e-office教學(xué)中的情感感知與情感調(diào)適

情感計算是對事物的情感計算，它有助于縮短人類之間的距離，創(chuàng)造和諧的情感環(huán)境。目標是賦予計算機識別、識別、表達和適應(yīng)人類情緒的能力。情感計算的目標是讓計算機從各種傳感器那里獲得人類情感的生理和行為特征的信號，并建立一個“情感模型”，使計算機能夠感知、識別和理解人類情感，并對目標人員的情感做出智能、敏感、友好的反應(yīng)。擁有情感感知能力的計算機應(yīng)用程序有助于縮短機與人之間的距離，營造和諧的機與人之間環(huán)境。利用情感計算的特性,將其應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)教育中,可以從很大程度上彌補網(wǎng)絡(luò)情感的缺失.E-Learning簡單地說,就是網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)環(huán)境.它由多媒體網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源、網(wǎng)上學(xué)習(xí)社區(qū)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺等方面構(gòu)成.在這個網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中,匯集了大量數(shù)據(jù)、檔案資料、程序、教學(xué)軟件、興趣討論組、新聞組等學(xué)習(xí)資源,形成了一個高度綜合集成的資源庫.基于互聯(lián)網(wǎng)平臺,學(xué)習(xí)者在分散的地點通過PC上網(wǎng),可以實現(xiàn)近似于正常教學(xué)環(huán)境的學(xué)習(xí).隨著前一段時期對E-Learning高速擴張式的研究與實踐,大家發(fā)現(xiàn)E-Learning并不能完全替代教師的課堂教學(xué),學(xué)習(xí)效果也不像預(yù)期的那么理想.這一波熱潮逐漸退去后,人們逐步回歸理性.在E-Learning中從強調(diào)硬件技術(shù)向關(guān)注對學(xué)習(xí)者教育本身回歸,這已經(jīng)成為大家共同關(guān)注的問題.考察當(dāng)前的大多數(shù)E-Learning系統(tǒng),我們可以發(fā)現(xiàn)一個普遍現(xiàn)象,現(xiàn)在的E-Learning系統(tǒng)僅僅是采用信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行“課本搬家”,普遍是在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布文本化的教學(xué)課件、教學(xué)練習(xí)題與相關(guān)試題等這種“課本搬家”或“電子課本”對學(xué)習(xí)者來說是冷漠的,缺乏對學(xué)生的個性指導(dǎo),筆者把這種現(xiàn)象稱為是“情感缺失”.所謂情感缺失,就是指由于教師和學(xué)習(xí)者完全分離,使得學(xué)習(xí)者不能像常規(guī)教育那樣可以置身于一種教學(xué)氛圍中,學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的諸多心理、生理上的活動無法參與到學(xué)習(xí)的過程中,并得到正確的反饋.學(xué)習(xí)者不得不長時間面對冷漠的電腦屏幕,感受不到交互教學(xué)的樂趣和情感的交流,很快會對學(xué)習(xí)產(chǎn)生反感情緒與厭學(xué).本文嘗試將情感計算技術(shù)引入E-Learning系統(tǒng)中,并在這一方面做了積極探索與研究,提出一個基于情感計算的E-Learning模型框架.該模型框架基于目前的E-Learning技術(shù),重點是引入實時情感計算模型該模型框架通過捕捉和識別學(xué)習(xí)者的諸多表情,判斷和理解其情感狀態(tài),系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的狀態(tài)及情感的變化,給出相應(yīng)的情感鼓勵或情感補償,及時調(diào)整教學(xué)行為和策略,更好地服務(wù)于自主學(xué)習(xí),以期突破E-Learning系統(tǒng)中普遍存在的情感缺失問題.1設(shè)置情感信息,發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)情感計算是一個高度綜合化的技術(shù)領(lǐng)域.