計算機支持協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境中情感本體的構(gòu)建

單美賢 張靜文 趙 煜

（南京郵電大學(xué) 教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210023）

一、引言

人們經(jīng)常把情感和理性分離，認為情感是理性決策或推理的障礙，但近年來的研究表明，情感因素（如挫折、混亂、自豪等）是學(xué)習(xí)過程中的主要影響因素（Immordino & Damasio，2007）。隨著人們對于“情感是學(xué)習(xí)的核心因素”觀點的深入理解，研究者們開始強調(diào)認知的研究需要轉(zhuǎn)向更綜合的視角，強調(diào)認知、實踐和情感是密切相關(guān)且交織在一起的。學(xué)習(xí)過程有三個核心因素：認知變化、社會交互和情感行為（Baker, Andriessen, & J?rvel?, 2013；宗陽，陳麗，鄭勤華，胡紅梅，2017），計算機支持的協(xié)作學(xué)習(xí)（Computer- Supported Collaborative Learning，簡稱CSCL）需要致力于這三個維度的研究，尤其是情感維度。

情感計算在情感識別方面的研究成果已經(jīng)應(yīng)用于CSCL中檢測與識別學(xué)習(xí)者的情感狀態(tài)（D’Mello, Craig, Graesser，2009; Feidakis & Daradoumis, 2013; Azevedo et al. 2013; Monkaresi, Bosch, Calvo, & D’Mello, 2017），CSCL系統(tǒng)可以使用采集到的學(xué)生情感信息來改善學(xué)習(xí)，因為CSCL環(huán)境中情感狀態(tài)的識別與表達，是小組協(xié)作學(xué)習(xí)活動成功的關(guān)鍵因素（Reis et al. 2015; Isotani et al. 2013; Moore, 2017）。有研究者把情感反饋技術(shù)與學(xué)生個性特征的知識相結(jié)合開發(fā)了Agent-Tutor，以響應(yīng)學(xué)生的情感（Woolf, Burelson, & Arroyo, 2007）。教育人工智能領(lǐng)域也發(fā)布了適用于一系列個體學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)者情感模型，這些模型構(gòu)成了一系列科學(xué)分析（包括情感與學(xué)生學(xué)業(yè)成績間的關(guān)系）的基礎(chǔ)，這些模型也被用作自動化干預(yù)的基礎(chǔ)（Okur , Aslan, Alyuz, Esme, & Baker, 2018）。然而團隊層面的情感不同于技術(shù)支持個人學(xué)習(xí)環(huán)境中的情感狀態(tài)，團隊群體組成的相關(guān)因素定義仍然是一個挑戰(zhàn)，加之CSCL環(huán)境中團隊情感的作用機理研究仍處于起步階段，大多數(shù)研究集中在開發(fā)模型以支持情緒和人格特質(zhì)，很少有研究側(cè)重于團隊情感狀態(tài)和社會情感因素建模方面的框架、方法和工具，沒有足夠的實踐策略對檢測到的團隊情感狀態(tài)進行有效的響應(yīng)，為響應(yīng)學(xué)習(xí)者情感狀態(tài)而設(shè)計的工具也相當(dāng)有限。本文則利用本體方法建立CSCL環(huán)境中的情感本體系統(tǒng)，用于描述協(xié)作學(xué)習(xí)中與情感相關(guān)的實體、概念、屬性以及它們之間的關(guān)系，為CSCL環(huán)境中的情感狀態(tài)系統(tǒng)提供支持，進而更好地為協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)者提供有效的情感反饋和支持，增強學(xué)習(xí)者之間的互動，更好地促進學(xué)習(xí)者積極投入在線協(xié)作學(xué)習(xí)活動。

二、相關(guān)研究

計算機科學(xué)從研究“存在”和“存在的本質(zhì)”的哲學(xué)領(lǐng)域借用了本體 （Ontology） 這一術(shù)語，近年來在人工智能、信息科學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。計算機科學(xué)專家Studer、Benjamins 和 Fensel（1998）將本體定義為：對概念體系的明確的、形式化的、可共享的規(guī)范。

