2023教育元宇宙发展研究报告.pdf
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1、2023 教育元宇宙发展研究报告I前前 言言教育元宇宙是一种数字化、智能化的新型教学环境,它将现实世界和虚拟世界融合在一起,让学生在一个更加个性、自主和安全的环境中学习。教育元宇宙不仅能改变传统教育的环境和教学方式,而且将深刻地影响教育目标的达成。教育元宇宙是教育数字化转型的未来愿景。教育元宇宙的发端基于互联网的虚拟仿真实验,利用计算机在虚拟世界构建教学所需的多学科、强交互的虚拟场景。教育元宇宙兴盛于虚拟现实环境的构建。学生通过头戴式显示器、数字手套等设备,进入一个沉浸式、强交互的学习场景中,获取知识和提升技能。教育元宇宙将现实教学场景与虚拟世界连接起来,构建智能化的学习环境。教育元宇宙还运用
2、了人工智能、大数据、云计算、区块链和信息安全技术,为学校教学提供更加个性化、更快捷和更全面的学习支持和服务。教育元宇宙的建设和应用从高等教育、职业教育、中小学到终身学习。教育元宇宙正在改变人们的学习方式。由于元宇宙相关技术较为复杂,各类教育技术层出不穷,大众对教育元宇宙的了解非常有限。当前教育元宇宙的发展面临着一系列的挑战和问题。首先,教育元宇宙建设需要先进的技术和大量的投入,包括硬件设备、软件开发、网络带宽、数据安全等方面。其次,教育元宇宙需要不断更新和完善的学习资源,以满足学生的多样化需求。这需要教育机构、教育者和教育科技企业之间的密切合作和创新。教育元宇宙的应用和评价也需要更加科学和客观
3、的方法和标准,需要大量的研究投入以解决教育元宇宙应用所面临的问题。本报告旨在从需求、理论、技术、建设和管理方面,探讨教育元宇宙的发展和创新。在教育需求方面介绍当前建设高质量教育体系的重要发力点。在理论方面深入研究教育元宇宙的理论框架、探讨元宇宙和教育元宇宙的概念特征和重塑教育的可能性。在技术方面介绍教育元宇宙的四类关键技术。在建设方面介绍本科院校、职业院校和中小学教育元宇宙应用的成功案例和经验。在管理方面探讨政府、学校、企业和行业组织共建教育元宇宙的模式以及风险防范。报告既反应当前教育元宇宙的技术和产品现状,也探讨教育元宇宙的未来趋势和发展方向,为教育元宇宙的未来发展探索最优的路径。总之,教育
4、元宇宙是教育科技领域的一项重要创新,它将改变教育的形式和内容,促进教育的均衡化和科学化,为我国社会的可持续发展提供强有力的支撑。希望本报告能够为广大教育工作者、教育决策者和教育科技企业提供有益的参考和启示,加速推动教育元宇宙的建设与发展。前言前言2023 教育元宇宙发展研究报告IIII目目 录录前 言.I目 录.II第一章 我国教育发展现状和问题.11.1 我国各级各类教育的发展现状及问题.11.1.1 基础教育.11.1.2 职业教育.21.1.3 高等教育.31.1.4 终身教育.41.2 我国教育改革发展的政策布局.51.2.1 基础教育优质均衡发展.61.2.2 职业教育提质培优.71
5、.2.3 高等教育内涵式发展.71.2.4 教育数字化转型实践.81.2.5 乡村教育振兴发展.91.3 加快建设高质量教育体系的重要发力点.101.3.1 夯实基础教育改革成果,推动基础教育优质均衡发展.101.3.2 深化职业教育产教融合,服务社会经济发展.111.3.3 推动高等教育创新人才培养,为中国式现代化提供坚实人才支撑.121.3.4 推动教育数字化转型,赋能教育高质量发展.131.3.5 优先发展乡村教育,全面助力乡村振兴.14第二章 元宇宙和教育元宇宙.162.1 元宇宙时代背景.162.2 元宇宙概念及构成.172.3 教育与元宇宙的关系.182.3.1 面向教育元宇宙的关
6、键属性.182.3.2 教育理论与元宇宙关系.192.4 教育元宇宙的概念辨析.202.5 教育元宇宙中的角色定位.222.6 教育元宇宙重塑教育的可能性.23第三章 教育元宇宙关键技术.273.1 虚拟世界构建技术.273.1.1 三维建模技术.273.1.2 科学仿真技术.283.1.3 系统融合技术.283.2 虚拟世界交互技术.293.2.1 VR 技术.293.2.2 MR 技术.303.2.3 脑机接口技术.30目录目录2023 教育元宇宙发展研究报告IIIIII3.2.4 光场显示技术.303.2.5 动作捕捉技术.313.2.6 人脸识别技术.313.3 虚实空间连接技术.31
