教育情感計(jì)算的價(jià)值、困境與出路

/教育情感計(jì)算的價(jià)值、困境與出路【摘要】教育情感計(jì)算涉及教育場(chǎng)景中情感的感知與理解、建模與預(yù)測(cè)、干預(yù)與調(diào)節(jié)、生成與表達(dá)等方面，對(duì)于學(xué)生狀態(tài)表征、教學(xué)過程評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)機(jī)理闡釋、學(xué)習(xí)干預(yù)實(shí)施具有重要意義。然而，教育情感計(jì)算面臨情感指標(biāo)體系不完善、無感知情感數(shù)據(jù)采集分析難實(shí)現(xiàn)、情感發(fā)生機(jī)理難解釋、情感建模預(yù)測(cè)機(jī)制未建立、情感干預(yù)機(jī)制難落地等困境，嚴(yán)重削弱了情感計(jì)算對(duì)于教育創(chuàng)新變革的實(shí)踐價(jià)值。為破解上述困境，文章提出教育情感計(jì)算的發(fā)展方向：構(gòu)建面向教育領(lǐng)域的情感計(jì)算指標(biāo)體系，開發(fā)無感知教育情感智能計(jì)算系統(tǒng)，探究多學(xué)段、多學(xué)科、多場(chǎng)景的情感發(fā)生機(jī)理，開展基于情境感知的學(xué)習(xí)者情感建模分析，完善智能教育系統(tǒng)的情感反饋與干預(yù)機(jī)制，健全教育領(lǐng)域的情感計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)防控機(jī)制。文章的研究可為教育情感計(jì)算提供方向指引，并助力教育研究與實(shí)踐的創(chuàng)新發(fā)展。【關(guān)鍵詞】教育情感計(jì)算；情感發(fā)生機(jī)理；情感干預(yù)；情感建模；智能教育 引言 近年來，智能教育領(lǐng)域在認(rèn)知層面的研究取得了突破性進(jìn)展，但在學(xué)生情感的感知、理解、干預(yù)、表達(dá)等方面，研究進(jìn)展仍然相對(duì)緩慢。而對(duì)學(xué)生情感狀態(tài)的刻畫，既是學(xué)習(xí)過程表征的重要方式，也是課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的重要途徑，對(duì)于教育研究和實(shí)踐的創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。教育情感計(jì)算是人工智能與教育科學(xué)研究相結(jié)合的關(guān)鍵領(lǐng)域，關(guān)于教育領(lǐng)域情感計(jì)算方法、發(fā)生機(jī)理和干預(yù)機(jī)制的研究是近年來國家自然科學(xué)基金教育信息科學(xué)與技術(shù)(F0701)關(guān)注的重要選題[1]。從研究范疇來看，教育情感計(jì)算涉及教育場(chǎng)景中情感的感知與理解、建模與預(yù)測(cè)、干預(yù)與調(diào)節(jié)、生成與表達(dá)研究等方面，是人工智能與教育的交叉研究領(lǐng)域。教育情感計(jì)算的目標(biāo)是通過對(duì)學(xué)生情感的識(shí)別、分析和建模，表征學(xué)生狀態(tài)、闡釋學(xué)習(xí)機(jī)理、改進(jìn)教學(xué)策略、完善智能學(xué)習(xí)干預(yù)策略、優(yōu)化智能教育服務(wù)與產(chǎn)品、創(chuàng)設(shè)自然和諧的人機(jī)交互，以此來推動(dòng)生成式人工智能背景下教育情感計(jì)算研究與實(shí)踐的創(chuàng)新發(fā)展。 目前，教育領(lǐng)域情感計(jì)算的研究尚處于起步階段，現(xiàn)有研究更多關(guān)注基于智能技術(shù)的情感識(shí)別算法研究[2]、基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的情感識(shí)別框架構(gòu)建[3]，但對(duì)于情感計(jì)算技術(shù)在真實(shí)教育場(chǎng)景中的應(yīng)用缺乏探索，無法有效發(fā)揮情感計(jì)算技術(shù)對(duì)于教育過程評(píng)價(jià)、課堂教學(xué)改進(jìn)、教育規(guī)律研究、學(xué)習(xí)干預(yù)設(shè)計(jì)、教育產(chǎn)品開發(fā)的實(shí)踐價(jià)值。鑒于此，本研究立足于智能技術(shù)賦能教育研究范式變革的時(shí)代背景，分析情感計(jì)算技術(shù)賦能教育研究與實(shí)踐的價(jià)值定位，厘清教育情感計(jì)算的現(xiàn)實(shí)困境與發(fā)展方向，以期為教育領(lǐng)域情感計(jì)算研究的深入開展提供借鑒。 一、教育情感計(jì)算的實(shí)踐價(jià)值 教育情感計(jì)算是指利用智能技術(shù)手段對(duì)學(xué)生的情感狀態(tài)進(jìn)行智能感知和精準(zhǔn)建模，揭示情感發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理，并利用機(jī)器模擬、生成和表達(dá)人類情感，實(shí)現(xiàn)人機(jī)自然情感交互，強(qiáng)化情感干預(yù)與調(diào)節(jié)。