普适计算环境下远程教育情感交互的设计模型

2009-05-04刘景福陈松生

现代教育技术 2009年4期

刘景福　陈松生

【摘要】普适计算强调把计算机嵌入到环境中去，让人们关注的中心能从计算机回归到任务本身，这种理念对远程教育情感交互的实现有很强的促进作用。文章认为制约当前远程教育情感缺失的三大成因是技术主义思潮、师生分离和计算技术的发展水平；而普适计算却能突破传统桌面计算的局限，使得远程教育在情感表达、情感传递和情感识别等的技术实现上有着无比的优势。文章在作者所构建的情感三维模型的基础上，设计了普适计算支持的远程教育人机情感交互模型和人际情感交互模型。

【关键词】普适计算；远程教育；情感模型；情感交互设计

【中图分类号】G434 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097（2009）04—0090—04

随着技术的进步，新的传播工具如PDA、手机、移动电视等不断地涌现，新的数字媒体正不断地刷新已有的传播方式，同时也在不断改变着我们的学习方式、工作方式和生活方式。正是在这样的背景下，一种基于普适计算（Ubiquitous Computing，也译为泛在计算）的普适媒体（Ubiquitous Media, 简写为Ubi-media）概念也逐渐地显现出来。这种基于“信息空间和物理空间透明融合”理念[1]的普适计算究竟会对教育产生什么影响?会对远程教育有何促进？本文将立足情感教学的角度，来探讨它对远程教育中情感交流的影响。

一教育中的情感

1 情感与情感的三维模型

情感，是人类心理活动的重要组成部分，是人对客观事物是否符合个人需要而产生的主观体验。一般说来，当客观事物满足人的需要时，人就会产生肯定的、积极的情感，如愉快、喜悦等，反之则会产生否定的、消极的情感，如悲伤、沮丧等。美国学者Goleman认为情感能力是人类智能的重要标志[2]。在决定一个人事业成功的因素中，情商即领会、运用和表达情感的能力可能比智商更重要。在教学活动中，情感是伴随始终的，它是一种非常重要的非智力因素，它对激发学习者的学习动机、促进学习者的人格健康发展起着积极的推动作用。

情感是一个多维度的复合体，关于它的构成，实验心理学创始人德国心理学家冯特（W•Wundt）曾提出了“愉快－不愉快，兴奋－沉静，紧张－松弛”的情感三维模型，H•S•Chosberg提出了“愉快－不愉快，注意－拒绝和激活水平”模型，上海师范大学卢家楣教授则倾向于“快感度、强度和复杂度”的三维模型，借鉴如上专家的观点以及色彩的三维模型，我们构建了如下情感三维模型（如图1所示），这一模型能给普适媒体的情感计算提供参考。在该模型中，情感类别，情感饱和度和情感强度具体内容分别如下所述。

情感类别，是指区别不同情感的本质特征，按照普拉切克（R•Plutchik）的观点[3]，任何情感体验都是由接受、厌恶、愤怒、恐惧、愉快、悲伤、惊奇和期待这8种单纯体验构成。因此这8种情感被称为基本情感。

情感饱和度，是指情感的纯度，如果一种基本情感中夹杂了其它情感，则其饱和度就会降低。

情感强度，是指情感从微弱到强烈的不同等级的差异，如同样是愉快有愉悦、高兴、欢乐、大喜、狂喜等不同等级。当然这种等级是连续的，而非人为划定的断续过程。

2 情感与认知的关系

情感与认知一样，都是教育所要追求的目标，它是人类精神生活中最重要的组成部分，是人全面发展必不可少的，尤其是对人类发展自身、提高生命价值的功能有重要意义[4]，一个好的教学活动，不仅要让学生掌握知识、理解概念，同时也要促进学生形成积极的情感。认知是情感的基础，情感是通过认识活动的折射而产生的，所谓认识的折射，就是指人在过去经验中所形成的愿望与渴求的系统对当前认识活动的影响[5]。同时情感又影响认知过程，认知和情感是在相互影响、相互作用下发展的。黑格尔在谈到情感的作用时说：“我们简直可以断然声称，假如没有热情，世界上一切伟大的事业都不会成功”[6]，高度的认知热情可以调动我们身心各个认识器官以及大脑皮层各个部位认识的积极性和创造性，使人们产生灵感，进入一种直觉或顿悟状态，进而使疑难问题奇迹般地得到解决，从而提高认识的效能。

