家所构建出来的各种各样的模型，然后将其运用到实际问题当中。但由于该类模型过于复杂，所以很难进行有效的推广3。为了更好地促进元宇宙的研究及其他学科知识的相互融合，许多研究者尝试着建立一套能够反映整个人类社会历史发展进程中所有现象的统一化的知识体系4。其中最为著名的就是“元宇宙学”（Metaphysics 或 Mass-Cycle），这种方法可以对元宇宙进行全面而又细致的描述。通过分析和总结现有的相关文献发现，元宇宙的理论体系大致分为三个部分，即物质结构模型、能量守恒模型以及时空演化模型；在此基础上，还有一些其他类型的模型也被提了出来。目前来说，关于元宇宙的定义并没有一个明确清晰的标准答案，因此，不同学者之间存在一定的分歧和争论。从本质上来看，元宇宙指的就是一种具有无限可能性的空间概念，它不仅仅只是一种抽象的数学模型，更是一种具体的物理现象。实现元宇宙的关键技术如图 1。图 1 实现元宇宙的相关技术图（二）自适应学习域中的相关对象模型及对象封装自适应学习是指在教学过程中，根据教学内容5、教学要求和学生特点等对教学资源进行动态调整以达到最佳效果的一种新型教学方法。其核心理念就是将知识点按照一定规律组织成若干个小知识点，然后再把这些小知识点组合成一个大的知识体系；同时，还要注意每次只改变其中一部分内容而不影响其他部分，从而使整个教学活动更加灵活有效。这里所说的自适应性学习主要包括以下两个方面的含义：（1）知识结构的自主化。即通过对现有的知识库进行改造或重新组合，形成具有不同层次、不同类型以及不同数量级的知识单元，并且能够实现知识的自动分类存储、检索和更新。（2）知识迁移能力的增强。在传统教学模式下，教师往往是根据教材内容来讲解知识，但是由于受自身水平限制，很多时候无法做到面面俱到，因此就需要学习者自己去寻找答案或者发现问题，这样一来不仅会浪费大量时间，还会降低学习效率。基于以上分析可以看出，要提高学生的知识迁移能力，首先应该将其作为重点目标；然后，在学习过程中不断地完善知识结构图谱，让每个知识点之间相互关联，最终达到融会贯通。具体来讲就是，以知识点为中心建立起一个知识点树状结构图，再利用该树状结构图把各个知识点连接起来，最后将这些知识点串联成一个完整的知识体系。二、自适应学习模式向元宇宙的进化基于元宇宙理论构建了一种新型的自适应学习系统“元宇宙模型（meta-cosmology）”。它将传统的以教师为主导的教学模式转变成由学习者自主学习和探究、合作交流的过程。在这个过程中，23.3月排版文件-230320（改版）.indd 16923.3月排版文件-230320（改版）.indd 1692023/3/29 15:29:582023/3/29 15:29:58170教育EDUCATION学习者不仅能够获得丰富多样的学习资源，而且可以通过与其他学习者进行互动学习来获取更多的相关知识。该模型是对传统学习方式的一个重要补充，其目的就是要实现从传统课堂教学到网络化学习的根本性变革，使得学生成为主动学习的主体，并促进学生思维能力、创新意识以及实践动手能力等方面的综合发展；同时也有助于培养学生的自学能力，提高他们的自我管理及自我服务水平。此外，还可有效地激发学生的潜能，增强他们解决问题的信心。随着我国高等教育规模的不断扩大，高校的人才培养目标已经不仅仅局限在理论知识层面上，而是要求“面向世界科技前沿，培养具有国际视野和战略思维的高层次复合型、应用型、创新型专门人才”。三、元宇宙建模的实现机制初探在构建元宇宙模型时需要考虑到以下几点问题：（1）对于不同类型的教学资源和学习者都应该有相应的模型。例如，教师可以根据学生的学习情况来设计适合自己班级的课程内容以及教学方法等；也可以将这些资源与网络上的其他平台进行整合，建立一个完整的元宇宙模型。（2）要保证模型具有一定的普适性和可扩展性。这就要求我们不仅要从理论层面去分析该元宇宙模型是否合理有效、还要结合实际案例来验证它是否能够适用于实际中的各种教育活动。（3）要注意模型的开放性。只有当模型所包含的所有知识点都得到了充分挖掘并且能被广泛应用之后才能够说是完成了整个元宇宙模型的创建，而不是仅仅局限在某个特定的知识点或是某一种具体的形式。