项目背景：
随着《“十四五”数字经济发展规划》与《中国教育现代化2035》目标的推动，教育领域的数字化转型逐渐加速。在此背景下，元宇宙技术被视为革新教育方式的关键，旨在实现个性化学习和高效教学管理。然而，现有教育实践中仍存在若干挑战，主要表现在以下几个方面：
1、技术整合不足：尽管元宇宙相关的单项技术，如VR、AR 等，在教育中有广泛应用，但缺乏有效的技术整合方案。这导致不同技术之间形成信息孤岛，无法发挥协同效应，阻碍了教学效果的最优化。
2、标准化设计缺失：当前缺少高度集成、标准化的教育元宇宙实体空间设计，制约了教育元宇宙的大规模复制和推广，影响其广泛落地。
3、穿戴设备限制：沉浸式学习技术通常需要依赖VR头盔等穿戴设备，这不仅提高了成本，限制了长期使用的舒适度，还可能引发视力疲劳等问题，不利于青少年健康成长。
4、智能教室功能不全：现有的教育技术未能全面支持从课前预习到课后复习的全流程闭环教学模式，即未能提供一套完整支持课堂教学各环节的元宇宙集成技术解决方案。
5、自主探究学习支持不足：现有技术未能有效支撑小组合作、小规模或大规模班级的学生进行自主探究式学习，难以营造适应未来教育需求的智能化、灵活健康的学习环境。
6、个性化教学能力欠缺：在传统教学模式中，教师难以及时了解每位学生的学习状态和需求，个性化教学难以实施。即便引入了智能系统，也多停留在数据收集分析层面，未能实质性减轻教师负担或提供即时反馈。
针对上述问题，开发一种新型的教育元宇宙实体科技空间系统显得尤为迫切。这种系统需要能够融合最新的数字技术，打破穿戴设备的限制，实现教学的高度情境化、个性化和互动化，并具备标准化的设计特点，易于复制和推广，从而促进教育公平和教学质量的全面提升。
项目内容：
1、解决方案
“元宇宙+教育”解决方案：高度情景化和强交互的手段
（1）通过虚拟智能体和系统解放教师，推动个性化、精准化的教学。
（2）情景化场景为综合体开展跨学科项目式、探究式学习，提升自主学习能力。
（3）虚实交互手段建构解决现实问题的能力。
（4）标准化统一体的数字教学资源和数字师资，促进教育公平。
2、项目概述
（1）教育元宇宙未来教室
教育元宇宙未来教室设计了三种规格的实体教室：小型接入舱（3-5人），适配学生自主探究型微课学习；中型空间站（15-20人），适配多元、灵活的小班化教学，是教育元宇宙的核心物理空间；大型实验室（20-40人），适配传统教学班。接入舱为标准化可移动封闭舱体，空间站和实验室基于普通教室改造。三类教室均集成了CAVE、MR、AR、全息、具身交互、数字人等虚拟现实技术和人工智能技术，实现多通道接入的一体化智慧教学空间。搭载高沉浸和强交互的三维数字资源，支持学科教育和综合素养教育。师生可在这些空间中突破时空限制，开展多元、灵活的教学活动，探索未来教学模式。项目还关注学生在元宇宙场景下的认知、投入、情感表现，通过多模态测评研究，助力教学策略改进和效果提升。
图1： 教育元宇宙空间站示意图
图2：教育元宇宙实验室示意图
（2）教育元宇宙未来课堂
技术是教育的支撑和辅助，而优质教育内容和模式是核心。因此，华东师范大学团队在教育元宇宙未来教室项目基础上的教育元宇宙未来课堂。它以华东师范大学为主体，依托教育学科强有力的优势，打造的IP式元宇宙数字教学内容。课题组从基础教育、职业教育和高等教育三条赛道出发，以二十大提出的教育理念为宗旨，加强思想政治引导，弘扬传统文化，强化科学素养，提高教师全方位素养，实现教育、科技、人才三位一体的培育理念，开展科学教育与学科教育、文化教育与红色教育、职业教育与劳动教育、教师教育等板块的教学内容生产制作，帮助学生在视听交互的沉浸式环境下既可以进行自主探究式学习，又可以作为教学辅助资源引导式学习。
