36、远程扩展现实教育中的安全、伦理与隐私问题

远程扩展现实教育中的安全、伦理与隐私问题

一、引言

扩展现实（XR）技术，涵盖虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR），正迅速走向成熟，并为更广泛的人群所接触。以下是三种现实技术的介绍：
- 增强现实（AR） ：通过将虚拟对象叠加到现实世界中，提供交互式体验。
- 混合现实（MR） ：融合现实和虚拟环境，使物理和数字对象共存，允许用户进行实时交互。
- 虚拟现实（VR） ：提供完全虚拟的环境，带来模拟体验。

这种有前途的技术具有娱乐、教育、连接和增强现实环境的能力。随着5G等互联网连接技术的革命性进步，人们对采用这些技术以创造完全沉浸式体验的关注度不断增加。据统计，到2025年，混合现实市场规模将增长至37亿美元。

XR技术为学习者提供了新的创新可能性，如引人入胜的体验、沉浸式环境和交互式内容。研究表明，使用XR技术进行3D交互式学习时，能提高整体成功率和学习成果。同时，XR设备的快速发展为远程学习创造了机会，协作混合现实（CMR）应用在游戏、社交互动、设计和医疗保健等领域越来越受欢迎。然而，目前大量的研究工作主要集中在显示技术进步、可视化优势、软件、协作架构和应用等方面，而影响协作和远程平台的潜在隐私、伦理和安全问题尚未得到足够的研究关注。

二、背景

（一）XR在教育中的现有案例研究

近年来，XR（包括增强、虚拟和混合现实）在教育中的应用有所增加，因其能够将用户沉浸在一个人造世界中。XR技术被视为下一代计算平台，具有彻底改变学习过程的潜力，使学习者的体验更加“引人入胜”。其作为教育技术的潜在好处包括增强对空间结构和功能的理解、提高长期记忆保留、改善动觉学习和增强学习动力。

虽然XR在课堂中的应用仍处于课程开发和设计阶段，但需要考虑社会建构主义，它推动了社会因素与采用XR等新技术之间的联系。在远程学习中使用XR，需要在个人环境（如家中或基于位置的户外）中使用这些设备，因此必须考虑新的社会空间定义和围绕隐私的法律问题。这些设备虽然能实现更好的可视化学习和远程实验室等概念，但由于个人数据收集、数据共享和周围环境数据的捕获，存在隐私和安全风险。

从基础字母学习到医学解剖学学习，再到STEM学科的技能型技术学习，XR通过不同的学习方法支持探索和模拟活动。研究报告显示，探索性课程在可视化、动觉学习和模拟器方面有积极的感知和成果。XR技术支持和促进协作与共享体验的能力在用户不在同一物理位置时尤为强大。

学习类型	支持情况
基础字母学习	支持探索活动
医学解剖学学习	支持模拟活动
STEM学科技能型技术学习	通过不同学习方法支持

（二）现有的XR隐私问题

隐私问题并非XR所独有，长期以来与管理信息系统、人机交互、机器人和无人机技术相关。XR允许在3D空间中实现强大的实用程序和游戏，这意味着用户可能需要在网络上共享大量个人信息。虚拟、增强和混合现实在隐私问题上略有不同。

XR设备通过摄像头、麦克风和传感器与现实世界进行交互，这意味着可以收集有关我们环境的信息。有研究发现，大多数VR用户担心设备的麦克风和红外传感器数据，以及从物理和虚拟环境中获取的信息。例如，增强现实的试衣应用可能会通过全身扫描收集足够的数据，成为侵犯隐私的工具。

正在开发的一些XR头戴式设备不仅可以拍照和录像来记录日常生活，还能直播所见内容，甚至对捕获的画面进行面部识别等实时分析。如果这些头戴式设备与第三方应用集成，可能会侵犯旁观者的权利。此外，XR浏览器虽然促进了虚拟空间的增强过程，但内容由第三方提供，存在不可靠性，还面临数据操纵和嗅探等网络威胁。

以下是一个简单的mermaid流程图，展示XR设备数据收集过程：

graph LR
    A[XR设备] --> B[摄像头]
    A --> C[麦克风]
    A --> D[传感器]
    B --> E[收集环境图像数据]
    C --> F[收集声音数据]
    D --> G[收集运动等数据]
    E --> H[传输到网络]
    F --> H
    G --> H