教育情感計(jì)算是近年來教育人工智能研究的熱點(diǎn)話題，對(duì)于學(xué)生狀態(tài)表征、教學(xué)過程評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)機(jī)理闡釋、學(xué)習(xí)干預(yù)實(shí)施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 1.教育情感計(jì)算為學(xué)生狀態(tài)表征提供新方法 基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的學(xué)生狀態(tài)表征是智能教育研究的重要組成部分，近年來關(guān)于學(xué)習(xí)者建模的相關(guān)研究大多聚焦于學(xué)生的知識(shí)、認(rèn)知、情感等方面[4]，衍生出了知識(shí)圖譜、認(rèn)知診斷、知識(shí)追蹤、情感計(jì)算等細(xì)分領(lǐng)域。從學(xué)生狀態(tài)表征的維度來看，情感體驗(yàn)是學(xué)生完整學(xué)習(xí)體驗(yàn)的重要組成部分，如何對(duì)學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的情感狀態(tài)進(jìn)行深入、全面的精準(zhǔn)刻畫，是當(dāng)前智能教育研究著力探索的關(guān)鍵問題。情感狀態(tài)能夠客觀反映學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的情緒體驗(yàn)，以及學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)習(xí)環(huán)境的情感偏好。通過對(duì)學(xué)生情感狀態(tài)細(xì)粒度、時(shí)序性、動(dòng)態(tài)性的精準(zhǔn)刻畫，研究者能夠挖掘?qū)W生的認(rèn)知偏好、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等深層次特征，從“多源數(shù)據(jù)感知-外顯狀態(tài)表征-內(nèi)隱特征刻畫”等多個(gè)層次構(gòu)建系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)者模型，以更好地表征學(xué)習(xí)者的本體特征[5]。從這個(gè)意義上來說，教育情感計(jì)算能夠?yàn)閷W(xué)生狀態(tài)的表征提供新方法，有助于理解學(xué)習(xí)的發(fā)生過程，挖掘教育現(xiàn)象的本質(zhì)特征。 2.教育情感計(jì)算為教學(xué)過程評(píng)價(jià)提供新途徑 2020年10月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》，提出要改進(jìn)結(jié)果評(píng)價(jià)、強(qiáng)化過程評(píng)價(jià)、探索增值評(píng)價(jià)、健全綜合評(píng)價(jià)，利用信息技術(shù)手段提高教育評(píng)價(jià)的科學(xué)性、專業(yè)性和客觀性[6]。從課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的視角來看，認(rèn)知和情感是課堂教學(xué)質(zhì)量在學(xué)生層面的直觀表征。但就兩者的表征機(jī)制而言，認(rèn)知狀態(tài)具有較強(qiáng)的漸變性、內(nèi)隱性和不易測(cè)量性，往往需要通過學(xué)業(yè)測(cè)評(píng)或?qū)W生主觀陳述的方式去測(cè)量，且對(duì)認(rèn)知狀態(tài)的測(cè)量往往具有較強(qiáng)的滯后性，無法有效反饋動(dòng)態(tài)變化的學(xué)習(xí)過程；而學(xué)生的情感狀態(tài)具有較強(qiáng)的即時(shí)性、外顯性和易測(cè)量性，通過對(duì)學(xué)生話語、表情、手勢(shì)、姿態(tài)、生理等多模態(tài)數(shù)據(jù)的采集和匯聚，研究者能夠?qū)ζ淝楦袪顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)分析，以表征教學(xué)過程中學(xué)生真實(shí)的情感體驗(yàn)。更進(jìn)一步來講，學(xué)生外顯的情感狀態(tài)與內(nèi)隱的認(rèn)知狀態(tài)之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，當(dāng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度較高時(shí)，往往會(huì)表現(xiàn)出好奇、興奮等積極的情緒狀態(tài)；反之，當(dāng)學(xué)生認(rèn)為所學(xué)內(nèi)容晦澀難懂時(shí)，往往會(huì)表現(xiàn)出困惑、焦慮、倦怠等消極的情緒狀態(tài)。從這個(gè)意義上來說，學(xué)生的情感狀態(tài)能夠表征學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)的主觀感受，豐富教學(xué)過程的表征樣態(tài)，為課堂教學(xué)的過程性評(píng)價(jià)提供可靠保障。因此，教育情感計(jì)算能夠?yàn)榻虒W(xué)過程評(píng)價(jià)提供新途徑，助力破解課堂教學(xué)的“黑箱”，為教育規(guī)律的挖掘和教學(xué)策略的改進(jìn)提供新的技術(shù)手段。 