7、3.3.1 传感技术.313.3.2 信息传输技术.323.3.3 接口技术.323.4 元宇宙管理技术.323.4.1 区块链技术.323.4.2 NFT 技术.333.4.3 身份认证技术.343.5 元宇宙其他相关技术.34第四章 教育元宇宙的应用场景.364.1 教育元宇宙视域下的教学应用场景.364.2 虚拟仿真场景.384.2.1 虚拟教室.384.2.2 虚拟实验室.404.2.3 虚拟校园.424.3 XR 教学场景.424.3.1 XR 教室.434.3.2 XR 实验室.454.3.3 XR 实训室.474.4 智慧教学场景.484.4.1 智慧教室.494.4.2 智慧实
8、验室.534.4.3 智慧实训室.574.4.4 智慧图书馆.594.4.5 智慧校园.634.5 管理平台.664.5.1 虚拟仿真管理平台.664.5.2 智慧教学管理平台.67第五章 不同层次的教育元宇宙实践.705.1 高等教育.705.1.1 虚拟仿真实验教学.715.1.2 虚拟校园.775.1.3 XR 沉浸式教学体验馆.795.2 职业教育.845.2.1 职教院校虚拟仿真教学.855.2.2 职教虚拟仿真实训应用.875.3 基础教育.915.3.1 虚拟现实功能教室.925.3.2“国学”智慧教室.965.3.3 其他实践案例.992023 教育元宇宙发展研究报告IVIV5
9、.4 终身教育.100第六章 教育元宇宙建设模式.1046.1 政府政策引导.1046.2 学校规划设计.1086.3 企业参与开发和技术支持.1106.4 行业组织标准规范.111第七章 教育元宇宙风险防范.1177.1 获取端风险.1177.1.1 个人隐私保护.1177.1.2 知识产权保护.1187.1.3 教学数据安全.1197.2 应用端风险.1217.2.1 历史虚无主义.1217.2.2 成瘾风险.1217.2.3 健康伤害.1237.3 系统端风险.1237.3.1 国家政体权威.1237.3.2 伦理风险.1247.3.3 技术风险.1257.3.4 体系风险.126后 记
10、.128报告撰写.128致 谢.1282023 教育元宇宙发展研究报告1 1第一章第一章 我国教育发展现状和问题我国教育发展现状和问题党的二十大报告明确提出,教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性的支撑,科技是第一生产力,人才是第一资源,创新是第一动力,要坚持以人民为中心发展教育,加快建设高质量教育体系,发展素质教育,促进教育公平。办好人民满意的教育,实施教育强国推进工程,促进各级各类教育协调发展是完善现代教育体系、加快教育现代化的内在要求。同时,党的二十大首次将“教育数字化”写进报告,明确要求要坚持教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动,深入实施科教兴国战略、人才强国
11、战略、创新驱动发展战略。在新时代,全民教育、高等教育、个性化学习和终身学习成为了教育数字化发展的重要特征,加快教育数字化落地实施对提高国民素质和增强人才创新方面起着战略性关键作用。当前,我国各级各类教育还存在着不同程度的发展问题,在一定程度上制约了拔尖创新人才的培养,例如我国城乡教育之间还存在较为明显的差距,教育优质均衡发展水平有待提升;基础教育与高等教育在人才培养目标和培养机制层面存在脱节,会影响人才培养质量的提升;高等教育人才培养结构与社会需求契合度不够,高校办学特色仍不够鲜明,同质化发展问题突出;职业教育产教融合、科教融合的体制机制尚不健全,创新活力尚未充分释放等问题。同时,教育数字化作
12、为我国培养人才的基础性事业,其发展及与数字化转型适切的教育新型基础设施建设仍存在一些不足,如数字化优质教育资源分布不均,东西部区域之间、城乡之间数字技术发展不均衡,数字化与教育教学深度融合应用不足,教育网络安全保障能力有待进一步提升等问题1。1.1 我国各级各类教育的发展现状及问题我国各级各类教育的发展现状及问题1.1.1 基础教育基础教育基础教育是国民教育体系的根基,具有重要基础性、先导性作用,对培养担当民族复兴大任的时代新人具有重要奠基作用。随着国家进一步推进教育治理体系和治理能力现代化建设,我国基础教育发展取得了巨大成就,基础教育结构更合理、质量不断提高、效益显著。但我国基础教育仍面临着
13、教育资源配置欠优化、教育质量有待提升、科学的评价体系有待建构等问题。首先,经济发展的差异性导致教育资源配置不均衡。由于社会经济发展水平的差异性,我国东部、中部和西部地区的经济发展水平差距较大,教育资源配置存在很大差异。其次,城乡之间仍存在较大1陈云龙,孔娜.我国教育数字化转型的基础、挑战与建议J.中国教育学刊,2023(04):25-31.第第一一章章2023 教育元宇宙发展研究报告2 2的教育差距。我国的基础教育投入主要集中于城区,城乡之间的教育差距较为明显。此外,随着新一轮课程改革的不断推进以及基础教育人才选拔与评价体制机制的改革,许多农村学校在硬件资源不足的同时,还存在优秀教师外流、教师
