沉浸式大学智慧校园的理论与实践探析
大学智慧校园是高等教育信息化发展的新阶段。沉浸式技术（如扩展现实）和5G技术的珠联璧合能突破沉浸式体验的边界，推动智慧校园向沉浸式的新阶段迈进，增强教育教学的融合性、体验性和智慧性。
一、沉浸式大学智慧校园的理论框架
首先，建构主义学习理论、具身认知理论和心流理论分别从外部环境、身体感知和心理状态三个维度为沉浸式大学智慧校园沉浸式体验的塑造提供方向，三者的协同作用共同塑造了沉浸式体验。其次，沉浸式大学智慧校园需满足数据感知与分析、追踪定位与匹配、环境理解与渲染、多模态学习分析、感知交互与反馈等功能要素。这些功能要素是沉浸式大学智慧校园架构模型的核心组成，是后续沉浸式大学智慧校园建设的骨架支撑。再次，对沉浸式体验和功能要素中相关的技术进行分析与功能整合，把沉浸式大学智慧校园的技术支持归纳为扩展现实技术、数字孪生技术和5G技术。最后，以沉浸式体验激发智慧（尤其是教学智慧），进而培养智慧型人才是沉浸式大学智慧校园的目标。
新时代背景下，智慧型人才更需要数字素养、人机协同能力、数字学习能力、高阶思维、设计思维、计算思维、共情关怀、全球意识等，以回应未来时代对人才素质的新要求。为实现这一目标，沉浸式大学智慧校园的建设必须以智慧教育为突破口，即通过重塑沉浸式体验来推动教育创新与变革，为智慧型人才培养提供有效依托。综上，沉浸式大学智慧校园是以智慧型人才培养为目标，以智能信息技术驱动下“境—身—心”一体化的沉浸式体验为关键，能智能感知校园环境，提供高速网络通信，塑造沉浸体验服务，有效激发教学智慧的教育教学与生活环境。
二、沉浸式大学智慧校园的模型建构
本研究通过梳理现有的智慧校园架构模型并结合国家发布的《智慧校园总体框架》总结了大学智慧校园一般性架构模型的基本要素，主要包括感知层、通信层、平台层、应用层等。其次，进一步分析扩展现实技术、数字孪生技术和5G技术的功能特性、底层支撑技术和具体应用，将沉浸式大学智慧校园应该满足的功能要素层次化。最后，以中观和微观相结合的方式构建了五横两纵式的沉浸式大学智慧校园架构模型，该模型自下而上依次为智能感知层、网络通信层、平台能力层、应用服务层和用户交互层，并辅以规范标准与评价体系和信息与数据安全保障体系。
（一）智能感知层
智能感知层是指协同利用RFID、GIS、传感器技术等多种智能感应技术和设备全面化收集智慧校园内的多维度数据，主要包括横向维度的个体数据、环境数据、空间运动数据和资源数据，以及纵向维度的历史数据和实时数据，从而为多模态学习分析、追踪定位、三维建模、全生命周期交互、智慧决策等提供数据支持。
（二）网络通信层
网络通信层是以5G为主并融合网络切片、边缘计算和云计算等技术，搭建的边云融合的、能灵活支持多样化定制需求的、可管可控可感的、保障信息安全的5G智慧校园专网。该网络能满足XR沉浸式教学、远程互动教学、全息课堂等多个沉浸式教学场景对带宽和时延的双重需求。此外，还能保证校园内网络的高覆盖与无感接入，促进人—机—物的互联互通。
（三）平台能力层
平台能力层主要是为沉浸式大学智慧校园的各大应用场景赋能。通过数据处理进行数据汇聚、数据识别、数据挖掘、数据分析和数据存储，为沉浸式大学智慧校园的运作提供数据基础。通过环境理解、三维建模、渲染处理和交互反馈等平台塑造沉浸式体验，主要是综合利用多模态学习分析、人工智能算法和大数据技术，为学习者构建沉浸式的自适应和智适应学习路径。
（四）应用服务层
应用服务层表明智慧校园的功能指向。立足于智慧型人才培养的目标，着眼于“境—身—心”一体化沉浸式体验所指向的对象，沉浸式大学智慧校园重点是为教师和学生重塑体验，推动智慧教学创新，增强教育的体验性、智能性和实效性。因此，沉浸式大学智慧校园的功能以智慧教学为主，以智慧科研、智慧管理和智慧服务等为辅。
