情绪识别技术赋能课堂教学评价的佐证方法研究

课堂教学评价是教育评价体系的重要环节，听课评教是教学质量监控的一种检验方法。随着计算机技术的快速发展，情绪识别这一人机交互技术正被广泛应用于教育领域。参与课堂教学活动的听课学生，通过使用可穿戴技术设备进行心率、血压等生理信号的采集，来达成情绪识别的目的。学生的情绪能量作为鉴别课堂教学评价的直接信号判断，以实时性的动态监测数据反馈，旨在服务教学评价体系的过程性把握，从而实现主、客观相协调的科学评价模式。基于情绪识别的课堂教学评价方法，提供有效的实验数据结果，实现了技术方法的可复制性，是教学评估体系多元化的完善。

引言

课堂教学活动的评价模式，是教学质量监控的一种检验方式。传统的评价方法，采用现场综合评分制。即专业评价者视角的观察、打分和结果反馈，定式表格（教学内容40%、教学方法40%、教学素质20%）百分制的现场评分模式。此法主要甄别教师的临场授课能力，与学生课堂活动的参与氛围等，评价形式具有公正性和说服力。但评价方法只依靠评判者的现场观察，学生的实际学习效果与内心活动无法洞察。诚然，学生课堂表现又具多维性，课堂氛围的主观感知是目前评价的唯一途径。因此，引入情绪识别的量化观察端口对学生课堂学习状况进行可视化的把控，是课堂教学效果评价的创新。

一、基于情绪识别的课堂教学评价方法之源

情绪是人们对客观事物的一种反应，是人们情感的表现方式，是人们对于不同事物的情绪反应，因此识别人类的情绪是学者们一直以来的研究热点。随着计算机技术的飞速发展，识别情感引发的生理信号进行人机交互技术，正被广泛应用于多等领域之中。由此，证实情绪能量可以在课堂教学中提供有效的佐证数据材料，是国内外学界探索课堂教学评价研究方式的实践新途径。

（一）情绪识别技术的研究缘起

追溯情绪能量的研究缘起，是弗洛伊德在精神分析心理学领域的首创“心理能量模型”。他认为：“人的生命力体征的本能力量，表现方式如同物理学中的流体能量，可以用能量模式来研究。”随着阿德勒、荣格、弗罗姆、马尔库塞等人研究的不断深入，弗洛伊德主义越来越表现为非理性主义倾向，但也随之出现两路分野：（1）从精神分析内部进行的修正和发展；（2）从精神分析外部进行的突破和发展。后受机械唯物主义的影响，情绪能量的发展有了更大的突破，大卫·霍金斯通过运用人体运动学基本原理进行跟踪观测，得出 “人类各种不同的意识层次都有其相对应的能量指数，人的身体会随着精神状况而有强弱的起伏”的结论，更加明确了情绪的正负能量数值和等级。尽管西方心理学家们研究情绪能量更多带有唯心主义色彩，但机械主义的数据量化是否能够佐证课堂教学效果的评价，已成为一个实可以存在的事实。

（二）情绪识别技术的研究现状

随着计算机技术的飞速发展，可借助各种传感设备获取由人的情感引发的生理信号来识别人的情绪变化，情绪识别这种人机交互技术正被广泛应用于交通、医疗和教育等领域之中。如国内外许多知名公司针对机动车驾驶员的情绪影响驾驶的行为开发了驾驶员状态监测系统；北京科技大学的王志良教授开发了一种智能家居系统，该系统可以通过生理传感器、视线追踪、智能机器人等技术实现对家人的医疗保健和预防；微软公司情感API在线教学系统，可从图像、视频中检测到人物的性别和人脸的基本情感。2018年，我国正式成立“中国人生科学学会生命科学情绪能量专业委员会”研究机构，说明识别情绪技术的应用研究得到我国的高度重视。通过机器根据人身体的生理特征来识别情绪得到的数据，作为课堂教学评价的佐证，符合客观规律，具有很高的参考价值。采纳此法，用以佐证学生的课堂教学效果评价，可以为评教者提供可视化的判断参考。目前，国内外对基于情绪识别的课堂教学评价的研究实例并不多见，说明情绪识别技术应用于课堂教学评价，需要获取更多的实践样态。情绪识别的课堂教学评价，解决了课堂教学客观性评价研究，情绪能量实验结果亟待更多样态。

