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        教育裝備采購網
        第七屆圖書館 體育培訓

        元宇宙觀照下體育教學空間數字迭代發展的理論基礎、技術支撐及困境突破

        教育裝備采購網 2023-10-23 09:22 圍觀10371次

        王釧宇 陳治

        河南大學體育學院, 河南開封 475001

          摘要:元宇宙作為一個鏈接虛擬世界與現實世界的新型互聯網媒介,必將引起未來空間場域的改變。因此,元宇宙以新技術的三維擬真場景打破物理空間壁壘,將虛擬仿真技術契合到體育教學空間中去,為未來教育的發展提供了新導向。本文分析了空間理論視域下元宇宙對體育教學空間技術支撐及困境突破。具體來說,元宇宙并不是單一的技術,而是由多種智能程序組合成的“3D版互聯網”,從固定學校教育空間中脫離出來,形成一個具有單獨虛實融合的空間建構形態,教育共同體可以通過智慧學習空間多元個體的自我創建,形成相互交互關系,能夠提供可持續發展機制。其塑造的虛擬世界(≥地球)跨越現實的種種局限,進一步擺脫現實空間的束縛,借助數字化迭代,通過場景化的呈現真正再造體育教學空間新形態。

          關鍵詞:元宇宙;體育教學;數字迭代;空間理論

          空間,是考量人與傳播之關系的重要場域,人類活動——由居民、勞務、技術、信息、教育、知識等要素的互動而形成——是塑造區域空間的基本力量,而空間的生產及其推動力構成了大眾傳媒發展的特殊機制[1]。布迪厄通過場域、慣習這兩個概念連同各種各樣的資本來探索社會生活中實踐的奧秘,繼而形成自己獨具特色的實踐理論[2]??臻g理論起源于20世紀后半葉,以列斐伏爾、??潞退餮艦橹饕拇砣宋?。列斐伏爾從語言學的角度出發研究空間生產理論,他認為空間不僅僅是物質的存在也是形式的存在,是社會關系的容器[3]。??绿岢龅摹爱愅邪睢笨臻g("Heterotopian" space),任何特定的社會空間都會存在其獨特的社會關系與權力關系的模式[4]。索雅的空間理論從文化的視角來解讀空間,關注的是空間本身的生產(production of space)而不是空間中的事物的生產(production in space)[5]??臻g的意義結構不是一成不變的,而是一個社會構建的實踐場所,連接著主體與客體、真實與想象、可知與不可知的情境化意蘊??臻g究竟實體還是虛空的?柏拉圖認為,空間是一種感覺無法把握得絕對存在,它不朽而永恒,并作為社會空間理論視野中得思想政治教育[6]。

          《體育發展“十四五”規劃》提出了“充分發揮海量數據和豐富應用場景優勢,推動建設體育新空間,”[7]系統地把握體育空間理論的邏輯進路。在全域體育教學空間中沖破了傳統體育課堂教學采用簡單教學情境的思維枷鎖,力求發展學生在真實運動情境中應對復雜問題的能力、促進學生學科核心素養的養成[8]。Grubert J等[9]認為,虛擬現實將改變人類的教學方式,它使用戶擺脫物理世界的限制并在任意環境下通過沉浸式頭戴設備高效學習成為可能。元宇宙可看作現實物理空間與賽博空間(全球計算機網絡空間)的升級,是一種以3D建模和虛擬現實技術為基礎的全新空間形態,這種空間并不是現實應用場景的簡單平移, 而是具有層級性、 虛擬性、交互性和扁平性等獨特屬性的虛擬空間[10]。在“上云用數賦智”的時代背景下,數字孿生技術與人工智能、物聯網、虛擬現實等新一代信息技術給體育教學模式帶來了巨大的創新性變革[11]。鑒于此,元宇宙觀照下的教學空間正在全面實施與應用??臻g模式的出現就注定了要與數字化體育教學發展諸多的關聯,結合當今我國教育改革的不斷深入和發展,本研究借助數字科技迭代,通過場景空間的呈現真正再造體育教學新形態。