14、队伍结构性缺编等问题,难以适应新一轮课程改革的实践需求,区域校际间的发展差距较大,制约基础教育高质量发展和育人模式改革。近年来,基础教育领域大力推进国家教育数字化战略行动,取得了一系列积极成效,例如数字化基础条件明显改善,优质数字教育资源不断丰富,教学融合应用更加广泛深入,师生数字素养技能大幅提升等。但基础教育在教育数字化建设方面也面临着一些问题和挑战。首先,教育数字化基础设施建设多以学校为主体承建,在一定程度上缺乏系统性、持续性,不能完全满足教育教学及管理的具体需求;其次,数字教学资源相对零散,尚未形成科学规范的体系;再次,学校内部教育管理应用系统相对独立,数据相对分散,聚合比较困难,数据有
15、效分析难以全面,数据安全应急处置能力相对薄弱,自省市至学校的逐级教育教学管理系统尚待完善等问题2。1.1.2 职业教育职业教育职业教育是我国教育体系的重要组成部分,是推动产业转型升级、科技创新和成果转化的重要动力。党的二十大以来,我国已建成世界最大规模职业教育体系,中国特色职业教育发展道路和模式基本形成,建立了纵向贯通、横向融通的现代职业教育体系,为全面建设社会主义现代化国家提供了有力的人才和技能支撑。随着我国技术创新能力不断提升,国际竞争力不断增强,我国从“中国制造”转向“中国创造”,技术创新在职业人才培养上的作用也愈发凸显。但与此同时,职业教育发展中也存在一些现实需求和问题。一方面,近年来
16、,新一轮科技革命和产业变革迅猛发展,我国产业结构不断优化升级,高新技术产业和现代装备制造业快速增长,中低端产业向中高端产业迈进,迫切需要具有较强理论知识和复杂操作能力的产业工人以及高端技术技能型人才。传统单向度的利用企业资源进行人才培养的校企合作模式需要改进,要高度响应社会需求,加强与社会其他部门和子系统之间的关系,重构技能生态系统。3受区域经济和社会发展水平的影响,我国职业教育发展水平呈现出明显的空间布局差异,职业教育在东部地区的发展规模、发展速度、经费投入、资源分布以及人才培养均明显高于中、西部地区。究其原因,主要是东部地区大多属于经济发达地区,能够为职业教育2李长合,梁妍.育人视域下中小
17、学教育数字化转型的实践路径探索J.中国信息技术教育,2023(07):101-104.3孙翠香,张雪芹.新时代我国职业教育高质量发展审思:基于发展范式转型的视角J.职教论坛,2022,38(12):29-37.2023 教育元宇宙发展研究报告3 3改革与发展提供必要的人力、物力与财力支持4。另一方面,职业教育与人才需求“匹配度”较低是我国职业教育发展面临的紧迫问题。职业教育的人才培育模型及成效与当代企业对人才职业素养的需求还有较大差距,职业教育的学生校内以理论学习为主,校内实验室实习实训为辅,校内期间无法充分得到技能进步、技术革新、技术创新,对专业素养、行业需求缺乏认知和定位,导致职业教育人才
18、与企业需求匹配度低下,且部分职业院校与企业签订校企合作协议只是纸上谈兵,未能有效实质性落实5。随着教育数字化转型战略行动在职业教育领域的纵深贯通推进,一方面,我国职业院校数字化教学软硬件环境建设成效显著。当前我国大多职业院校的数字化教学走向常态化,智慧实训室、实训室以及虚拟仿真实训建设已初见成效,尤其虚拟仿真实训软件对学生职业技能学习过程中高损耗、高风险、难实施、难观摩、难再现等问题的解决表现出积极效用,且学生的接受度较好6,教师信息化素养也在不断提升加强。另一方面,信息技术与教育教学的融合深度有待提高。先进信息技术在教育教学领域的应用仍存在一定的滞后性,缺乏足够的课程资源和内容作为补充,很多
19、新设备、新仪器等在教学过程中无法深度应用,难以有效支持职业院校教学,不足以实现职业院校人才培养质量的有效提升。1.1.3 高等教育高等教育自十八大以来,我国高等教育从普及化阶段走向内涵式高质量发展的重要时期,已建成世界最大规模高等教育体系。7为了进一步服务科教兴国人才强国战略需求,我国高等教育专业不断优化,新工科、新文科、新农科、新医科等建设工作努力打破传统学科边界,以学科交叉融合的组织形式带动中国高等教育的内涵式发展,为新一轮改革开放和社会主义现代化建设服务。在此背景下,推动高等教育数字化转型,以数字化创新引领高等教育高质量内涵式发展,已成为我国高等教育改革在当前和未来的时代要求。过去三年来
