白成杰　李玉娟　王廣新

【摘要】隨著計算機和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，遠程教育學習支持系統(tǒng)的建設已經(jīng)相對成熟，但是情感支持方面的研究，仍然是一個薄弱環(huán)節(jié)。電子情感檔案袋正是針對這種現(xiàn)象提出的，以期能夠對促進遠程教育學習支持系統(tǒng)的情感交流有所幫助。

【關鍵詞】電子情感檔案袋；研究；學習支持系統(tǒng)；遠程教育

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2009）04—0094—05

學習支持系統(tǒng)作為遠程教育系統(tǒng)中的一個重要子系統(tǒng)，是保證遠程教育教學質量的基礎和關鍵。雖然目前在遠程教育學習支持系統(tǒng)的建設方面取得了許多成功經(jīng)驗，但是對情感支持的研究仍然是一個相對薄弱的環(huán)節(jié)。

情感交流作為遠程教育教學過程中非常重要的非理性因素，是促進學生身心全面發(fā)展的重要因素，同時也是學習支持系統(tǒng)建設的重要環(huán)節(jié)。本文正是針對遠程教育學習支持系統(tǒng)中情感交流缺失的現(xiàn)象，試圖提出一種能夠促進情感交流的電子情感檔案袋。

一 電子情感檔案袋的基本概念

1 電子情感檔案袋的定義

相關研究表明，在遠程教育中，情感及情感信息對于遠程學習者的學習具有重要的影響，積極的情感可以提高學習效率、促進學習進展，而消極的情感卻可能造成學習的失敗[1]。因此，為了充分發(fā)揮情感的積極作用，可以借助于電子學檔的思想，在遠程教育學習支持系統(tǒng)中建立一種存放學習者情感信息的電子情感檔案袋，以便對學習者的情感進行及時的追蹤記錄，從而促進系統(tǒng)內(nèi)的情感交流。

電子情感檔案袋應以學習者為中心，由教師和學習者共同建立和維護，主要用于存放學習者學習過程中的個人情感信息，這些相關的情感信息按照學習者學習的過程順序形成一定記錄順序的電子文檔[2]。一方面，利用電子情感檔案袋，遠程學習者在學習過程中，可以隨時回顧自己最近一段時間的情感狀態(tài)，以便及時對自己的學習狀況進行調整。另一方面，教師也可通過學習者的電子情感檔案袋，隨時了解學習者的情感狀態(tài)和意圖，若發(fā)現(xiàn)學習者的情感狀態(tài)不佳，可以及時選擇合適的補償策略來排除和糾正學習者的不良情感，努力促進學習者高級情感的激發(fā)。基于情感支持，電子情感檔案袋既是過程性的也是發(fā)展性的，它隨時記錄學習者情感狀態(tài)的更新，同時也能夠在一段時間內(nèi)對學習者的情感變化進行規(guī)律性的總結。

根據(jù)以上分析，參考電子學檔[3]的定義，可對遠程教育學習支持系統(tǒng)中電子情感檔案袋做出以下界定：電子情感檔案袋是以促進遠程學習者的個人情感發(fā)展為宗旨，以提供情感支持為直接目的的一種新型信息化教學和學習工具。它是一種以遠程學習者為中心，運用信息技術手段，收集各種能夠表現(xiàn)遠程學習者學習過程情感發(fā)展狀況記錄的集合體。其中包括，遠程學習者對學習的興趣、情感、情緒、態(tài)度以及學習者學習過程中與他人的交往情況等。

2 電子情感檔案袋的特征

作為遠程教育學習支持系統(tǒng)中促進系統(tǒng)內(nèi)情感交流、促進學習者個人反思，從而最終促進學習者學習的工具，電子情感檔案袋主要具有四個方面的特征[3]。