二远程教育情感缺失与原因

虽然远程教育在丰富教育资源、突破时空限制、降低教学成本等方面有着一定的优势，但在情感教学领域它却陷入了困境。考察目前远程教育的主流—网络教育的发展现状，众多学者无不担忧大部分网络教学并没有发挥多媒体计算机和网络的优势，仅仅将文本形式的教材生吞活剥地照搬到网络上。这样就使得理性的工具淡化了非理性的情感，数字的脉冲取消了生存的乐趣[7]。在不知不觉中，那些在人类普通的情感领域的东西，如暗示，感染，触摸，模仿等具体的行为方式在远程教育中遭遇了失落[8]。这种情感的缺失有可能导致人的情感、自主性、价值感甚至尊严慢慢地被异化。这种异化将使得人不再是自然的人，而变成了机器的附属物[9]。概括说来，造成远程教育情感缺失的现状主要有如下三方面原因：

1 技术理性思潮

在工业时代，人类生活的各方面都被技术冲击和改变着。工具与技术的蔓延造成了对技术的狂热崇拜，人类把奥妙无穷的大自然简化约为可用数学计算、可为技术操控、可用劳动征服的客观物质对象[10]。在这种技术理性思潮的影响下，传统远程教育和教学设计遵循的是机械论、还原论和确定论，反映出来的是技术主义、实用主义和功利主义，它强调教学目标制定的精确化、细化、可观察、可测量、可操作。这种方法虽对低级认知目标有一定的帮助，但在面对情感、态度和意志等人性化的问题时就显得无能为力。于是，大部分远程教育设计者将情感因素舍弃一边，避而不谈。这种态度造成了师生在教学过程中只注重认知目标的实现，而忽略了情感目标的实现与评价。

2 师生分离

分离使得师生之间不能像常规教育那样及时地、面对面地交流。在传统课堂教学中，师生之间的交流主要是通过语言、手势、体态、眼神、面部表情、语气、语调甚至是老师来回踱步从而造成师生之间距离的变化等来实现的。这种情感传递是真实、迅速并且是有效的。然而在远程教育中，由于空间的隔离，教师授课时的面部表情、手势、体态、眼神等情感信息在简单的文本传递之中丢失了。这种丢失可能造成两种后果，一是学生难以感受到教师对他们的关注，在学习中容易产生迷茫、散漫的情绪；二是教师也很难体会到学生的感受，无法有效了解学生的学习进程。

3 计算技术发展的水平

虽然情感计算研究取得了一定的进展，但作为一种成型的计算模式在大众的日常学习和生活中还没有得到推广。目前远程教育所依托的计算技术还仅仅停留在桌面计算的阶段。众所周知，桌面计算在远程教育的应用中存在着不少缺陷，特别是在情感传递和表达方面爱莫能助。首先，用户必须端坐在计算机前，如果想要移动位置或改变方向则显得很困难[11]；其次，人与计算机的交互还存在技术障碍，仅局限于鼠标、键盘或其它外设上，无法从容自然地进行。这两个因素限制了情感表达和传递。端坐在计算机前并因敲击键盘和控制鼠标等的需要，四肢基本上被束缚住了，这意味着通过手势和体态所传达出来的情感首先就丧失了。其次，因端坐在计算机前，师生之间的距离自始至终没有任何改变，这种通过师生之间距离变化所带来的心理感觉也丧失了。再次，计算机屏幕上抽象的字符无法传达复杂的情感，虽然可通过耳麦或摄像头来传递声音和视频来弥补，但这种声音没有距离变化感，视频也仅仅是大头像，无法表现肢体的动作状态。

