“元宇宙课堂”创新本科教学形式

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相较于传统教学，“元宇宙课堂”在三维呈现、多人操作、互联互通等方面显示出广泛的潜在优势，打破了自然空间的局限，为教学方式的拓展、教学资源的分享提供全新的解决方案。未来，复旦大学的“元宇宙课堂”将在教学领域不断拓展其应用，进一步加强本科生教学的互动性、趣味性、开放性。

在一间悬浮于浩瀚星际中的教室里，一台托卡马克装置（一种用于实现可控核聚变的装置）缓缓启动。面对这台“人造太阳”，同学们通过浮空的控制台，亲手调整这个巨大装置的主要参数，观察其内部聚变反应的变化。这是核科学与技术系学生在“元宇宙课堂”中的体验。

核科学与技术系副教授杨洋团队创新性地将“元宇宙课堂”引入本科生教学，让物理世界的核聚变与计算机领域的虚拟现实，这两种跨学科的元素神奇地碰撞在一起，构建了一种全新的教学模式。通过搭建虚拟仿真实验室，编写完备的核物理引擎，开发动作交互和UI适配，迭代跨终端网络联机方案，使同学们得以置身“元宇宙”的比特空间，在极具视觉冲击力但又还原真实世界物理法则的三维虚拟空间中展开互动探索、交流讨论，高自由度地亲身控制各类虚拟的大型实验装置的运行，收获直观、震撼的课堂体验。该项目于2021年代表复旦申报国家一流课程，于今春获批公布。

团队认识到，互联互通的“阿凡达”式的深度沉浸式、虚拟空间可持续在线，多人社群式的教学方式是未来发展的趋势，这种被称为“元宇宙”的技术方案，是最大程度利用虚拟现实技术的必由之路。沿着该思路，经过两年研发，“元宇宙”形态的托卡马克聚变实验室正式上线，杨洋第一次“元宇宙”授课就在这个第三代虚拟实验室中，“在虚拟空间中，我们得以实现那些真实世界中无法实现的交流模式、互动模式和感官体验。”

 “新奇”，是当日与课的郭庭轩同学对“元宇宙课堂”的概括：“我以前虽然也玩过各种VR设备，但是用它来上课还是头一回。在上课之前，我对大型装置，还有核电站的理解停留在课本和PPT的文字与图片当中，但当我亲手为聚变装置点火的时候，新的理解涌现出来。”

“元宇宙课堂”的“新”体现为视角新、形式新、道具新。但“新奇感”只是元宇宙课堂的吸引眼球之处，要应用于课堂教学，“真实性”必不可少。为复制现实中的基础物理与核物理规律，最大程度再现核实验与核装置运行时的状态，杨洋团队为“元宇宙课堂”研发了核物理系统的底层算法逻辑。这套自主研发的算法逻辑不仅重现了核物理的规律性和随机性，还包含大量力学、电磁学和流体力学等物理规律，并在有限的算力条件下，对不同的事件进行优先级筛选，利用不同算力进行区别计算。

 “元宇宙课堂”能表现丰富的物理学规律和科学操作所呈现的不同状态，也适合被应用于其它理工科专业的虚拟仿真教学中。