普適計算環境下遠程教育情感交互的設計模型

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【摘要】普適計算強調把計算機嵌入到環境中去，讓人們關注的中心能從計算機回歸到任務本身，這種理念對遠程教育情感交互的實現有很強的促進作用。文章認為制約當前遠程教育情感缺失的三大成因是技術主義思潮、師生分離和計算技術的發展水平；而普適計算卻能突破傳統桌面計算的局限，使得遠程教育在情感表達、情感傳遞和情感識別等的技術實現上有著無比的優勢。文章在作者所構建的情感三維模型的基礎上，設計了普適計算支持的遠程教育人機情感交互模型和人際情感交互模型。

【關鍵詞】普適計算；遠程教育；情感模型；情感交互設計

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2009）04—0090—04

隨著技術的進步，新的傳播工具如PDA、手機、移動電視等不斷地涌現，新的數字媒體正不斷地刷新已有的傳播方式，同時也在不斷改變著我們的學習方式、工作方式和生活方式。正是在這樣的背景下，一種基于普適計算（Ubiquitous Computing，也譯為泛在計算）的普適媒體（Ubiquitous Media, 簡寫為Ubi-media）概念也逐漸地顯現出來。這種基于“信息空間和物理空間透明融合”理念[1]的普適計算究竟會對教育產生什么影響?會對遠程教育有何促進？本文將立足情感教學的角度，來探討它對遠程教育中情感交流的影響。

一 教育中的情感

1 情感與情感的三維模型

情感，是人類心理活動的重要組成部分，是人對客觀事物是否符合個人需要而產生的主觀體驗。一般說來，當客觀事物滿足人的需要時，人就會產生肯定的、積極的情感，如愉快、喜悅等，反之則會產生否定的、消極的情感，如悲傷、沮喪等。美國學者Goleman認為情感能力是人類智能的重要標志[2]。在決定一個人事業成功的因素中，情商即領會、運用和表達情感的能力可能比智商更重要。在教學活動中，情感是伴隨始終的，它是一種非常重要的非智力因素，它對激發學習者的學習動機、促進學習者的人格健康發展起著積極的推動作用。

情感是一個多維度的復合體，關于它的構成，實驗心理學創始人德國心理學家馮特（W?Wundt）曾提出了“愉快－不愉快，興奮－沉靜，緊張－松弛”的情感三維模型，H?S?Chosberg提出了“愉快－不愉快，注意－拒絕和激活水平”模型，上海師范大學盧家楣教授則傾向于“快感度、強度和復雜度”的三維模型，借鑒如上專家的觀點以及色彩的三維模型，我們構建了如下情感三維模型（如圖1所示），這一模型能給普適媒體的情感計算提供參考。在該模型中，情感類別，情感飽和度和情感強度具體內容分別如下所述。

情感類別，是指區別不同情感的本質特征，按照普拉切克（R?Plutchik）的觀點[3]，任何情感體驗都是由接受、厭惡、憤怒、恐懼、愉快、悲傷、驚奇和期待這8種單純體驗構成。因此這8種情感被稱為基本情感。

情感飽和度，是指情感的純度，如果一種基本情感中夾雜了其它情感，則其飽和度就會降低。

情感強度，是指情感從微弱到強烈的不同等級的差異，如同樣是愉快有愉悅、高興、歡樂、大喜、狂喜等不同等級。當然這種等級是連續的，而非人為劃定的斷續過程。

2 情感與認知的關系

情感與認知一樣，都是教育所要追求的目標，它是人類精神生活中最重要的組成部分，是人全面發展必不可少的，尤其是對人類發展自身、提高生命價值的功能有重要意義[4]，一個好的教學活動，不僅要讓學生掌握知識、理解概念，同時也要促進學生形成積極的情感。認知是情感的基礎，情感是通過認識活動的折射而產生的，所謂認識的折射，就是指人在過去經驗中所形成的愿望與渴求的系統對當前認識活動的影響[5]。同時情感又影響認知過程，認知和情感是在相互影響、相互作用下發展的。黑格爾在談到情感的作用時說：“我們簡直可以斷然聲稱，假如沒有熱情，世界上一切偉大的事業都不會成功”[6]，高度的認知熱情可以調動我們身心各個認識器官以及大腦皮層各個部位認識的積極性和創造性，使人們產生靈感，進入一種直覺或頓悟狀態，進而使疑難問題奇跡般地得到解決，從而提高認識的效能。