（1） 個性化。電子情感檔案袋存儲的主要是遠程學習者的個人情感信息，“每人一袋”體現(xiàn)出學習者個人的情感特性。

（2） 過程性。電子情感檔案袋的內(nèi)容可以清楚地顯示遠程學習者整個學習過程中的情感狀態(tài)發(fā)展狀況。

（3） 發(fā)展性。電子情感檔案袋中存儲的情感信息并不是一成不變的，而是隨著遠程學習者學習過程的發(fā)展而不斷完善更新的。

（4） 開放性。電子情感檔案袋為他人了解遠程學習者的情感狀態(tài)提供了平臺，促進了遠程學習者與他人的情感交流。

二 遠程學習者情感信息的組織

1 情感與情感信息

（1） 情感

在心理學中，情感被用來表示人的各種不同的內(nèi)心體驗，如情緒、心境和偏好。其中，情緒被用來表示非常短暫但強烈的內(nèi)心體驗，而心境或偏好則被用來描述強度低但持久的內(nèi)心體驗[4]。

一般地，人的情感具有三種成分，即主觀體驗、外部表現(xiàn)和生理喚醒。主觀體驗，即個體對不同情感狀態(tài)的自我感受。外部表現(xiàn)，即表情，在情感狀態(tài)發(fā)生時身體各部分的動作量化形式，包括面部表情（面部肌肉變化所組成的模式）、姿態(tài)表情（身體其他部分的表情動作）和語調表情（言語的聲調、節(jié)奏和速度等方面的變化）。生理喚醒，即情感產(chǎn)生的生理反應，它是一種生理的激活水平，具有不同的反應模式[4]。

（2） 情感信息

一般地，人們用五種感覺器官，即眼、耳、鼻、舌和膚，作為傳感器與外界進行情感交流。在情感交流中，這五種感覺器官所發(fā)出的信息即為情感信息，包括視覺情感信息、聽覺情感信息、嗅覺情感信息、味覺情感信息和觸覺情感信息[5]。

視覺情感信息：視覺是人類獲取信息的主要來源，人們也是通過眼睛來了解和評鑒世界的。例如，從人的臉部所表現(xiàn)出的吃驚、恐怖、厭惡、憤怒、幸福以及悲哀等表情中可以了解到人的心理狀態(tài)，人的這些表情可以說是視覺的一種情感信息。聽覺情感信息：音樂是聽覺信息的精華，音樂如同感情一般，有洶涌澎湃的時刻，也有平靜的時刻，會狂暴，也會安靜。音符雖無意義，但它能夠喚起敬畏、憤怒、驚奇、不安、沮喪、冷靜和愛等情感信息。嗅覺情感信息：嗅覺是沉默的知覺，無言的官能，人們隨著每一次呼吸，時時在嗅聞。薄荷、花香、幽香、檀香以及惡臭等是嗅覺中的情感信息。味覺情感信息：酸、甜、苦、辣、咸等是味覺中的情感信息。觸覺情感信息：觸摸是最古老、也是最重要的感覺。光滑、粗糙、寒冷、柔軟以及堅硬等都是觸覺中的情感信息[5]。

2 情感信息處理技術與情感計算技術

（1） 情感信息處理技術

情感信息處理是20世紀80年代中后期出現(xiàn)的一個嶄新的研究領域，它專門探討如何利用現(xiàn)代化的技術處理與人們的感覺、印象、情緒、情感等主觀體驗有關的情感信息。在充分關注用戶體驗的今天，情感信息處理研究無疑為實現(xiàn)“以人為本”提供了新的思路和實現(xiàn)手段[6]。

對情感信息的處理主要包括偵測、識別、合成與表達等操作，目的是讓計算機及其輔助系統(tǒng)可感受和辨識人類情感行為，通過營造符合人們情感需求的交互形式或提供符合人們情感需求的特定內(nèi)容，滿足人們在精神層面對客觀事物的認識和享受。情感信息處理不僅被看作是繼物理信號處理、邏輯符號處理之后的更高級的信息處理形式，也被視為新一代的人工智能技術。目前，情感信息處理的兩大研究分支是感性工學和情感計算[6]。