（一）情感本體的相關(guān)研究

情感本體的構(gòu)建是為了更好地描述情感詞匯之間的語義信息，目前研究主要是詞匯之間的相似關(guān)系和詞匯的情感傾向性。Benta、Rar?u 和 Cremene（2007）提出了一種基于本體的用于情境感知應(yīng)用的情感狀態(tài)表示，它可以表達情感狀態(tài)之間以及情感狀態(tài)與背景元素間的復(fù)雜關(guān)系。Yan、Bracewell、Fuji和Shingo（2008）則使用知網(wǎng)的HowNet半自動創(chuàng)建了中文情感本體。王蘭成和徐震（2013）采用基于HowNet的通用情感概念和基于領(lǐng)域語料的專業(yè)領(lǐng)域情感概念共同構(gòu)建情感本體，對涉華軍事網(wǎng)絡(luò)輿情進行情感傾向性分析。另外，一些中文文獻的情感本體則借鑒大連理工大學(xué)林鴻飛團隊整理的中文情感本體庫，把情感詞匯共分為7大類22小類（徐琳宏，林鴻飛，趙晶，2008）。

梁芷銘、周玫和寧朝波（2014）提出的網(wǎng)絡(luò)輿情觀點挖掘所使用的情感本體來自“中國知網(wǎng)”發(fā)布的情感分析用詞語集，它將詞語分為正面評價和負面評價；Monkaresi等（2017）提出了一個用本體論描述的情感語義詞典，詞典中的情感詞語被標記為積極、消極和中立；Lin等（2018）則基于修正的OCC模型提出了可視化情感本體論，在語義上定義情感的同時，利用形狀、線條和顏色為模型中的情感創(chuàng)建可視化。情感本體的研究為本文關(guān)于協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境中的情感詞匯分類提供了依據(jù)，需要考慮詞匯的情感效價度（積極或消極）和喚醒度（情感被激發(fā)到多大程度）。

（二）協(xié)作學(xué)習(xí)中本體的相關(guān)研究

自2000年Inaba、Supnithi、Ikeda、Mizoguchi和Toyoda（2000）提出利用本體來建立協(xié)作學(xué)習(xí)模型概念系統(tǒng)的開創(chuàng)性工作以來，一方面，研究者們改進這一本體并將其應(yīng)用于支持協(xié)作學(xué)習(xí)的本體感知系統(tǒng)的開發(fā)，詹永照、謝志峰、毛啟容（2007）提出了協(xié)同學(xué)習(xí)環(huán)境中的感知本體模型，對協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境中的感知信息進行合理有效的組織。Isotani等（2013）基于語義網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建了CHOCOLATO（本體感知協(xié)作學(xué)習(xí)創(chuàng)作工具），以幫助新教師設(shè)計有效的協(xié)作學(xué)習(xí)場景。另一方面，ITS系統(tǒng)中開始使用協(xié)作學(xué)習(xí)本體來協(xié)助角色分析、學(xué)習(xí)活動選擇、策略定義、小組形成等。Barros Verdejo、Read和Mizoguchi（2002）以活動理論作為組織本體元素的理論框架，定義了協(xié)作學(xué)習(xí)本體，用于關(guān)聯(lián)和整合真實協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境中的協(xié)作學(xué)習(xí)元素，包括：工具、規(guī)則、分工、社區(qū)、主體、對象（目標）和結(jié)果，并強調(diào)各元素之間的關(guān)聯(lián)。目前，協(xié)作學(xué)習(xí)本體的研究已經(jīng)以不同方式應(yīng)用于支持CSCL場景的設(shè)計：Villasclaras-Fernandez等（2009）定義了一種綜合方法，使用具有不同粒度的教學(xué)組件來組合協(xié)作學(xué)習(xí)場景；Chacón-Pérez、Hernández-Leo、Emin和Villasclaras （2014）提出了一種本體論方法，用于描述協(xié)作學(xué)習(xí)場景的CSCL模式。