二、基于情绪识别的课堂教学评价方法之术

通过相关工具来识别情绪，其得到的量化数据应用于课堂教学评价，因早期的技术手段受限而无法实现，只能依靠问卷调查的采集形式。现阶段通过可穿戴技术设备采集和检测学生的心率、血压等生理信号来识别学生的情绪，其得到的信号数据作为分析课堂教学活动，情绪能量是数据化识别的技术手段。教学评价的数据参考客观采集教师、学生的课堂情绪能量表现，以数显的形式进行结果呈现，是课堂教学评价的数据“实景”佐证。

（一）技术推介与实验

为了破解课堂教学随堂听课学生的即时性学习效果“评价难题”，通过可穿戴技术设备采集和检测学生的心率、血压等生理信号来识别学生的情绪，可实现由机器实时识别学生的情绪。课堂即时性抓取教师、学生的情绪变化表现，实现课堂教学中情绪变化的可视化数据分析。此方法具有较强的技术性和复杂性，对任课教师和学生群体都有较高的要求。因此，前期准备工作需要提出两个必要性要求：（1）任课教师的备课环节，需要整理专业内容的知识节点，以便协调数值抓取的时间匹配度；（2）学生穿戴技术设备，需要提前排除心理排斥力的干扰，以确保情绪变化数值提取的真实性和准确性。

技术设备测试渠道有3种模式：（1）学生自测模式；（2）研发小组，供应设备测验模式；（3）与第三方检测机构合作检测模式。学生自测是以学生为主导参与课程实验，利用自身数据监测设备进行数据结果反馈，其间需要实时的师生互通、反馈，数据后台留存情绪识别结果。此方法具有较强的操作性和可行性。研发小组供应设备测验模式，针对实验班级学生单独提供具有专利授权的测试设备，进行数据同步分析和共享。此方法受限于技术装备的授权，可实验范围有限。第三方检测机构合作检测模式，由第三方检测机构负责情绪识别的数据采集，共同进行课堂教学情绪能量的数据监测与分析。此外，实验需要协调各方的配合。学生参与课堂教学活动的情绪识别数据抓取实验，应提前留出一段学生和设备的适配期，确保数据的确证性和稳定性。实验课程教学团队参与实验前，需针对课程教学体系完成内容筛选、知识节选和难、易度的取舍等大量前期工作。

（二）实验参数与成果

为了确保实验效果的稳定性和平衡性，有效采集和检测学生的生理信号，进而得到可靠的学生情绪变化数据，团队已进行为期一年的小范围实验。其中参与实验的授课教师14人，参与实验的听课学生2307人。实验学生的年级，包括本科一年级、本科二年级、本科三年级。实验学生的专业，涉及临床医学、口腔医学、健康管理、医学影像、预防医学、护理医学等专业。

实验通过各科课任教师的精诚合作，将授课科目与技术穿戴设备进行适配实验。围绕知识内容、时间分割、专题演算、顾重带轻、精炼模块等设置，分出3、5、7、10等分时切片校验。知识内容是指教材体系的章节，在集体备课的环节进行知识内容筛选，针对每个章节的每一条目，精准地重新编排知识点结构。时间分割是指重新结构编排的知识点，按照40min每节课的课间规定，进行时间和内容的匹配适应，确保课程知识点的授课时间合理分布。专题演算是指课程教学的内容结构，以专题教学的模式进行设计，确保每节课的40min内容都有开合与闭环。顾重带轻是指教材体系的重难点范围，需要围绕授课节次时间重新排列组合，照顾重难点的同时关照到临近知识点，确保课程内容和形式的完整性。精炼模块是指课程体系的章节内容精炼，以原本的专题式教学逐步转变为模块化教学，确保每节课的课堂教学内容均具整体性和独立性。