（2） 情感計算技術

最早開始情感計算研究工作的是美國MIT媒體實驗室的Picard教授及其領導的研究小組，他們給出了情感計算的一種定義，即情感計算是通過各種傳感器獲得的由人的情感所引起的生理及行為特征信號，建立“情感模型”，從而創(chuàng)建感知、識別和理解人類情感的能力，并能針對用戶的情感做出智能、靈敏、友好反應的個人計算機系統(tǒng)[7]。

要實現(xiàn)情感計算，形成一個完整的情感交流過程，涉及到一系列理論和技術，其核心技術主要包括：情感信號的獲取、情感狀態(tài)的識別、情感理解和反饋以及情感表達[8]。通過傳感器直接或間接地與人接觸獲得情感信息，通過建模對情感信息進行分析與識別，對分析結果進行推理達到情感的理解，將理解結果通過合理的方式表達出去。

目前,情感計算主要有九個方面的研究內(nèi)容，即情感機理、情感信息的獲取、情感模式識別、情感的建模與理解、情感的合成與表達、情感計算的應用、情感計算機接口、情感的傳遞與交流和可穿戴計算機[1]。

情感計算的研究普遍受到學術界和企業(yè)界的關注，國際知名大學紛紛建立情感計算研究小組，情感計算將有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻脙r值。但總的說來，情感計算的研究目前還處于起步階段，主要側重于情感信號的獲取、情感信息的處理和可穿戴計算機等方面。情感計算的最終目標是建立具有情感的智能決策系統(tǒng)，使計算機更能像人那樣思考問題，實現(xiàn)和諧的人機交互。

3 遠程學習者情感信息組織過程

遠程學習者情感信息的組織，是構建電子情感檔案袋的核心問題，同時也是一個復雜的過程。一般地，情感可以通過生理學和心理學手段獲取和測量。生理測量法就是，借助傳感器等測量儀器，通過測量人們的腦電波、心跳、皮膚汁液、電位、呼吸、表情等生理指標的變化，了解人們情感狀態(tài)，獲取情感信息[6]。在情感信息處理技術和情感計算技術中，情感信息的獲取主要采用生理測量法。心理測量法也稱主觀體驗測量法，主要有問卷法、形容詞檢核表法和投射測驗法[9]。其中，問卷法是以問卷形式調查人們當前的情感狀態(tài)、心理感受。語義差分量表是常用手段之一，它由若干表達情感體驗的詞匯和量尺構成，量尺由兩個意義相反的形容詞作為兩極，根據(jù)程度差異均等地劃分為5~7級，由用戶依據(jù)情感認識程度選取相應的等級做出判斷。綜合用戶的判斷結果即可了解該用戶對某個客觀對象的情感體驗認識[6]。

在遠程教育學習支持系統(tǒng)中，為了全面獲取遠程學習者的情感信息，可以采用生理測量法和心理測量法相結合的策略?？紤]到遠程教育的特殊需要，一方面，通過網(wǎng)絡終端采用問卷法獲得對遠程學習者情感的靜態(tài)性初步了解；另一方面，則是情感計算終端在學習過程中對遠程學習者的實時監(jiān)測，收集到遠程學習者的面部表情、語音情感、姿態(tài)情感以及生理指標等動態(tài)性情感信息。其中，面部表情和語音情感是關鍵。

（1） 遠程學習者面部表情的識別

結合遠程教育的特點，只要能夠識別與學習相關的表情信息即可。因此，相對于一般的表情識別，遠程教育中的表情識別種類較少，相對容易。對于遠程學習者，可以定義高興、厭煩、好奇、失望等四種與學習相關的表情，通過表情建模，計算面部表情參數(shù)，跟蹤情感狀態(tài)變化[10]。

