基于圖像情感分析的學(xué)生在線學(xué)習(xí)評(píng)估算法

張帥

（廣州工商學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系，佛山 528138)

0 引言

教學(xué)評(píng)估是教育領(lǐng)域的一個(gè)重要工作，也是教學(xué)工作評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。由于評(píng)價(jià)機(jī)制的不完善，當(dāng)前學(xué)校教育和教育培訓(xùn)的教學(xué)評(píng)估體系都面臨著諸多的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，教育領(lǐng)域習(xí)慣于學(xué)生對教師或課程進(jìn)行評(píng)分，教師對學(xué)生進(jìn)行考試，這樣的方法進(jìn)行雙向評(píng)估。對于學(xué)生對教師或課程的評(píng)分，經(jīng)常會(huì)受到其他因素的影響。例如：教師的權(quán)威、學(xué)生對成績的擔(dān)憂、學(xué)生對教學(xué)效果缺乏對比的經(jīng)驗(yàn)等。教師對學(xué)生的考試也不盡人意。例如：考試的試卷是否全面，難度是否合適，學(xué)生考試狀態(tài)是否正常等。由于測試的時(shí)間短，主管因素太大，導(dǎo)致這些測試或評(píng)分難以真正的表達(dá)教學(xué)評(píng)估的效果[1][2]。因此，本算法重點(diǎn)針對“在線學(xué)習(xí)的評(píng)估算法”進(jìn)行說明。

1 現(xiàn)有技術(shù)存在的問題

（1）無法對教學(xué)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，要等到課程結(jié)束之后才能知道結(jié)果。

（2）只能對教學(xué)的整體進(jìn)行反饋，粒度太大，無法評(píng)估教學(xué)的細(xì)節(jié)內(nèi)容。

2 基于圖像情感分析的學(xué)生在線學(xué)習(xí)評(píng)估算法的基本思路

本算法面向在線課程，通過使用攝像頭，對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過狀態(tài)圖像分析出教學(xué)的每一個(gè)時(shí)刻的效果，并對整體進(jìn)行分析和評(píng)估。

本算法主要的步驟：

（1）通過學(xué)生的攝像頭對學(xué)生進(jìn)行拍攝；

（2）對學(xué)生的狀態(tài)圖像進(jìn)行檢測，檢查是否包含人臉[3]；

（3）對包含人臉的圖像進(jìn)行情感識(shí)別分析[4]，檢測學(xué)生的心里狀態(tài)；

（4）對每個(gè)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)分；

（5）對該課程所有學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

應(yīng)購買鮮活的水產(chǎn)品。在買魚的時(shí)候，盡量要挑選活魚。沒有活魚時(shí)，要聞一下魚是否有異味或臭味，有異味或臭味的魚不要買。用手指按下魚的身體部位，如果魚肉比較硬，說明魚剛死不久。

整體流程如圖1。

圖1

下面分別進(jìn)行詳細(xì)說明。

（1）通過學(xué)生的攝像頭對學(xué)生進(jìn)行拍攝

本算法主要應(yīng)用于在線教育。要想對教學(xué)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)的評(píng)估，就要抓住學(xué)生的實(shí)時(shí)反饋。在在線教育中，學(xué)生唯一的實(shí)時(shí)反饋就是學(xué)生的神態(tài)。因此需要對學(xué)生的神態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝。

在學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)提示學(xué)生打開攝像頭，并告知學(xué)生攝像頭的用途。

（2）使用攝像頭進(jìn)行拍攝

（3）檢測圖像是否包含人臉

在圖像中如果不包含人臉則無法對學(xué)生的狀態(tài)進(jìn)行分析。如果發(fā)現(xiàn)圖像不包含人臉，則對學(xué)員進(jìn)行提醒。

不包含人臉的圖像仍需進(jìn)行保存。不包含人臉的圖像可能原因是：

①攝像頭位置不對，這需要學(xué)員進(jìn)行調(diào)整；

②學(xué)員不在電腦旁，這說明學(xué)員臨時(shí)有事，或者學(xué)員對課程沒有興趣。

因此不包含人臉的圖像對教學(xué)效果仍有一定的意義。

（4）對包含人臉的圖像進(jìn)行情感識(shí)別分析，檢測學(xué)生的心里狀態(tài)

使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對包含人臉的圖像進(jìn)行情感識(shí)別訓(xùn)練，主要將圖像進(jìn)行情感分類。訓(xùn)練圖像來源于Cohn-Kanade(CK)Database。該數(shù)據(jù)庫是由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人研究所和心理學(xué)系共同建立的人臉面部表情數(shù)據(jù)庫。包含210位年齡跨度在18-50歲成年人的2105個(gè)正面照，其中包含了69%的女性和31%的男性。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過訓(xùn)練，將拍攝的學(xué)生圖像輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得出分類結(jié)果，就可以評(píng)估出當(dāng)前學(xué)生的心里狀態(tài)。學(xué)生的主要心理狀態(tài)包括：生氣、高興、悲傷、驚訝、厭惡、恐懼、蔑視和中性。

（5）對狀態(tài)進(jìn)行評(píng)分

學(xué)生的心理狀態(tài)對教學(xué)效果的影響是不同的。例如：如果學(xué)生表現(xiàn)為生氣，說明學(xué)生對教學(xué)的過程產(chǎn)生了非常大的不滿；但是如果學(xué)生表現(xiàn)為高興，說明學(xué)生對教學(xué)的過程感到滿意。

因此要對不同的心理狀態(tài)進(jìn)行分?jǐn)?shù)換算。具體換算分?jǐn)?shù)如表1所示。

表1

不同心理狀態(tài)的分值，通過使用統(tǒng)計(jì)算法進(jìn)行估計(jì)，要求保證所有課程的最終評(píng)估結(jié)果符合正態(tài)分布。計(jì)算的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)小數(shù)，對結(jié)果進(jìn)行取整操作，形成最終的分值結(jié)果。

（6）對該課程所有學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)出一門課，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)聽課學(xué)生的狀態(tài)分值，對分值求平均數(shù)，表示這門課程在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)的最終教學(xué)效果。對一門課程所有時(shí)間的教學(xué)效果進(jìn)行匯總可以形成一個(gè)連續(xù)的曲線，這可以形象直觀地表示出每一個(gè)教學(xué)點(diǎn)的具體教學(xué)效果了。

3 結(jié)語

使用圖像識(shí)別的方法對學(xué)生進(jìn)行情感識(shí)別，利用情感識(shí)別來對教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)評(píng)估的顆粒化，對教學(xué)過程的每一分鐘都進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。實(shí)現(xiàn)了教學(xué)評(píng)估的實(shí)時(shí)化，對教學(xué)評(píng)估效果可以短時(shí)間立刻查看。