目前，教育元宇宙未来课堂更多关注和聚焦基础教育。一方面，基础教育课程标准和知识体系相对稳定和统一，并有利于在这一项目初期开展规模化复制和推广；另一方面目前就上海的基础教育资源而言，优质教师资源和上海的学习生源市场的供需上明显不足，导致了大量的学习资源分配不平均的现象无法得到有效缓解和改善。大量有基础和条件的学生因此错过了很多更优质的学习机会和资源，社会人才产生了部分的流失。因此目前未来课堂的发力点着重于针对基础教育的科学教育与学科教育、文化教育与红色教育，打造精品化IP式的跨学科课程。
本项目入选2022年世界人工智能大会产业元宇宙创新应用案例集，并评为2022年上海教育博览会上海教育数字化转型应用标杆案例。
2023年起，本项目在中小学开展试点、应用和规模化推广，并从一线教学需求和反馈出发共建共享，迭代完善，以实现高等教育、基础教育以及企业生态在产、学、研方面的深层联动，共同探索真正面向未来的新课堂与新教育样式。
1、技术优势
本技术方案集成了先进的虚拟现实技术，包括洞穴式虚拟现实系统（CAVE）、混合现实（MR）、增强现实（AR）、全息技术以及具身交互设计，结合了高沉浸感的三维数字资源，为学生提供了一个多通道接入的一体化智慧教育空间。
基础空间建设采用了CAVE系统，利用投影与3D声场创造了一个无需穿戴设备即可享受的多人裸眼沉浸式学习环境，特别关注未成年人的身心健康。
在虚实互动方面，通过全息三维数字教师、数字学伴以及MR技术，实现了适应不同教学需求的智能化交互体验。整体环境设计打破了传统教室的局限，营造出一个健康、自由且放松的学习氛围，鼓励学生进行探究式学习，并通过AR技术激发他们的创造性和想象力。
此外，项目还拥有丰富的数字资源，包括教育元宇宙云平台、具有独特IP形象的数字人如元元老师和小花狮学伴，以及覆盖多个领域的教学内容。该课堂不仅实现了技术的深度集成、系统的智能化管理和数据的可视化呈现，还通过AIGC支持实现了元宇宙课程的批量和轻量化开发，并鼓励一线教师广泛参与到课程创设中，使这一过程变得更为规模化和常态化。
因此，教育元宇宙未来课堂通过深度集成多元的元宇宙技术、实现中央智能控制、灵活的沉浸视觉效果切换、以及多维度的智能数据采集与学习分析，构建了一个高度互动、个性化、智能化的教育元宇宙未来教室，解决了传统教室中传统教学模式的局限，为教育创新提供了强大的技术支持。
2、内容优势：
现依托教育元宇宙物理实体空间，以华东师范大学为主体，依托教育学科强有力的优势，打造的IP式元宇宙数字教学内容。课题组从基础教育、职业教育和高等教育三条赛道出发，以二十大提出的教育理念为宗旨，加强思想政治引导，弘扬传统文化，强化科学素养，提高教师全方位素养，实现教育、科技、人才三位一体的培育理念，开展科学教育与学科教育、文化教育与红色教育、职业教育与劳动教育、教师教育等板块的教学内容生产制作，帮助学生在视听交互的沉浸式环境下既可以进行自主探究式学习，又可以作为教学辅助资源引导式学习。而教育元宇宙未来课堂注重知识相对稳定、课标相对统一的基础教育阶段，选择党和国家目前急需的科学教育和学科教育、文化教育和红色教育这部分的课程建构。