          空間已形成一種跨學科的視野和話語,成為學校教育研究中的一種自覺范式[12]。受新冠疫情影響,近年來線下體育教學活動被迫取消已成常態,跨越“時空”的教學活動已成為未來教育發展趨勢。雖然體育教學的相關研究中很難明確找到“元宇宙”與“空間理論”的字眼,但目前對空間理論的研究多側重于“教學空間”[13][14]“學習空間”[15][16]和“虛擬空間”[17][18]所展開的。從研究內容來看,元宇宙觀照下的體育教學空間研究主要涉及虛擬空間(浸入式虛擬課堂技術)[19]、真實空間(物理教學空間)[20]和虛擬結合空間(跨場景交互教學)[21]的交互研究。關于虛擬空間的研究主要集中在虛擬世界(≥地球)跨越現實技術以及場景化教學過程與數字迭代問題。關于真實空間的研究主要從智慧學習空間的構建出發,通過再現空間呈現真正再造體育教學新形態。在此基礎上,為進一步解讀空間理論下的體育情境教學過程,學者們開始關注三維虛擬教學環境的空間互動,主要以虛擬與現實教學環境高度互通為研究重點。

          通過文獻回顧與資料整理發現,當前“互聯網+”時代視域下體育教學空間的研究主要從虛擬空間、真實空間和虛實結合空間這三條“空間轉向”線索而開展。首先,這三條“空間轉向”分別站在了空間性實踐、表征的空間和空間的表征的視角,其多元交互關系且全面。其次,虛擬空間是賦予學習者基于擴展現實的沉浸式體驗,屬于“即時化身”;真實空間、虛實結合空間是通過所體驗到的智慧學習空間序列來逐級認識。最后,感知教學空間是學生對學習空間的想象與期待。綜上所述,本研究中元宇宙觀照下的體育教學空間的數字迭代包括:元宇宙理念對體育教學空間的意義、元宇宙技術在體育教學空間中應用的基本框架和元宇宙技術在體育教學空間中的現實挑戰與可行路徑,并以這三條“空間轉向”線索作為應用現實體育教學的動機因素,共同探討數字迭代在教學改革過程中的發展趨勢。

          1  元宇宙理念對體育教學空間的意義

          1.1元宇宙為體育教學空間改革提供了新方向

          元宇宙時代的到來將為我國教育新基建、學生高階思維培養以及未來教育發展提供新機遇[22]。目前,新冠疫情的持續反復嚴重影響了我們正常的教學進程,特殊時期帶來被動式的線上教學“空間”。在線課程異步教學、在線同步直播教學成為了教育教學關注的焦點。例如:北京四中網校拓展了雙師直播課堂模式,讓教師通過線上直播實現教學授課與輔導,有效解決教學困境;松鼠AI是指人工智能教育品牌,通過在線真人教師與AI智能教師協同并進,為學習者提供專業化指導教學。相應地,體育教學要從固定學校教育空間中脫離出來,形成一個具有單獨的空間建構形態,可以為學習者提供各種學習便利。這種空間轉向揭示了傳統教學模式中物理限制(如教具、場地等)、“灌輸式”教學等問題,為未來智能化體育教學提供新方向(表1)。

        元宇宙觀照下體育教學空間數字迭代發展的理論基礎、技術支撐及困境突破

        表1 元宇宙技術在學校教學空間中的主要應用

          學校依賴于物聯網(Internet of Things)、云計算(Cloud Computing)與區塊鏈(Blockchain)等可靠智能化技術(見圖1),構建了“人化”體育教學空間,其初衷是為了打破現實固定的教室空間,通過設立空間群、可變空間的關鍵場域與著力點,讓體育教師與學習者實現體育教學、體育知識、傳授技能、身體訓練、體育實踐與情感交流的交互過程,并驅動有效性教學內容傳輸,從現實空間的“控制通道”出發,可讓學習者實時同步或投入到持續有效的“在場感”學習,助推人機交互、人人交互與機機交互等新型教學形式,比如:互聯網的出現讓大學生成為了“數字原住民”,應該建設一個人工智能可變教學空間,借助“空間”的交互功能,與其讓他們看與教學內容無關的內容,不如對其充分利用。在某種程度上把體育教學與空間的改革推向了前沿。