（三）现有的XR安全问题

使用社交媒体网络已经存在大量的隐私和个人数据盗窃问题，而混合现实设备产生的个人数据被利用的风险可能更大。在XR领域，最大的安全问题不是虚拟入侵，而是物理破坏。XR技术需要访问多个传感器、数据和摄像头，甚至数字视频电缆（如HDMI）也容易受到远程视频流窃听的攻击。

当AR和VR设备及应用使用社交媒体账户进行身份验证时，会增加数据的脆弱性。此外，VR社交网络本身会记录大量关于用户及其虚拟交互的数据。使用混合现实进行教育时，数据交换存在潜在的风险和威胁，设备、移动应用和网页浏览器的安全风险和漏洞可能使攻击者有机会破坏信息、窃取高价值和敏感的知识产权、向XR头戴式设备发送虚假信息，甚至阻止对XR系统的访问。

研究还探索了破坏VR会话并进行多种攻击的可能性，如监护人攻击、定向障碍攻击、人体操纵杆攻击、覆盖攻击以及摄像头流和跟踪攻击等。虽然一些VR攻击的影响最初可能看似较小，但XR系统已应用于专业环境，如工业控制系统。

（四）现有的XR伦理问题

在科学环境（如大学和学术实验室）中，XR技术的使用受伦理准则和法律的约束，不同国家可能有所不同，但通常遵循一些一般原则。

XR技术的设计者和开发者通常会考虑实践中的伦理问题，包括对认知、生理和行为的影响。实践中的伦理在XR设计和教学课程开发领域发挥着作用。XR技术被视为未来的计算平台，这些头戴式设备有可能取代智能手机和桌面等普及技术，具有更高的人体工程学设计和更好的功能，能够提供个人化、私密化的感知和增强现实体验，实现近乎持续的数字内容交付。

随着XR技术迅速被消费者采用，并越来越多地用于工作和教育，必须制定准则以确保隐私和安全。例如，AR智能眼镜会自动筛选和处理用户的环境，可能会影响用户及其周围人的隐私。在决策时，人们通常会考虑社会规范，“玻璃人”一词曾成为侮辱谷歌眼镜用户的典型用语。对于XR的开发者和设计者来说，在虚拟远程学习环境中，对XR设备和应用的伦理设计负有责任，在将交互式媒体融入学习内容并将用户置于虚拟环境时，需要考虑伦理设计和隐私问题。

三、远程XR在教学和学习方面的问题

（一）学习质量不一致——设备/资源

为了在资源受限的环境中促进学习，XR技术提供了虚拟学习材料，并支持手势、手部交互和触觉反馈等创新交互技术。然而，这种学习方式的质量完全取决于所使用的设备、应用程序以及网络连接的强度。在远程XR教育中，与课堂中的XR课程不同，大多数学生使用自己的设备，由于设备处理能力的巨大差异，可能会导致帧处理不一致，从而使不同用户的学习体验不同。

（二）隐私问题

远程XR教育涉及三种基本的隐私问题：在现实世界中记录用户行为时保护其隐私、保护用户在虚拟世界中的行为和数据隐私，以及保护使用设备时周围其他人的隐私。许多人在与数字设备交互时虽然意识到隐私风险，但矛盾的是，他们的行为并未体现出对这些风险的重视。

1. 环境隐私
   使用远程XR进行教育会给维护环境隐私带来额外的负担。在沉浸式虚拟现实场景中，用户可能在进行虚拟课程时没有意识到有人进入房间。由于使用耳机和VR头戴式设备的自然隐私性，外部人员只能看到用户的物理动作和在虚拟世界中的语音交流。虽然有一些创新技术（如Oculus监护人系统的改进）可以通过多种方式（如化身表示、文本通知、轮廓显示甚至声纳雷达方法）让用户意识到旁观者的存在，但如果没有这些系统，用户可能会泄露个人信息。
2. 第三方隐私
   第三方隐私指的是在虚拟环境设置中被捕获的周围人的隐私。远程XR教育与传统课堂环境不同，因此在任何远程XR教育应用中都需要考虑第三方隐私问题。
3. 强迫学生签署最终用户许可协议（EULA）
   要求用户不必要地登录服务才能使用头戴式设备是一个令人担忧的问题。虽然用户可能需要登录某些在线世界服务，但在仅仅使用教育服务时，这种登录要求似乎不必要。这种始终连接和登录的方式在移动市场的许多设备中很常见，引入XR领域后带来了更多挑战。登录通常意味着用户需要同意最终用户许可协议（EULA），例如，如果用户使用Facebook Quest系列的消费级版本，则需要签署Facebook的EULA，而购买更昂贵的商业版则不需要。有人指责这些要求和EULA创造了一个“蛮荒西部”，使用户“权利缺失”。例如，如果用户在社交媒体账户上发布内容违反了Facebook的EULA，可能会导致无法访问在Quest上购买的应用程序，这从教育角度来看是完全不可接受的，可能会抑制用户的言论自由，侵犯学生的基本权利。在课堂上，如果学校自行设置设备，XR可能会绕过这一要求，但在远程XR教育中，用户通常使用自己的个人设备，这将成为一个重大问题。