通過心理科學(xué)、認知科學(xué)與計算科學(xué)的結(jié)合,研究人與人交互、人與計算機交互過程中的情感特點,設(shè)計具有情感反饋的人機交互環(huán)境,將有可能實現(xiàn)人與計算機的情感交互.情感計算的實質(zhì)就是通過各種傳感器獲取人臉表情、身體姿態(tài)、語音等由人類的情感所引發(fā)的生理變化信號,利用情感模型對這些信號進行識別和分析,從而理解人的情感并做出適宜的響應(yīng).現(xiàn)在有關(guān)研究已在人臉表情、姿態(tài)分析、語音的情感識別和表達方面取得了一定的進展.情感計算研究將不斷加深對人的情感狀態(tài)和機制的理解,提高人機界面的和諧性,有效地改變過去計算機呆板的交互服務(wù)方式,提高人機交互的親切性和準確性.2基于情感計算的e-學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的表情、語言和姿態(tài)是豐富多彩的.比如,當(dāng)學(xué)習(xí)者能夠理解學(xué)習(xí)的內(nèi)容或者樂于接受當(dāng)前的教學(xué)方式時,就會情緒高漲,表現(xiàn)出微笑、手舞足蹈、眉飛色舞等表情或歡快的言語;反之,如果對當(dāng)前的教學(xué)內(nèi)容不理解或?qū)虒W(xué)方式不滿意,就會有抵觸情緒,表現(xiàn)為眉頭緊鎖,低沉喪氣等表情或出現(xiàn)激動的言語聲調(diào);當(dāng)學(xué)習(xí)者出現(xiàn)疲倦的狀態(tài)時,會表現(xiàn)出目光呆滯、反應(yīng)遲鈍、哈欠連連等等.學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的這些情感表現(xiàn)是很重要的反饋信號,我們應(yīng)該充分且有效地利用這些反饋信號,調(diào)整教學(xué)策略,更好地針對當(dāng)前學(xué)習(xí)者的情緒現(xiàn)狀進行個性化指導(dǎo).本文針對傳統(tǒng)的E-Learning系統(tǒng)模型進行了改進,提出了基于情感計算的E-Learning系統(tǒng)模型,基本框圖如圖1所示.該模型以“情感計算”為一個核心技術(shù)對學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的情感信號進行實時反饋,并與同期學(xué)習(xí)者的“學(xué)習(xí)績效評估”成績一起提供給本系統(tǒng)的另一個核心技術(shù)模塊“虛擬教師即時教學(xué)策略決策系統(tǒng)”進行實時決策,并根據(jù)決策結(jié)果調(diào)整下一步的教學(xué)方式和內(nèi)容,實現(xiàn)帶情感計算的個性化學(xué)習(xí)和指導(dǎo).本系統(tǒng)旨在能有效地解決E-Learning系統(tǒng)中情感交流缺乏的弊端.該系統(tǒng)可以實現(xiàn)三個功能:(1)對學(xué)生的情感信息進行捕捉和識別,并以此做為動態(tài)調(diào)整教學(xué)策略的重要依據(jù);(2)虛擬教師可以與學(xué)生進行情感交流實現(xiàn)人機情感交互;(3)通過調(diào)整教學(xué)策略與學(xué)習(xí)績效評估進行個性化服務(wù).該系統(tǒng)可以分為五個模塊:登錄模塊、情感計算模塊、學(xué)習(xí)績效評估模塊、個性化教學(xué)實施模塊與虛擬教師教學(xué)策略決策模塊.2.1學(xué)生信息編碼認證這一部分是學(xué)習(xí)者與計算機的接口,主要負責(zé)對學(xué)習(xí)者的身份進行認證,在存儲的學(xué)習(xí)者特征數(shù)據(jù)庫中獲得學(xué)生的特征信息.