数字孪生技术是具有广泛应用前景和变革性力量的新兴信息化技术。 数字孪生技术的教育应用，能够克服当前大数据技术、物联网技术饱和发展阶段所面临的困境和问题，并且在人工智能技术的支撑下，利用已有教育理论和学习方法建立虚拟模型，通过仿真技术探讨和预测未来，发现和寻找更优的方法与途径，实现教育信息化2.0环境下的全周期、全数据、全空间和全要素的学习，为新时代教育的创新和发展提供新理念和新方案。
数字孪生 (Digital Twin) 最初由美国密歇根大学Grieves 教授提出，是指以数字化方式创建物理实体虚拟模型，通过空间变换映射、虚实反馈交互、数据融合分析、检测判断评价、决策迭代优化等手段，来全面、精准、高效、智能地展示物理实体在现实环境、全生命周期的过程行为。作为具有巨大颠覆性和快速突破性的技术，数字孪生也正从新兴状态变得影响更广泛、更有深度，被Gartner公司列为战略性技术。
图1 数字孪生的发展关系图
0 2 数字孪生技术的主要特征1. 虚实共生 。数字孪生技术的发展，按照技术整合的层级，可以分为虚实连接、虚实融合及虚实共生三个阶段。在虚实连接期，数字孪生是以数字模型的形式出现，模型与物理实体间的数据交换均手动进行，该阶段模型多以设计阶段的产品原型出现。虚实融合期的数字孪生更多的被称之为数字阴影，是利用物联网、大数据分析等数据采集技术，使虚拟的模型参数能够对应物理实体的实时状态而动态更新，但虚拟端无法向物理端主动传输数据。第三阶段为数字孪生的高阶形态，结合不断成熟的数字线程技术，虚拟实体与未来对应的智能系统（即孪生对象）间，能够完成数据的双向自流动，在全生命周期内实现了虚拟与现实融合的一种终极形态——虚实共生。通过虚实交互反馈、多维数据融合分析及决策迭代等方式优化物理实体，从根本上推进现实活动中各阶段的高效协同。
图2 虚实共生概念图
2. 高虚拟仿真 。当下5G 网络的传输速率与计算机实时渲染能力的大幅提高，使得数字孪生技术能够提供高仿真的虚拟对象。由于面向不同服务对象会产生差异化的感知需求，如工业应用场景中，结构工程师与造型工程师对于不同阶段的同一孪生对象，有着不同的检视需求，因而，孪生对象的呈现形式也应当灵活多变。模型的确真性是指在特定目标引导下，事实信息与其表征物之间的关系问题，即与目标所需事实信息关联度越大，模型的真实度越高。因此，数字孪生技术以通用孪生体为基础，借助情境感知的功能，面向不同的用户需求，提供相应的高保真专用模型。
3. 高实时交互 。数字孪生技术强调底层实时多维数据的收集、解释，但人机交互界面呈现的主要是物理对象的仿真模型，以模型、数据可视化等仿真、自然直观的方式，进行人机交流是数字孪生技术的一大特点。随着基于模型的系统工程在工业界的运用与推广，数字孪生技术将与沉浸式技术深入融合，结合可穿戴设备、增强现实眼镜、虚拟现实甚至脑机接口等交互技术，提供全方位的信息感知体验。
4. 深度洞见 。随着大数据收集、分析技术的不断增强，人工智能技术算法、算力的提升，数字孪生中的虚拟实体也开始通过学习不断生成知识，未来也可能会产生关于知识、 技能和经验的新型研究范式：基于数字孪生技术的分布式共生知识空间。在万物皆可孪生的发展背景下，万物也将具有智慧属性，人类将身处于泛在智慧的生存空间中。以人类作为孪生对象为例，人类可利用数字孪生技术将知识传递给虚拟化身，而该化身又可以通过不断模拟训练、与本体交互等形式进行学习，从而提供不同情境中的深度洞见。
03 数字孪生技术在教育领域的应用数字孪生技术在教学上多种场景的应用和数据闭环的整合，破解了虚拟空间的大数据障碍;多场域的知识空间复现，消除了现实环境的物联网困境;多维可视、亲和力强的具象节点特征，顺应了人工智能的新时代挑战。综合来讲，数字孪生技术对学习带来的改变和应用，如表1 和图3所示:
表1 数字孪生技术的教育影响和应用一览表
图3 基于数字孪生技术的教育应用模式图
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编辑：给我一勺盐
审核：冰糖
参考文献：
[1]张枝实.数字孪生技术的教育应用研究[J].成人教育，2021，41(05):27-32.
[2]艾兴，张玉.从数字画像到数字孪生体：数智融合驱动下数字孪生学习者构建新探[J].远程教育杂志，2021，39(01):41-50.
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