3.教育情感計(jì)算為學(xué)習(xí)機(jī)理闡釋提供新證據(jù) 學(xué)習(xí)科學(xué)研究的目標(biāo)是揭示“學(xué)習(xí)是如何發(fā)生的”，而以往關(guān)于學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)理的研究往往過于重視對(duì)學(xué)生認(rèn)知狀態(tài)的表征和認(rèn)知能力的測(cè)評(píng)，忽視了對(duì)學(xué)生情感狀態(tài)的關(guān)照。從個(gè)體發(fā)展的視角來看，認(rèn)知與情感是不可分割的統(tǒng)一整體，學(xué)習(xí)是認(rèn)知與情感相統(tǒng)一的精神活動(dòng)[7]，兩者在學(xué)習(xí)過程中存在著復(fù)雜的相互作用關(guān)系。因此，對(duì)學(xué)習(xí)機(jī)理的研究除了要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生認(rèn)知層面的研究，還要逐步重視對(duì)學(xué)生情感的測(cè)評(píng)與分析，挖掘情感狀態(tài)的動(dòng)態(tài)演化機(jī)制，探究情感與認(rèn)知之間的復(fù)雜關(guān)系，以探究深層次的學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)理。相關(guān)研究主要涉及以下內(nèi)容：①情感狀態(tài)的動(dòng)態(tài)演化機(jī)制，關(guān)注在真實(shí)教學(xué)過程中學(xué)生情緒狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，以探究教學(xué)環(huán)境、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)的變化對(duì)學(xué)生情感體驗(yàn)的影響機(jī)制。②情感狀態(tài)對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的影響機(jī)制。學(xué)習(xí)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，積極的情感狀態(tài)不一定會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生正向影響，而消極的情感狀態(tài)也不一定會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生負(fù)面影響。只有系統(tǒng)分析學(xué)生情感狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化序列，探究情感狀態(tài)變化與學(xué)習(xí)效果之間的復(fù)雜關(guān)系，才能更好地揭示學(xué)習(xí)的發(fā)生機(jī)理。③情感與認(rèn)知之間的復(fù)雜作用機(jī)理，涉及情感與認(rèn)知之間的動(dòng)態(tài)演化和耦合關(guān)系，旨在探究情感狀態(tài)的變化會(huì)對(duì)認(rèn)知狀態(tài)產(chǎn)生何種影響，以挖掘認(rèn)知與情感之間的關(guān)系。由此可見，教育情感計(jì)算能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)機(jī)理闡釋提供新證據(jù)，有助于拓寬學(xué)習(xí)科學(xué)的研究范疇，豐富學(xué)習(xí)規(guī)律研究的證據(jù)來源。 4.教育情感計(jì)算為學(xué)習(xí)干預(yù)實(shí)施提供新依托 隨著智能教育產(chǎn)品的逐漸成熟和生成式人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，智能技術(shù)賦能的精準(zhǔn)化學(xué)習(xí)干預(yù)成為智能教育研究的重要議題[8]。以往的學(xué)習(xí)干預(yù)主要指向?qū)W生的認(rèn)知層面，如通過對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握程度和認(rèn)知發(fā)展水平的智能分析，為其提供精準(zhǔn)化的資源推薦和學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃服務(wù)，幫助學(xué)生加強(qiáng)對(duì)薄弱知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。但其中的問題在于，此種干預(yù)模式將學(xué)生的學(xué)業(yè)問題完全歸結(jié)到認(rèn)知層面，而忽視了情感在學(xué)生學(xué)業(yè)發(fā)展中的調(diào)節(jié)和促進(jìn)作用，將智能學(xué)習(xí)干預(yù)窄化為單一的學(xué)業(yè)測(cè)評(píng)、認(rèn)知診斷和資源推薦。因此，智能學(xué)習(xí)干預(yù)不能局限于幫助學(xué)生強(qiáng)化知識(shí)掌握、提高認(rèn)知能力，還要幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、喚醒學(xué)習(xí)的自主性和能動(dòng)性、激發(fā)探索精神和求知欲、提升自主學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力。