远程教育学习支持系统中电子情感档案袋的研究

2009-05-04白成杰李玉娟王广新

现代教育技术 2009年4期

关键词：远程教育研究

白成杰　李玉娟　王广新

【摘要】随着计算机和网络技术的发展，远程教育学习支持系统的建设已经相对成熟，但是情感支持方面的研究，仍然是一个薄弱环节。电子情感档案袋正是针对这种现象提出的，以期能够对促进远程教育学习支持系统的情感交流有所帮助。

【关键词】电子情感档案袋；研究；学习支持系统；远程教育

【中图分类号】G434 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097（2009）04—0094—05

学习支持系统作为远程教育系统中的一个重要子系统，是保证远程教育教学质量的基础和关键。虽然目前在远程教育学习支持系统的建设方面取得了许多成功经验，但是对情感支持的研究仍然是一个相对薄弱的环节。

情感交流作为远程教育教学过程中非常重要的非理性因素，是促进学生身心全面发展的重要因素，同时也是学习支持系统建设的重要环节。本文正是针对远程教育学习支持系统中情感交流缺失的现象，试图提出一种能够促进情感交流的电子情感档案袋。

一电子情感档案袋的基本概念

1 电子情感档案袋的定义

相关研究表明，在远程教育中，情感及情感信息对于远程学习者的学习具有重要的影响，积极的情感可以提高学习效率、促进学习进展，而消极的情感却可能造成学习的失败[1]。因此，为了充分发挥情感的积极作用，可以借助于电子学档的思想，在远程教育学习支持系统中建立一种存放学习者情感信息的电子情感档案袋，以便对学习者的情感进行及时的追踪记录，从而促进系统内的情感交流。

电子情感档案袋应以学习者为中心，由教师和学习者共同建立和维护，主要用于存放学习者学习过程中的个人情感信息，这些相关的情感信息按照学习者学习的过程顺序形成一定记录顺序的电子文档[2]。一方面，利用电子情感档案袋，远程学习者在学习过程中，可以随时回顾自己最近一段时间的情感状态，以便及时对自己的学习状况进行调整。另一方面，教师也可通过学习者的电子情感档案袋，随时了解学习者的情感状态和意图，若发现学习者的情感状态不佳，可以及时选择合适的补偿策略来排除和纠正学习者的不良情感，努力促进学习者高级情感的激发。基于情感支持，电子情感档案袋既是过程性的也是发展性的，它随时记录学习者情感状态的更新，同时也能够在一段时间内对学习者的情感变化进行规律性的总结。

根据以上分析，参考电子学档[3]的定义，可对远程教育学习支持系统中电子情感档案袋做出以下界定：电子情感档案袋是以促进远程学习者的个人情感发展为宗旨，以提供情感支持为直接目的的一种新型信息化教学和学习工具。它是一种以远程学习者为中心，运用信息技术手段，收集各种能够表现远程学习者学习过程情感发展状况记录的集合体。其中包括，远程学习者对学习的兴趣、情感、情绪、态度以及学习者学习过程中与他人的交往情况等。

2 电子情感档案袋的特征

作为远程教育学习支持系统中促进系统内情感交流、促进学习者个人反思，从而最终促进学习者学习的工具，电子情感档案袋主要具有四个方面的特征[3]。

（1）个性化。电子情感档案袋存储的主要是远程学习者的个人情感信息，“每人一袋”体现出学习者个人的情感特性。

（2）过程性。电子情感档案袋的内容可以清楚地显示远程学习者整个学习过程中的情感状态发展状况。

（3）发展性。电子情感档案袋中存储的情感信息并不是一成不变的，而是随着远程学习者学习过程的发展而不断完善更新的。

（4）开放性。电子情感档案袋为他人了解远程学习者的情感状态提供了平台，促进了远程学习者与他人的情感交流。

二远程学习者情感信息的组织

1 情感与情感信息

（1）情感

在心理学中，情感被用来表示人的各种不同的内心体验，如情绪、心境和偏好。其中，情绪被用来表示非常短暂但强烈的内心体验，而心境或偏好则被用来描述强度低但持久的内心体验[4]。

一般地，人的情感具有三种成分，即主观体验、外部表现和生理唤醒。主观体验，即个体对不同情感状态的自我感受。外部表现，即表情，在情感状态发生时身体各部分的动作量化形式，包括面部表情（面部肌肉变化所组成的模式）、姿态表情（身体其他部分的表情动作）和语调表情（言语的声调、节奏和速度等方面的变化）。生理唤醒，即情感产生的生理反应，它是一种生理的激活水平，具有不同的反应模式[4]。

