張帥

（廣州工商學(xué)院計算機科學(xué)與工程系，佛山 528138)

0 引言

教學(xué)評估是教育領(lǐng)域的一個重要工作，也是教學(xué)工作評價的重要指標(biāo)。由于評價機制的不完善，當(dāng)前學(xué)校教育和教育培訓(xùn)的教學(xué)評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)生對教師或課程進行評分，教師對學(xué)生進行考試，這樣的方法進行雙向評估。對于學(xué)生對教師或課程的評分，經(jīng)常會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。由于測試的時間短，主管因素太大，導(dǎo)致這些測試或評分難以真正的表達教學(xué)評估的效果[1][2]。因此，本算法重點針對“在線學(xué)習(xí)的評估算法”進行說明。

1 現(xiàn)有技術(shù)存在的問題

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

（2）只能對教學(xué)的整體進行反饋，粒度太大，無法評估教學(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)進行實時監(jiān)控，通過狀態(tài)圖像分析出教學(xué)的每一個時刻的效果，并對整體進行分析和評估。

本算法主要的步驟：

（1）通過學(xué)生的攝像頭對學(xué)生進行拍攝；

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

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

（4）對每個狀態(tài)進行評分；

（5）對該課程所有學(xué)生進行統(tǒng)計分析。

應(yīng)購買鮮活的水產(chǎn)品。在買魚的時候，盡量要挑選活魚。沒有活魚時，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

下面分別進行詳細(xì)說明。

（1）通過學(xué)生的攝像頭對學(xué)生進行拍攝

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

在學(xué)生進入學(xué)習(xí)系統(tǒng)時，系統(tǒng)就會提示學(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)進行分析。如果發(fā)現(xiàn)圖像不包含人臉，則對學(xué)員進行提醒。

不包含人臉的圖像仍需進行保存。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)員進行調(diào)整；

②學(xué)員不在電腦旁，這說明學(xué)員臨時有事，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行情感識別分析，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行情感識別訓(xùn)練，主要將圖像進行情感分類。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)進行評分

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)計算法進行估計，要求保證所有課程的最終評估結(jié)果符合正態(tài)分布。計算的結(jié)果會出現(xiàn)小數(shù)，對結(jié)果進行取整操作，形成最終的分值結(jié)果。

（6）對該課程所有學(xué)生進行統(tǒng)計分析

統(tǒng)計出一門課，每個時間點聽課學(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時間點的最終教學(xué)效果。對一門課程所有時間的教學(xué)效果進行匯總可以形成一個連續(xù)的曲線，這可以形象直觀地表示出每一個教學(xué)點的具體教學(xué)效果了。

3 結(jié)語

使用圖像識別的方法對學(xué)生進行情感識別，利用情感識別來對教學(xué)效果進行評估，實現(xiàn)了教學(xué)評估的顆?；?，對教學(xué)過程的每一分鐘都進行了評價分析。實現(xiàn)了教學(xué)評估的實時化，對教學(xué)評估效果可以短時間立刻查看。