采用趨避度和專注度兩個概念來描述與情感狀態(tài)相聯(lián)系的遠程學習者精神狀態(tài)，能夠區(qū)分興趣與厭煩兩種學習表情。所謂趨避度，就是通過人臉檢測，判斷學習者在學習過程中對當前學習內(nèi)容的興趣程度。相對于正常狀態(tài)，當檢測到人臉輪廓變大時，表明學習過程中學習者身體前傾，對當前學習內(nèi)容很感興趣，趨避度就大；當檢測到人臉輪廓變小時，表明學習者身體后仰或人往后躲避，學習者對當前學習內(nèi)容不感興趣，甚至有厭煩情緒，趨避度就小。所謂專注度，就是通過人臉檢測，判斷學習者在學習過程中對當前學習內(nèi)容的關注程度。相對于正常狀態(tài)，當檢測到人臉眼簾間距變大時，表明學習者對當前的學習內(nèi)容很關注，專注度就大；當檢測到人臉眼簾間距變小時，表明學習者當前的學習不夠專注或精神疲倦，專注度就小。從人臉檢測入手，可以通過訓練定義基于趨避度的情感狀態(tài)值，得到趨避度檢測和興趣情感狀態(tài)值之間的關系，建立相應的情緒空間，進而能夠通過趨避度判斷遠程學習者的興趣。然而，當學習者轉頭或閉著眼睛（如打盹）時，只根據(jù)趨避度是不能正確檢測出興趣狀態(tài)的，此時可以配合專注度，從而提高識別效果[10]。

一般地，面部表情識別包括兩大重要技術，即人臉的檢測和定位技術以及人臉圖像的提取和識別技術。目前，利用計算機進行人臉表情識別主要有基于幾何特征的人臉表情識別方法、基于模型的識別方法和基于整體面像特征的識別方法三種[11]。根據(jù)遠程教育的實際情況，遠程學習者面部表情識別一般可分為三個連續(xù)的階段：人臉檢測、標準化、臉部表情分類。首先通過USB接口的攝像頭進行人臉檢測，得到人臉及其器官的位置。檢測出人臉及其器官的圖像必須經(jīng)過圖像標準化才能進行情感識別。標準化是情感識別中必須的一步，影響整個人臉情感識別系統(tǒng)的效果，因為輸入的圖像可能有著不同的大小，也可能有角度偏轉，這些都對情感識別造成不利。在這個階段，以第一個階段得到的人臉特征點為控制信息進行人臉調整。另外，直方圖均衡化被用來平衡臉部圖像的不規(guī)則光照強度。最后一個階段是表情識別分類。通過分析代表臉部特征的特征向量（如像素密度）來對表情進行分類，產(chǎn)生一個表情分類器[10]。

（2） 遠程學習者語音情感的識別

語音情感處理主要是通過測量、分解、分析、合成等方法進行，其目的是識別、理解以及合成語音信號中的情感分量，進而使計算機具備一定的語音情感能力。

目前，在語音情感識別的研究中常見的歸類方法有“八大情感”和“四大情感”兩種。在遠程教育中，可以采用憤怒、高興、悲傷、害怕四大情感，即任一時刻的情感狀態(tài)由四種基本情感混合組成，每種基本情感都是可以用“無、似乎有、有一些、有、確定有、很強烈”等狀態(tài)進行刻畫。利用計算機進行遠程學習者語音情感識別，主要包括情感語音數(shù)據(jù)庫建立、語音情感特征參數(shù)提取、語音情感模式識別、模式訓練等[11]。

三 電子情感檔案袋的結構框架

根據(jù)電子情感檔案袋的定義，要實現(xiàn)遠程教育學習支持系統(tǒng)的電子情感檔案袋，首先應該聚集分析學習者的情感信息，這既包括在學習開始階段獲得的學習者基本信息，即學生信息，在學習過程中收集的學習者的各種學習信息，以及學習者與學習資料、學習者間、師生間的交互信息，還包括學習者在整個學習過程中的情感變化信息，這四部分內(nèi)容是電子情感檔案袋的主體。此外，學習者作為電子情感檔案的應用對象，是其學習進步、情感成長的直接參與者，所以學習者對自身情感發(fā)展的反思與自我監(jiān)控也是檔案袋內(nèi)容的重要來源。同時，同伴、教師以及家長、朋友等對學習者的個人評價，也可作為情感檔案袋的重要參考。電子情感檔案袋中除了這幾個模塊之外，還應該有展示區(qū)和討論區(qū)，以便他人能夠瀏覽電子情感檔案袋中的信息，并可在討論區(qū)內(nèi)就相關問題進行討論，從而達到相互學習、共同進步的目的。