學(xué)習(xí)者特征數(shù)據(jù)庫用來存儲學(xué)習(xí)者的基本情況(如注冊號、姓名、性別、年齡、學(xué)歷、學(xué)位、專業(yè)、進修提高).2.2情感信息識別與處理子模塊設(shè)計該模塊是通過相關(guān)傳感器對實時收集到的情感信息分別進行情感識別,再通過統(tǒng)計方法計算出在該段學(xué)習(xí)的表情、語音以及動作姿態(tài)的種類和出現(xiàn)的比例,識別出學(xué)習(xí)者的整體情感反應(yīng),提供給“虛擬教師即時教學(xué)策略決策系統(tǒng)”作為決策的依據(jù)之一.此模塊包含以下兩個子模塊.情感輸入子模塊:在傳統(tǒng)的E-Learning系統(tǒng)中的人機接口基礎(chǔ)上增加情感計算輸人端(包括人臉表情識別輸入、語音情感識別輸入、姿態(tài)識別輸入),主要負責(zé)收集學(xué)習(xí)者情感反饋信息,并提供給“情感信息識別與處理子模塊”進行情感識別.情感信息識別與處理子模塊:該模塊包括面部表情識別(簡稱為表情識別)、語音表情識別(簡稱為語音識別)姿態(tài)表情識別(簡稱為姿態(tài)識別).表情識別處理的是人臉的五官變化信息,如閉眼、張大嘴巴、皺眉等;語音識別處理的是人的聲音音調(diào)、節(jié)奏和速度等;姿態(tài)識別處理的是人的姿態(tài)變化,如身體前傾、后仰、舉臂等.根據(jù)提取對象的不同進行分類與統(tǒng)計.目前常用的特征提取方法可分為幾何特征、統(tǒng)計特征、頻率域特征和運動特征等幾種特征提取方法.常用的識別方法有線性判別分類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機分類器.在此模塊的詳細設(shè)計中,要依據(jù)心理學(xué)和系統(tǒng)需求定義表情、語音、姿態(tài)與情緒的對應(yīng)關(guān)系,如眉毛上揚、嘴角上揚表示愉快,皺眉、嘴角下垂表示厭惡等.情感識別模型的功能流程如圖2所示.2.3虛擬教師教學(xué)策略決策模塊它是決策系統(tǒng)的一個重要參數(shù)來源,主要收集學(xué)習(xí)者的實時反應(yīng),決策模塊傳送過來的當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、學(xué)習(xí)者情感反饋等信息,統(tǒng)計績效參數(shù),轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的評價參數(shù),實時回饋給“虛擬教師教學(xué)策略決策模塊”,為虛擬教師制定下一步的教學(xué)策略提供數(shù)據(jù)信息.2.4前學(xué)習(xí)者實際交互界面即前模型此模塊是系統(tǒng)的執(zhí)行者.它根據(jù)“虛擬教師教學(xué)策略決策模塊”提供的教學(xué)策略及相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容,以適應(yīng)當(dāng)前學(xué)習(xí)者個性的良好的交互界面進行實際教學(xué)互動.它輸出教學(xué)內(nèi)容和個性化的環(huán)境元素(如:采用動畫、音響等力所能及的環(huán)境效果進行環(huán)境元素的輸出),采集學(xué)習(xí)者的回饋信息,并實時地傳送給“虛擬教師教學(xué)策略決策模塊”和“績效評估模塊”,完成一個執(zhí)行周期,然后等待下次的教學(xué)指令.2.5信息采集與決策過程它是本系統(tǒng)的核心模塊.學(xué)習(xí)者的整個學(xué)習(xí)過程是通過與一個虛擬教師界面的交互而進行的,本模塊就是這個虛擬教師的大腦.首先,在學(xué)習(xí)者登錄完成后,虛擬教師即可獲得該學(xué)習(xí)者的過往學(xué)習(xí)信息,通過當(dāng)前學(xué)習(xí)者的情感特征,學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫中記載的最近進度信息,迅速建立起交互學(xué)習(xí)的環(huán)境.第二,虛擬教師做好學(xué)習(xí)者信息的采集、豐富、保存工作,這些信息的質(zhì)量與數(shù)量將直接影響虛擬教師教學(xué)策略質(zhì)量與個性化指導(dǎo)的成效.