（2）情感信息

一般地，人们用五种感觉器官，即眼、耳、鼻、舌和肤，作为传感器与外界进行情感交流。在情感交流中，这五种感觉器官所发出的信息即为情感信息，包括视觉情感信息、听觉情感信息、嗅觉情感信息、味觉情感信息和触觉情感信息[5]。

视觉情感信息：视觉是人类获取信息的主要来源，人们也是通过眼睛来了解和评鉴世界的。例如，从人的脸部所表现出的吃惊、恐怖、厌恶、愤怒、幸福以及悲哀等表情中可以了解到人的心理状态，人的这些表情可以说是视觉的一种情感信息。听觉情感信息：音乐是听觉信息的精华，音乐如同感情一般，有汹涌澎湃的时刻，也有平静的时刻，会狂暴，也会安静。音符虽无意义，但它能够唤起敬畏、愤怒、惊奇、不安、沮丧、冷静和爱等情感信息。嗅觉情感信息：嗅觉是沉默的知觉，无言的官能，人们随着每一次呼吸，时时在嗅闻。薄荷、花香、幽香、檀香以及恶臭等是嗅觉中的情感信息。味觉情感信息：酸、甜、苦、辣、咸等是味觉中的情感信息。触觉情感信息：触摸是最古老、也是最重要的感觉。光滑、粗糙、寒冷、柔软以及坚硬等都是触觉中的情感信息[5]。

2 情感信息处理技术与情感计算技术

（1）情感信息处理技术

情感信息处理是20世纪80年代中后期出现的一个崭新的研究领域，它专门探讨如何利用现代化的技术处理与人们的感觉、印象、情绪、情感等主观体验有关的情感信息。在充分关注用户体验的今天，情感信息处理研究无疑为实现“以人为本”提供了新的思路和实现手段[6]。

对情感信息的处理主要包括侦测、识别、合成与表达等操作，目的是让计算机及其辅助系统可感受和辨识人类情感行为，通过营造符合人们情感需求的交互形式或提供符合人们情感需求的特定内容，满足人们在精神层面对客观事物的认识和享受。情感信息处理不仅被看作是继物理信号处理、逻辑符号处理之后的更高级的信息处理形式，也被视为新一代的人工智能技术。目前，情感信息处理的两大研究分支是感性工学和情感计算[6]。

（2）情感计算技术

最早开始情感计算研究工作的是美国MIT媒体实验室的Picard教授及其领导的研究小组，他们给出了情感计算的一种定义，即情感计算是通过各种传感器获得的由人的情感所引起的生理及行为特征信号，建立“情感模型”，从而创建感知、识别和理解人类情感的能力，并能针对用户的情感做出智能、灵敏、友好反应的个人计算机系统[7]。

要实现情感计算，形成一个完整的情感交流过程，涉及到一系列理论和技术，其核心技术主要包括：情感信号的获取、情感状态的识别、情感理解和反馈以及情感表达[8]。通过传感器直接或间接地与人接触获得情感信息，通过建模对情感信息进行分析与识别，对分析结果进行推理达到情感的理解，将理解结果通过合理的方式表达出去。

目前,情感计算主要有九个方面的研究内容，即情感机理、情感信息的获取、情感模式识别、情感的建模与理解、情感的合成与表达、情感计算的应用、情感计算机接口、情感的传递与交流和可穿戴计算机[1]。

情感计算的研究普遍受到学术界和企业界的关注，国际知名大学纷纷建立情感计算研究小组，情感计算将有巨大的发展潜力和应用价值。但总的说来，情感计算的研究目前还处于起步阶段，主要侧重于情感信号的获取、情感信息的处理和可穿戴计算机等方面。情感计算的最终目标是建立具有情感的智能决策系统，使计算机更能像人那样思考问题，实现和谐的人机交互。