二 遠程教育情感缺失與原因

雖然遠程教育在豐富教育資源、突破時空限制、降低教學成本等方面有著一定的優勢，但在情感教學領域它卻陷入了困境?？疾炷壳斑h程教育的主流—網絡教育的發展現狀，眾多學者無不擔憂大部分網絡教學并沒有發揮多媒體計算機和網絡的優勢，僅僅將文本形式的教材生吞活剝地照搬到網絡上。這樣就使得理性的工具淡化了非理性的情感，數字的脈沖取消了生存的樂趣[7]。在不知不覺中，那些在人類普通的情感領域的東西，如暗示，感染，觸摸，模仿等具體的行為方式在遠程教育中遭遇了失落[8]。這種情感的缺失有可能導致人的情感、自主性、價值感甚至尊嚴慢慢地被異化。這種異化將使得人不再是自然的人，而變成了機器的附屬物[9]。概括說來，造成遠程教育情感缺失的現狀主要有如下三方面原因：

1 技術理性思潮

在工業時代，人類生活的各方面都被技術沖擊和改變著。工具與技術的蔓延造成了對技術的狂熱崇拜，人類把奧妙無窮的大自然簡化約為可用數學計算、可為技術操控、可用勞動征服的客觀物質對象[10]。在這種技術理性思潮的影響下，傳統遠程教育和教學設計遵循的是機械論、還原論和確定論，反映出來的是技術主義、實用主義和功利主義，它強調教學目標制定的精確化、細化、可觀察、可測量、可操作。這種方法雖對低級認知目標有一定的幫助，但在面對情感、態度和意志等人性化的問題時就顯得無能為力。于是，大部分遠程教育設計者將情感因素舍棄一邊，避而不談。這種態度造成了師生在教學過程中只注重認知目標的實現，而忽略了情感目標的實現與評價。

2 師生分離

分離使得師生之間不能像常規教育那樣及時地、面對面地交流。在傳統課堂教學中，師生之間的交流主要是通過語言、手勢、體態、眼神、面部表情、語氣、語調甚至是老師來回踱步從而造成師生之間距離的變化等來實現的。這種情感傳遞是真實、迅速并且是有效的。然而在遠程教育中，由于空間的隔離，教師授課時的面部表情、手勢、體態、眼神等情感信息在簡單的文本傳遞之中丟失了。這種丟失可能造成兩種后果，一是學生難以感受到教師對他們的關注，在學習中容易產生迷茫、散漫的情緒；二是教師也很難體會到學生的感受，無法有效了解學生的學習進程。

3 計算技術發展的水平

雖然情感計算研究取得了一定的進展，但作為一種成型的計算模式在大眾的日常學習和生活中還沒有得到推廣。目前遠程教育所依托的計算技術還僅僅停留在桌面計算的階段。眾所周知，桌面計算在遠程教育的應用中存在著不少缺陷，特別是在情感傳遞和表達方面愛莫能助。首先，用戶必須端坐在計算機前，如果想要移動位置或改變方向則顯得很困難[11]；其次，人與計算機的交互還存在技術障礙，僅局限于鼠標、鍵盤或其它外設上，無法從容自然地進行。這兩個因素限制了情感表達和傳遞。端坐在計算機前并因敲擊鍵盤和控制鼠標等的需要，四肢基本上被束縛住了，這意味著通過手勢和體態所傳達出來的情感首先就喪失了。其次，因端坐在計算機前，師生之間的距離自始至終沒有任何改變，這種通過師生之間距離變化所帶來的心理感覺也喪失了。再次，計算機屏幕上抽象的字符無法傳達復雜的情感，雖然可通過耳麥或攝像頭來傳遞聲音和視頻來彌補，但這種聲音沒有距離變化感，視頻也僅僅是大頭像，無法表現肢體的動作狀態。