從這個(gè)意義上來說，教育情感計(jì)算能夠?yàn)橹悄軐W(xué)習(xí)干預(yù)提供新依托，只有在準(zhǔn)確識(shí)別學(xué)生情感狀態(tài)的基礎(chǔ)上精準(zhǔn)分析其學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)風(fēng)格，才能提升學(xué)習(xí)干預(yù)與學(xué)生需求的適配度，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)更加科學(xué)、高效的學(xué)習(xí)。 二、教育情感計(jì)算的現(xiàn)實(shí)困境 教育情感計(jì)算對(duì)于教育研究開展和教育實(shí)踐變革具有重要的支撐與引領(lǐng)作用，但同時(shí)也面臨情感指標(biāo)體系不完善、無感知情感數(shù)據(jù)采集分析難實(shí)現(xiàn)、情感發(fā)生機(jī)理難解釋、情感建模預(yù)測(cè)機(jī)制未建立、情感干預(yù)機(jī)制難落地等現(xiàn)實(shí)困境，這嚴(yán)重削弱了情感計(jì)算對(duì)于教育創(chuàng)新變革的實(shí)踐價(jià)值。 1.教育情感計(jì)算的指標(biāo)體系不完善 指標(biāo)體系構(gòu)建是教育人工智能研究的基礎(chǔ)性工作[9]。一套科學(xué)、合理的指標(biāo)體系有助于將人類能夠感知和理解的完整世界轉(zhuǎn)化為機(jī)器能夠建模和分析的具體對(duì)象，從而幫助機(jī)器更好地理解客觀事物的存在狀態(tài)。因此，構(gòu)建面向教育領(lǐng)域的情感計(jì)算指標(biāo)體系是教育情感計(jì)算研究的基礎(chǔ)保障，關(guān)乎教育研究應(yīng)該關(guān)注學(xué)習(xí)者的哪些情感狀態(tài)，以更好地表征學(xué)習(xí)過程、揭示學(xué)習(xí)機(jī)理。目前，已有一些成熟的方法或模型用來刻畫人類基礎(chǔ)的情感狀態(tài)，如Picard[10]提出的“開心、悲傷、害怕、生氣”四分類法，Ekman等[11]提出的“高興、驚訝、厭煩、悲傷、恐懼、憤怒”六分類法，以及Ortony等[12]提出的OCC(Ortony，Clore，Collins)模型、Russell等[13]提出的環(huán)形情感模型、Mehrabian[14]提出的PAD(Pleasure-displeasure，Arousal-nonarousal，Dominance-submissiveness)三維情感模型、Plutchik[15]提出的“倒錐體”情感模型等。但這些情感模型與教育場(chǎng)景的適配度較低，突出體現(xiàn)為恐懼、悲傷、憤怒等較為強(qiáng)烈的情緒狀態(tài)難以在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)，高興、厭煩、驚訝等情緒狀態(tài)在課堂當(dāng)中的表征也較為隱晦，難以挖掘其背后的教育意義。就教育情感計(jì)算的研究現(xiàn)狀來看，大多數(shù)研究者依然采用傳統(tǒng)的情感分類體系[16]，而未考慮其與教育場(chǎng)景的適配度；抑或采用某幾種情感標(biāo)簽去研究教育場(chǎng)景中常見的情緒狀態(tài)(如開心、困惑、平靜、厭倦)[17]，而尚未形成較為系統(tǒng)的情感分類指標(biāo)體系，因此無法滿足教育情感挖掘與分析的實(shí)踐需求。 2.無感知情感數(shù)據(jù)采集分析難實(shí)現(xiàn) 教育情感計(jì)算主張采用心理測(cè)量、行為測(cè)量、生理測(cè)量的方式對(duì)學(xué)生的情感狀態(tài)進(jìn)行感知和分析[18]，通過對(duì)學(xué)生話語、表情、姿態(tài)、生理等多模態(tài)數(shù)據(jù)的采集分析，應(yīng)用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的方法對(duì)學(xué)生的情感狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。此類研究更多地關(guān)注基于深度學(xué)習(xí)算法的多模態(tài)情感識(shí)別方法的研究，以提升情感分類的精準(zhǔn)度，但同時(shí)也存在兩個(gè)問題：①對(duì)多模態(tài)數(shù)據(jù)的采集分析較為依賴腦電、手環(huán)、眼動(dòng)等可穿戴設(shè)備，而智能裝備的應(yīng)用或多或少會(huì)對(duì)學(xué)生正常的學(xué)業(yè)表現(xiàn)和情緒狀態(tài)產(chǎn)生影響，干擾學(xué)生自然的情感體驗(yàn)。因此，此類研究往往發(fā)生于實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景，用于學(xué)術(shù)研究尚可，若用于改進(jìn)教學(xué)實(shí)踐則顯得捉襟見肘。②依據(jù)學(xué)生外顯的話語、表情、動(dòng)作、身體姿態(tài)等信息去刻畫學(xué)生即時(shí)的情感狀態(tài)，將面臨多模態(tài)數(shù)據(jù)的對(duì)齊、補(bǔ)齊、融合等一系列算法層面的挑戰(zhàn)，這給教育研究人員和一線的教師、管理者挖掘并分析學(xué)生的情感狀態(tài)帶來了較大挑戰(zhàn)，也在一定程度上限制了情感計(jì)算研究對(duì)教育實(shí)踐的賦能作用。