情感計(jì)算-在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用課件

——MQ一、引言網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育是實(shí)現(xiàn)繼續(xù)教育和終身教育的有效途徑。但是，由于時(shí)空分離，網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育在師生情感交流和人機(jī)雙向交互等方面存在嚴(yán)重不足或缺陷：這種“電子授課材料”不能充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)與多媒體交互技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，師生之間無(wú)法雙向交互，缺乏情感的激勵(lì)。感受不到師生交互的樂(lè)趣和教師情感的激勵(lì)時(shí)，不僅容易對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生反感，影響學(xué)習(xí)效果，而且還可能危害到學(xué)習(xí)者的心理健康。學(xué)習(xí)者在遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)理工類課程時(shí)，因缺少實(shí)驗(yàn)條件而無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或技能訓(xùn)練。遠(yuǎn)程在線學(xué)習(xí)時(shí)缺少興趣，沒(méi)有恒心。即便堅(jiān)持下來(lái)也只是對(duì)書(shū)本知識(shí)死板的記憶和理解，而不能真正地融會(huì)貫通，也不能有效地培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的實(shí)際動(dòng)手能力。將情感計(jì)算（AffectiveComputing）應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，能有效地解決這一難題。一、引言二、情感計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的作用1.利用情感計(jì)算理論與技術(shù)創(chuàng)建師生情感交互系統(tǒng)利用情感計(jì)算理論與技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育中創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)在線師生情感交互系統(tǒng)，以此及時(shí)捕捉學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中的面部表情、聲音情感和姿態(tài)情感等信息，以便教師可以通過(guò)系統(tǒng)的情感分析來(lái)確定學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情緒和接受情況，進(jìn)而及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略和教學(xué)進(jìn)度。在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，情感計(jì)算理論與技術(shù)的應(yīng)用可以進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育的功能，幫助教師監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者的情感變化，調(diào)整教學(xué)策略和方法，實(shí)時(shí)給予學(xué)習(xí)者情感反饋，使教學(xué)質(zhì)量達(dá)到最佳。二、情感計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的作用神經(jīng)科學(xué)與心理學(xué)的研究表明：情緒情感能促進(jìn)或阻止個(gè)體的工作記憶、推理操作和問(wèn)題解決。負(fù)向情緒（如緊張、抑郁、憤怒）可使知覺(jué)面變窄，思維變得遲鈍，不利于學(xué)習(xí)；而正向情緒（如愉快、滿意）可使知覺(jué)面變寬，思維敏捷，促進(jìn)學(xué)習(xí)。讓學(xué)習(xí)者在遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)時(shí)，能以虛擬角色在虛擬課堂和虛擬實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行富有情感的交互學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)，就像置身于真實(shí)的課堂和實(shí)驗(yàn)室一樣，親自動(dòng)手做虛擬實(shí)驗(yàn)。在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，情感計(jì)算理論與技術(shù)的應(yīng)用可以進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育的功能，幫助教師監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者的情感變化，調(diào)整教學(xué)策略和方法，實(shí)時(shí)給予學(xué)習(xí)者情感反饋，使教學(xué)質(zhì)量達(dá)到最佳。2.利用情感計(jì)算的理論與技術(shù)創(chuàng)建富有情緒調(diào)控的虛擬課堂和虛擬實(shí)驗(yàn)室二、情感計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的作用教師是課堂教學(xué)的核心要素。面對(duì)面的教學(xué)可使教師有效地參與師生情感的交流，體會(huì)到學(xué)生的情緒變化，實(shí)現(xiàn)和諧的情感互動(dòng)。學(xué)習(xí)者長(zhǎng)時(shí)間面對(duì)冷漠的電腦屏幕，感受不到交互的樂(lè)趣和情感的交流，由此便會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生反感與厭學(xué)情緒。創(chuàng)建虛擬情感教師，賦予網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)類似傳統(tǒng)課堂中教師特有的觀察、理解和形成各種情感特征的能力，通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)者情感特征的分析與處理來(lái)獲取對(duì)學(xué)習(xí)者情感狀態(tài)，再以相應(yīng)的表情、語(yǔ)言或姿態(tài)對(duì)學(xué)習(xí)者給予鼓勵(lì)、肯定或提醒，讓學(xué)習(xí)者真切地感受到真實(shí)課堂教學(xué)環(huán)境和教師的存在在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，情感計(jì)算理論與技術(shù)的應(yīng)用可以進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育的功能，幫助教師監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者的情感變化，調(diào)整教學(xué)策略和方法，實(shí)時(shí)給予學(xué)習(xí)者情感反饋，使教學(xué)質(zhì)量達(dá)到最佳。3.利用情感計(jì)算理論與技術(shù)創(chuàng)建虛擬情感教師二、情感計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的作用三、情感計(jì)算研究現(xiàn)狀該模型認(rèn)為情感具有愉悅度、激活度和優(yōu)勢(shì)度3個(gè)維度，P代表愉悅度（Pleasure-displeasure），