綜合上述分析，初步提出一種基于情感計算等技術的促進學習者個人情感發(fā)展的電子情感檔案袋的基本結構框架[12-14]，如圖1所示。

1 學生信息

所謂學生信息，主要是學生個人基本信息，包括學生的認知性特征、生理性特征、心理性特征和社會性特征等[15]。

（1） 認知性特征。包括遠程學習者運用計算機的能力，閱讀理解能力，認知發(fā)展階段，知識背景，學習偏好等。

（2） 生理性特征。包括遠程學習者的視覺能力，聽覺能力，性別，年齡等。

（3） 心理性特征。遠程教育環(huán)境下的學習動機，對待學習的態(tài)度，對待媒體的態(tài)度，學習風格，認知風格，興趣愛好，個性特點，信念意圖，意志品質等。

（4） 社會性特征。包括遠程學習者受教育水平，社會地位，人際關系，學習方式的傾向性等。

這些內(nèi)容主要是通過學習者和教師共同設計完成的。一方面是學前由學生自己填寫的基本資料得來；另一方面，有些內(nèi)容，如學習者的個性特點、學習風格以及認知風格等，可以通過學前測試來獲得。此外，學習者的學習愿望以及意圖也應該包括在內(nèi)，以便教師了解學習者的學習及情感需要。

2 學習信息

學習信息包含的內(nèi)容相對來說比較多，可以把其內(nèi)容分為學習者個性信息和課程信息。

（1） 學習者個性信息。主要是指學習者對待學習的態(tài)度，學習方式，學習策略，學習計劃，學習風格，學習動機，學習信念等信息。學習態(tài)度可以利用學前態(tài)度量表和學生的自我評價獲得，而學習方式主要是通過測試學習者的學習風格和認知風格，并通過教師的指導得到的。學習計劃和學習動機是學習者的個性資料，主要應該由學習者自己填寫，當然也可以由他人輔助進行。

（2） 課程信息。主要是學習者學習過程中的一些信息，包括學習任務，學習依據(jù)，學習記錄，學習成果，讀書筆記，學習反思，討論記錄等。

3 交互信息

交互信息主要是記錄學習者在整個學習過程中與媒體（包括課本、計算機、網(wǎng)站等）、教師、同伴的交互[12]。遠程學習者在學習過程中并不是封閉在自己的空間里的，而必須與同伴、教師、專家等進行交互。因此，這部分信息應該包括交互的對象，交互內(nèi)容，交互方式，交互的主動性，使用的交互媒體，交互效果，交互記錄等。

4 情感信息

這是電子情感檔案中最主要的部分，是了解學習者情感狀態(tài)的主要依據(jù)。情感信息主要有兩個來源：一方面，通過在線情感問卷獲得對遠程學習者情感的初步了解；另一方面，也是最主要的，則是情感計算終端在學習過程中對學習者的實時監(jiān)測，收集到學習者的面部表情、語音情感、姿態(tài)情感以及生理指標等信息傳遞給情感計算服務器。聚集到信號之后，需要對這些信號進行建模和識別，從而將學習者對學習的興趣、情感、情緒以及態(tài)度等內(nèi)在情感外化出來，對學習者的情感發(fā)展狀況進行及時的追蹤記錄。由于情感狀態(tài)是一種隱含在多個生理和行為特征之中的不可直接觀測的量，不易建模，部分可采用隱馬爾可夫模型、貝葉斯網(wǎng)絡模式等數(shù)學模型。最后將分析所得的情感信息存放到檔案袋中，在一段學習結束后，自動統(tǒng)計出所出現(xiàn)的情感種類以及各種情感所占的比例。