可見，如何對(duì)真實(shí)教育場(chǎng)景中學(xué)生的情感狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、智能、無感知的精準(zhǔn)刻畫，是教育情感計(jì)算研究要解決的關(guān)鍵問題。 3.教育情感的復(fù)雜發(fā)生機(jī)理難解釋 學(xué)習(xí)既是學(xué)習(xí)者在與環(huán)境交互作用的過程中主動(dòng)建構(gòu)內(nèi)部心理表征的過程，也是在特定學(xué)習(xí)情境中學(xué)習(xí)者認(rèn)知和情感相互促進(jìn)、相互激發(fā)的過程。從教育情感計(jì)算的研究目的來看，其最終還是要揭示“學(xué)習(xí)是如何發(fā)生的”這一根本問題，通過對(duì)學(xué)生情感狀態(tài)的刻畫來理解學(xué)習(xí)過程、揭示學(xué)習(xí)規(guī)律、改良教學(xué)實(shí)踐。因此，對(duì)教育場(chǎng)景中情感發(fā)生機(jī)理的研究是教育情感計(jì)算需要解決的核心問題，對(duì)于教育實(shí)踐的優(yōu)化具有重要意義。但是，此問題本身具有較高的復(fù)雜性：①情感表征機(jī)制的復(fù)雜性。情感的發(fā)生和變化是學(xué)生外在行為和內(nèi)在生理、心理多重作用的結(jié)果，涉及行為、生理、心理、神經(jīng)等多個(gè)層面，需要整合教育學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、人工智能等多個(gè)學(xué)科的研究思想、研究方法和研究結(jié)論，以揭示深層次的情感發(fā)生機(jī)理。②情感影響因素的復(fù)雜性。學(xué)生的情感狀態(tài)不僅受外在的環(huán)境、資源、媒介等教育情境因素的影響，還受學(xué)生內(nèi)在認(rèn)知狀態(tài)的調(diào)控。基于此，如何挖掘相關(guān)要素對(duì)學(xué)生情感狀態(tài)的影響機(jī)制，成為教育情感計(jì)算研究需著力解決的問題。綜合上述分析，未來教育情感計(jì)算研究的開展需要從情感的表征機(jī)制和影響因素兩個(gè)層面來揭示教育場(chǎng)景中情感的發(fā)生機(jī)理，以強(qiáng)化情感計(jì)算研究對(duì)教育實(shí)踐的賦能作用。 4.全景化情感建模預(yù)測(cè)機(jī)制未建立 情感發(fā)生的“情境依存性”，是教育情感計(jì)算需要攻克的重要難題[19]。“情境依存性”是指學(xué)生的情感狀態(tài)受實(shí)際教育情境的影響，學(xué)段、學(xué)科、時(shí)間、教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境等不同，學(xué)生的情感體驗(yàn)也就不盡相同，這反映了學(xué)生深層次的認(rèn)知風(fēng)格、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等特征。基于此，如何實(shí)現(xiàn)全時(shí)空、多場(chǎng)景的教育情感建模與預(yù)測(cè)，成為教育情感計(jì)算研究需要關(guān)注和解決的難點(diǎn)問題，而解決此問題的主要困難在于：①教育情境的表征和計(jì)算機(jī)制尚未確立。教育情境是一個(gè)復(fù)雜概念，包含與學(xué)習(xí)有關(guān)的用戶、任務(wù)、時(shí)間、設(shè)備、資源、環(huán)境等要素[20]。目前，尚未有研究能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)教育情境的全時(shí)空、多維度表征與計(jì)算[21]，使得全景化教育情感建模與預(yù)測(cè)存在較大困難。②全時(shí)空多場(chǎng)景的教育情感計(jì)算難實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)全景化的情感建模與預(yù)測(cè)，需要進(jìn)一步細(xì)化研究場(chǎng)域，探究多學(xué)科、多場(chǎng)景中教育情境和學(xué)生情感之間的復(fù)雜關(guān)系，而這將面臨來自技術(shù)和倫理的雙重挑戰(zhàn)。基于此，教育情感建模與預(yù)測(cè)將成為教育情感計(jì)算研究的關(guān)鍵壁壘，這就需要進(jìn)一步加強(qiáng)教育情感建模與預(yù)測(cè)的理論和方法研究，建立適用于教育實(shí)踐發(fā)展的全景化情感建模預(yù)測(cè)機(jī)制。 5.教育情感的智能干預(yù)機(jī)制難落地 學(xué)生情感建模、分析和預(yù)測(cè)的主要目的是揭示情感的發(fā)生機(jī)理，并通過特定的干預(yù)措施幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)更加個(gè)性化、科學(xué)化的學(xué)習(xí)。以往的學(xué)習(xí)干預(yù)更多地聚焦于學(xué)生的認(rèn)知層面，如通過學(xué)習(xí)資源推薦、學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃等方式幫助學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識(shí)[22]。