E-Learning中與情感相關(guān)的本體研究有：Gil、virgili-Gomá、García和Mason（2015）通過提供用于描述與情感相關(guān)的檢測和表達系統(tǒng)的通用本體，以克服個性化情感計算應(yīng)用程序所缺乏的靈活性。Arguedas、Xhafa、Daradoumis和Caballe（2015）提出了設(shè)計一個特定的本體來表示E-Learning學(xué)習(xí)中的情感現(xiàn)象，并基于事件—條件—行動規(guī)則系統(tǒng)，把本體用于設(shè)計虛擬情感教學(xué)導(dǎo)師，以提供適當(dāng)?shù)那楦蟹答?。陶小梅和牛秦洲?015）采用本體建模技術(shù)對學(xué)習(xí)中的情感相關(guān)概念進行建模，通過對本體的推理查詢生成適用的認知和反饋策略集合。這些研究的關(guān)注點側(cè)重于技術(shù)支持個人學(xué)習(xí)環(huán)境中的情感狀態(tài)。

已有的研究表明，CSCL本體提供了一個概念元模型，可以在此基礎(chǔ)上開發(fā)可共享和可重用的知識庫，有助于：①根據(jù)不同的溝通方式、任務(wù)和學(xué)習(xí)目標等確定CSCL環(huán)境；②定義用于概念建模和構(gòu)建協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境的工具；③分析CSCL中的協(xié)作，以確定協(xié)作學(xué)習(xí)是否有效或者在何種情況下更有效。但情感本體和CSCL本體兩者相結(jié)合的研究仍鮮見，原因在于：情感特別是團隊情感在CSCL環(huán)境中的作用研究仍然處于起步階段，因為情感體驗是一種內(nèi)在的、主觀的感受，如何將其準確、有效地量化，是CSCL環(huán)境需要解決的一個根本問題。為此，CSCL環(huán)境中情感本體的研究目的是嘗試提出一種有效的方法來標記協(xié)作學(xué)習(xí)過程中的情感行為，提供智能支持以便有效地將本體用作知識庫，使得（智能）導(dǎo)師能夠捕捉、評估學(xué)生的情感，并提供適當(dāng)?shù)那楦蟹答仯寣W(xué)生意識到協(xié)作學(xué)習(xí)過程中個體和其他小組成員的情感，以使學(xué)生更好地參與協(xié)作學(xué)習(xí)。

三、本體的構(gòu)建

本文借鑒上文所述的情感本體和協(xié)作學(xué)習(xí)本體研究，以活動理論（Engestrom, Miettinen, & Punamaki, 1999）為基礎(chǔ)，針對CSCL環(huán)境中情感研究的主要方面（情感感知和情感反饋），創(chuàng)建CSCL情感本體，目標在于：檢測和呈現(xiàn)學(xué)生在CSCL討論過程中的情感，分析并解釋這些情感，同時識別產(chǎn)生這些情感的原因，以支持學(xué)習(xí)者對自己情緒的意識（自我意識）、對群體中其他成員情緒的意識（群體意識）、學(xué)生對群體內(nèi)部行為的反思、管理自己的情緒，并為學(xué)習(xí)者提供適當(dāng)?shù)那楦蟹答仭；诨顒永碚摰腃SCL情感模型見圖1。

①在CSCL環(huán)境中，學(xué)習(xí)者（主體）進行以目標為導(dǎo)向的協(xié)作學(xué)習(xí)活動，通過使用特定的工具（文本、對話等）與小組成員進行協(xié)作與交互。

②依據(jù)活動理論，這里的共同體（或群體）是指CSCL環(huán)境中與學(xué)習(xí)者共同完成協(xié)作學(xué)習(xí)過程的小組成員和教師。在CSCL環(huán)境中，基于情感領(lǐng)域的知識庫（本體是構(gòu)建知識庫的基本結(jié)構(gòu)）和ECA（Event- Condition-Action）規(guī)則系統(tǒng)的使用，可以把導(dǎo)師設(shè)計為智能代理。情感智能導(dǎo)師是由一組與外部世界不同場景或條件相關(guān)聯(lián)的行為組成，每一行為都包含一組功能（功能代表一種ECA規(guī)則，當(dāng)特定事件發(fā)生時，如果滿足觸發(fā)條件，則執(zhí)行相關(guān)動作），從而為情感智能導(dǎo)師提供針對每一種情況的響應(yīng)。

③協(xié)作學(xué)習(xí)任務(wù)（即活動理論中的客體），是學(xué)習(xí)者通過協(xié)作學(xué)習(xí)活動完成的目標。活動理論強調(diào)以目標為導(dǎo)向，在協(xié)作過程中，無論采用什么樣的活動形式、什么樣的活動過程，目標是確定的。

