《IEEE Transactions on Learning Technologies》：How to Design Immersive Virtual Learning Environments Based on Real-World Processes for the Edu-Metaverse—A Design Process Framework
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针对高质量沉浸式虚拟学习环境（IVLE）缺乏标准化设计流程这一痛点，作者基于设计科学研究法（DSRM）提出五阶框架，整合认知负荷理论、知识类型分类与多媒体学习原则，经胶带生产中小企业案例四轮迭代验证，首次为教育元宇宙（Edu-Metaverse）提供可复用的跨学科设计范式。
当“元宇宙”概念仍在舆论与资本的双重风口上摇摆时，教育界早已渴望把这片虚拟沃土真正开垦成能播种知识、收获能力的良田。现实却是：VR头戴设备越卖越便宜，能让学生真正学得好、学得深的沉浸式虚拟学习环境（IVLE）却凤毛麟角。原因并非技术不够炫酷，而是“怎么设计”缺乏统一章法——不同学科各说各话，设计经验散落一地，评估标准更是五花八门。结果，开发者靠灵感拼凑，用户靠勇气试毒，头晕、疲劳、学无所获的案例比比皆是。教育元宇宙（Edu-Metaverse）若以此粗糙状态上路，注定寸步难行。
为破解这一难题，德国波茨坦大学 Weizenbaum 研究所的 Malte Rolf Teichmann 把目光投向“真实世界过程”：既然企业里机器运转、工人操作的每一步都可被拆解、被建模，何不把这些流程搬进虚拟空间，让学习者在零风险、低成本的数字孪生里反复练手？带着这一设想，作者以德国联邦教研部资助的胶带生产企业培训项目为切口，用设计科学研究法（DSRM）展开四轮迭代，最终凝练出面向 Edu-Metaverse 的 IVLE 五阶设计框架，成果刊载于《IEEE Transactions on Learning Technologies》2025 年首月号。
研究采用的关键技术方法可概括为四：一是基于 DSRM 的六相迭代循环（问题识别→目标定义→设计开发→演示→评估→沟通）；二是跨学科理论整合，将认知负荷理论（Cognitive Load Theory）、安德森知识类型分类（事实性、概念性、程序性）、多媒体学习原则（冗余、信号、分段等）与企业知识管理模型并置；三是多模态数据评估，综合性能数据、知识测验、神经认知 EEG、眼动追踪、主观量表与 Think-aloud 访谈；四是模块化 Edu-Metaverse 平台，支持零代码拖拽式 3D 场景搭建与 CAD 模型导入。
Step I 问题识别
通过文献综述与焦点小组，作者把中小企业面临的“人口结构变化导致熟练工短缺”与“经验型知识濒临流失”确定为顶层痛点，并细化出“新员工需快速上手复杂胶带模切工序”这一可虚拟化的真实过程。
Step II 目标定义
深入生产现场，用一线影像、流程图与半结构访谈捕捉裁断机、圆刀机、贴合机三大工站的关键操作，最终输出 12 条用例与学习目标，例如“理解圆刀机张力与打滑调节对成品精度的影响”。
Step III 教学基础
将上述目标映射到四类知识域（KF1 整体流程、KF2 裁断、KF3 圆刀、KF4 贴合），再向下拆解为学习单元、学习对象与具体学习目标，并用 3D 复杂度等级（低-中-高-极高）匹配相应教学媒体：低复杂度仅展示外观，中复杂度可播放动画，高复杂度允许参数调节，极高复杂度支持完整交互。
Step IV 初始设计与原型
把教学计划转译为“学习旅程”与故事板：学习者先在一比一复刻的生产大厅里完成 KF1 基础知识闯关，再按工艺顺序进入 KF2-KF4 工站，每站配备金色高亮的关键机台、嵌入式知识卡片与即时测验。技术受限无法实现的“物体装配”功能被舍弃，但通过引入真实 CAD 模型保证了外部效度。
Step V 迭代测试与进一步完善
原型 1 经 6 位生产专家与 4 位 VR 设计师 Think-aloud 评估后，发现“场景过于空旷、缺乏导航”等问题；原型 2 引入 onboarding 区、红色箭头导航与工站间知识测验，再让 12 名一线工人试用，结果显示认知负荷显著降低但自由度仍过高；最终版进一步用墙体限定路线，把 showroom 内容并入学习路径，并增设每站后的即时反馈，形成可交付的企业培训工具。
结论与讨论部分指出，该框架首次把“真实过程-知识类型-多媒体原则-迭代评估”四轴拧成一股绳，让 IVLE 设计从“拍脑袋”走向“可重复”。理论层面，它为仍在概念迷雾中的 Edu-Metaverse 提供了可落地的最小单元——高质量 IVLE，并呼吁用 constructivist 学习理论与人工智能导师进一步丰富其内核；实践层面，零基础培训经理可按图索骥，资深设计师亦可截取所需模块迁移至旅游、医疗等场景。作者坦承，框架目前最适用于高标准化流程，未来需在低标准化领域、增强现实（AR）及混合现实（MR）交互中继续迭代，但毫无疑问，这条“先标准化、再生态化”的路径已为教育元宇宙铺下第一块坚实的基石。