表示個(gè)體情感狀態(tài)的正負(fù)特性;A代表激活度(Arousal-nonarousal），表示個(gè)體的神經(jīng)生理激活水平;D代表優(yōu)勢(shì)度(Dominance-submissiveness），表示個(gè)體對(duì)情景和他人的控制狀態(tài)。同時(shí)也可以通過(guò)這3個(gè)維度的值來(lái)代表具體的情感，如憤怒的坐標(biāo)為（-0.51,0.59,0.25）（各維度上的數(shù)值范圍為-1到+1，+1表示在此維度上的值高，而-1表示在此維度上的值低）?！とS情感模型（PAD）PAD四、情感計(jì)算在構(gòu)建和諧人機(jī)交互的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題心理學(xué)理論研究表明：情感與人的一些生理變化、面部表情及語(yǔ)音特征有密切的關(guān)聯(lián)，情感識(shí)別的準(zhǔn)確度往往受到多種因素影響。因此，師生面部表情及語(yǔ)音情感特征信號(hào)的準(zhǔn)確識(shí)別、提取以及對(duì)這些信號(hào)的理解用以構(gòu)建和諧人機(jī)交互的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)。四、情感計(jì)算在構(gòu)建和諧人機(jī)交互的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題四、情感計(jì)算在構(gòu)建和諧人機(jī)交互的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題由于人類個(gè)體的情感交流不僅受具體交流者的對(duì)象與經(jīng)歷、交流的時(shí)間、地點(diǎn)及環(huán)境的影響，每種情感還都具有各自獨(dú)特的主觀體驗(yàn)。因此，就必須解決教學(xué)情境中師生多模情感信息融合機(jī)制與和諧人機(jī)情感交互技術(shù)等問(wèn)題。2.師生多模情感信息融合機(jī)制與和諧人機(jī)情感交互技術(shù)問(wèn)題采用自動(dòng)和交互方式相結(jié)合的模型調(diào)整算法，利用徑向基函數(shù)RBF（RadialBasisFunction）內(nèi)插來(lái)調(diào)整模型的非特征點(diǎn)，使師生面部表情情感成分之間能有效組織和協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)由外部環(huán)境、情緒狀態(tài)到情感行為的映射。由三維情感（PAD）將師生面部表情情感量化結(jié)果與系統(tǒng)中由高精度攝像頭獲取的人機(jī)交互的行為動(dòng)作軌跡參數(shù)進(jìn)行對(duì)比建模（1）師生多模情感信息融合機(jī)制四、情感計(jì)算在構(gòu)建和諧人機(jī)交互的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題由于人類個(gè)體的情感交流不僅受具體交流者的對(duì)象與經(jīng)歷、交流的時(shí)間、地點(diǎn)及環(huán)境的影響，每種情感還都具有各自獨(dú)特的主觀體驗(yàn)。因此，就必須解決教學(xué)情境中師生多模情感信息融合機(jī)制與和諧人機(jī)情感交互技術(shù)等問(wèn)題。2.師生多模情感信息融合機(jī)制與和諧人機(jī)情感交互技術(shù)問(wèn)題在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)交互是和諧人機(jī)交互的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的重要特點(diǎn)。在研究中，和諧人機(jī)交互的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的交互處理采用Kinect為核心的體感交互，同時(shí)輔以鼠標(biāo)和鍵盤(pán)交互，其交互屬性的實(shí)現(xiàn)通過(guò)由VR-P的傳感器節(jié)點(diǎn)與Script節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)MicrosoftKinect體感硬件采集學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)過(guò)程中的實(shí)時(shí)Depth深度圖像視頻流，再采用體感交互算法設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)交互系統(tǒng)程序。MicrosoftKinect體感硬件中融合了語(yǔ)音情感識(shí)別、體態(tài)情感識(shí)別及基于攝像頭的臉像識(shí)別等關(guān)鍵技術(shù)。因此，在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中無(wú)需借助任何外設(shè)進(jìn)行動(dòng)作捕捉和語(yǔ)音識(shí)別，就能使學(xué)習(xí)者通過(guò)語(yǔ)言或肢體動(dòng)作再輔以鍵盤(pán)或鼠標(biāo)與網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程系統(tǒng)進(jìn)行有效、自然、和諧的人機(jī)交互。（2）師生自然和諧的人機(jī)情感交互技術(shù)四、情感計(jì)算在構(gòu)建和諧人機(jī)交互的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題情感鼠標(biāo)（IBM公司“阿曼頓研究中心”開(kāi)發(fā)或韓國(guó)BIOPIA公司研制的）四、情感計(jì)算在構(gòu)建和諧人機(jī)交互的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題通過(guò)檢測(cè)學(xué)習(xí)者的脈搏（通過(guò)紅外線偵測(cè)）、體溫（通過(guò)熱感應(yīng)芯片量?。?、皮膚流電反應(yīng)等方面的變化得知學(xué)習(xí)者的情緒變化。當(dāng)學(xué)習(xí)者在虛擬課堂或虛擬實(shí)驗(yàn)室的學(xué)