        元宇宙觀照下體育教學空間數字迭代發展的理論基礎、技術支撐及困境突破

        圖1 元宇宙中體育教學空間改革的新方向

          1.2元宇宙為體育教學過程提供了新場域

          布爾迪厄實踐社會學認為:場域是“諸種客觀力量被調整定型的一個體系,是各種可能性和不確定性的統一體,是某種被賦予了特定引力的關系構型(configuration),這種引力被強加在所有進入該場域客體和行動者身上,其作用方式很像磁場”[23]。從人工智能賦能的角度來看,“元宇宙+體育教學”構建了虛實交融的學習新場域,基于學習者的學習偏好、學習能力以及學習需求等變遷,使教學活動克服了空間、時間等客觀限制,為學習者提供了一個“境身合一”的教學新場域(表2)。

        元宇宙觀照下體育教學空間數字迭代發展的理論基礎、技術支撐及困境突破

        表2 元宇宙觀照下教學場域空間的主要應用

          教育元宇宙在新場域下賦能于教學空間全面性、情境化與多維度的實驗場景,打破原有的單一教學落腳點,讓學習者不在局限于傳統教學慣習,學習者從傳統課堂場域過渡到教學新場域。學校從教育本質出發,聚焦于課堂空間教學這一關鍵環節(見圖2),以全課程育人與育才為中心,教學行為基于場域空間、場域關聯與場域育人功能三個維度構建體育教學空間,增強現實技術應用于教學實踐場域,場域空間主要從封閉式課堂轉向開放式課堂,從課堂延伸到生活,使得課堂教學空間實踐性、互動性和生活性更加突出,滿足學生教育的根本需求;場域關聯則是實現知識、技術與專業技能契合的教學過程,組織者探索“境域—視域”教學轉化過程的關聯性,以此促進體育教學質量的提升。具體而言,受各種相關教學場域因子影響,多情境、多感觀、多階段與多模態空間是一個不斷迭代變化的過程,為體育教學過程中的新場域提供范式,幫助學習者進行深層次學習時,終實現學習者的探究與社交能力。

        元宇宙觀照下體育教學空間數字迭代發展的理論基礎、技術支撐及困境突破

        圖2 元宇宙關照下的體育教學新場域

          2  元宇宙觀照下體育教學空間發展的理論基礎

          2.1體育教學空間的具身認知理論

          20世紀80年代以來, 當代認知理論基于認識論層面的突圍, 實現了范式轉變, 具身認知擯棄了傳統認知理論所推崇的“身心二分”的認知構架,沿襲了梅洛·龐蒂的思想精髓———“身體主體”, 明確了身體參與認知活動的合法地位, 認為肉體、心理的統一體規訓著認知主體的概念[24]。身體運動作為體育的本質屬性,展現了身體認知范疇的的互動性與主動性,基于具身認知理論指導的教學活動,有意識地強調師生之間的共同參與認知與雙向交互作用。因此,依據具身認知的觀點,學生的認知過程是一個動態的過程,是基于主體的身體經驗與情境交互的自然流動[25]。美國心理學家萊夫(J.Lave)將其概括為“教學即合法的邊緣性參與”,學生成為了課堂情景中的“合法”參與者[26],從課堂“被動”參與轉向“主動”參與,實現“1+1>2”的課堂教學效果。通過數字孿生體的迭代支持與賦能,讓學習者體驗前所未有的現實課堂鏡像映射的空間,同時將“數字化身”的虛擬實體反饋至教學系統中,實時傳達相應場景教學需求,便于調動學習用戶積極性,更好促進學習者的認知形成。

