基于學生困惑情緒的學習結果預測研究

葉韻 張暖 張展榮

[摘 要] 學習情感伴隨著學習行為產生，是學習者在學習過程中的重要特征屬性。當前已有眾多對人類情感在教育領域的研究，大多基于整個學習情緒概念展開，本研究首先討論了學習情緒與學習結果之間的聯系，再對為什么困惑情緒不可替代地成為學習預測的良好特征因子做出詳細闡述，最后對困惑情緒在未來教育的應用發展進行展望。

[關鍵詞] 學習困惑;情感計算;學習者模型;學習預測

[作者簡介] 葉 韻，浙江工業大學教育與科學技術學院碩士研究生，研究方向：教育大數據與個性化學習、情感計算;張 暖，浙江工業大學教育與科學技術學院碩士研究生，研究方向：教育大數據與個性化學習、情感計算;張展榮，浙江工業大學教育與科學技術學院碩士研究生，研究方向：教育大數據與個性化學習、情感計算。

[中圖分類號] G645 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）29-0060-03 ? ?[收稿日期] 2019-10-17

一、引言

隨著人工智能技術的不斷發展，其領域下的情感計算受到人們的廣泛關注。情感計算，就是關于情感、情感產生以及影響情感方面的計算，是一個多學科交叉的領域。從目前研究現狀可以看到，情感計算已經在建立學習者情感模型、對學習者學習結果進行預測等方面有良好表現，但目前的大部分情感計算研究都只針對整個學習情感概念進行展開。我們認為人類的學習情緒在學習中的作用不是整齊劃一的，情感計算在教育中的研究應該有更進一步的討論和更具針對性的應用場景。

二、學習情緒與學習結果之間的聯系

學習包括推理生成，因果推理，問題診斷，概念比較和連貫解釋等一系列認知過程，期間通常會伴隨著情感狀態產生。相對于人類的基本情緒（喜、怒、哀、樂、悲、恐、驚），學習過程中頻繁出現的困惑、投入、沮喪、厭倦等學習情緒（Learning Emotion）更能夠影響學習者的學習效果（DMello&Graesser）。這些伴隨的情感狀態，一部分是消極情緒，如刺激，挫折，憤怒，有時在學習者犯錯時會感到憤怒，有時在失敗中體會沮喪等;另一部分是積極情緒，如當任務完成，挑戰被征服，見解被證實，或者在研究中有重大發現時，學習者就會體會到流動，喜悅，興奮等積極情感狀態。這是因為當人們檢測到新信息或差異信息時，會發生輸入和知識信息的不匹配，注意力會轉向差異性信息，此時自主神經系統會加強個人的喚醒狀態，情緒狀態就會發生變化。而這種伴隨學習的情感喚醒，這種學習者經歷的各種情緒可能，則取決于當前情境，差異信息變化的數量以及重要目標是否被阻止。在心理學文獻中已有充分的證據表明，學習者的學習情緒受到學習者的知識和目標的影響，與學習者的學習結果息息相關，這些理論中的控制價值理論尤其受到關注。

Pekrun在2006年討論了成就情感的控制價值理論及其對教育研究和實踐的啟示。在該研究中與成就相關活動有關的情感被稱為成就情感，成就情感在心理學中被定義為與成就活動或成就成果直接相關的情感。控制價值理論基于這樣一個前提，學習者對事物的控制力和價值的評估是成就情感的喚醒基礎，也就是學習情緒的產生來自對學習任務和學習活動價值進行的有控制的認知評估，而在此過程中產生的成就情感又影響著行為結果[1]。該理論提供了一個綜合框架分析了學習者在學習過程中所經歷情緒的產生和這些情緒對學生成就的影響，為使用學習情緒作為學習結果預測因子的系列研究提供理論基礎。

三、學習困惑是學習者建模的良好特征

1.學習情緒與學習結果。在學習預測的過程中，由于學習者不僅有不同的學習需求，而且還具有不同的學習特征，學習行為與學習情感等均存在很大的個體差異，為了使教學更具適應性和真正做到以學習者為導向，Jaru？觢ek&Pelánek在2012建立模擬真實教學情境的學習者模型，用來預測學習者在教學中的表現[2]。這種預測在現代教育系統中至關重要，學習者模型的準確預測能夠及時體現學習者的當前學習狀態，可以進行學業預警和給教育者調整教學策略提供依據，也大大提高了為不同知識和背景、有特定需求的學習者提供個性化教學的可能。K Chrysafiadi更進一步的提出學習者模型表示的應該是學生的特征和相應水平，包括知識技能、認知行為、情感體驗等[3]，至此學習者的情緒特征納入學習者建模的考慮范圍。徐鵬飛等也將情感模型劃分為學習者模型的重要分類之一[4]。大量的研究證實了學習者的學習情緒與其短期內取得的學習成果有關[5，6]，還有研究利用學習者在學習過程中的學習情緒較好地預測了學習者的學習結果[7]。