④工具，活動理論中的工具可以理解為CSCL環(huán)境，在此基礎(chǔ)上，我們進一步強調(diào)情感感知工具、情感分析工具和情感反饋工具。情感感知工具可以使用多模式技術(shù)（如日志文件、眼動追蹤、生理傳感器、面部表情等）獲取協(xié)作學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)者的情感信息，并把情感信息轉(zhuǎn)換為文本，借助情感語法標記和CSCL情感本體，把情感信息轉(zhuǎn)換為情感標簽文件。情感標簽文件包含每個學(xué)習(xí)者的平均情感信息，用于觸發(fā)自動推理中的模糊規(guī)則系統(tǒng)。情感分析工具則借助模糊規(guī)則系統(tǒng)來分析和解釋協(xié)作學(xué)習(xí)活動中學(xué)習(xí)者的情感狀態(tài)，為情感智能導(dǎo)師和學(xué)生提供情感反饋信息，情感智能導(dǎo)師則為學(xué)生團隊的形成、個人目標、協(xié)作目標和情感反饋提供支持。

⑤規(guī)則是CSCL協(xié)作學(xué)習(xí)過程中的一種制約，例如：協(xié)作過程中小組成員間的互動機制。

圖1 基于活動理論的CSCL情感模型

⑥分工，包括協(xié)作小組工作空間定義、活動定義、小組角色分配、會話結(jié)構(gòu)定義等。協(xié)作學(xué)習(xí)方案需要根據(jù)具體情況進行調(diào)整，這是通過把特定值分配給多個參數(shù)來實現(xiàn)的，本體則為這些參數(shù)提供了可用值的明確結(jié)構(gòu)列表。共享工作空間以半結(jié)構(gòu)化類型消息的形式為對話提供支持，通過基于CSCL本體的創(chuàng)作工具定義工作空間，在此協(xié)作環(huán)境中學(xué)習(xí)者可以執(zhí)行定義的學(xué)習(xí)活動。

（一）定義類及類的層次

為了確定本體的領(lǐng)域與范圍，首先把CSCL領(lǐng)域中的資源進行歸類總結(jié)形成概念，定義領(lǐng)域中的概念，然后建立概念之間的層次關(guān)系，并設(shè)置它們之間的屬性和約束。本體描述語言使用OWL DL，利用Protégé 5.5手工構(gòu)建領(lǐng)域本體，然后使用RacerPro對領(lǐng)域本體的一致性進行檢測（見圖2）。CSCL本體包含四個部分：工作空間 （Workspace）、社區(qū) （Community）、活動 （Activity）、工具 （Tools）。其中：①工作空間支持小組的每次協(xié)作學(xué)習(xí)任務(wù)，有角色（分工方法）、目標（個體目標、小組目標）、執(zhí)行任務(wù)的規(guī)則（對話過程類型、交互模式、主題的結(jié)構(gòu)化）三個元素；②社區(qū)包括學(xué)生和教師，學(xué)生元素包括學(xué)習(xí)者個體和學(xué)習(xí)協(xié)作小組，教師元素則包括教師和情感智能導(dǎo)師；③活動包括會話討論階段、會話討論狀態(tài)和貢獻類型；④工具則包含了所有與CSCL環(huán)境中情感相關(guān)的元素，包括情感感知、情感分析與情感反饋。以下詳細討論與情感關(guān)聯(lián)密切的元素。

1. 工作空間支持

圖2 CSCL環(huán)境中的本體結(jié)構(gòu)