因各学校的教学节次时间不同，以40min/L作为参照系是本实验的前提。综合选取7门课程（含通识必修课程与专业必修课程）进行实验，以3min、5min、7min、10min的时间跟踪分段，对比每节课学生的心率反应数据，从而识别实验授课的学生情绪反应。如《思想道德修养与法律基础》课的相关案例就提到，“在教学实践中，常常可以看到这样的现象：同样一门课，使用相同的教材，但是，不同的教师讲出不同的风格、不同的水平，产生不同的效果”。通过识别情绪的释放数值实验，教学结构化的课程关照和贯通形成最大合理性。教学内容规划、课堂知识布局、课程章节贴近、知识难易等级，都能以学生情绪变化感应的结果作为重要反馈，得到精准化和模块化的实验样本。

学生课堂情绪识别变化值实验：

（1）马克思主义基本原理/国家垄断资本主义/宏观调控和微观规制的关系。3′46、10′07；4′24、9′07；5′25、6′38。

（2）思想道德与法治/改革创新是新时代的迫切要求/牵住科技创新的“牛鼻子”。5′13、7′46；3′18、8′32；2′47、7′19。

（3）中国近现代史纲要/创建人民民主专政的新中国/进京“赶考”。2′42、6′04；5′06、8′53；6′12、7′28。

（4）卫生法规/突发公共卫生事件应急法律制度/应急状态的终止。3′28、8′33；2′21、8′47；4′01、9′07。

（5）军事理论/国家安全形势/我国地缘安全环境。5′41、10′17；2′44、9′26；4′25、10′23。

（6）生理学/液体黏度的测量/数据记录与处理。3′28、4′52；4′12LTFyLNUhwyVn+QaLaaS7w==2、5′26；3′33、5′05。

（7）系统解剖学/脊髓的内部结构/脊髓白质上下行纤维束分布。2′15、4′23；2′38、4′42；3′18、6′01。

以上是本团队实验确证的有效结果，数据组以学生班级的平均心率，得出课程章节实验的情绪高点和情绪低点。分类筛查学生的年级、专业、性别、年龄、身体健康状况等情况来看，结果数值差别较小，故而不再另作区分。根据测试数值域的结果显示，情绪高点的心率反应数值是105次/分，情绪低点的心率反应数值是73次/分，情绪高点突破了正常人体心率反应的数值区间，足以说明学生课堂活动的情绪变化得到量化观察。通过师生间的实时沟通，学生即时性心率反应与情境状态的内心情绪变化相符。由此证明，学生班级分组实验的结果达成情绪识别效果，足以佐证课堂教学评价体系的方法创新。

三、基于情绪识别的课堂教学评价方法之效

学生参与课堂教学的情绪变化存在变量因素，教师的教学方法、教学内容、教学仪态以及学生外部的环境干扰等多种原因。但是，依据多门课程进行的实践效果来看，学生参与各课程的课堂情绪能量已形成初步参考系数。通过学生生理信号的数据采集，课堂教学评价体系增创了情绪识别的新模式，为参与课堂教学的评价者供给人机交互技术的佐证方法，实现了课堂教学评价的深度探索。