三 普適計算與遠程教育情感交互的實現

普適計算是計算機技術發展的一個新階段?？v觀計算機技術的發展歷史，計算模式經歷了第一代的巨型機計算模式和第二代的PC機計算模式，而即將到來的第三代計算模式即為普適計算。普適計算的思想最早是1991年Mark Weiser在《Scientific American》的“the Computer for the 21st Century ”中提出的[12]，他強調把計算機嵌入到環境或日常工具中去，讓計算機本身從人們的視線中消失，讓人們注意的中心回歸到要完成的任務本身。有專家認為人的認知成長過程是一種“情感—語言—文字—符號”的由具體到抽象的過程，而計算模式正好相反，是一種“符號—文字—語言—情感”的由抽象到具體的過程。Weiser的思想正好是認知成長的情感階段和計算模式的情感階段的相交點，這一思想可以用圖2來概略體現[13]。從圖中我們可以得知，與巨型機計算和桌面計算相比，普適計算是一種更適合情感表達的計算模式。在普適計算支持的環境中，人們可以在工作、生活的現場就可以獲得服務，而不需離開這個現場去端坐在一個專門的計算機面前，這種基于普適計算的普適媒體就像空氣一樣無所不在，這也就是MIT的普適計算研究計劃命名為Oxygen的原因所在[14]。人們在使用普適媒體時正如使用傳統的筆和紙一樣，計算不再局限于桌面，用戶可通過手持設備、可穿戴設備或其它計算設備無障礙地享用計算能力和信息資源，同時這些設備還可通過無線通信技術與Internet連接起來。因此，普適媒體的真正要旨是要突破傳統只固定于人們面前的桌面計算機模式，為人類打造一個360度的計算環境，即cyberspace。在這種環境中，人機交互的接口也從傳統的鍵盤、鼠標和顯示器這些固定設備，擴展到人們生活和工作環境中的用品、家具甚至房間和建筑物，使得計算機接口將與用戶的生活環境相融合。

鑒于此，基于普適計算的遠程教育在情感傳遞和表達上有著明顯的優勢。在普適計算支持下，首先人們可從計算機面前解放出來并可在物理空間里自由走動，這時計算機系統能感知到人的遠近變化，于是人們通過手勢、體態和遠近變化所傳達出來的情感信息就可以被計算機感知并傳遞。其次，由于普適媒體是不可見的、無需人們有意識注意或操控的計算機，因此在教學活動開展的時候，人們可以在課程本身上賦予更多的注意力，情感表達也更為順暢和自然。另外，在與計算機交互時，人們可能并不是與單個計算機交互，而是與若干個相互連接、具有計算能力的分布式的設備交互，這種交互事實上是與cyberspace在進行交互。這就使得捕捉面部表情和人體姿態的攝像機能突破傳統機位固定，角度單一，景別無變化的拍攝方式，而采用一種多機位、多角度的機器布置方法。這種布機方法使得情感信息更具感染力。

四 普適計算支持的遠程教育情感交互設計

1 設計的理論基礎——人文主義

當前,人們對科學技術的追求和崇拜遠遠超過對人文價值的理性關注。在新技術出現的時候,我們更應該關注理想、精神、道德、信仰和情感等人文精神的作用[15],我們更應該呼喚人文精神在網絡信息時代的回歸和復興,以理性和道德引導現代技術的應用和發展。因此，在對普適媒體支持的遠程教育情感交互設計時，我們應該自覺地將人文主義納入設計視野并作為設計的主導思想。