對CSCL環(huán)境中的學(xué)習(xí)者（Student）進行二級分類，得到“學(xué)習(xí)者個體（Individual）”和“學(xué)習(xí)協(xié)作小組 （Group）”（見圖3）。①“學(xué)習(xí)者個體”包括情感狀態(tài) （Emotional State）、認知狀態(tài) （Cognitive State）、人格特質(zhì) （Personality Traits）。在進行閱讀、研究或其他學(xué)術(shù)活動時，Ekman和Friesen（1971）的六種基本情感（悲傷、快樂、憤怒、驚訝、厭惡和恐懼）并不像其他情感（興趣、困惑、無聊）那樣經(jīng)常反映出來。因此，CSCL中學(xué)習(xí)者個體的情感狀態(tài)關(guān)注（D’Mello & Calvo, 2013）：投入/流 （Engagement/Flow）、享受 （Enjoyment）、驚喜 （Surprise）、沮喪 （Frustration）、無聊 （Boring） 和困惑 （Confusion），前面三種狀態(tài)是積極的情感狀態(tài)，后面三種狀態(tài)是消極的情感狀態(tài)。因此，個人情感狀態(tài)Individual_Emotional_State = {Positive_Emotional_State ∪Negative_Emotional_State}。②“學(xué)習(xí)協(xié)作小組”包括知識共享 （Knowledge_Sharing）、小組監(jiān)管 （Group_Supervision）、情感互動 （Emotional_Interaction）。其中情感互動包括：討論動機感受、分享關(guān)于協(xié)作或任務(wù)的積極或消極的感受、討論完成任務(wù)的信念、表達良好的團隊精神、鼓勵團隊成員等。

圖3 學(xué)生類構(gòu)成框圖

圖4 活動類構(gòu)成框圖

2. 活動類

活動理論中是把活動作為分析單元的概念，具有豐富的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以在一組任務(wù)中構(gòu)建相關(guān)的活動，例如：任務(wù)解釋、知識建構(gòu)、過程討論、問題解決等協(xié)作任務(wù)，在此過程中學(xué)習(xí)者與協(xié)作小組中同伴之間的互動離不開會話。為此，根據(jù)會話討論把“活動”（Activity）進行3個二級分類，即會話討論階段 （Stage in the Discussion）、會話討論狀態(tài) （State of Discussion）和貢獻類型 （Contribution Type）（見圖4）。①會話討論階段有三個主要階段：提議 （Proposing）、爭論 （Arguing）和同意 （Agreeing），這三個階段在協(xié)作過程中常常重復(fù)并交錯著。②會話討論狀態(tài)：積極性（Activeness）、平衡（Balance）、分歧（Divergency）、流暢（Fluency）、僵局（Impasse）。③貢獻類型包括：倡議 （Initiative）、創(chuàng)造力 （Creativity）、發(fā)展 （Elaboration）和協(xié)調(diào)一致性 （Conformity），貢獻值的計算公式為：

其中 代表每個類型的貢獻數(shù)， 是貢獻的屬性值（即上面四種貢獻類型）。

3. 工具類

對CSCL環(huán)境中的工具進行3個二級分類，得到“情感感知”（Emotion Awareness，也稱情感意識）、“情感分析”（Emotion Analysis）和“情感反饋”（Affective Feedback）（見圖5）。其中：①“情感感知”包括個體感知 （Self Awareness）、小組感知 （Group Awareness）。個體感知的是個體情感狀態(tài)，例如：投入、享受、驚喜、沮喪、無聊和困惑；小組感知的是小組成員情感狀態(tài)（Group Emotional State），例如：驕傲、羞恥、欽佩、責(zé)備、贊同、同情、鼓勵、反對、批評等。②“情感分析”包括個體情感分析 （Individual Emotional Analysis） 和小組情感分析 （Group Emotional Analysis）。③“情感反饋”包括態(tài)度行為 （Attitudes and Behaviors）和教師反饋 （Teacher Feedback）。

（二）構(gòu)建CSCL情感本體的關(guān)系

圖5 工具類構(gòu)成框圖

圖6 對象屬性圖

本體中的關(guān)系表示概念之間、概念和個體實例之間的關(guān)聯(lián)。定義的對象屬性（即關(guān)系）如圖6所示。圖7呈現(xiàn)了CSCL本體類之間的關(guān)系，典型的關(guān)系有：子類關(guān)系（subClassOf—虛線表示）、成員關(guān)系（MemberOf—實線表示）等，CSCL情感本體還包括以下關(guān)系：hasValue，Support Activity，is Treated With，hasConsequence等。

關(guān)系豐富度的評估用于揭示本體中的各種關(guān)系（見式1），其中：RR表示關(guān)系的豐富度，P代表關(guān)系的數(shù)量，SC代表子類的數(shù)量（繼承關(guān)系）。RR值接近于零表明大多數(shù)關(guān)系是類-子類關(guān)系，而RR接近于1的本體表示大多數(shù)關(guān)系是語義關(guān)系。

