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摘要:文章提出了一種基于數(shù)字圖像處理的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)平臺(tái),利用教室中的課堂視頻數(shù)據(jù)檢測(cè)和識(shí)別教師和學(xué)生的非語(yǔ)言信息,并根據(jù)不同的非語(yǔ)言信息與教學(xué)效果、學(xué)習(xí)效果之間的關(guān)系,對(duì)教學(xué)活動(dòng)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)。文章在研究非語(yǔ)言信息與教學(xué)效果、學(xué)習(xí)效果之間關(guān)系的基礎(chǔ)上,對(duì)具體實(shí)現(xiàn)該評(píng)價(jià)平臺(tái)所用到的表情識(shí)別和行為識(shí)別的方法進(jìn)行了歸納和總結(jié)。
關(guān)鍵詞:教學(xué)評(píng)價(jià);非語(yǔ)言信息;表情識(shí)別;行為識(shí)別
教學(xué)評(píng)價(jià)是整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分,主要是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)和教師教學(xué)工作過(guò)程的評(píng)價(jià)[1]。傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)主要通過(guò)對(duì)教師講授的課程進(jìn)行聽(tīng)課、對(duì)學(xué)生進(jìn)行考試等手段,而這些手段要么過(guò)于片面要么過(guò)于浪費(fèi)人力和時(shí)間,且不能得到準(zhǔn)確的教學(xué)評(píng)價(jià)?,F(xiàn)有資料表明,課堂環(huán)境中,教師的肢體手勢(shì)、動(dòng)作、距離、面部表情等非語(yǔ)言信息在課堂教學(xué)中起著重要的作用,能夠反映教師的教學(xué)效果;同時(shí),學(xué)生的表情、動(dòng)作、手勢(shì)等非語(yǔ)言信息能夠反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)效果?;谏鲜鼋Y(jié)論,本文對(duì)課堂環(huán)境中教師和學(xué)生的非語(yǔ)言信息與教學(xué)效果、學(xué)習(xí)效果之間的關(guān)系進(jìn)行分析和歸納。在此基礎(chǔ)之上,本文從數(shù)字圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)的角度出發(fā),利用教室中的攝像頭所采集的海量視頻數(shù)據(jù),從中提取教師和學(xué)生的圖像信息,對(duì)其動(dòng)作、行為、表情、手勢(shì)等非語(yǔ)言信息進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別和分析,最后根據(jù)非語(yǔ)言信息與教學(xué)效果、學(xué)習(xí)效果之間的關(guān)系,構(gòu)建一個(gè)基于視頻數(shù)據(jù)的課堂分析與評(píng)價(jià)平臺(tái),(1)對(duì)教師的教學(xué)水平和教學(xué)技能進(jìn)行評(píng)價(jià),(2)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià),為課堂教學(xué)評(píng)價(jià)改革提供一種全新的數(shù)據(jù)視角。目前,通過(guò)檢測(cè)和識(shí)別課堂視頻中教師和學(xué)生的非語(yǔ)言信息,將其作為教學(xué)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為一種新穎且可行的思路,本文主要對(duì)課堂環(huán)境中對(duì)學(xué)生和教師的非語(yǔ)言信息進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別方法進(jìn)行歸納和總結(jié)。
1非語(yǔ)言信息與學(xué)習(xí)效果、教學(xué)效果之間的關(guān)系
分析非語(yǔ)言信息與學(xué)習(xí)效果、教學(xué)效果之間的關(guān)系就是確定教師和學(xué)生哪種非語(yǔ)言信息能夠反映出好的、中立的或者是壞的教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果。通過(guò)查閱大量有關(guān)非語(yǔ)言信息與教學(xué)效果、學(xué)習(xí)效果之間關(guān)系的文獻(xiàn),對(duì)所有相關(guān)的非語(yǔ)言信息進(jìn)行歸納并充分分析其與學(xué)校效果、教學(xué)效果之間的關(guān)系。如教師的表情,教師的微笑能夠給學(xué)生帶來(lái)積極的心里暗示[2],微笑反映出教師對(duì)于教學(xué)任務(wù)的熱愛(ài)和對(duì)學(xué)生的喜愛(ài),是一種有利的信息。教師面部表情的變化也能反映出教師的教學(xué)效果。如果教師總是表現(xiàn)出一種表情,往往反映了教師講課單調(diào)乏味,而豐富的面部表情和運(yùn)用得體的眼神,能夠吸引學(xué)生的注意,使學(xué)生自覺(jué)地融入教師的授課中[3],是一種有利的信息。挖掘非語(yǔ)言信息與學(xué)習(xí)效果.