（一）课堂教学“超限效应”的发现

评价课堂教学效果往往具有多面性考虑。一些人偏好侧重听感，以教学内容实质为评判参考；另一些人偏好侧重观感，以课堂参与氛围为评判倚重；还有的人偏好侧重形式设计感，以教学环节多样为评判媒介。但是不论评价者存在哪种路径依赖，课堂教学过程的观察“盲区”始终无法回避——课堂教学“超限效应”的发生。“马克·吐温到教堂听牧师演讲。最初觉得牧师讲得很好……过了10分钟……又过了10分钟……等到……终于结束……这种开始极不耐烦的心理现象，被称之为‘超限效应’”。通过学生的生理反应信号进行情绪识别，参与课堂教学学生情绪变化的“深度”观察。心率、血压等人体最真实的生理信息数据，评价者激活了“超限效应”临界点的评判信号。课程章节知识的教学过程是否出现“超限效应”的预警点，学生传导的“情绪高点”和“情绪低点”将直接赋能课堂教学评价。因此，情绪识别发现了“超限效应”的存在。

（二）课程评价“以学生为中心”的聚焦

课程教学评价的听课制度设计，要求不同学科的教学督导交叉听课，本义是秉持“以学生为中心”的育人理念，从不同学科视角找出课程体系“惯性思维”的弊病。然而课程体系的差异化如何进行综合评判课堂教学，专业课（A）与公共课（B），a与b、a1与b1、a2与b1等课程内容之间都存在区分度，从学生的情绪变化角度进行客观数据观察，可以解决差异化的评价难题。如《系统解剖学》课程讲授“脊髓的内部结构”章节时，学生在2分15秒时间内就能达到情绪高点，说明医学生对专业课的接受度和适应度较高，学习达成的情绪值较快。但在课程讲授4分23秒与6分01秒的时间区间，又进入了情绪低点，说明学生对专业课知识内容的情绪发生点较快，反映了此课程的课程特质偏向实践性，此时，情绪识别变化值可以对教学方式“讲理论”和“动手实践”侧重的占比，进行适配调整参考。当评价者收到“情绪低点”的指示信号后，可以增加一个参考指标，支撑课堂综合评分的完整性关联。又如《军事理论》课程讲授，存在情绪高点进入时间差别较大的情况，从2分44秒到5分41秒之间不等。此课程产生情绪峰值波动较大的变量，说明非同一教师，在讲授相同教学内容时，教学形式产生的影响因子存在分歧。而评价者观察指示信号是“以学生为中心”的情绪识别数据，只需要关注学习者的情绪变化即可。值得注意的是《中国近现代史纲要》课程讲授知识点进京“赶考”时，学生直到6分12秒才进入情绪高点的情况，此课程注重“历史叙事”的逻辑铺垫，跌宕起伏的情境创设导致学生的情绪能量值突破了人体常规。说明注重理论讲授类课程的课程设计，满足情绪递进的要素，可以实现“以学生为中心”的聚焦。评价者沉浸式地参与课堂教学时，也能更直观考察学生“情绪高点”和“情绪低点”的异常变因。

（三）课堂教学评价“定性”的凭证

课堂教学质量评判是学校整体教学环境的风向标，评价和区分所谓“金课”“水课”的评判标准不易。研究型教师的理论讲授风格，偏好注重知识内容的深邃性和探索性，容易出现讲授内容难易度与学生知识接受度的不匹配现象，例如，北京大学助理教授韦东奕，向媒体透露“自己不是很擅长讲课，很多学生已经退课”的现象，此特例不适用情绪识别的课堂教学评价。因课程内容存在“高阶性”和“挑战度”的特点，评价者无法作出“水课”的教学质量评价。另一种“水课”的教学质量评价，才是基于情绪识别的课堂教学评价主要针对的状态。授课教师的讲授内容既没有自己的教学思考，也没有把握教学重难点，仍然站在讲台持续输出话语，哪怕是高频次重复不相关联同一句话的现象。评价者引入学生情绪识别的数据量化观测点，若整堂课堂的情绪能量峰值始终处在低点，某些特殊情绪原因除外，评价者能够对这堂课的教学质量给出“定性”的凭证。