圖7 CSCL本體類之間的關(guān)系

（三）知識庫和ECA規(guī)則

為了分析和識別協(xié)作活動中的情感作用，需要密切關(guān)注學(xué)習(xí)者在與同伴協(xié)作工作時的互動研究?？傮w來說，分析的目的是理解和解釋協(xié)作過程，在計算方法中，分析包括從參與者的行為和交互中收集數(shù)據(jù)，然后推斷出結(jié)論。因此，分析的第一步是記錄用戶在解決任務(wù)時執(zhí)行的所有訪問和操作，然后通過處理這些原始數(shù)據(jù)來得出結(jié)論，同時考慮系統(tǒng)配置的元素以及觀察者選擇的評估標準（這些標準存儲在知識庫中）。

規(guī)則本身不是作為本體的一部分存儲，而是存儲在知識庫中。知識庫的設(shè)計者需要思考記錄中的什么類型數(shù)據(jù)可以計算，如何把數(shù)據(jù)之間的關(guān)系表達為規(guī)則，本體則是通過提供分析中涉及的每個元素來為數(shù)據(jù)表示成規(guī)則這一過程服務(wù)的：配置元素，處理標準（計算處理規(guī)則輸入值的通用任務(wù)），以及這些規(guī)則的前提和結(jié)果。用于編輯知識庫的工具則使用模糊邏輯算法從本體中的可用變量列表選擇一個變量列表作為輸入來編輯規(guī)則，本體中包含的變量可以是：NumberProposals、NumberParallelDiscussions和RateBetweenContributions （Number Contribution或Size Contribution）。隨后，該工具自動為模糊值的所有可能組合生成完整的規(guī)則集。此外，可以通過將其他規(guī)則鏈接在一起來生成規(guī)則，因為一個規(guī)則的結(jié)果可以是后續(xù)規(guī)則的前提。

在情感本體中，圖1所示的ECA規(guī)則中的事件是在兩個層次上自動生成的。

第一層級，在學(xué)習(xí)平臺上自動生成事件：①對于虛擬空間中學(xué)生的每個活動任務(wù)啟用或配置單獨的個人干預(yù)，為了響應(yīng)該事件，在干預(yù)文本上運行情感分析工具（Emotion_Analysis），然后在分析內(nèi)容的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建個體情感分析（Individual_Emotional_Analysis）子類的一個實例，實例包括：文本、工作空間名稱、學(xué)生代碼和活動代碼{ the text of the statement, the name of workspace, code of student and code of activity}。②一組學(xué)生完成任務(wù)時，為響應(yīng)事件，情感分析工具是在任務(wù)的全文本上運行，根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)創(chuàng)建（Group_Motional_Analysis）子類的一個實例，包括：文本名稱、工作空間名稱、小組代碼和活動代碼{ the text of the item, the name of workspace, the group code and the code of the activity}。

第二層級，每次為Group_Emotional_Analysis子類和Individual_Emotional_Analysis子類生成新實例時，都會自動觸發(fā)新事件。對于每一個事件都有評估條件，上文描述的屬性對情緒分析中獲得的數(shù)據(jù)設(shè)置了限制。最后，作為行動，教師會收到適當(dāng)?shù)姆答?，學(xué)生會收到與評估條件相適應(yīng)的不同反饋。

綜上，CSCL情感本體研究的第一個目標：檢測和表示情感，我們使用已知的情感分析工具來識別和標記協(xié)作過程中的情感，使用本體建立一個能夠識別文本中情感感知概念的知識庫。研究的第二個目標：在協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境中分析和解釋這些情感，對情感狀態(tài)的分析需要考慮其發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境（我們把所有的與協(xié)作學(xué)習(xí)活動相關(guān)的信息定義為學(xué)習(xí)環(huán)境），我們使用本體作為計算方法來表示這種情境，使得具有情感反饋功能的CSCL環(huán)境在響應(yīng)情感狀態(tài)檢測的同時，向?qū)W習(xí)者發(fā)送適當(dāng)?shù)那楦谢蛘J知信號，以確保學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)過程的投入和堅持。