（三）安全问题

作为XR用户，我们在虚拟环境中会产生关于自己行为和动作的数据，并经常在网络上共享这些数据，这些数据可能被用于窃取我们的虚拟资产或虚拟身份。

1. 传感器收集的数据
   沉浸式体验依赖于高精度的传感器和精确的数据处理。为了实现高性能，XR头戴式设备需要极其敏感和响应迅速的运动传感器，这些设备通过多种类型的传感器收集大量关于用户的数据。随着XR应用中传感器技术的新进展，需要从现实世界获取大量数据。
2. 位置数据
   教育领域有大量的增强和混合现实应用是为本地化学习而设计的，这些应用使用GPS传感器收集用户的位置数据。研究发现，大多数VR用户担心XR设备上常见的摄像头和传感器收集的数据，以及这些数据的传输去向和用途。
3. 生物识别数据
   通过与XR设备的交互，可以通过多种方式生成生物识别数据。例如，眼动追踪技术历史悠久，可用于评估用户行为。该技术在游戏、营销、教育、军事和医疗保健等领域的应用越来越广泛，变得更加高效、廉价和紧凑，但也带来了严重的隐私问题。研究表明，有可能从眼动追踪数据中自动推断出个性特征。在XR教育中，眼动追踪技术用于情感学习、评估阅读模式和学生行为等。具有眼动追踪功能的设备可能会捕获比用户预期更多的信息，欧洲通用数据保护条例（第9条GDPR）对部分个人数据保护做出了规定。此外，XR设备还提供手部追踪功能，收集手势数据。语音数据包含非常敏感和个人化的特征，可用于从医疗分析到数字生物识别等多种应用，语音命令数据也可能成为用户的安全威胁，因为语音命令在许多应用中也被用作身份识别数据。
4. 软件/硬件漏洞
   XR的安全和隐私问题与系统架构和数据流程密切相关。一些应用程序设计为在设备上渲染、处理和存储数据，而另一些则集成了云资源。平台和第三方提供的软件应用在虚拟世界中会产生不同的网络威胁。为了防止学习质量不一致，一种解决方案是确保所有学生使用相同的设备或一小部分经过批准的设备，这有助于软件开发，因为在有限的设备或单一设备上进行测试会更容易。但从安全角度来看，这可能会导致一个同质环境，一个漏洞就可能让黑客访问系统，同时也限制了学生选择用于学习的设备的权利。为了使远程XR教育正常运行，学生会收到用于访问课程和辅助学习的软件，但由于该领域快速原型开发的特点，可能存在一些安全隐患。