20、,我国利用慕课、虚拟仿真实验等多种数字资源,开展了一场世界高等教育史上前所未有的大规模在线教学实践,积累了宝贵的经验。高等教育领域的数字化转型方兴未艾,正在重塑教育发展的模式和路径,具有深刻的战略意义8。随着我国高等教育规模的扩张以及高等教育国际化趋势加快,当前我国高等教育体系存在的问题进一步凸显。首先,高等教育的结构布局、招生政策、管理制度、课程内容、评价标准等都4曹志峰.党的十八大以来我国职业教育改革与发展研究评述J.江苏教育研究,2022(33):3-7.5王鹏.职业教育发展现状、存在问题及对策N.中国日报网,2023-1-26.6韩锡斌,杨成明,周潜.职业教育数字化转型:现状、问题与对
21、策J.中国教育信息化,2022,28(11):3-11.7何蕊.我国高等教育进入普及化发展阶段N.北京日报,2022-05-18(008).8高耀.以数字化转型赋能高等教育内涵式发展N。2023 教育元宇宙发展研究报告4 4呈现出多样化的特征,如何促进不同类型高校的多样化、特色化发展,确保人才培养质量,满足社会对不同层次、类型的高素质人才的多样化需求,成为“十四五”期间亟待解决的重要难题。其次,2015 年国务院印发统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案,文件明确了高等学校“人才培养、科学研究、社会服务和文化传承创新”四大目标,但当前我国高等教育四大目标评价体系完善程度存在不一致,科学研究
22、评价体系相对比较完善,社会服务相对收益比较显著,导致科学研究和社会服务资源配置比重较大。此外,高等教育还存在供给结构不合理,培养模式比较雷同和固化,高等教育客体需求出现分流,高等教育供给主体受制于路径依赖和经济发展,供给主体区域分布不合理等现象,导致高等教育失衡发展9。同时,高等教育在教育数字化转型层面也面临困境。一方面,高校在教育信息化建设层面信息化理念亟待更新,在数据治理、数据标准、数据库建设等方面规划和管理不够,信息化管理和研发、运维等支撑队伍数量不足、能力不强10,不足以应对教学方式从以教为主向以学为主的转变。另一方面,高校信息化建设应迎合创新型人才培养的需求,推动人工智能、大数据等技
23、术在教学、管理等全流程的应用。当前我国高等教育发展的核心任务是以服务需求、提高质量为主线,不断回归以人的自由、全面和可持续发展为根本宗旨的内涵式发展道路11。高等教育的发展既要关注到高等教育内在教育质量的提升,同时也要关注高等教育外部支撑体系的优化调整,立足于新时代我国社会、经济发展的现实需求,基于经济发展脉络调整优化高等院校分布布局、学科结构,积极推进我国高等教育内涵式发展,突出学科实力与特色并重,建设更加公平、更加高质量、更加多元的高等教育体系。1.1.4 终身教育终身教育改革开放特别是党的十八大以来,我国不断探索实践全民终身学习,成果丰硕,为国民素质不断提升、综合国力持续增强作出了重要贡
24、献。通过建设学分银行、设立开放大学、构建终身教育“立交桥”等措施,终身教育体系的构建不断向纵深发展,成为推进教育现代化发展和学习型社会建设的重要支撑。2021 年国民经济和社会发展“十四五”规划和 2035 年远景目标纲要提出,要“加快构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系,满足经济社会发展和全民终身学习的多样化教育需求”。党的二十大报告强调要“推进教育数字化,建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国”。构建终身教育体系作为国家整体发展战略的重要组成部分,是国家治9郑志来.供给侧新视角下高等教育非均衡发展问题研究J.黑龙江高教研究,2017,No.275(03):21-25.10刘春江,
25、徐业勤,马斌.以更高站位推进高校信息化建设J.中国教育网络,2022,No.276(05):12-14.11高耀.以数字化转型赋能高等教育内涵式发展N/OL.光明日报,2023-3-16.2023 教育元宇宙发展研究报告5 5理体系建设、社会主义现代化建设乃至中华民族伟大复兴的重要支撑,具有超越教育的战略意义。目前,我国终身教育国家战略的全面实施尚处于初步阶段,在推行过程中仍然存在着重重困难:一是目前我国社会尚未形成全民终身学习的社会风尚,青少年学习有强烈的功利化心态,很多民众不具备学习意识和学习能力,庸俗实用主义价值观导致民众精神世界的“空虚”化和生活方式的“无知”化;二是我国仍未建立均衡的
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