          2.2體育教學空間的沉浸理論

          沉浸理論(也稱為“心流理論”)是由米哈里·契克森米哈賴(Mihalyi Csiksczentmihalyi)等提出的用于描述人全身心地投入某種活動,不受周圍環境其他因素影響,并達到一種極致愉悅的心理狀態[27]。即依托技術手段為學習者建立一種近乎真實的學習環境,讓學習者在沉浸狀態中完成知識、理論的建構[28],解釋當人們在進行某些日?;顒訒r為何會完全投入情境當中、過濾掉所有不相關的知覺, 把注意力高度集中在當前活動上的一種主觀狀態[29]?;跀U展現實的沉浸式教學,將VR、AR與腦機接口技術整合至課堂教學空間中,形成“知識—技術—學習”整合維度,應用于虛擬仿真教室課堂中,使學習者本身產生一種親臨其境的體會。同時,在體育教學過程中實現主體、客體與環境之間的交互,從而達到“沉浸式”體育教學活動,共同構建多樣化體育教學空間需求。

          3  體育教學空間數字迭代發展的技術支撐

          3.1人工智能技術(artificial intelligence technology)

          人工智能,顧名思義,就是以模仿或超越人類智慧和技能為目的的技術或設備研究為主,它將在人類認知、行動能力的基礎上實現進一步的飛躍,其在文化教育領域具備巨大的應用潛能[30]。隨著人工智能程序的發展與革新,元宇宙教學空間的建立成為可能,將對傳統教學模式產生重要的作用。例如,柳晨晨[31]等提出的基于教育機器人的主體貫穿式教學模式,探尋了人工智能教師可能發展的理想狀態和存在的教學課堂;當前,情境驅動下的教學空間實現對體育前沿信息的高效搜集與處理、運動技能智能檢測與分析為主,始終把學習者置于特定學習空間中,認定身體與活動共存在?,F階段來說,實現完全替代“教師”和“課堂”的新型科技不太可能,但是在“教育元宇宙”視域下,依據不同的自然語言與動作技能處理,可通過人機交互實現教學媒介空間中的師生互動交互,推動體育課堂空間中“身體”的回歸,為多樣化、智能化的體育教學場景提供根本保障。

          3.2交互技術(Interaction technology)

          交互技術是教育元宇宙為學習者提供沉浸學習體驗、具身群體社交和探索性學習等支持的關鍵技術,能夠為教育元宇宙師生提供深度沉浸體驗與身臨其境的交互感受[22]。體育教學空間通過數字迭代技術呈現出三維虛擬空間互動,包括3D運動員追蹤技術、動作捕捉傳感器、成像顯示、混合現實(MR)等相關技術?;诰呱碚J知的教學實踐導向,3D運動員追蹤技術通過計算機視覺和AI技術相結合,可捕捉運動員的多個身體骨骼點,分析運動員身體角度、運動步長等形態數據;動作捕捉傳感器能夠記錄運動員技術動作全過程的動作軌跡,將這些動作還原并渲染至相應的虛擬課堂中;成像顯示涉及聲波照射運動員在訓練時技戰術動作;混合現實利用新的觀看方法與輸入方法,在虛擬結合教學空間中搭建一個交互反饋的信息回路,以增強學習者體驗的真實感。

          3.3物聯網技術(Internet of Things technology)

          物聯網( The Internet of things) 是通過射頻識別( RFID) 、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通信,實現人與物、物與物的泛在互聯、智能感知[32]。作為元宇宙教學空間的基礎,物聯網從感知層技術、網絡層技術與處理層技術三個層面應用于體育教學空間系統中,例如,無錫市在中小學所開展的“仰望星空”數字天文臺工程,利用物聯網技術在智慧校園中促進學生科學探究的教育應用工程之一。感知層技術依附于智慧服務平臺,以RFID智能技術為基礎,運用無線射頻方式對學生信息實時采集與分析,學生可以通過運動手表便捷地獲取自身活動動態情況;網絡層技術涉及到師生之間實感信息的鏈接,實現跨學科教學的連通性,在網絡監測系統的助力下,實現對教學空間全覆蓋、全過程的監測;處理層技術以智能服務功能和社會化服務管理實行立體化教學模式,在此基礎上,管理者可以依據標準化學習準則對其體育教學空間開展指導工作,幫助學習者提高解決課堂情境中復雜問題的能力,終實現點對點學習。

