人臉表情識別技術(shù)在師范生教態(tài)訓(xùn)練中的應(yīng)用研究

張新燕

（江西師范高等?？茖W(xué)校，江西 鷹潭 335000）

隨著人工智能的迅猛發(fā)展，在教育領(lǐng)域掀起了巨大波瀾。人工智能和教育的有機融合，有助于改造傳統(tǒng)教育生態(tài)，探索新型教育模式，提升教育教學(xué)質(zhì)量。作為培養(yǎng)未來教師的師范院校亟待深化改革，加強師范生職業(yè)技能訓(xùn)練模式改革，探索適應(yīng)新形式、新要求的師范生職業(yè)訓(xùn)練新模式。大部分師范院校目前仍是應(yīng)用比較傳統(tǒng)的微格教學(xué)設(shè)備及模式訓(xùn)練學(xué)生的教學(xué)技能，而在人工智能時代我們更應(yīng)探索教態(tài)訓(xùn)練的智能化、自主化，減少技能訓(xùn)練中教師對師范生教態(tài)方面的重復(fù)低效率指導(dǎo)，從而教師能針對師范生技能訓(xùn)練中的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施等內(nèi)涵方面給予更多的指導(dǎo)練習(xí)，改善師范生教學(xué)技能訓(xùn)練效果，提高師范院校人才培養(yǎng)質(zhì)量。教態(tài)訓(xùn)練是師范生教學(xué)技能訓(xùn)練的一個基礎(chǔ)方面，而課堂教學(xué)教師表情是教態(tài)的一部分。本文結(jié)合實際情況探究人臉識別技術(shù)在師范生教態(tài)訓(xùn)練中應(yīng)用的可行性。

1 人臉表情識別技術(shù)的概述

人臉表情識別技術(shù)的提出主要是通過人臉識別攝像頭等圖像工具獲取靜態(tài)狀態(tài)下人臉的圖像或是動態(tài)狀態(tài)下的圖像序列狀態(tài)。通過結(jié)合圖像預(yù)處理軟件，對圖像的大小狀態(tài)和圖片顏色進行統(tǒng)一化的處理。實現(xiàn)頭部動態(tài)姿態(tài)的矯正、分割等，其目的就是優(yōu)化圖像質(zhì)量，清除噪音，統(tǒng)一圖像的標(biāo)準，為之后的特征提取和基礎(chǔ)識別奠定基礎(chǔ)。之后通過特征提取，將整個圖片的點面特點生成更加高級的圖像表述狀態(tài)，例如人像的形狀特點、運動狀態(tài)、顏色特點、紋理特征、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等，在相對穩(wěn)定的識別率狀態(tài)下，對多數(shù)的圖像數(shù)據(jù)信號進行降維處理，以此對人像的特點進行幾何提取、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、特征分析。以幾何的方式對人臉的實際特征進行系統(tǒng)的獲取，主要是對不同表情特點進行分析，例如眼睛、眉毛、嘴巴等位置進行精準的定位分析和測量觀察，確定最終的大小位置和距離分布以及形狀等多種實際的特征狀態(tài)，從而完成系統(tǒng)的表情識別。通過這種方式的提出能夠有效的減少數(shù)據(jù)量的傳輸，但是也會在此基礎(chǔ)上丟失一部分的精準信息，導(dǎo)致最終的表情失真。基于整體特征進行分析的方式能夠?qū)⑷四槺砬橹械南嚓P(guān)信息進行全面的統(tǒng)計然后通過PCA和ICA兩種數(shù)據(jù)處理方式，將人臉的表情特點進行一定的收集處理。在整個師范生的教態(tài)訓(xùn)練之中，通過對基礎(chǔ)的運動特征進行有效的提取，以光流法的方式進行觀察，然后在三維的圖像之上生成一定的投影信息，之后對數(shù)據(jù)進行有效的處理，能夠充分的在系統(tǒng)之中對人臉表情的變化實質(zhì)進行系統(tǒng)的反應(yīng)，這種情況不會受到光照的直接影響，但是也會有較大程度的計算量。人臉表情識別系統(tǒng)在實際的應(yīng)用過程中，其技術(shù)原理包含3個方面的內(nèi)容，即人臉檢測、人臉跟蹤和人臉比對。人臉檢測中主要是在動態(tài)的場景以及擁有復(fù)雜的背景中對于面像進行判斷。