3 远程学习者情感信息组织过程

远程学习者情感信息的组织，是构建电子情感档案袋的核心问题，同时也是一个复杂的过程。一般地，情感可以通过生理学和心理学手段获取和测量。生理测量法就是，借助传感器等测量仪器，通过测量人们的脑电波、心跳、皮肤汁液、电位、呼吸、表情等生理指标的变化，了解人们情感状态，获取情感信息[6]。在情感信息处理技术和情感计算技术中，情感信息的获取主要采用生理测量法。心理测量法也称主观体验测量法，主要有问卷法、形容词检核表法和投射测验法[9]。其中，问卷法是以问卷形式调查人们当前的情感状态、心理感受。语义差分量表是常用手段之一，它由若干表达情感体验的词汇和量尺构成，量尺由两个意义相反的形容词作为两极，根据程度差异均等地划分为5~7级，由用户依据情感认识程度选取相应的等级做出判断。综合用户的判断结果即可了解该用户对某个客观对象的情感体验认识[6]。

在远程教育学习支持系统中，为了全面获取远程学习者的情感信息，可以采用生理测量法和心理测量法相结合的策略。考虑到远程教育的特殊需要，一方面，通过网络终端采用问卷法获得对远程学习者情感的静态性初步了解；另一方面，则是情感计算终端在学习过程中对远程学习者的实时监测，收集到远程学习者的面部表情、语音情感、姿态情感以及生理指标等动态性情感信息。其中，面部表情和语音情感是关键。

（1）远程学习者面部表情的识别

结合远程教育的特点，只要能够识别与学习相关的表情信息即可。因此，相对于一般的表情识别，远程教育中的表情识别种类较少，相对容易。对于远程学习者，可以定义高兴、厌烦、好奇、失望等四种与学习相关的表情，通过表情建模，计算面部表情参数，跟踪情感状态变化[10]。

采用趋避度和专注度两个概念来描述与情感状态相联系的远程学习者精神状态，能够区分兴趣与厌烦两种学习表情。所谓趋避度，就是通过人脸检测，判断学习者在学习过程中对当前学习内容的兴趣程度。相对于正常状态，当检测到人脸轮廓变大时，表明学习过程中学习者身体前倾，对当前学习内容很感兴趣，趋避度就大；当检测到人脸轮廓变小时，表明学习者身体后仰或人往后躲避，学习者对当前学习内容不感兴趣，甚至有厌烦情绪，趋避度就小。所谓专注度，就是通过人脸检测，判断学习者在学习过程中对当前学习内容的关注程度。相对于正常状态，当检测到人脸眼帘间距变大时，表明学习者对当前的学习内容很关注，专注度就大；当检测到人脸眼帘间距变小时，表明学习者当前的学习不够专注或精神疲倦，专注度就小。从人脸检测入手，可以通过训练定义基于趋避度的情感状态值，得到趋避度检测和兴趣情感状态值之间的关系，建立相应的情绪空间，进而能够通过趋避度判断远程学习者的兴趣。然而，当学习者转头或闭着眼睛（如打盹）时，只根据趋避度是不能正确检测出兴趣状态的，此时可以配合专注度，从而提高识别效果[10]。

一般地，面部表情识别包括两大重要技术，即人脸的检测和定位技术以及人脸图像的提取和识别技术。目前，利用计算机进行人脸表情识别主要有基于几何特征的人脸表情识别方法、基于模型的识别方法和基于整体面像特征的识别方法三种[11]。根据远程教育的实际情况，远程学习者面部表情识别一般可分为三个连续的阶段：人脸检测、标准化、脸部表情分类。首先通过USB接口的摄像头进行人脸检测，得到人脸及其器官的位置。检测出人脸及其器官的图像必须经过图像标准化才能进行情感识别。标准化是情感识别中必须的一步，影响整个人脸情感识别系统的效果，因为输入的图像可能有着不同的大小，也可能有角度偏转，这些都对情感识别造成不利。在这个阶段，以第一个阶段得到的人脸特征点为控制信息进行人脸调整。另外，直方图均衡化被用来平衡脸部图像的不规则光照强度。最后一个阶段是表情识别分类。通过分析代表脸部特征的特征向量（如像素密度）来对表情进行分类，产生一个表情分类器[10]。

（2）远程学习者语音情感的识别

语音情感处理主要是通过测量、分解、分析、合成等方法进行，其目的是识别、理解以及合成语音信号中的情感分量，进而使计算机具备一定的语音情感能力。

目前，在语音情感识别的研究中常见的归类方法有“八大情感”和“四大情感”两种。在远程教育中，可以采用愤怒、高兴、悲伤、害怕四大情感，即任一时刻的情感状态由四种基本情感混合组成，每种基本情感都是可以用“无、似乎有、有一些、有、确定有、很强烈”等状态进行刻画。利用计算机进行远程学习者语音情感识别，主要包括情感语音数据库建立、语音情感特征参数提取、语音情感模式识别、模式训练等[11]。