远程扩展现实教育中的安全、伦理与隐私问题

四、远程XR的评估问题

在远程XR教育中，评估环节同样面临着诸多特殊挑战，这些挑战与教学和学习过程中的问题相互关联，影响着教育质量和学生的学习效果。

1. 评估标准的一致性
   由于学生使用的设备不同、网络环境各异，可能导致在远程XR学习中的表现存在差异。例如，设备性能较差的学生可能在完成一些需要高帧率、高分辨率渲染的学习任务时遇到困难，从而影响其在相关评估中的表现。这就使得制定统一、公平的评估标准变得困难，需要综合考虑多种因素，以确保评估结果能够真实反映学生的学习成果。
2. 数据收集与分析的准确性
   远程XR教育中，评估往往依赖于收集学生在虚拟环境中的各种数据，如操作行为、交互记录等。然而，这些数据的准确性可能受到多种因素的干扰。例如，传感器数据可能存在误差，网络延迟可能导致数据记录不及时或不准确。此外，如何从海量的数据中提取有价值的信息，并进行有效的分析和解读，也是一个挑战。
3. 作弊防范
   在远程环境下，难以像传统课堂那样对学生的考试或评估过程进行实时监督，这增加了作弊的风险。学生可能利用外部资源或他人的帮助来完成评估任务。因此，需要开发有效的作弊防范机制，如利用人工智能技术对学生的行为模式进行分析，识别异常行为；或者设计具有独特性和不可复制性的评估任务，降低作弊的可能性。

五、XR远程教育的未来潜力

尽管远程XR教育面临着诸多隐私、伦理和安全问题，但它依然具有巨大的未来潜力，有望在教育领域带来更多的创新和变革。

1. 个性化学习体验
   XR技术可以根据学生的学习进度、兴趣爱好和学习风格，为其提供个性化的学习内容和体验。例如，通过分析学生在虚拟环境中的行为数据，系统可以自动调整学习难度、推荐适合的学习资源，实现真正的因材施教。
2. 全球协作学习
   借助远程XR技术，学生可以与来自世界各地的同学和教师进行实时互动和协作学习。这种跨地域的学习交流可以拓宽学生的视野，培养他们的全球意识和团队合作能力。例如，不同国家的学生可以共同参与一个虚拟的科研项目，分享彼此的知识和经验。
3. 模拟真实场景学习
   XR能够创建高度逼真的虚拟场景，让学生在安全的环境中进行实践操作和体验。这对于一些需要实际操作技能的学科，如医学、工程学等，具有重要意义。例如，医学专业的学生可以在虚拟手术室中进行手术模拟训练，提高他们的实践能力和应对紧急情况的能力。

六、结论

远程XR教育作为一种新兴的教育模式，为学习者提供了更加丰富、沉浸式的学习体验，具有巨大的发展潜力。然而，我们必须清醒地认识到，在享受其带来的便利和创新的同时，也面临着一系列隐私、伦理和安全问题。这些问题涉及到个人数据保护、第三方权益、系统安全等多个方面，需要我们高度重视并加以解决。

为了推动远程XR教育的健康发展，我们需要采取以下措施：

1. 加强技术研发
   不断改进XR设备和应用的安全性能，提高数据加密技术、身份验证技术等，减少安全漏洞和隐私风险。例如，开发更加安全可靠的传感器技术，确保数据收集的准确性和安全性。
2. 完善法律法规
   政府和相关部门应制定和完善针对XR教育的法律法规，明确各方的权利和义务，规范数据使用和处理行为，保障用户的合法权益。例如，制定专门的隐私保护法规，对XR教育中的个人数据收集、存储和使用进行严格监管。
3. 提高用户意识
   通过教育和宣传，提高学生、教师和家长对XR教育中隐私、伦理和安全问题的认识，增强他们的自我保护意识和法律意识。例如，开展相关的培训课程和宣传活动，让用户了解如何正确使用XR设备和应用，保护自己的隐私和安全。

总之，远程XR教育的未来充满希望，但也需要我们共同努力，解决好其中的隐私、伦理和安全问题，才能让这一新兴技术更好地服务于教育事业，为学习者创造更加优质、安全的学习环境。

以下是一个mermaid流程图，展示解决远程XR教育问题的整体思路：

graph LR
    A[远程XR教育问题] --> B[技术研发]
    A --> C[法律法规完善]
    A --> D[用户意识提高]
    B --> E[改进安全性能]
    C --> F[规范数据使用]
    D --> G[增强自我保护意识]
    E --> H[解决安全漏洞]
    F --> I[保障合法权益]
    G --> J[正确使用设备]
    H --> K[推动健康发展]
    I --> K
    J --> K

综上所述，远程XR教育在发展过程中虽然面临诸多挑战，但只要我们积极应对，采取有效的措施，就能够充分发挥其优势，为教育带来新的突破和发展。

应对措施	具体内容
加强技术研发	改进XR设备和应用的安全性能，提高数据加密、身份验证等技术
完善法律法规	制定针对XR教育的法规，规范数据使用和处理，保障用户权益
提高用户意识	开展培训和宣传活动，增强用户自我保护和法律意识