三普适计算与远程教育情感交互的实现

普适计算是计算机技术发展的一个新阶段。纵观计算机技术的发展历史，计算模式经历了第一代的巨型机计算模式和第二代的PC机计算模式，而即将到来的第三代计算模式即为普适计算。普适计算的思想最早是1991年Mark Weiser在《Scientific American》的“the Computer for the 21st Century ”中提出的[12]，他强调把计算机嵌入到环境或日常工具中去，让计算机本身从人们的视线中消失，让人们注意的中心回归到要完成的任务本身。有专家认为人的认知成长过程是一种“情感—语言—文字—符号”的由具体到抽象的过程，而计算模式正好相反，是一种“符号—文字—语言—情感”的由抽象到具体的过程。Weiser的思想正好是认知成长的情感阶段和计算模式的情感阶段的相交点，这一思想可以用图2来概略体现[13]。从图中我们可以得知，与巨型机计算和桌面计算相比，普适计算是一种更适合情感表达的计算模式。在普适计算支持的环境中，人们可以在工作、生活的现场就可以获得服务，而不需离开这个现场去端坐在一个专门的计算机面前，这种基于普适计算的普适媒体就像空气一样无所不在，这也就是MIT的普适计算研究计划命名为Oxygen的原因所在[14]。人们在使用普适媒体时正如使用传统的笔和纸一样，计算不再局限于桌面，用户可通过手持设备、可穿戴设备或其它计算设备无障碍地享用计算能力和信息资源，同时这些设备还可通过无线通信技术与Internet连接起来。因此，普适媒体的真正要旨是要突破传统只固定于人们面前的桌面计算机模式，为人类打造一个360度的计算环境，即cyberspace。在这种环境中，人机交互的接口也从传统的键盘、鼠标和显示器这些固定设备，扩展到人们生活和工作环境中的用品、家具甚至房间和建筑物，使得计算机接口将与用户的生活环境相融合。

鉴于此，基于普适计算的远程教育在情感传递和表达上有着明显的优势。在普适计算支持下，首先人们可从计算机面前解放出来并可在物理空间里自由走动，这时计算机系统能感知到人的远近变化，于是人们通过手势、体态和远近变化所传达出来的情感信息就可以被计算机感知并传递。其次，由于普适媒体是不可见的、无需人们有意识注意或操控的计算机，因此在教学活动开展的时候，人们可以在课程本身上赋予更多的注意力，情感表达也更为顺畅和自然。另外，在与计算机交互时，人们可能并不是与单个计算机交互，而是与若干个相互连接、具有计算能力的分布式的设备交互，这种交互事实上是与cyberspace在进行交互。这就使得捕捉面部表情和人体姿态的摄像机能突破传统机位固定，角度单一，景别无变化的拍摄方式，而采用一种多机位、多角度的机器布置方法。这种布机方法使得情感信息更具感染力。

四普适计算支持的远程教育情感交互设计

1 设计的理论基础——人文主义

当前,人们对科学技术的追求和崇拜远远超过对人文价值的理性关注。在新技术出现的时候,我们更应该关注理想、精神、道德、信仰和情感等人文精神的作用[15],我们更应该呼唤人文精神在网络信息时代的回归和复兴,以理性和道德引导现代技术的应用和发展。因此，在对普适媒体支持的远程教育情感交互设计时，我们应该自觉地将人文主义纳入设计视野并作为设计的主导思想。

2 设计的技术基础——情感计算

情感计算（affective computing ）是一个高度综合化的技术领域，通过计算机科学与心理科学、认知科学的结合，研究人与人交互、人与计算机交互过程中的情感特点，设计具有情感反馈的人机交互环境，从而实现人与计算机的情感交互。让计算机具有情感能力是由MIT Minsky教授首先提出来的，他指出问题不在于机器能否有任何情感，而在于机器实现智能时怎么能够有情感[16]。如果将计算机赋予类似于人类的情感能力，能够感知和表达情感，那么人与自然，人与机器就能够达成一种和谐，人类就可以放弃键盘、鼠标等毫无知觉的交互外设，自由地与机器进行交流。MIT媒体实验室的Picard教授在1997年出版的专著“Affective Computing”中也指出“情感计算是指关于情感、情感产生以及影响情感的计算”，他试图创建一种能感知、识别和理解人的情感、并对人的情感做出智能、灵敏、友好反应的计算机系统[17]。情感计算的过程可通过图3来表示[18]。