        元宇宙觀照下體育教學空間數字迭代發展的理論基礎、技術支撐及困境突破

        圖3 元宇宙時代體育化教學的關鍵技術

          4  元宇宙觀照下體育教學空間的構成

          在元宇宙時代變局中,以5G、區塊鏈技術、云存儲技術為導向,基于現代信息技術的傳統教學模式構建智慧體育課堂,成為學校智慧體育領域發展的必然趨勢。譬如,福建電大搭建了一體化虛擬學習空間,啟動了5G基站,開發多樣太空間模型,以協作推進教學空間體系建設。首先,突破物理空間壁壘、教學條件的限制,智慧學習空間以各種虛擬仿真器材、虛擬情境課堂、數字化資源與電子教材為支撐,擺脫單一課堂教學與場地的局限性,為學習者提供各類豐富的學習資源和場地。其次,真實教學情境下生成的具身效應能最大限度地推動學習者獲得身體與心智的動態平衡過程,身體內化是體育認知學習的重要學習環節。最后,從認知理論視角看,元宇宙教學空間并非是實現體育與健康教學活動的唯一理想狀態,數字迭代賦能于塑造“課上”與“課下”模糊化的教學空間,借助現代信息技術突破元宇宙空間與實物世界之間的時空界限,突破跨學界的種種局限。未來體育教學應以教育時空為基礎構建了智慧學習空間,包括教學層面、人員層面、技術層面與資源層面等關鍵功能系統,如圖4所示。

        元宇宙觀照下體育教學空間數字迭代發展的理論基礎、技術支撐及困境突破

        圖4 未來元宇宙觀照下的體育場景化智慧教學空間構成

          4.1教學層面

          教學層面主要涉及教學內容、評價機制和實踐探究,教學內容是開展體育教學的關鍵所在,基于具身認知的知識標準化,根據體育課程目標、教材教法和教學任務實現整合課程的形式創新,幫助主客體學習者在教學過程中產生感知延伸,能夠有效達到真正的育人實效;萬物互聯時代,地球空間信息學逐漸從系統孤立走向聯合,從信息分離走向融合,從延時服務逐漸走向即時服務與預報[33],評級機制以互聯網數據庫創建的評價方法體系為主,采用“區塊鏈”技術,實時獲取教師的績效與學習者的動態情況從而進行判斷與量化評價,比如:山東外事職業大學元宇宙研究院Z教師團隊利用“教學空間”優勢,將學生不能記錄、不宜記錄的動態數據完整記錄下來,通過學習可視化分析技術,推動過程性評價的有效開展。

          4.2人員層面

          智慧學習空間能夠實現萬物跨時空具身社會交往體驗,人員層面主要涉及新網師空間中的“利益”相關者,包括體育教師、學生、價值以及管理者,在人工智能程序的支持下,由“體育教師教與學生聽”轉變為“由混合現實技術(MR)共同建立的學習空間平臺上師生之間的交互探討”,Robb Lindgren等構建了一個規模更大、具身度更高、沉浸感更強且支持學習者全身運動的學習空間平臺[34],把身體活動看成是運動健康的起點與終點。同時,大數據技術使得教師與學生隨時通過體育APP云端開展教學活動,家長也可登陸云端觀看師生動態情況。每位管理者在教學空間領域中關注更多的是體育教師的“教學自由”與學生的“學習自由”,形成規范化、智能化管理的關鍵所在。

          4.3資源層面

          在當前的智能化教學空間情境下,資源生態是學習者探究學習、知識創新以及課堂空間情境創建的重要基礎,基于擴展知識理論空間的新一代資源平臺,即智生資源、硬件資源及過程資源。智生資源基于元宇宙智能技術的可創性、可操作性,主要根據“數字化身”進行教學資源再生,實現學習者的自我需求,賦予了現實物理空間的自我生產能力,提高真實情境中解決復雜問題的能力;硬件資源擺脫了傳統教學資源的束縛,在虛擬世界的連接中體育教學可以直接實現情境化課堂的場域聯通;通過大數據領域IT的傳輸與連接,過程資源需記錄學生的全過程數據,為教師與學習者的討論、分析與探索提供更為準確的資源支撐,未來元宇宙的再生資源系統是一個全時空存在的互聯網形態,跨越教學媒介的局限性,成為超越現實空間的數字映射。

