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1、智能教学系统中的情感模型及其交互学习环境设计摘要:现有的智能教学系统中由于情感交流的不通畅,使得大部分智能教学系统中存在情感缺失、缺乏交互环境等问题,这在一定程度上阻碍了系统本身做出理性和智能的行为能力。文章在基于情感计算技术的基础上,构建了并分析智能教学系统中基于情感的学生模型、教师模型、以及交互学习环境。 关键词:智能教学系统虚拟情感教师模型情感学生模型交互学习环境 :TP311.52:A:1007-9416(2011)03-0090-02 智能教学系统(以下简称ITS)是一种借助于人工智能技术,让计算机扮演教师的角色实施个别化教学,向不同需求、不同特征的学习者传授知识、提供
2、指导的适应性学习支持系统(AdaptiveLearningSupportSystem)[1]。 情感计算(Affectiveputing)是指关于情感、情感产生以及影响情感的计算,它试图创建一种能感知、识别和理解人的情感,并能针对人的情感做出智能、灵敏、友好反应的计算机系统[2]。麻省理工学院MIT大学Minsky教授在他1985年专著“TheSocietyofMind(脑社会)”中指出“问题不在于智能机器能否有任何情感,而在于机器实现智能时怎么能够没有情感”[3]。 现有的智能教学系统中由于情感交流的不通畅,使得大部分ITS中存在情感缺失问题,这在一定程度上阻碍了系统本身做出理性和智
3、能的行为能力。所谓情感缺失[4],就是指由于教师和学生、学生和学生分离,使他们不能像常规教育那么及时地、面对面地交流,学生在学习过程中的某些问题得不到解决,在心里上存在困惑而得不到帮助等。而当前的ITS中营造的交互学习环境不够,学生之间交互没有有效促进学生学习。在这种环境下,教师很少露面,同学之间都是隐身的,学习者很容易遇到各种学习障碍和困难,需要从教师或同学那里得到帮助和支持。因此,智能教学系统必须提供一个良好的交互环境,让学生很容易进行有效的交互。 1、基于情感模型和交互学习环境(ILEs)的智能教学系统模型 智能计算机的标志之一是具有识别情感的能力,通过对情感表达的观察和对情
4、感产生情境的推理来判断出情感状态。计算机可以尝试识别用户、以及其他与之交互的媒介的情感,如表情、姿势、语音语调信息等,并由此推断出用户潜在情感状态。 情感交互是是有效的智能教学系统必不可少的前提条件。情感计算与智能交互就是要赋予计算机类似于人一样的观察、理解和生成各种情感特征的能力,最终达到像人一样能进行自然、亲切和生动的智能交互。在人机交互的过程中,人们也很自然地期望计算机具有情感和自然和谐的交互能力。BarryKort博士说:“学习是纯粹的情感经历,他建议所有的学习系统都要有情感状态,而未来自动教学系统将展示诸如好奇、迷恋、迷惑、困惑、悟性、满意和信心之类的可识别的情感状态。”[5]
5、 引入情感模型和交互学习环境的智能教学系统结构图如图1所示。 2、基于情感模型和交互学习环境(ILEs)的智能教学系统模型分析 从图1可知,基于情感模型和交互学习环境(ILEs)的智能教学系统主要包括以下几个部分: 虚拟情感教师模型(VirtualAffectiveTutorModel);所谓教师模型就是把教学专家所具有的领域知识,丰富的教学经验相互融合到一起而建立的模型,能对学生在学习过程中所提出的问题给予令人满意的答复,并根据学生对知识的掌握理解情况,自动选择相适应的教学计划、检测计划,达到最佳教学效益[6]。 而虚拟情感教师模型(VirtualAffectiveTuto
6、rModel)则可以根据捕捉到的学生的情感信息,用统计的方法进行量化,将量化结果作为系统的输入刺激,使系统能够及时调整教学策略,并输出系统中虚拟教师的情感反应。虚拟情感教师模型可以留下一些暗示或线索让学生去发现,从而保持学生自我驱动发现的感觉。具有人机情感交互能力的虚拟情感教师模型,能够补偿智能教学系统中的情感缺失,有效的改变呆板的计算机交互服务,提高人机交互的亲切性和准确性。虚拟情感教师可以在用户学习过程中实现人机的情感交互,交互学习环境对收集到的情感信息分别进行情感识别,识别出用户的整体情感反应,并做出合适的学习评价。 情感学生模型(AffectiveStudentModel);学生
7、模型是为系统在教学中能动态分析学生特征而设计的,在教学过程中,它能用来记录学生的个人情况、学习目标、学习进展情况和学习掌握水平等信息,是实施个别化教学的基础。建立适宜的学生模型能够诊断出学习者的知识误解,并在适当的时机采取适当的方法纠正学习者的错误,以达到良好的学习效果[7]。 情感学生模型的目标是建造计算机的学习伴侣,试图帮助学生专注于一个学习任务,并且也反映出一些学生的情感状态,了解这些情感状态在学生的学习经历中所