三电子情感档案袋的结构框架

根据电子情感档案袋的定义，要实现远程教育学习支持系统的电子情感档案袋，首先应该聚集分析学习者的情感信息，这既包括在学习开始阶段获得的学习者基本信息，即学生信息，在学习过程中收集的学习者的各种学习信息，以及学习者与学习资料、学习者间、师生间的交互信息，还包括学习者在整个学习过程中的情感变化信息，这四部分内容是电子情感档案袋的主体。此外，学习者作为电子情感档案的应用对象，是其学习进步、情感成长的直接参与者，所以学习者对自身情感发展的反思与自我监控也是档案袋内容的重要来源。同时，同伴、教师以及家长、朋友等对学习者的个人评价，也可作为情感档案袋的重要参考。电子情感档案袋中除了这几个模块之外，还应该有展示区和讨论区，以便他人能够浏览电子情感档案袋中的信息，并可在讨论区内就相关问题进行讨论，从而达到相互学习、共同进步的目的。

综合上述分析，初步提出一种基于情感计算等技术的促进学习者个人情感发展的电子情感档案袋的基本结构框架[12-14]，如图1所示。

1 学生信息

所谓学生信息，主要是学生个人基本信息，包括学生的认知性特征、生理性特征、心理性特征和社会性特征等[15]。

（1）认知性特征。包括远程学习者运用计算机的能力，阅读理解能力，认知发展阶段，知识背景，学习偏好等。

（2）生理性特征。包括远程学习者的视觉能力，听觉能力，性别，年龄等。

（3）心理性特征。远程教育环境下的学习动机，对待学习的态度，对待媒体的态度，学习风格，认知风格，兴趣爱好，个性特点，信念意图，意志品质等。

（4）社会性特征。包括远程学习者受教育水平，社会地位，人际关系，学习方式的倾向性等。

这些内容主要是通过学习者和教师共同设计完成的。一方面是学前由学生自己填写的基本资料得来；另一方面，有些内容，如学习者的个性特点、学习风格以及认知风格等，可以通过学前测试来获得。此外，学习者的学习愿望以及意图也应该包括在内，以便教师了解学习者的学习及情感需要。

2 学习信息

学习信息包含的内容相对来说比较多，可以把其内容分为学习者个性信息和课程信息。

（1）学习者个性信息。主要是指学习者对待学习的态度，学习方式，学习策略，学习计划，学习风格，学习动机，学习信念等信息。学习态度可以利用学前态度量表和学生的自我评价获得，而学习方式主要是通过测试学习者的学习风格和认知风格，并通过教师的指导得到的。学习计划和学习动机是学习者的个性资料，主要应该由学习者自己填写，当然也可以由他人辅助进行。

（2）课程信息。主要是学习者学习过程中的一些信息，包括学习任务，学习依据，学习记录，学习成果，读书笔记，学习反思，讨论记录等。

3 交互信息

交互信息主要是记录学习者在整个学习过程中与媒体（包括课本、计算机、网站等）、教师、同伴的交互[12]。远程学习者在学习过程中并不是封闭在自己的空间里的，而必须与同伴、教师、专家等进行交互。因此，这部分信息应该包括交互的对象，交互内容，交互方式，交互的主动性，使用的交互媒体，交互效果，交互记录等。

4 情感信息

这是电子情感档案中最主要的部分，是了解学习者情感状态的主要依据。情感信息主要有两个来源：一方面，通过在线情感问卷获得对远程学习者情感的初步了解；另一方面，也是最主要的，则是情感计算终端在学习过程中对学习者的实时监测，收集到学习者的面部表情、语音情感、姿态情感以及生理指标等信息传递给情感计算服务器。聚集到信号之后，需要对这些信号进行建模和识别，从而将学习者对学习的兴趣、情感、情绪以及态度等内在情感外化出来，对学习者的情感发展状况进行及时的追踪记录。由于情感状态是一种隐含在多个生理和行为特征之中的不可直接观测的量，不易建模，部分可采用隐马尔可夫模型、贝叶斯网络模式等数学模型。最后将分析所得的情感信息存放到档案袋中，在一段学习结束后，自动统计出所出现的情感种类以及各种情感所占的比例。