（五）用户交互层
用户交互层通过配备XR眼镜、头戴式显示器、手套、平板电脑和PC等智能化的设备，让教师、学生、教育管理者以及技术人员等获取沉浸式大学智慧校园提供的服务。
（六）规范标准与评价体系
除了信息技术标准与评价体系、应用服务标准与评价体系、校园管理标准与评价体系、师生发展标准与评价体系等外，沉浸式大学智慧校园的标准与评价体系更应把沉浸感程度、智慧校园的“智慧性”和伦理道德规范考虑在内，以满足新形态智慧校园的可持续发展。
（七）信息与数据安全保障体系
智能信息技术驱动下，不仅校园环境数据、教学数据、管理数据和设备运行数据等能够得到收集，包括情绪状态数据、体质健康数据等在内的个体生理和心理数据也能够得到全面感知与采集。通过信息与数据安全保障体系来保证沉浸式大学智慧校园的有序运转。
三、案例解析：莫尔豪斯学院的数字孪生校园
莫尔豪斯学院（Morehouse College）推出的数字孪生校园和虚拟现实课程中，学生可以在数字孪生校园里聚会、上课和与教授进行私人会议。此外，莫尔豪斯学院还与Beame的制造商Aetho合作，利用AR技术，在Verizon的5G网络边缘使用创建一个3D完全互动的在线校园，使未来的学生可以在无需前往学校的情况下亲身体验校园之旅。根据构建的沉浸式大学智慧校园架构模型，分析莫尔豪斯学院的数字孪生校园。
第一，智能感知层借助图像采集设备、物联网技术和传感设备等访问现实校园的图像，实现对现实校园各类环境数据信息的实时捕捉，从而从整体上对校园进行三维建模。为凸显校园特色，对格雷夫斯大厅、百年纪念公园和乔治亚水族馆等著名地标进行数据感知，从而为用户提供AR远程校园导览服务。第二，网络通信层使用实时云计算平台。最大限度地减少了从AWS上托管的应用程序连接到最终用户设备所需的延迟和网络跃点。在此基础上，莫尔豪斯学院能够为学生提供超低延迟的高保真共存体验。第三，平台能力层以数据为支撑，利用Victory XR的Engage平台对实体校园建模与渲染处理、创建VR课程以及现实校园不存在的场馆、器材、建筑等各类教学资源，实现对现实校园的映射与优化。借助AR中的识别与显示技术，还将著名校园地标叠加到现实场景中。第四，应用服务层支持在线沉浸式学习等智慧教学以及远程校园导览等智慧服务，减少了大流行期间学生在线学习的隔离感，弥补了在线环境中交互的缺失，从而优化在线学习和在线服务的体验。例如，学生可以参加虚拟的历史课，能够在战场上行走及其上方盘旋，能以第一视角感受拿破仑征服俄罗斯的全过程。第五，用户交互层允许学生借助VR终端设备在数字孪生校园内学习、社交和游览。学生能够远程访问直播课程、参加虚拟现实课程以及身临其境地在各类实验室进行学习。此外，经济困难或地理位置偏远的准学生可以在他们的智能手机或AR耳机上使用Beame的应用程序，与招生顾问进行一对一实时互动，也可以远程参观校园。
伴随扩展现实、数字孪生、全息投影和5G等智能信息技术的融合发展，智慧校园迈向沉浸式的新时代。然而在实践中，沉浸式大学智慧校园的发展不是高等教育机构的独角戏，社会各方力量的协同共创是沉浸式大学智慧校园可持续发展的必然之举。沉浸式大学智慧校园的落地生根需要国家出台政策以进一步保障，需要校企强化合作以破解技术支持和基础设施建设等难题，还需要教师提高专业素养从而能够对沉浸式教学模式进行有效的设计、开发和应用，其发展之路任重道远。
（摘编自《重庆高教研究》2023年第1期 作者：钱小龙 宋子昀等）