但這種干預(yù)策略過于強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生認(rèn)知層面的測(cè)評(píng)分析，而忽視了情感要素在學(xué)生學(xué)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵作用，使智能學(xué)習(xí)干預(yù)的科學(xué)性、可靠性、系統(tǒng)性得不到保障。基于此，如何對(duì)學(xué)生的情感進(jìn)行智能干預(yù)，成為教育情感計(jì)算研究需要解決的關(guān)鍵問題，而解決此問題的主要困難在于：①科學(xué)化的情感激勵(lì)機(jī)制難建立。以往的學(xué)習(xí)干預(yù)大多只針對(duì)學(xué)生的學(xué)業(yè)問題和學(xué)習(xí)需求簡(jiǎn)單、粗暴地為其匹配靜態(tài)的學(xué)習(xí)資源，認(rèn)為只要將資源推送給學(xué)生就能幫助其實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，而忽視了學(xué)業(yè)困難對(duì)學(xué)生興趣、動(dòng)機(jī)和毅力的挑戰(zhàn)。基于此，如何將情感因素納入智能學(xué)習(xí)干預(yù)的考慮范疇，通過設(shè)計(jì)特定的學(xué)習(xí)支架，由易到難地將學(xué)生引向深度學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)逐步提升自我效能感、體會(huì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的樂趣，是當(dāng)前情感干預(yù)研究需要解決的關(guān)鍵問題。②智能化的人機(jī)情感交互難實(shí)現(xiàn)。隨著生成式人工智能技術(shù)的快速發(fā)展和智能教育產(chǎn)品的逐漸成熟，機(jī)器在學(xué)習(xí)中扮演的角色越來越重要，人與機(jī)器的自然交互和深度協(xié)同成為現(xiàn)實(shí)，基于多輪人機(jī)對(duì)話的人機(jī)協(xié)同學(xué)習(xí)將成為未來學(xué)習(xí)的重要表征樣態(tài)。基于此，如何克服以往人機(jī)交互過程中情感互動(dòng)缺失所帶來的孤立、無助等負(fù)面情緒，同時(shí)豐富學(xué)生的情感體驗(yàn)、提高學(xué)習(xí)臨場(chǎng)感，成為未來智能情感干預(yù)研究需要關(guān)注的重要議題。 三、教育情感計(jì)算的發(fā)展方向 為破解教育情感計(jì)算的現(xiàn)實(shí)困境，本研究從情感計(jì)算指標(biāo)體系、情感計(jì)算系統(tǒng)、情感發(fā)生機(jī)理、情感建模分析、情感反饋與干預(yù)、情感計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)防控六個(gè)方面提出教育情感計(jì)算的發(fā)展方向，以推動(dòng)教育情感計(jì)算研究的常態(tài)化發(fā)展。 1.構(gòu)建面向教育領(lǐng)域的情感計(jì)算指標(biāo)體系 在智能教育領(lǐng)域情感計(jì)算的相關(guān)研究中，人工智能領(lǐng)域的專家、學(xué)者更偏重于探索數(shù)據(jù)與情感指標(biāo)之間的關(guān)系，致力于通過算法模型的優(yōu)化提升情感分類的準(zhǔn)確率，而對(duì)于研究的是哪幾類情感以及這些情感所表征的教育意義缺乏足夠關(guān)注，使得教育情感計(jì)算的相關(guān)研究逐漸淪為技術(shù)導(dǎo)向的算法創(chuàng)新性研究，忽視了其背后的教育意義[23]，因此有必要構(gòu)建面向教育領(lǐng)域的情感計(jì)算指標(biāo)體系。這就需要充分考慮教育場(chǎng)景的真實(shí)情況和教育人工智能研究的現(xiàn)實(shí)需求，并整合一線教師和智能教育研究人員的智慧與經(jīng)驗(yàn)，使設(shè)計(jì)的指標(biāo)既不會(huì)太過寬泛而增加情感識(shí)別的難度，也不會(huì)太過單一而無法表征其背后的教育意義，具體可從以下方面入手：①利用文獻(xiàn)分析法梳理以往研究中常見的情感指標(biāo)，結(jié)合經(jīng)典的情感分類模型，構(gòu)建面向教育領(lǐng)域的情感計(jì)算指標(biāo)體系；②向智能教育領(lǐng)域的專家、學(xué)者和一線教師征詢意見，篩選出教育場(chǎng)景中常見的情感指標(biāo)，并測(cè)算相關(guān)指標(biāo)的權(quán)重；③通過對(duì)真實(shí)學(xué)習(xí)過程中學(xué)生情感狀態(tài)的人工標(biāo)注和機(jī)器標(biāo)注，驗(yàn)證情感計(jì)算指標(biāo)體系的適用性和可靠性，并及時(shí)進(jìn)行修正與完善。 2.開發(fā)無感知教育情感智能計(jì)算系統(tǒng) 就教育情感計(jì)算的研究現(xiàn)狀而言，人工智能領(lǐng)域的專家、學(xué)者多關(guān)注基于多模態(tài)數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)算法的情感分類技術(shù)研究，教育領(lǐng)域的專家、學(xué)者多關(guān)注學(xué)生情感的發(fā)生機(jī)制和演化機(jī)理，而一線教師多期待通過刻畫學(xué)生的情感狀態(tài)來反映課堂教學(xué)效果。