华东师范大学作为国内教育学科的领头羊，充分利用其在教育学、心理学、信息技术等领域的深厚底蕴，确保教学内容既符合基础教育学科要求，又融入最新科学研究成果与应用实践。教学课件设计不仅追求科学性与严谨性，更注重趣味性和互动性，利用元宇宙技术将抽象概念具象化，使复杂知识变得直观易懂，同时注重培养学生的问题解决能力和批判性思维。
3、未来规划
（1）市场拓展
希望和各省市区教育局开展合作，进驻各大中小学,同时与区域代理商合作。
• 预计24年完成3所学校的基础设施升级服务。完成每所学校2门课程的投放使用。
• 25年完成30所学校的基础设施升级服务。完成每所学校2门课程的投放使用。
• 26年完成200所学校的基础设施升级服务。完成每所学校2门课程的投放使用。
• 27-29年完成500所学校的基础设施升级服务。完成每所学校2门课程的投放使用。
（2）项目资金
需要和融投资机构或者有意向投资教育科技产业的相关企业合作。资金投入年度使用计划如下：
• 2024年10月-2025年9月：2575万，完成所有专利版权的采购，完成教学课件制作开发费用的支付、辅助验证的定制智能硬件产品的设计、试产及样机生产费用，支付系统集成、合作单位的开发费用，投放30所学校完成基础设施建设以及课程；
• 2025年10月-12月：210万，整个项目的研发、运营费用的尾款及审计。
（3）产品生产
• 元宇宙教室建设：希望与擅长多种元宇宙技术并有丰富数字媒体展厅建设案例的公司合作，以便高效并保质保量的在全国范围内铺设元宇宙教育课堂教室。
• 虚拟现实交互硬件商合作：希望与业内拥有高水准的虚拟现实交互类技术（如VR、AR、MR等载体），且寻求以华东师范大学品牌为核心、大学师生为专业力量，对华东师范大学所产出的高质量高水平优质课程有需求的硬件商达成合作，以增加课程的轻量化载体和数字内容的多元化生产渠道。同时，也愿意与有高技术开发水平的硬件商进行以课程内容为主题，在虚拟现实交互类载体上再开发的二次创作类合作。
• 课程设计：希望与游戏、动画相关行业且具备高水平创作能力的公司合作，以华师大的课程内容为基础，结合行业高水平的影视、互动游戏技术输出高质量课件。
知识产权情况：
专利已申请，申请号：202411473834.4
商业化前景：
1、预期产业规模和市场前景
教育元宇宙本身是一个致力于教育系统和业务上的平台。由于不同学习内容和目标的特性，不同的学习阶段对于教育元宇宙会应用需求和服务模式会不相同，特别是基础教育方面。
基础教育行业是国家重点关注的市场，根据其学术内容系统化，学生专注力低下、学习内容长期稳定统一的特点。
依托华东师范大学的指导，结合专业学校积累的教育内容和教材，输出元宇宙环境下的新一代教学课程。课程将以服务的方式，通过元宇宙空间向学校每学期提供内容课件服务。通过课件按学期向学校收费的模式设置上限，可以便于学校针对教学计划预算的设定。结合上海全市中小学、幼儿园与特殊教育等学校共3308所统计，未来在基础教育体系中的赛道中，仅上海区域按照30%覆盖率每年可以实现3亿的营业收入。按照全国20万中小学教育机构未来市场覆盖的前景，本赛道在未来的市场规模保守达到1000亿。通过新型教育教学、物联感知、AIGC以及元宇宙课件内容创新的需求可以带动超过30000个就业岗位以及超过2万亿市场。
2、竞争优势分析
（1）沉浸式学习场景突破时空限制强化在场体验