所需采集的基本信息一般有學(xué)習(xí)者經(jīng)常訪問的地址與欄目、感興趣的話題、學(xué)習(xí)者的IP地址、停留時間、訪問的時間頻率、經(jīng)常提問搜索的關(guān)鍵字、交互學(xué)習(xí)的進展、學(xué)習(xí)過程中的相應(yīng)情感信息、作業(yè)與考試的完成過程與結(jié)果、進行電子討論的話題、訪問的時間段等等.信息采集模塊負責(zé)收集這些信息,并把這些采集的信息送往學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫中,虛擬教師會對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析,供虛擬教師日后分析制定教學(xué)策略時作為參考數(shù)據(jù).第三,虛擬教師決策過程與實施如下:根據(jù)收集的情感反應(yīng)、學(xué)習(xí)進度信息、輔導(dǎo)答疑信息、作業(yè)完成情況、在線測試信息、實時績效評估信息等等,將它們有機的結(jié)合起來,進行統(tǒng)計學(xué)分析,得出學(xué)習(xí)者的認知能力,學(xué)習(xí)中的弱點和沒有掌握的知識,學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣,本次策略執(zhí)行效果等等一系列結(jié)果數(shù)據(jù),虛擬教師使用這些分析結(jié)果,再結(jié)合“專家數(shù)據(jù)庫”中的相應(yīng)決策方案,決定行之有效的教學(xué)策略以及教學(xué)內(nèi)容和環(huán)境元素,提供給“個性化教學(xué)實施模塊”,以執(zhí)行對新一輪次學(xué)習(xí)的教學(xué)嘗試.在這個教學(xué)策略實施之后,虛擬教師立即采集“情感探測”和“實時績效評估”反饋的信息,獲得學(xué)習(xí)者對這種策略的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的響應(yīng)程度,學(xué)習(xí)者的需求走向,進而決定下一步的教學(xué)策略……如此反復(fù),教師可以及時掌握學(xué)習(xí)者對所教授知識的掌握情況和所采用的教學(xué)方法的認可程度,了解學(xué)生的需求、動態(tài)地調(diào)整教學(xué)策略,滿足學(xué)習(xí)者個性化的遠程教育需求.虛擬教師將上述的采集、決策、實施、反饋、再采集、再決策、再實施的過程記錄在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫和決策專家數(shù)據(jù)庫中,逐步形成豐富的教學(xué)經(jīng)驗數(shù)據(jù),專家系統(tǒng)對這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析,總結(jié)出多種有效的教學(xué)策略.這樣虛擬教師就可以根據(jù)不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容、不同的教學(xué)目標及學(xué)習(xí)者的不同情感狀態(tài)來調(diào)整教學(xué)策略.虛擬教師即時教學(xué)策略決策系統(tǒng)流程圖如圖3所示.由上述過程可見,在實際學(xué)習(xí)中,教學(xué)策略并不是固定不變的,當(dāng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程發(fā)生情感與理解接受知識能力的改變時,系統(tǒng)能實時分析原因,從專家數(shù)據(jù)庫中選擇最適合當(dāng)前學(xué)習(xí)者情緒狀態(tài)的教學(xué)策略和內(nèi)容進行個性化指導(dǎo)服務(wù).另一方面,虛擬教師可以通過情感模型刺激系統(tǒng)產(chǎn)生出符合人類情感變化規(guī)律的情感信號,交由教學(xué)執(zhí)行模塊采用動畫、音響等力所能及的環(huán)境效果進行表情輸出,使得學(xué)習(xí)者能夠在不知不覺中體會到環(huán)境對他情緒變動產(chǎn)生的回饋,從而改變傳統(tǒng)遠程教學(xué)系統(tǒng)那種呆板的、機械化的、被動接受知識的狀況實現(xiàn)和諧的人機交互.3基于情感計算的e-學(xué)習(xí)系統(tǒng)情感計算作為剛剛興起的技術(shù)近來得到