基于学生困惑情绪的学习结果预测研究

叶韵 张暖 张展荣

[摘 要] 学习情感伴随着学习行为产生，是学习者在学习过程中的重要特征属性。当前已有众多对人类情感在教育领域的研究，大多基于整个学习情绪概念展开，本研究首先讨论了学习情绪与学习结果之间的联系，再对为什么困惑情绪不可替代地成为学习预测的良好特征因子做出详细阐述，最后对困惑情绪在未来教育的应用发展进行展望。

[关键词] 学习困惑;情感计算;学习者模型;学习预测

[作者简介] 叶 韵，浙江工业大学教育与科学技术学院硕士研究生，研究方向：教育大数据与个性化学习、情感计算;张 暖，浙江工业大学教育与科学技术学院硕士研究生，研究方向：教育大数据与个性化学习、情感计算;张展荣，浙江工业大学教育与科学技术学院硕士研究生，研究方向：教育大数据与个性化学习、情感计算。

[中圖分类号] G645    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）29-0060-03    [收稿日期] 2019-10-17

一、引言

随着人工智能技术的不断发展，其领域下的情感计算受到人们的广泛关注。情感计算，就是关于情感、情感产生以及影响情感方面的计算，是一个多学科交叉的领域。从目前研究现状可以看到，情感计算已经在建立学习者情感模型、对学习者学习结果进行预测等方面有良好表现，但目前的大部分情感计算研究都只针对整个学习情感概念进行展开。我们认为人类的学习情绪在学习中的作用不是整齐划一的，情感计算在教育中的研究应该有更进一步的讨论和更具针对性的应用场景。

二、学习情绪与学习结果之间的联系

学习包括推理生成，因果推理，问题诊断，概念比较和连贯解释等一系列认知过程，期间通常会伴随着情感状态产生。相对于人类的基本情绪（喜、怒、哀、乐、悲、恐、惊），学习过程中频繁出现的困惑、投入、沮丧、厌倦等学习情绪（Learning Emotion）更能够影响学习者的学习效果（DMello&Graesser）。这些伴随的情感状态，一部分是消极情绪，如刺激，挫折，愤怒，有时在学习者犯错时会感到愤怒，有时在失败中体会沮丧等;另一部分是积极情绪，如当任务完成，挑战被征服，见解被证实，或者在研究中有重大发现时，学习者就会体会到流动，喜悦，兴奋等积极情感状态。这是因为当人们检测到新信息或差异信息时，会发生输入和知识信息的不匹配，注意力会转向差异性信息，此时自主神经系统会加强个人的唤醒状态，情绪状态就会发生变化。而这种伴随学习的情感唤醒，这种学习者经历的各种情绪可能，则取决于当前情境，差异信息变化的数量以及重要目标是否被阻止。在心理学文献中已有充分的证据表明，学习者的学习情绪受到学习者的知识和目标的影响，与学习者的学习结果息息相关，这些理论中的控制价值理论尤其受到关注。

Pekrun在2006年讨论了成就情感的控制价值理论及其对教育研究和实践的启示。在该研究中与成就相关活动有关的情感被称为成就情感，成就情感在心理学中被定义为与成就活动或成就成果直接相关的情感。控制价值理论基于这样一个前提，学习者对事物的控制力和价值的评估是成就情感的唤醒基础，也就是学习情绪的产生来自对学习任务和学习活动价值进行的有控制的认知评估，而在此过程中产生的成就情感又影响着行为结果[1]。该理论提供了一个综合框架分析了学习者在学习过程中所经历情绪的产生和这些情绪对学生成就的影响，为使用学习情绪作为学习结果预测因子的系列研究提供理论基础。

三、学习困惑是学习者建模的良好特征

1.学习情绪与学习结果。在学习预测的过程中，由于学习者不仅有不同的学习需求，而且还具有不同的学习特征，学习行为与学习情感等均存在很大的个体差异，为了使教学更具适应性和真正做到以学习者为导向，Jaru？觢ek&Pelánek在2012建立模拟真实教学情境的学习者模型，用来预测学习者在教学中的表现[2]。这种预测在现代教育系统中至关重要，学习者模型的准确预测能够及时体现学习者的当前学习状态，可以进行学业预警和给教育者调整教学策略提供依据，也大大提高了为不同知识和背景、有特定需求的学习者提供个性化教学的可能。K Chrysafiadi更进一步的提出学习者模型表示的应该是学生的特征和相应水平，包括知识技能、认知行为、情感体验等[3]，至此学习者的情绪特征纳入学习者建模的考虑范围。徐鹏飞等也将情感模型划分为学习者模型的重要分类之一[4]。大量的研究证实了学习者的学习情绪与其短期内取得的学习成果有关[5，6]，还有研究利用学习者在学习过程中的学习情绪较好地预测了学习者的学习结果[7]。