3 设计的具体内容—人机交互与人际交互

（1）人机情感交互模型

对于机器是否能够识别和传递人的情感，不少人产生了质疑。事实上，对于人的情感在某种程度上计算机是可以进行定性和定量分析的，通过传感器监控，然后使用计算机技术处理和传回[19]。对于人机之间的情感交互，我们设计了如下模型，如图4所示。

在该模型中，整个过程由构成闭合回路的六个阶段组成。这六个阶段就是情感捕捉、情感识别、综合分析、情感理解、情感建模和系统输出。在情感捕捉阶段，主要由脸部表情捕捉、姿态变化捕捉、语音情感捕捉和文本情感捕捉四个子模块来完成情感信息的捕捉。脸部表情捕捉可通过智能摄像机对眼睛、鼻子、眉毛、嘴等的位置变化来进行定位、测量，从而确定其大小、距离、形状以及比例等特征。体态、声音和文本所体现的情感信息都有相应的智能设备来进行捕捉，比如智能摄像机、麦克风、文本信息处理器等。这些捕捉来的信息都由相应的情感识别单元来进行处理，识别出来的信息送至综合分析单元，分析出其情感类别、情感强度和情感饱和度信息，得出的结果送至情感信息数据库进行对比，然后由应答单元决定相应情感信息的回答，回答信息确定后再次传回情感信息数据库，并从数据库中提取相关的情感信息，然后决定应答情感的情感类别、情感强度和情感饱和度，接着生成面部表情、姿态变化、语言声学和情感文本等相关参数，然后再将这些参数提供给情感表达单元进行情感建模，构建好了的情感模型再通过交互界面输出并传递给用户。

（2）人际情感交互的模型

针对人际情感交互，即以普适媒体系统为中介的学习者与学习者之间，学习者与指导者之间，学习者与共同体之间的情感交互，我们设计了如图5所示的情感交互模型。

该模型是一个关于应答单元旋转对称的结构，在应答单元左右两侧两部分的功能几乎一致，都是由用户、情感捕捉、情感识别、分析单元、情感建模和输出六部分组成。这一模型与图4所示模型具有一定的相似性，同样具有人机交互中情感捕捉、情感识别、分析处理、情感理解、情感表达和系统输出的过程，只是下一模型除解决人机交互外，还要解决如何正确传递用户之间的情感，因此显得更为复杂。

结语

普适计算能突破传统桌面计算模式，给人类带来了诸多便利。其运用于远程教育，在促进人类认知发展上具有得天独厚的优势，但在进行教学设计时，如果我们不加强其情感交互和情感传递的研究，那么它极易成为人类异化的加速器和帮凶。对普适计算支持的远程教育进行情感交互设计尚处于摸索阶段，其重点是情感捕捉、识别、分析和表达四个基本环节，本文所设计的几个模型也仅仅起抛砖引玉作用，还不成熟，希望得到专家们的指正。

参考文献

[1][11] 徐光裕,史元春,谢伟凯.普适计算[J].计算机学报,2003,

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[2] Goleman D. Emotional Intelligence [M]. Bantam Books,

1995:23-26.

[3] 卢家楣.情感教学心理学[M].上海:上海教育出版社,

2000:35-36.

[4] 鲁洁.德育新论[M].南京:江苏教育出版社,2000:38-39.

[5] 朱光潜.朱光潜全集13(黑格尔美学第一卷)[M].合肥:安徽教育出版社,1990:58-59.

[6] 黑格尔.十八世界末—十九世纪初德国哲学[M].北京:商务印书馆,1960:416-417.

[7] 包国庆.WTO的教育参与[J].电化教育研究,2000,(1):7-16.

[8] 刘景福,钟志贤.网络教育的情感缺失现状与对策[J].中国远程教育,2001,(6):15-17.