盡管不同主體的關(guān)注點(diǎn)存在差異，但都面臨一個(gè)共同的問題：對(duì)學(xué)生情感的自動(dòng)化、智能化監(jiān)測(cè)在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上難度較大，難以為教育教學(xué)實(shí)踐提供有效支撐。這就需要研究者聚焦教育研究與教學(xué)實(shí)踐的真實(shí)需求，開發(fā)無感知教育情感智能計(jì)算系統(tǒng)，將看起來難度較大的技術(shù)問題轉(zhuǎn)化為工程問題來解決，以此為教育情感計(jì)算提供工具支撐，具體可從以下方面入手：①開發(fā)無感知教育情感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用攝像頭、麥克風(fēng)等無感知設(shè)備對(duì)學(xué)生的話語、表情、手勢(shì)、身體姿態(tài)等多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；②訓(xùn)練基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的情感分類算法，利用多模態(tài)數(shù)據(jù)之間的信息互補(bǔ)機(jī)制，提升學(xué)生情感分類的準(zhǔn)確度，對(duì)學(xué)生情感狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)刻畫；③開發(fā)學(xué)生情感動(dòng)態(tài)分析工具，利用時(shí)間序列分析、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對(duì)學(xué)生情感的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律進(jìn)行深入的挖掘分析，以表征完整學(xué)習(xí)過程中學(xué)生情感狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。 3.探究多學(xué)段、多學(xué)科、多場(chǎng)景的情感發(fā)生機(jī)理 揭示情感的發(fā)生機(jī)理，既是教育情感計(jì)算研究的核心，也是教育科學(xué)研究的重要議題。學(xué)生情感的發(fā)生和演化不僅受外在情境要素、內(nèi)在認(rèn)知結(jié)構(gòu)的影響，也受行為、生理、神經(jīng)的多重調(diào)控，因此對(duì)學(xué)生情感發(fā)生機(jī)理的揭示是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。此外，學(xué)生的情感狀態(tài)在不同學(xué)段、學(xué)科、場(chǎng)景中也存在較大差異，因此教育情感計(jì)算研究需要加強(qiáng)對(duì)多學(xué)段、多學(xué)科、多場(chǎng)景的關(guān)照，整合多元化的研究結(jié)論揭示深層次的情感發(fā)生機(jī)理，具體可從以下方面入手：①注重教育情感的行為、生理和神經(jīng)表征，從學(xué)生的行為(如話語、表情、手勢(shì)、姿態(tài)等)、生理(如呼吸、心跳、眼動(dòng)、肌電、皮電等)、神經(jīng)(如腦電、血氧等)多個(gè)層面探究情感的生成與表達(dá)機(jī)制；②重視揭示學(xué)生情感的發(fā)生機(jī)制，探究真實(shí)教育場(chǎng)景中教師、同伴、環(huán)境、內(nèi)容、資源、媒體、活動(dòng)等情境要素以及學(xué)生內(nèi)在認(rèn)知狀態(tài)對(duì)學(xué)生情感的影響機(jī)制；③探索學(xué)生認(rèn)知與情感的關(guān)系及其對(duì)學(xué)業(yè)表現(xiàn)的影響機(jī)制，實(shí)現(xiàn)“認(rèn)知-情感-成效”的聯(lián)合表征和協(xié)同建模，探究認(rèn)知與情感的協(xié)同演化機(jī)制和復(fù)雜耦合機(jī)理，挖掘認(rèn)知、情感與成效之間的關(guān)系，探究深層次的學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)理。 4.開展基于情境感知的學(xué)習(xí)者情感建模分析 基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模旨在探究外在教育情境要素對(duì)學(xué)生內(nèi)在認(rèn)知和情感發(fā)展的影響機(jī)制，進(jìn)而揭示深層次的學(xué)習(xí)機(jī)理[24]。從教育情感計(jì)算研究的實(shí)踐需求來看，應(yīng)建立教育情境要素與學(xué)生情感體驗(yàn)的關(guān)系，明確在特定教育場(chǎng)景中學(xué)生情感的動(dòng)態(tài)變化過程，探究真實(shí)教育場(chǎng)景中人、機(jī)、物、環(huán)境等要素對(duì)學(xué)生情感狀態(tài)的影響機(jī)制，以挖掘?qū)W生深層次的學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生情感狀態(tài)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。