因此，在构建元宇宙模型的时候必须要考虑到模型本身所具备的开放性特征，这样才能使得模型更好地服务于实践，进而促进其在现实生活中的应用。另外一方面来说，为了确保模型能够真正的发挥出其作用，还应该对模型进行不断完善，使其能真正地为人们解决问题提供帮助。这就需要将不同类型的元宇宙子系统通过一定的方式组合起来形成一个完整的系统，然后再将这些子系统与其他子系统相结合从而组成一个整体。最后来讲，模型的建立和运行离不开物质世界以及精神世界两个方面的相互作用和影响。所以我们可以把两者看成是一个统一体，也就是说，无论哪一方出现问题或者是发生变化，另一方也会随之变化。图 2 教育元宇宙的支撑技术图四、在线教育元宇宙应用在传统的教育模式中，学生被动接受知识点。而随着网络技术和多媒体技术的发展，教师可以通过各种方式将抽象化的知识点形象化地展示给学习者，使其更容易理解并掌握相关内容；同时，还能根据不同的学习阶段设计不同难度的课程，满足学习者个性化需求（如针对小学生的英语课程）。此外，由于网络平台具有海量数据存储功能，因此也可对教学内容进行实时监控与管理，实现了远程教学的目的。另外，利用网络技术建立的虚拟教室不仅为师生提供了良好的互动交流空间，还有助于提高课堂教学效果及质量。例如，基于云计算技术搭建的智慧课堂、翻转课堂、微课等形式都是非常有效的开展在线教学活动的方法之一。而且在实际教学过程中，学生可以随时随地观看自己感兴趣的视频或音频资料，从而激发自身学习兴趣和积极性，促进自主探究能力的提升，这种模式有利于培养学生终身学习意识以及独立思考问题解决问题的能力。除此之外，借助网络资源丰富多样，学生可以自由选择学习时间，充分发挥主观能动性来完成学习任务，进而达到预期的教学效果和目标。此外，教师也要充分利用网络上各种优质的教育教学资源，将其作为辅助手段，使得课程内容更加生动形象，同时对学生进行引导与鼓励，帮助他们树立正确的价值观念，并通过实践活动不断强化所学知识，最终实现自我成长，获得理想成效。总之，在新时代背景下，人们不仅要注重个人素质的全面提高、专业知识技能的全面掌握、文化素质水平的全面提升、创新思维能力的全面增强等方面的综合素养，而且还要重视心理品质的全面健康成长、社会适应力的有效提升、道德修养的良好形成等方面的综合素养。因此，我们应该积极利用现代化科技来推动我国教育事业的进一步改革与发展，为培养高素质人才奠定坚实的基础；与此同时，我们也可以充分发挥网络平台的作用，加强各类教育资源整合工作，从而构建出一个集多元化、多层次于一身的教育体系，以满足不同群体的个性需求以及未来职业发展需要，这对于促进我国经济社会的可持续发展具有重要意义，是未来网络时代教育行业的必然趋势之一。结语综上所述，在新时代背景之下，我们要积极探索线上教学模式。通过对线上课程内容和形式进行优化设计与创新性开发，为学生提供更多学习机会；加强师资队伍建设，打造高素质专业化人才团队，提高教育质量；构建多元评价体系并完善考核机制等措施来促进线上教育模式的进一步发展，使其能够适应现代社会发展需求，满足人们日益增长的个性化、多样化及终身学习需要。参考文献：1 黄心渊,袁之路.元宇宙赋能在线教学模式新形态探究 J.计算机教育,2022(11):7-10.2 杜学元,赵斌刚.教育元宇宙：数字孪生高校的未来构想 J.教育学术月刊,2022(10):16-23.3 李仲生,刘顺,娄双.新信息环境下的在线教育元宇宙建模探索 J.计算机教育,2022(09):189-195.4 林泽淦.元宇宙视域下在线教育发展探究 J.科技创业月刊,2022,35(07):123-127.5 丁琦,丁宝银.借力元宇宙，提升农村教育信息化 J.中国电信业,2022(07):56-59.作者简介：赵晨伊（1982-），本科，工程师，研究方向：数据挖掘、虚拟数字人和三维空间交互。项目基金：中 国 高 校 产 学 研 创 新 基 金“新 一 代 信 息 技 术 创 新 项 目”（20211TA09014）23.3月排版文件-230320（改版）.indd 17023.3月排版文件-230320（改版）.indd 1702023/3/29 15:29:582023/3/29 15:29:58