四、CSCL情感本體應(yīng)用

本體生成的結(jié)構(gòu)化元素構(gòu)成了設(shè)計和開發(fā)CSCL環(huán)境的必要基礎(chǔ)，因此，我們以圖1為指導(dǎo)，結(jié)合某高校“交互設(shè)計”課程，利用本體來定義和構(gòu)建基于活動理論的CSCL環(huán)境，設(shè)計基于項目的協(xié)作學(xué)習(xí)活動，這樣既可以利用本體進行協(xié)作過程的分析與評估，也可以指導(dǎo)CSCL協(xié)作活動。

研究對象：某高校數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)“交互設(shè)計”課程的54名大二學(xué)生，3或4人一組，采用隨機分組形式，共15組。其中8組為實驗組，小組成員在Moodle 平臺上進行協(xié)作學(xué)習(xí)，另外7組為控制組，在面對面的環(huán)境中完成協(xié)作學(xué)習(xí)活動，協(xié)作學(xué)習(xí)流程等其他因素與實驗組一樣，只是沒有提供情感反饋支持。

以“根據(jù)用戶需求確定項目功能”這一任務(wù)為例，協(xié)作學(xué)習(xí)的具體流程為：每個小組討論確定真實的用戶需求→把真實的需求歸類放入表格中→根據(jù)需求發(fā)散討論具體的功能點→收斂功能點→把功能點放入對應(yīng)的需求表格中→對功能點進行說明→整理需求功能文檔。在每項任務(wù)結(jié)束時，使用基于模糊的分類模型來識別和處理學(xué)生在協(xié)作學(xué)習(xí)平臺上創(chuàng)建的所有文本中提取的情感信息。一方面，根據(jù)CSCL情感本體模型，把收集到的數(shù)據(jù)用于觸發(fā)模糊規(guī)則，以獲得學(xué)生在實現(xiàn)各自任務(wù)期間所經(jīng)歷的情感狀態(tài)；另一方面，使用描述性統(tǒng)計來呈現(xiàn)小組協(xié)作過程中情感狀態(tài)的變化，并把這些數(shù)據(jù)提供給（情感智能）導(dǎo)師和參與協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)生，通過這種方式，（情感智能）導(dǎo)師可以進行干預(yù)，給予相關(guān)的支持和反饋，學(xué)生則可以更好地意識到自己在虛擬學(xué)習(xí)空間互動過程中的情感狀態(tài)。

表1 實驗組主體間效應(yīng)的檢驗

表2 控制組主體間效應(yīng)的檢驗

表3 實驗組與控制組-主體間效應(yīng)的檢驗

表1到表3的方差分析數(shù)據(jù)表明，無論是實驗組還是控制組，在完成協(xié)作活動的過程中，組內(nèi)成員之間的情感狀態(tài)不存在顯著差異（實驗組F=1.647, p=0.176>0.05；控制組F=1.331, p=0.288>0.05），但實驗組和控制組之間的情感狀態(tài)則存在著顯著差異（F=4.074, p=0.001<0.05）。實驗組通過CSCL環(huán)境情感本體為參與者提供了情感感知和情感反饋，有助于學(xué)習(xí)者更好地了解小組成員的情感狀態(tài)，從而更好地開展協(xié)作活動。

五、結(jié)語

情感計算技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)研究的深入，為CSCL環(huán)境中的情感研究提供了基礎(chǔ)。本研究以活動理論為基礎(chǔ)，通過描述CSCL環(huán)境中與情感相關(guān)的實體、概念、屬性以及它們之間的關(guān)系，來創(chuàng)建CSCL情感本體，并應(yīng)用于教學(xué)實踐過程，以幫助學(xué)習(xí)者意識到協(xié)作學(xué)習(xí)過程中個體和其他小組成員的情感，以使學(xué)生更好地參與協(xié)作學(xué)習(xí)。下一階段我們將嘗試使用多模態(tài)方式（文本、語音、生物信號等）來獲取協(xié)作學(xué)習(xí)過程中的情感狀態(tài)數(shù)據(jù)，并進一步改進模糊規(guī)則系統(tǒng)，以便在獲取更多更客觀的情感數(shù)據(jù)的同時，能更準確地實時處理和分析學(xué)生的情感狀態(tài)，以使CSCL系統(tǒng)能通過相應(yīng)的情感反饋來預(yù)測情感狀態(tài)的發(fā)生。