四、基于情绪识别的课堂教学评价方法之义

根据学生身体的生理特征来辨识情绪，生理信号作为情感的外在表达，不易伪装，具有客观性。基于情绪识别的课堂教学评价方法，不仅增创了综合性课堂教学评价的辅助渠道，而且延展了教学活动评价体系的科学性与客观性。学生的课堂情绪识别变化数据，成为评价课堂教学质量的重要佐证要素，是顺应新时代教学管理的时代化要求，符合现代化教学评价的内在驱动力。

（一）理论意义

通过2020年国家、教育部连续出台的3大文件《深化新时代教育评价改革总体方案》《深化新时代教育评价改革总体方案》《中国教育监测与评价统计指标体系（2020年版）》的文件精神解读，深化教育评价改革将增强 “全过程的评价”的重视。课堂教学听课评价机制的创新，为评教者提供了更多理论要求和技术保障手段。单纯听课的监督、评教方式，无法满足教学全过程的课堂评价精确供给问题，通过相关技术设备来检测和观察学生的情绪变化数据，集中把学生听课的情绪表现作为第一观察视角，可视化精准分析学生情绪能量数据，将实现为客观评价提供参数佐证。评价者作为课堂教学质量评估的主体，不仅需要现场感受教、学一体化的课堂教学氛围，还需将学生群体的内心活动变化纳入评判参考，没有稳定的评价参数和实时的提示信号反馈，则“全过程的评价”存在缺位。采用技术手段识别学生的学习状态和情绪数值，多元化观察教师的课堂教学效果，使课堂教学评价的评估机制更加综合化与客观化。

（二）现实意义

情绪识别跟踪实验（1年）识别学生情绪变化，从实践效果来看，部分课程、章节已经形成了恒定的辨别参数。此课堂教学评价方法的全面推广，需要解决3个方面的问题：（1）解决数据检测的设备问题。与第三方机构合作是最直接的解决方式，学生情绪识别的检测内容、数据范围应一校一策。对此方法进行复制时，对实验数据的精准辨识度要有严格的目标要求；（2）解决实验课程的内容选择问题。情绪数值持续低点的课堂教学评价参数，需要为授课教师设置申辩渠道，才能与直接判定“水课”引发的风险相得益彰；（3）解决此方法成熟后的过度依赖问题。相应AI机器智能、人工智能、全息影像等领域，都将是未来汇通融合发展的大趋势，此方法旨在解决课堂教学的“过程性评价”机制，识别学生的课堂情绪变化，并非简单地从评价授课教师转向评价听课学生，而是提供“以学生为中心”的观察端口，真正为教师的教学服务。

结语

基于情绪识别的课堂教学评价方法作为一种评价机制的技术参考手段，把客观性与主观性相结合的科学评价机制发挥得更恰当、更合理。现阶段情绪识别的技术方法，能够分析、处理学生“情绪高点”和“情绪低点”的生理信号提示，单个学生的复杂情绪认定技术，仍需技术攻克研究。AI技术的不断火热和成熟，情绪识别的技术方法将得到发展，数据变化的后期演算、数据分析的信号提示、数据测试的佐证评价将全面增强。技术应用虽存在较多的不成熟之处，但运用相关技术手段的客观需求，已成为部分课任教师的现实关切，不仅调整了原有教学评价的客观条件，更是改变了现实教学评价的实践样态，为中国式现代化教学评价提供了价值思考和技术共享，为全方位、全过程、全方面的教育教学改革增创了一项较为快捷、实用的技术方案，具有较强的实践性和可行性。

本文系1.2021年度右江民族医学院教育教学改革研究课题《情绪能量分析佐证真信学堂的应用实践研究》（项目编号：J2021-21）；2.2023年度广西高等教育本科教学改革工程项目《新医科背景下民族医学院校思想政治理论课链式教学研究与实践》（项目编号：2023JGB321）的研究成果。

（作者单位：右江民族医学院）

（责任编辑：豆瑞超）