2 人臉表情識別技術(shù)在師范生教態(tài)訓(xùn)練中的應(yīng)用意義

師范學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中除了基礎(chǔ)的教學(xué)理論知識學(xué)習(xí)之外，也應(yīng)當(dāng)加強教態(tài)訓(xùn)練的實施。在基礎(chǔ)的教學(xué)過程中，很多師范學(xué)生雖然都在日常進行過教學(xué)實踐演練，但是在實踐訓(xùn)練的過程中并沒有對自身的行為、表情、語言表達方式等方面進行過多的關(guān)注，只是單純的將課堂中講述的教學(xué)理論基礎(chǔ)常識進行應(yīng)用，不僅導(dǎo)致實踐課堂枯燥，也不能充分的將教學(xué)的實際意義充分體現(xiàn)出來。因此作為師范院校的教師，在現(xiàn)有的教學(xué)基礎(chǔ)上，要對學(xué)生本身教態(tài)訓(xùn)練方式進行指導(dǎo)。但教態(tài)并不是教學(xué)綜合技能最關(guān)鍵的部分，且很多問題是基礎(chǔ)的、共性的，教師過多地關(guān)注教態(tài)表情將耗費課堂教學(xué)時間，降低訓(xùn)練效率。而人臉表情識別技術(shù)的有效使用，主要是以基礎(chǔ)設(shè)備為核心開展師范生教態(tài)訓(xùn)練工作，不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測學(xué)生教學(xué)表情情況，提高學(xué)生自主訓(xùn)練效率及能力；同時能幫助教師從教態(tài)表情指導(dǎo)中解放出來，將主要精力用于教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動設(shè)計的指導(dǎo)上，提高教學(xué)質(zhì)量。

師范生的學(xué)習(xí)引導(dǎo)工作其目的就是為了有效的增進對于后期執(zhí)教過程中各項工作的練習(xí)，通過反復(fù)的表情訓(xùn)練和姿態(tài)演練，可以逐漸的培養(yǎng)師范生一種獨樹一幟的“教師氣質(zhì)”。而人臉表情識別技術(shù)的出現(xiàn)，更多的是通過信息化技術(shù)的支持和保障，通過云端數(shù)據(jù)庫的全面分析和系統(tǒng)綜合，有效的加快內(nèi)部資源的調(diào)節(jié)，以軟件和硬件上設(shè)施的配合第一時間將人的面部表情狀態(tài)，反應(yīng)在數(shù)據(jù)屏幕之上，再通過相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，將表情中所呈現(xiàn)出來的問題進行描述，通過打分的方式，將學(xué)生的教態(tài)特點實施剖析，最終通過打分的方式將學(xué)生的教態(tài)訓(xùn)練的得分情況進行呈現(xiàn)。通過這種技術(shù)的有效使用，學(xué)生能夠充分的明確自身在教態(tài)訓(xùn)練過程中存在的主要問題，結(jié)合現(xiàn)有的教態(tài)表現(xiàn)，適當(dāng)?shù)膶ψ陨淼慕虒W(xué)模式進行調(diào)整，不僅有效的促進師范生教態(tài)的規(guī)范，也能幫助學(xué)生有效的明確自身在教學(xué)訓(xùn)練過程中存在的各種問題，對教學(xué)模式進行及時的調(diào)整，以此全面促進各項教學(xué)任務(wù)的有序?qū)嵤?，推動教育教學(xué)模式轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)師范生的高質(zhì)量培養(yǎng)。

訓(xùn)練教師通過結(jié)合人臉表情識別技術(shù)，也能充分的對師范生教態(tài)訓(xùn)練之中的特點和問題進行細致的觀察，結(jié)合顯示屏中的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對師范生的訓(xùn)練狀態(tài)、訓(xùn)練成果、操作方式進行系統(tǒng)的評價，通過教育表達能力、教學(xué)表現(xiàn)效果、教學(xué)課堂反饋，從而進一步梳理現(xiàn)階段師范生的教態(tài)訓(xùn)練狀態(tài)，通過有效的調(diào)整，全面的分析，細致的觀察，在幫助師范生調(diào)整教態(tài)的同時，也能引導(dǎo)示范學(xué)生正確的認識自我，明確自身。人臉表情識別技術(shù)的有效使用，不僅促進了師范院校教育教學(xué)工作的落實，也實現(xiàn)了高質(zhì)量的師范生訓(xùn)練，為后期的教學(xué)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