2.學習困惑與學習結果。基于學習情緒是學習建模過程中的良好因子，是預測學習者學習結果的重要特征，我們的研究針對學習情緒展開。我們在上面的研究中也有提到，學習情緒包括困惑、投入、沮喪、厭倦等，但經過對相關文獻的整理分析，我們認為困惑情緒是較其他學習情緒在學習預測中表現最佳的情緒特征因子。Pekrun對困惑的定義是一種學習者遇到沖突矛盾、矛盾、異常時出現的認知狀態或知識情緒。

首先，在已有的研究中發現，困惑是學習過程中出現頻次較高的學習情緒。Lehman分析了一項智能教輔系統的數據[8]在學習者學習的50個小時內，困惑是出現最頻繁的情緒;D'Mello也通過對21項研究中互動學生產生的學習情緒進行分析證實了這一觀點，在頻次較高的15種情緒中，困惑排名第二位。

其次，困惑是一種能對學習產生至關重要作用的情感。Shute利用一款教育游戲中的數據，提出了兩種導致學習的路徑：一種是通過投入注意力，另一種是通過困惑。D'Mello等學者認為學生只有在經歷困惑時才會從矛盾的信息中學習[9]，Lehman則通過相互矛盾的信息主動引發困惑，發現這樣可以帶來更好的學習效果[10]。這些研究證明，困惑情緒總是伴隨著學習者學習行為出現，甚至導致了學習的發生。

最后，困惑具有區別于其他學習情緒的獨特性。許多研究已經證明學習困惑對學習的影響主要可以歸結為兩個方面。一方面是許多研究發現學習困惑通常會對學習產生消極影響，例如Yang在MOOC的學習過程中，持續的困感會讓學生在參與課程的過程中體驗消極情緒，最終導致輟學[11]。D'Mello、Graesser，等認為這可能是由于不同時期情緒之間會發生轉化，持續困惑導致的消極影響是因為積極的困惑狀態沒有及時處理，困惑就轉變為越來越多的消極沮喪，最后就會變成無聊[12]，從而導致了消極的學習效果。另一方面，如果學習者能夠有效地調節自身的學習困惑或學習環境給學生提供了足夠的“腳手架”來幫助學習者解決困惑，學習困惑及時得到解決，困惑情緒成功過渡到積極狀態將取得積極影響[13]。對學習困惑進行干預，促進學生有效學習，學生的困惑情緒與學習結果之間呈正相關，教師的教學效果會得到提升[14]。

因此，我們可以通過以上研究得出結論如下圖，困惑本身具有一定的消極屬性，學習者通過有效學習將困惑情緒過渡到積極狀態，學習者將會得到好的學習結果。有效學習伴隨著困惑情緒到積極狀態的轉變，從另一個角度上來說，困惑情緒的積極轉變就為檢測有效學習是否發生提供評判標準。這種轉變成為其他情緒所不具備的獨特屬性，為學習者學習結果的預測提供新的思路。

四、結論與展望

1.結論。學習情緒伴隨學習行為產生，在一定程度上反映學習者的學習狀態。研究表明：（1）學習情緒與學習結果之間相互影響，積極的學習情緒，得到的學習結果趨于正向，消極的學習情緒，得到的學習結果趨于負向。（2）在教學啟示方面，教育工作者應重視學習情緒對學習的影響，積極關注學習者的學習情緒，在教學過程中對學習者的困惑情緒進行及時有效的干預，這將有助于提高學習者的學習表現。（3）在學習結果預測方面，學習困惑是具有獨特屬性的學習情緒，本身可以成為學習預測的情緒特征因子;學習困惑還可以在積極學習情緒和消極學習情緒之間實現轉換，也就是說對學習者進行干預、檢測困惑情緒是否成功過渡到積極狀態也可以預測有效學習是否發生。

2.展望。本研究僅對困惑情緒進行理論分析，論證了困惑情緒的獨特屬性及其成為學習結果預測特征因子的原因，為了完善研究發現，提升其價值，未來將開展的工作包括：（1）進一步分析學習情緒中困惑情緒的獨特屬性;（2）設計實驗進行實證研究以增強理論的完備性和可靠性。

參考文獻

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