這就需要開展基于情境感知的學(xué)習(xí)者情感建模分析，具體可從以下方面入手：①利用智能感知技術(shù)對(duì)多元教育場(chǎng)景中學(xué)生的情感狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，并對(duì)教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)媒體、教學(xué)活動(dòng)等教育情境要素進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)測(cè)評(píng)[25]；②建立教育情境要素和學(xué)生情感狀態(tài)之間的動(dòng)態(tài)映射關(guān)系，形成“教育情境-學(xué)生情感”的關(guān)鍵序列對(duì)，探究對(duì)學(xué)生情感具有顯著影響的教育情境特征，分析學(xué)生情感的關(guān)鍵影響因素；③通過大規(guī)模、長周期的教育數(shù)據(jù)積累，挖掘?qū)W生深層次的學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等特征，并構(gòu)建智能化的情感預(yù)測(cè)模型，以此對(duì)學(xué)生的情感狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。 5.完善智能教育系統(tǒng)的情感反饋與干預(yù)機(jī)制 智能教育系統(tǒng)的情感反饋與干預(yù)是教育情感計(jì)算研究在實(shí)踐領(lǐng)域的重要落腳點(diǎn)，旨在通過對(duì)學(xué)生情感狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精準(zhǔn)識(shí)別，為其提供科學(xué)、有效的情感反饋和情感干預(yù)，幫助學(xué)生獲得更加積極的情感體驗(yàn)。從學(xué)習(xí)干預(yù)的角度來看，學(xué)生的學(xué)業(yè)表現(xiàn)不佳是認(rèn)知能力、情感動(dòng)機(jī)等因素共同作用的結(jié)果。對(duì)學(xué)生的智能化學(xué)習(xí)干預(yù)不僅要充分考慮學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)，還要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生情感、態(tài)度、動(dòng)機(jī)等非認(rèn)知狀態(tài)的關(guān)照，以此豐富學(xué)習(xí)干預(yù)的依據(jù)，完善學(xué)習(xí)干預(yù)的實(shí)施策略，具體可從以下方面入手：①通過數(shù)據(jù)建模的方式，完善智能教育系統(tǒng)中學(xué)生情感的監(jiān)測(cè)、激勵(lì)與調(diào)節(jié)機(jī)制。綜合考慮認(rèn)知、情感對(duì)學(xué)習(xí)的雙重賦能作用，構(gòu)建系統(tǒng)的學(xué)習(xí)干預(yù)模型，在引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)體系、提升認(rèn)知水平的同時(shí)，重視情感要素在其中的干預(yù)和調(diào)節(jié)作用，確保智能學(xué)習(xí)干預(yù)的實(shí)施不會(huì)對(duì)學(xué)生造成過重的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)和學(xué)習(xí)壓力，能夠循序漸進(jìn)、由易到難地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、信心和動(dòng)力，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)學(xué)習(xí)的樂趣、增強(qiáng)學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)。②完善智能教育系統(tǒng)中教育智能體、教育數(shù)字人的情感生成與表達(dá)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)擬人化的情感交互。人機(jī)情感交互涉及機(jī)器對(duì)學(xué)生情感的捕捉與識(shí)別、解釋與預(yù)測(cè)、響應(yīng)與反饋、生成與表達(dá)等關(guān)鍵技術(shù)，旨在幫助機(jī)器精準(zhǔn)識(shí)別學(xué)生的困惑、沮喪、焦慮等負(fù)面情緒，通過話語、表情、眼神、動(dòng)作等方式加強(qiáng)人機(jī)之間的情感交互，幫助學(xué)生擺脫負(fù)面情緒，并通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、強(qiáng)化情感激勵(lì)、優(yōu)化情感反饋等方式幫助學(xué)生獲得更加積極的情感體驗(yàn)，以促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生。 6.健全教育領(lǐng)域的情