2非語(yǔ)言信息的檢測(cè)、識(shí)別、分析
課堂環(huán)境中的非語(yǔ)言信息可以分為幾類:表情、動(dòng)作、手勢(shì)。其中表情和手勢(shì)是靜態(tài)的(如微笑、皺眉、舉手、豎起大拇指等),可以通過(guò)捕捉和分析視頻中的靜態(tài)圖像信息,而動(dòng)作則是動(dòng)態(tài)變化的(如打哈欠、眨眼、點(diǎn)頭、搖頭等一系列動(dòng)作),則需要在識(shí)別的基礎(chǔ)上進(jìn)行跟蹤,捕捉行為變化。對(duì)表情變化的檢測(cè)與識(shí)別的關(guān)鍵點(diǎn)是得到每種表情的檢測(cè)指標(biāo),本文將課堂教學(xué)中涉及的表情進(jìn)行分類:微笑型(興奮、愉悅)和皺眉型(困惑、迷惘)。對(duì)于微笑型的表情主要是通過(guò)眼睛、眉毛、嘴巴的形態(tài)來(lái)檢測(cè)和識(shí)別。鄭雪[4]提出了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)微笑型表情進(jìn)行識(shí)別,其通過(guò)人臉的5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)嘴巴進(jìn)行定位,利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)表情特征進(jìn)行自動(dòng)提取,實(shí)現(xiàn)對(duì)微笑表情的識(shí)別。對(duì)于皺眉型的表情(表達(dá)出困惑、迷惘的感情狀態(tài))往往通過(guò)眉毛的形態(tài)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別。肖穎[5]采用AdaBoost分類器算法進(jìn)行人臉定位,Gabor特征提取算法和幾何特征提取算法提取皺眉信息,最后利用支持向量機(jī)進(jìn)行分類,實(shí)現(xiàn)對(duì)皺眉的識(shí)別。對(duì)動(dòng)作變化的檢測(cè)與識(shí)別的關(guān)鍵點(diǎn)在于設(shè)計(jì)一個(gè)合適的模型,使其能夠檢測(cè)出背景中的目標(biāo)和動(dòng)作。如困倦、瞌睡、疲勞等情感狀態(tài)通過(guò)閉眼次數(shù)和間隔以及打哈欠次數(shù)(嘴巴張開(kāi)與閉合的次數(shù)和間隔)來(lái)檢測(cè)和識(shí)別。王琦[6]提出一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)學(xué)生的疲勞狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),采用基于Haar特征的AdaBoost算法進(jìn)行人臉檢測(cè),利用CNN對(duì)人眼狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別,最終通過(guò)識(shí)別人眼的狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)疲勞的判斷。耿磊等[7]在對(duì)駕駛員進(jìn)行疲勞檢測(cè)時(shí),提出了一種基于面部行為分析的疲勞檢測(cè)方法,通過(guò)檢測(cè)和識(shí)別嘴巴和眼睛的狀態(tài),并根據(jù)設(shè)定的疲勞參數(shù)來(lái)判斷,駕駛員是否處于疲勞狀態(tài),該方法同樣可用于對(duì)課堂環(huán)境中的學(xué)生進(jìn)行疲勞檢測(cè)。
3結(jié)語(yǔ)
目前,隨著信息技術(shù)的發(fā)展,教室中的多媒體設(shè)備也越來(lái)越豐富,最基本的攝像頭幾乎是每間教室所必備的,這些攝像頭提供了前所未有的海量視頻數(shù)據(jù),但是這些數(shù)據(jù)往往只用于考試監(jiān)控、教學(xué)督查,利用率較低,且造成大量的數(shù)據(jù)浪費(fèi),本文從數(shù)字圖像處理的角度出發(fā),以課堂教學(xué)視頻為分析對(duì)象,以非語(yǔ)言信息與教學(xué)效果、學(xué)習(xí)效果之間的關(guān)系為理論依據(jù),對(duì)教師和學(xué)生的非語(yǔ)言信息進(jìn)行識(shí)別和分析,構(gòu)建一個(gè)新型的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)平臺(tái)。該評(píng)價(jià)平臺(tái)大大改進(jìn)了以往傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)中出現(xiàn)的片面性、復(fù)雜性缺點(diǎn),是一種信息化、智能化的基于視頻數(shù)據(jù)的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)方法,同時(shí)也為課堂教學(xué)評(píng)價(jià)改革提供一種全新的數(shù)據(jù)視角。
[參考文獻(xiàn)]
[1]程書(shū)肖.教育評(píng)價(jià)方法技術(shù)[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2004.
[2]吳軍飛.教師課堂非語(yǔ)言溝通調(diào)查研究及策略分析[J].科教導(dǎo)刊,2012(8):136-138.
[3]王為民.讓體態(tài)語(yǔ)為課堂教學(xué)添彩[J].甘肅教育,2010(24):58.
[4]鄭雪.基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的微笑表情識(shí)別[D].西安:陜西師范大學(xué),2016.
[5]肖穎.學(xué)習(xí)過(guò)程面部特征測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢:華中科技大學(xué),2015.
[6]王琦.基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生疲勞狀態(tài)檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D].武漢:華中師范大學(xué),2016.
[7]耿磊,袁菲,肖志濤,等.基于面部行為分析的駕駛員疲勞檢測(cè)方法[J].計(jì)算機(jī)工程,2018(1):274-279.
作者:范欣欣 單位:河南師范大學(xué)
級(jí)別:省級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)(CJFD)
級(jí)別:CSSCI南大期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
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