相较于线下课堂固定时间、固定地点、固定对象的开展方式，线上课堂的形式要灵活很多。线上课堂的开放性、非线性打破了学习场景的时空限制，学生可以通过直播、回放、暂停、倍速等方式灵活调整学习进度，便于知识的回顾与巩固。不论是疫情地区的学生，还是留学生和外教，都能通过在线教育平台接入线上课堂，开展教学活动，实现不同地区、不同时区之间的协同授课。这种突破时空限制的非线性教学模式，可以让学生根据个人学习能力情况灵活安排学习任务，更具弹性。传统教学模式下部分学生因事、因病无法在规定时间、规定地点进行学习的困境也得以解除，教学资源在区域范围内的分配不均情况也得以缓解。
同时虚拟现实为主体的三维场景，在沉浸感、在场感上突破传统教学，让学生身临其境地在体验中完成知识建构与迁移。
（2）虚拟现实交互教学资源升级慕课建设
教育资源共享理念源于线上教学“慕课”的兴起。疫情防控期间，全国各地不同学校、不同专业的教学资源在互联网上开放与共享，学生可以随时随地通过网络接入各种专业课堂、学术论坛和讲座，共享各学科的开放教学资源。同步课堂和异步课堂的出现，解决了以往教学中因师资不足而导致的课程资源不足的问题。元宇宙慕课模式的探索也有强烈的现实意义。元宇宙强烈的社交属性不仅对三维世界的虚拟现实教学资源提出更高要求，更在异地异步与异地同步教学中增强学习的临场感和交互性，是慕课在元宇宙时代的升级。
理念变化难，工具变化易，这可能成为打开高等教育数字化变革的突破口。搭建教育发展交流与互鉴的平台，促进优质慕课的共建共享，促进新的教育技术开发与应用的互联互通，持续推动高等教育与信息技术的深度融合，引领新数字时代下高等教育创新。
（3）创新式的混合式教学模式 促进“线上线下”教学深度融合
“元宇宙”就是利用媒介技术展现出的虚拟世界，其本质就是发达的虚拟世界；不同的媒介技术从不同的维度刻画现实世界，向人们展示不同层面的虚拟世界。教育元宇宙将在线上的虚拟教育场域下开展教学，这个虚拟教育场域是现实物理世界的高度仿真。传统的教育主要是在校园内开展线下教育。利用教育元宇宙，就可以发挥元宇宙的沉浸和在场体验，深度融合“线上线下”教学。比如学生可以在线上学习各学科的专业知识；跨学科内容的联动教学；以及进行三维仿真实验操作。同时在学生掌握实验步骤和安全要点后，就可以在真实的实验室中继续实物操作。这种“线上线下”结合的教育方式，能够减少物理教学设备的损耗，尤其是对于具有一定危险性实验操作，不受时间及时空的限制，教育元宇宙更加能发挥其巨大的作用。
（4）跨时空产业有利于促进教育优质资源共享与教育公平
我们国家幅员辽阔，东西部明显的发展不平衡，在一些欠发达地区，教育办学经费更加不足，这就直接导致师资缺失、办学条件跟不上、办学设施欠缺，进而导致教育质量无法满足产业需要，无法培养出高素质的人才。教育元宇宙本质上讲还是数字技术的应用，数字技术的一个特点就是几乎可以零成本复制，突破物理世界的局限，所以元宇宙能够有效解决优质资源不足，实现优质教育资源共享，有助于解决教育公平问题。二十大报告提出实现教育公平需要加快义务教育优质均衡发展和城乡一体化，优化区域教育资源配置，而教育元宇宙的布局可以在教育信息化推进基础上，更好地用沉浸式的教学场景和资源提升资源配置的质量和有效性，拉近不均衡地区和区域的教育差异。
成功案例/产品：
1、上海市普陀区教育学院附属学校——教育元宇宙空间站(已建成，运行中)
2、华东师范大学附属闵行永德学校（在建）
3、华东师范大学图书馆未来学习空间（在建）
联系方式：
华东师范大学技术转移中心邮箱地址：rchen@re.ecnu.edu.cn
项目团队邮箱地址：edumetauniverse@163.com，lllu@deit.ecnu.edu.cn
项目网址：coe.ecnu.edu.cn/教育元宇宙实验室