2.学习困惑与学习结果。基于学习情绪是学习建模过程中的良好因子，是预测学习者学习结果的重要特征，我们的研究针对学习情绪展开。我们在上面的研究中也有提到，学习情绪包括困惑、投入、沮丧、厌倦等，但经过对相关文献的整理分析，我们认为困惑情绪是较其他学习情绪在学习预测中表现最佳的情绪特征因子。Pekrun对困惑的定义是一种学习者遇到冲突矛盾、矛盾、异常时出现的认知状态或知识情绪。

首先，在已有的研究中发现，困惑是学习过程中出现频次较高的学习情绪。Lehman分析了一项智能教辅系统的数据[8]在学习者学习的50个小时内，困惑是出现最频繁的情绪;D'Mello也通过对21项研究中互动学生产生的学习情绪进行分析证实了这一观点，在频次较高的15种情绪中，困惑排名第二位。

其次，困惑是一种能对学习产生至关重要作用的情感。Shute利用一款教育游戏中的数据，提出了两种导致学习的路径：一种是通过投入注意力，另一种是通过困惑。D'Mello等学者认为学生只有在经历困惑时才会从矛盾的信息中学习[9]，Lehman则通过相互矛盾的信息主动引发困惑，发现这样可以带来更好的学习效果[10]。这些研究证明，困惑情绪总是伴随着学习者学习行为出现，甚至导致了学习的发生。

最后，困惑具有区别于其他学习情绪的独特性。许多研究已经证明学习困惑对学习的影响主要可以归结为两个方面。一方面是许多研究发现学习困惑通常会对学习产生消极影响，例如Yang在MOOC的学习过程中，持续的困感会让学生在参与课程的过程中体验消极情绪，最终导致辍学[11]。D'Mello、Graesser，等认为这可能是由于不同时期情绪之间会发生转化，持续困惑导致的消极影响是因为积极的困惑状态没有及时处理，困惑就转变为越来越多的消极沮丧，最后就会变成无聊[12]，从而导致了消极的学习效果。另一方面，如果学习者能够有效地调节自身的学习困惑或学习环境给学生提供了足够的“脚手架”来帮助学习者解决困惑，学习困惑及时得到解决，困惑情绪成功过渡到积极状态将取得积极影响[13]。对学习困惑进行干预，促进学生有效学习，学生的困惑情绪与学习结果之间呈正相关，教师的教学效果会得到提升[14]。

因此，我们可以通过以上研究得出结论如下图，困惑本身具有一定的消极属性，学習者通过有效学习将困惑情绪过渡到积极状态，学习者将会得到好的学习结果。有效学习伴随着困惑情绪到积极状态的转变，从另一个角度上来说，困惑情绪的积极转变就为检测有效学习是否发生提供评判标准。这种转变成为其他情绪所不具备的独特属性，为学习者学习结果的预测提供新的思路。

四、结论与展望

1.结论。学习情绪伴随学习行为产生，在一定程度上反映学习者的学习状态。研究表明：（1）学习情绪与学习结果之间相互影响，积极的学习情绪，得到的学习结果趋于正向，消极的学习情绪，得到的学习结果趋于负向。（2）在教学启示方面，教育工作者应重视学习情绪对学习的影响，积极关注学习者的学习情绪，在教学过程中对学习者的困惑情绪进行及时有效的干预，这将有助于提高学习者的学习表现。（3）在学习结果预测方面，学习困惑是具有独特属性的学习情绪，本身可以成为学习预测的情绪特征因子;学习困惑还可以在积极学习情绪和消极学习情绪之间实现转换，也就是说对学习者进行干预、检测困惑情绪是否成功过渡到积极状态也可以预测有效学习是否发生。

2.展望。本研究仅对困惑情绪进行理论分析，论证了困惑情绪的独特属性及其成为学习结果预测特征因子的原因，为了完善研究发现，提升其价值，未来将开展的工作包括：（1）进一步分析学习情绪中困惑情绪的独特属性;（2）设计实验进行实证研究以增强理论的完备性和可靠性。

参考文献

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[4]徐鹏飞，郑勤华，陈耀华，等.教育数据挖掘中的学习者建模研究[J].中国远程教育，2018，No.521（6）：7-13，81.

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