2 設計的技術基礎——情感計算

情感計算（affective computing ）是一個高度綜合化的技術領域，通過計算機科學與心理科學、認知科學的結合，研究人與人交互、人與計算機交互過程中的情感特點，設計具有情感反饋的人機交互環境，從而實現人與計算機的情感交互。讓計算機具有情感能力是由MIT Minsky教授首先提出來的，他指出問題不在于機器能否有任何情感，而在于機器實現智能時怎么能夠有情感[16]。如果將計算機賦予類似于人類的情感能力，能夠感知和表達情感，那么人與自然，人與機器就能夠達成一種和諧，人類就可以放棄鍵盤、鼠標等毫無知覺的交互外設，自由地與機器進行交流。MIT媒體實驗室的Picard教授在1997年出版的專著“Affective Computing”中也指出“情感計算是指關于情感、情感產生以及影響情感的計算”，他試圖創建一種能感知、識別和理解人的情感、并對人的情感做出智能、靈敏、友好反應的計算機系統[17]。情感計算的過程可通過圖3來表示[18]。

3 設計的具體內容—人機交互與人際交互

（1）人機情感交互模型

對于機器是否能夠識別和傳遞人的情感，不少人產生了質疑。事實上，對于人的情感在某種程度上計算機是可以進行定性和定量分析的，通過傳感器監控，然后使用計算機技術處理和傳回[19]。對于人機之間的情感交互，我們設計了如下模型，如圖4所示。

在該模型中，整個過程由構成閉合回路的六個階段組成。這六個階段就是情感捕捉、情感識別、綜合分析、情感理解、情感建模和系統輸出。在情感捕捉階段，主要由臉部表情捕捉、姿態變化捕捉、語音情感捕捉和文本情感捕捉四個子模塊來完成情感信息的捕捉。臉部表情捕捉可通過智能攝像機對眼睛、鼻子、眉毛、嘴等的位置變化來進行定位、測量，從而確定其大小、距離、形狀以及比例等特征。體態、聲音和文本所體現的情感信息都有相應的智能設備來進行捕捉，比如智能攝像機、麥克風、文本信息處理器等。這些捕捉來的信息都由相應的情感識別單元來進行處理，識別出來的信息送至綜合分析單元，分析出其情感類別、情感強度和情感飽和度信息，得出的結果送至情感信息數據庫進行對比，然后由應答單元決定相應情感信息的回答，回答信息確定后再次傳回情感信息數據庫，并從數據庫中提取相關的情感信息，然后決定應答情感的情感類別、情感強度和情感飽和度，接著生成面部表情、姿態變化、語言聲學和情感文本等相關參數，然后再將這些參數提供給情感表達單元進行情感建模，構建好了的情感模型再通過交互界面輸出并傳遞給用戶。

（2）人際情感交互的模型

針對人際情感交互，即以普適媒體系統為中介的學習者與學習者之間，學習者與指導者之間，學習者與共同體之間的情感交互，我們設計了如圖5所示的情感交互模型。

該模型是一個關于應答單元旋轉對稱的結構，在應答單元左右兩側兩部分的功能幾乎一致，都是由用戶、情感捕捉、情感識別、分析單元、情感建模和輸出六部分組成。這一模型與圖4所示模型具有一定的相似性，同樣具有人機交互中情感捕捉、情感識別、分析處理、情感理解、情感表達和系統輸出的過程，只是下一模型除解決人機交互外，還要解決如何正確傳遞用戶之間的情感，因此顯得更為復雜。

結語

普適計算能突破傳統桌面計算模式，給人類帶來了諸多便利。其運用于遠程教育，在促進人類認知發展上具有得天獨厚的優勢，但在進行教學設計時，如果我們不加強其情感交互和情感傳遞的研究，那么它極易成為人類異化的加速器和幫兇。對普適計算支持的遠程教育進行情感交互設計尚處于摸索階段，其重點是情感捕捉、識別、分析和表達四個基本環節，本文所設計的幾個模型也僅僅起拋磚引玉作用，還不成熟，希望得到專家們的指正。

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