3 人臉表情識別技術(shù)在師范生教態(tài)訓(xùn)練中應(yīng)用存在的問題

為了全面考查學(xué)生基于人臉表情識別技術(shù)實現(xiàn)教態(tài)訓(xùn)練的情況，教師也要對現(xiàn)有的教學(xué)方式進行調(diào)整，但是在充分應(yīng)用人臉表情識別技術(shù)的過程中仍舊存在諸多問題，不僅制約了師范生實踐訓(xùn)練能力的提升，也導(dǎo)致了多種訓(xùn)練問題的產(chǎn)生，制約了教學(xué)水平的提升和發(fā)展，造成了多種隱患問題的產(chǎn)生。一是教師普遍對于人臉表情識別技術(shù)認識不足，認為人臉表情識別技術(shù)的使用只是能夠記錄學(xué)生在教態(tài)訓(xùn)練過程中的實際情況，并不能幫助教師分析當(dāng)前師范生的教態(tài)訓(xùn)練的情況。很多教師對于人臉表情識別技術(shù)的開發(fā)使用水平較低，并不能在現(xiàn)有的教學(xué)基礎(chǔ)上，對師范生的學(xué)習(xí)狀態(tài)進行特別的關(guān)注，在應(yīng)用人臉表情識別技術(shù)的過程中，只是將人臉表情識別技術(shù)作為一種學(xué)習(xí)評價設(shè)備，不能將人臉表情識別技術(shù)的實際作用充分的發(fā)揮出來。且目前人臉表情識別技術(shù)在師范生教學(xué)技能方面的應(yīng)用較少，并沒有廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生仍舊秉承自身的實踐習(xí)慣，不能對教態(tài)訓(xùn)練中所呈現(xiàn)的問題進行及時修正。二是教師本身對人臉表情識別技術(shù)沒有充分地掌握，很多師范院校的教師，都富有專業(yè)的教學(xué)經(jīng)驗和師范生指導(dǎo)經(jīng)驗，他們認為學(xué)生的培養(yǎng)主要基于整個教學(xué)內(nèi)容的落實和實施，因此在進行師范生的教學(xué)指導(dǎo)過程中，始終秉承傳統(tǒng)的教學(xué)實踐方式，通過學(xué)生在上方教學(xué)訓(xùn)練，教師在下方糾正引導(dǎo)的方式進行。但教學(xué)改革的要求變化不斷加快，很多陳舊的實踐教學(xué)理念并不能適應(yīng)當(dāng)前的社會發(fā)展趨勢，師范院校教師需要不斷調(diào)整教學(xué)方式，以幫助師范類學(xué)生提升個人實踐教學(xué)能力培養(yǎng)。而通過人臉表情識別技術(shù)則是最容易幫助學(xué)生認識到自己教態(tài)訓(xùn)練中問題的技術(shù)手段，因此加快人臉表情識別技術(shù)的應(yīng)用普及有實際意義。

4 人臉表情識別技術(shù)在師范生教態(tài)訓(xùn)練中的應(yīng)用

4.1 生成對抗學(xué)習(xí)