5 評價信息

一般地，評價包括自我評價和他人評價[3]。總之評價是多方面的，既包括教師對學生學習過程中的情感變化評價，也包括學習同伴、學習共同體內(nèi)的成員以及朋友和家長對學習者個性，學習過程，與人交往過程中的情感變化的評價。另外，學習者對自己學習中態(tài)度、情感變化的評價也是一個重要方面。

6 反思信息

經(jīng)過一段時間的學習與積累，學習者應該對自己的學習狀況和情感變化進行一次反思，以便在接下來的學習中能夠保持高漲的情感，從而持續(xù)保持較高的學習效率。

7 展示區(qū)和討論區(qū)

這兩個模塊主要是為方便學習者相互查看個人情感信息等內(nèi)容，讓學習者通過橫向的對比發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，達到相互學習、共同進步的目的。

情感計算模塊是獨立在其他各個模塊之外的，嚴格來說它并不能算做檔案袋的內(nèi)容，但是檔案袋中的情感信息主要是由情感計算模塊得來的。在學習過程中，學習者的情緒是隨著學習的進行而不斷變化的。例如，當學習內(nèi)容是他們能夠理解和接受的時候，學習者就會表現(xiàn)出很高的情緒，表現(xiàn)為微笑等表情或歡快的言語；反之，情緒低落，表現(xiàn)為眉頭緊鎖，目光呆滯，低頭喪氣等。這些反饋信號必須通過情感計算才能轉化為所能利用的情感信息，并加以存儲[16]。

四 電子情感檔案袋的基本功能

依據(jù)電子情感檔案的特征，可以認為電子情感檔案是，通過長時間聚集學習者的情感反應、興趣、態(tài)度等情感信息，對這些信息分析的基礎上獲得反饋，進一步反思，并在與外界交流和學習、實踐活動的檢驗中逐步論證學習者情感發(fā)展的過程[17]。因此，從促進學習者情感發(fā)展的過程來看，電子情感檔案袋應具有情感聚集、情感分析、情感反思、情感交流和情感改進等功能，它們之間的關系可以用圖2來表示。

1 情感聚集

聚集主要是收集遠程學習者的情感信息。這是一個過程性的任務，同時也是發(fā)展性的，需要長時間的不斷積累。包括學習者的自我分析，學前由教師進行的學習者特征分析，然后是通過情感計算終端在學習過程中對學習者的實時監(jiān)測，收集到的學習者的面部表情、語音情感、姿態(tài)情感信息以及生理指標等信息。

2 情感分析

聚集到情感信號之后，需要對這些信號進行建模和識別，并將分析所得的結果分類存放到電子情感檔案袋中，作為對遠程學習者情感分析的依據(jù)[18]。遠程學習者應該隨時進行自我情感分析，把握自己的情感狀態(tài)。另外，應該有一個階段性的評價過程，可以以學習過程為單位，也可以以學習時間為單位。階段性評價，主要是教師，同伴，朋友，共同體內(nèi)的小組成員等對遠程學習者這一個階段內(nèi)的情感變化的評價。最后在學習結束還應該進行一次總結性評價，將學習者這一學期內(nèi)的情感變化做成一條情感曲線，以便在以后的學習中作為參考。

3 情感反思

每次分析之后，遠程學習者都應該對自己最近的情感變化進行反思，尋找情感波動的原因，并及時地進行相應的情感補償和調整，使自己始終保持高漲的學習情緒。

4 情感交流和情感改進

在自我反思的基礎上，與他人進行交流，相互學習，相互促進，從他人的角度發(fā)現(xiàn)自我情感評價中沒有發(fā)現(xiàn)的問題，及時進行情感的自我調整和改進。

在遠程教育中，情感、情感交流及其對學習的影響，一般來說都是復雜的。本文只是嘗試性地對以促進遠程教育學習支持系統(tǒng)中情感交流為主要目的的電子情感檔案袋進行了研究，以期對學習支持系統(tǒng)中相對薄弱的情感交流進行補充，以利于為遠程學習者提供更加全面的支持。

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