          4.4技術層面

          教育元宇宙的關鍵技術不僅繼承了元宇宙的所有技術,而且也需要提供促進教與學的關鍵技術[35]。將“教—學—評”一體化課堂完全融合到智慧學習空間中,明確場景化教學的重要作用。體育場景化教學作為一個智能技術創建成的結構化教學環境,基于增強虛擬現實技術(VR)、增強現實技術(AR)、數字孿生技術等,通過虛擬信息嵌入智慧學習空間與真實世界的巧妙融合,可根據不同問題實現教學內容的高效設計,學習者可以真實感受到視覺、聽覺、觸覺方面的現實模擬,在身體運動、身體感知與體驗等多維層面中產生動態耦合?;诔两襟w驗擴展現實的場景化情境教學,即課堂學習就是人與智能技術不間斷的交互過程,學生通過延展認知,可以拓展體育教學的空間維度。

          5  元宇宙觀照下體育教學空間數字發展的困境突破

          5.1 “積木式”教學體系的構建突破結構之困

          元宇宙面臨“教學空間重構”困境,在體育教學空間的應用中,很難將師生行為數據數字化以及做到全面刻畫學習者的元宇宙教學畫像,且空間理論存在二元論傾向,不能以“數字分身”的方式使學習者到達虛擬教學空間,部分原因在于其技術不完備以及教學空間框架體系不完善,并未表現出數字技術的標準化、共同性。同時,在人工智能時代背景下,當師生的教學實踐場域遷徙至虛擬空間時,隨即現實物理空間的活動時空相應發生改變,如若出現時空的反向延伸,會大大削弱現實教學距離隔閡,導致教學體系不足以完成對學習者的育人功效。

          5.2 數字空間教學模式的探索突破功能之困

          元宇宙試圖通過數字系統不完備實現空間實踐平臺的開放與共享,有可能會產生虛擬的現實與真實的現實之間的錯位,導致教師、學生無法維持智慧學習空間中的交互學習關系,并且學習者在虛擬數字空間之中的實時建模僅僅局限于學習模式,無法突破傳統教學模式的單向時空壁壘??梢钥闯?,在虛實相融合的空間中,元宇宙平臺缺乏有效管理機制,還不足以滿足學習者的高度集成性,另外,很多人工智能的教學空間只能依賴于計算機處理能力,并沒有達到真正場景教學需求,缺乏與體育教學領域融合的切入點和著力點尚不能形成標準化、創新性的課程應用。

          5.3 教育共同體的研發突破發展之困

          人工智能沒有具有“認知”和“反思”能力,也無法滿足“克隆人”的實體存在,不能完全脫離虛擬教學空間,它不獨立于個體生存的現實世界之外,同時,體育教師在數據處理工作過程中往往面臨著過程缺失、維度單一及客觀性不足等現實困境使得“元宇宙”無法真正實現體育教學空間完整性。如果元宇宙相關程序設施受到侵入和干擾以及資金鏈斷缺,將對正常體育教學空間發展產生嚴重沖擊,無法維持現實世界與元宇宙之間共同體的交互關系,固然不利于實現虛實教學課堂的空間轉換。

          6  結束語

          元宇宙作為新一代互聯網的下一種新興業態,隨著人工智能融合驅動的加快、區塊鏈技術、云計算技術以及XR+數字孿生等新技術的不斷進步,國家已經開始構建元宇宙在教育領域的應用。依托于元宇宙外在關鍵技術的虛實“共生空間”,代表著未來教學空間發展的前沿。后疫情時代,學校線下教學空間存在一個關鍵問題就是傳統面授教學和實踐的課程無法真正付諸實施,很大程度上對整個教學空間產生了巨大的影響?;诖?,具身認知與教學空間的契合使學生產生了各種理性或感性認知,更易于深化學生的空間學習概念。面對未來元宇宙體育教學空間的發展過程中,應充分使用智能化科學技術,創設虛實仿真場景,突破單向時空壁壘,超越現實世界,對體育教學空間的育人實效與價值奠定堅實基礎。

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        來源:教育裝備采購網 責任編輯:張肖 我要投稿
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