5 评价信息

一般地，评价包括自我评价和他人评价[3]。总之评价是多方面的，既包括教师对学生学习过程中的情感变化评价，也包括学习同伴、学习共同体内的成员以及朋友和家长对学习者个性，学习过程，与人交往过程中的情感变化的评价。另外，学习者对自己学习中态度、情感变化的评价也是一个重要方面。

6 反思信息

经过一段时间的学习与积累，学习者应该对自己的学习状况和情感变化进行一次反思，以便在接下来的学习中能够保持高涨的情感，从而持续保持较高的学习效率。

7 展示区和讨论区

这两个模块主要是为方便学习者相互查看个人情感信息等内容，让学习者通过横向的对比发现自己的不足之处，达到相互学习、共同进步的目的。

情感计算模块是独立在其他各个模块之外的，严格来说它并不能算做档案袋的内容，但是档案袋中的情感信息主要是由情感计算模块得来的。在学习过程中，学习者的情绪是随着学习的进行而不断变化的。例如，当学习内容是他们能够理解和接受的时候，学习者就会表现出很高的情绪，表现为微笑等表情或欢快的言语；反之，情绪低落，表现为眉头紧锁，目光呆滞，低头丧气等。这些反馈信号必须通过情感计算才能转化为所能利用的情感信息，并加以存储[16]。

四电子情感档案袋的基本功能

依据电子情感档案的特征，可以认为电子情感档案是，通过长时间聚集学习者的情感反应、兴趣、态度等情感信息，对这些信息分析的基础上获得反馈，进一步反思，并在与外界交流和学习、实践活动的检验中逐步论证学习者情感发展的过程[17]。因此，从促进学习者情感发展的过程来看，电子情感档案袋应具有情感聚集、情感分析、情感反思、情感交流和情感改进等功能，它们之间的关系可以用图2来表示。

1 情感聚集

聚集主要是收集远程学习者的情感信息。这是一个过程性的任务，同时也是发展性的，需要长时间的不断积累。包括学习者的自我分析，学前由教师进行的学习者特征分析，然后是通过情感计算终端在学习过程中对学习者的实时监测，收集到的学习者的面部表情、语音情感、姿态情感信息以及生理指标等信息。

2 情感分析

聚集到情感信号之后，需要对这些信号进行建模和识别，并将分析所得的结果分类存放到电子情感档案袋中，作为对远程学习者情感分析的依据[18]。远程学习者应该随时进行自我情感分析，把握自己的情感状态。另外，应该有一个阶段性的评价过程，可以以学习过程为单位，也可以以学习时间为单位。阶段性评价，主要是教师，同伴，朋友，共同体内的小组成员等对远程学习者这一个阶段内的情感变化的评价。最后在学习结束还应该进行一次总结性评价，将学习者这一学期内的情感变化做成一条情感曲线，以便在以后的学习中作为参考。

3 情感反思

每次分析之后，远程学习者都应该对自己最近的情感变化进行反思，寻找情感波动的原因，并及时地进行相应的情感补偿和调整，使自己始终保持高涨的学习情绪。

4 情感交流和情感改进

在自我反思的基础上，与他人进行交流，相互学习，相互促进，从他人的角度发现自我情感评价中没有发现的问题，及时进行情感的自我调整和改进。

在远程教育中，情感、情感交流及其对学习的影响，一般来说都是复杂的。本文只是尝试性地对以促进远程教育学习支持系统中情感交流为主要目的的电子情感档案袋进行了研究，以期对学习支持系统中相对薄弱的情感交流进行补充，以利于为远程学习者提供更加全面的支持。

参考文献

[1] 全丽莉,潘勇.情感计算在E－Learning系统中的应用探索[J].华中师范大学研究生学报,2008,15(2):162-165.

[2] 李政峰,李冬梅.电子档案袋进行自主探究学习的研究[J].怀化学院学报,2005,(12):126-128.

[3]钟志贤,吴初平.电子学档:远程学习中一种有效的过程性评价工具[J].中国远程教育,2008,(5):41-44.

[4]傅小兰.电子学习中的情感计算[J].计算机教育,2004,(12):27-30.

[5] 郭丽娟.远程教育中情感信息的建模与处理方法研究[D].天津:天津师范大学,2006.

[6]黄崑.情感信息处理研究综述[J].现代图书情报技术,2007,(11):67-71.