人臉表情識別技術(shù)手段不僅能夠監(jiān)測學(xué)生教態(tài)訓(xùn)練過程中的實際問題，也能生成一種對抗性的學(xué)習(xí)方式，通過虛擬任務(wù)模擬和真實人物比較的方式，幫助師范生觀察到自身實施教態(tài)訓(xùn)練存在的主要問題。虛擬人物形態(tài)的呈現(xiàn)和主要教學(xué)工作的推進，主要是為了將一種正確的教態(tài)訓(xùn)練方式呈現(xiàn)出來，引導(dǎo)學(xué)生進行學(xué)習(xí)。而通過這種教態(tài)訓(xùn)練方式的推進，學(xué)生通過與虛擬形態(tài)進行比較，獲得一定的成績結(jié)果，才能深入的判斷自身完成教態(tài)訓(xùn)練項目中的主要問題。在傳統(tǒng)的人臉表情識別技術(shù)應(yīng)用過程中，教師通過比較人臉表情識別技術(shù)系統(tǒng)之中學(xué)生的教態(tài)訓(xùn)練的情況，人為的對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行分析，而通過新型的對抗性學(xué)習(xí)方式的構(gòu)建，能夠更好的幫助學(xué)生認識到自己的不足。在現(xiàn)階段的技術(shù)支持下，人臉表情識別技術(shù)的對抗性訓(xùn)練主要有3種選擇，一種是虛擬系統(tǒng)中的任務(wù)對抗訓(xùn)練，一種是兩人結(jié)合人臉表情識別技術(shù)完成的對抗性訓(xùn)練，還有一種是教師與學(xué)生溝通下的對抗性訓(xùn)練。不同的訓(xùn)練打分的標(biāo)準也有差異，但是最終形成的數(shù)據(jù)報告一致，都是評判教態(tài)訓(xùn)練的結(jié)果。

4.2 基于貪婪策略的深層次智能訓(xùn)練

基于貪婪策略的深層次智能訓(xùn)練，主要是通過人臉表情識別技術(shù)手段，讓學(xué)生在數(shù)據(jù)庫中形成自己的檔案，通過不斷的積累訓(xùn)練，只要達到了一定的標(biāo)準就可以接受下一層級的訓(xùn)練。這種訓(xùn)練方式的提出，一方面是為了讓學(xué)生打好基礎(chǔ)，另一方面通過逐漸增加基礎(chǔ)的難度，才能更好地幫助學(xué)生加深對于教態(tài)訓(xùn)練的認識和理解，也能在學(xué)習(xí)的過程中對自己的薄弱環(huán)節(jié)進行反復(fù)的訓(xùn)練操作，加強基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和理解，逐漸在學(xué)習(xí)的過程中獲得一定的基礎(chǔ)成就，提升個人的實踐操作能力。

4.3 特征提取

人臉表情識別技術(shù)在師范生教學(xué)技能訓(xùn)練方面應(yīng)用嘗試，可以幫助教師了解師范生教態(tài)訓(xùn)練過程中的實際特點。通過人臉表情識別技術(shù)的使用，能夠最大程度地將學(xué)生的表情特點、呈現(xiàn)效果充分展示出來。一方面幫助教師充分了解師范生教態(tài)訓(xùn)練過程中的實際情況；另一方面也幫助學(xué)生充分展示教態(tài)情況，最大程度地進行放大觀察，盡可能實現(xiàn)對于自身問題的梳理，幫助學(xué)生調(diào)整實踐方式，提升實踐水平。另外，人臉表情識別還可通過分析實時視頻中的面部朝向及表情管理，可有效獲知教學(xué)期間該師范生的低頭查看教案時間、面向黑板時間、是否給予左側(cè)學(xué)生與右側(cè)學(xué)生同等關(guān)注力等重要信息。

當(dāng)前采用人工智能技術(shù)進行師范生教態(tài)分析及技能訓(xùn)練具有一定的可行性，且有實時統(tǒng)計分析、識別準確的特點，在大規(guī)模的應(yīng)用中，可有效減少不客觀分析的出現(xiàn)，并減輕人工分析負擔(dān)，提高對師范生教學(xué)技能訓(xùn)練的針對性、時效性、準確性。人工智能技術(shù)的應(yīng)用能更好地推動實踐教學(xué)改革的落實，增進高校教學(xué)質(zhì)量，滿足師范學(xué)生的教學(xué)實踐訓(xùn)練需求。在現(xiàn)有的教學(xué)基礎(chǔ)上，將人臉表情識別技術(shù)應(yīng)用在師范生的教態(tài)訓(xùn)練過程中，不僅有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，同時也能讓師范學(xué)生充分認識到自身教學(xué)實踐操作中存在的實際問題。通過反復(fù)的對比訓(xùn)練和分層次的訓(xùn)練，進一步觀察自身實踐中的特點，及時對存在的問題進行梳理和糾正，不斷提升教學(xué)實踐能力，為今后的教育教學(xué)開展奠定堅實基礎(chǔ)。