情感教学agent：建模与反馈策略研究

论文摘要

智能agent是人工智能非常重要的一个研究领域,因其自治性、主动性、社会性的特点得到广泛应用。越来越多的智能教学系统开始采用智能agent作为构建体系结构的支撑技术,并由此形成了教学agent这一新的研究方向。现代认知科学和神经生理科学的研究显示情感对人类的认知具有重要的影响。而教育科学研究领域也从未停止过对学生学习过程中情感体验的关注。因此,赋予教学agent情感处理的能力就成为该领域一个非常明确的研究目标。受心理学关于情感模型研究的启发,智能agent研究领域也开始关注情感要素在智能系统建模中的作用,并陆续出现了一些智能agent的情感模型。然而,当前的大部分模型仍集中于agent的外部反应行为而很少考察其内部状态。因此,当前的情感模型多是基于一些静态规则和预先定义的领域知识生成情感,缺乏自适应性。同时,现有智能agent的情感模型对情感信息的处理还是基于二值逻辑,没有体现出情感本身的动态性和模糊性的本质。另一方面,本文针对教学agent的比较研究发现,尽管现有一些设计已尝试利用学生的情感状态去选择更适合学生的教学方法,却鲜有激发和调动学生的积极情感从而对学生形成情感支持的研究。此外,现有的教学agent即使已尝试情感建模,但仅停留在增强可信性的层次上,尚未真正赋予教学agent情感识别的能力和情感合成机制。本文提出了基于模糊逻辑的教学agent情感建模方法,体现了情感动态型和模糊性的本质;使用机器学习算法实现了对教学agent情感经验信息的学习,增强了模型的自适应性。在此基础上,本研究设计了一个能够识别学生情感,具有情感表现能力,能为学生在学习过程中提供情感支持,并最终促进学生学习效果的教学agent——情感教学agent(Emotional and Pedagogical Agent,EPA)。论文的主要工作和创新点包括:(1)提出了基于模糊逻辑和机器学习的情感建模方法。使用模糊集合表征事件对目的影响程度,目的重要程度和期望程度,并探索了基于模糊逻辑规则的情感评估方法,以相对少的模糊规则实现在可观测事件和情感状态上的平滑转换,体现了人类情感动态性和模糊性的特点;使用机器学习算法实现了教学agent对事件预期值等经验信息的学习,增强了教学agent情感模型的自适应性。(2)提出了基于学生动机类型的情感识别方法。有关学生学习动机的研究显示,学生的学习动机类型(表现取向,掌握取向)对其学习中可能的情感状态产生重要影响。本研究在情感识别方法中引入学生的动机类型,体现了学生情感识别过程中的个体差异。(3)设计了旨在对学生形成情感支持的情感教学agent反馈策略。心理学和教育学领域的研究显示,学生的消极情感会对其学习形成障碍,而积极情感则会促进学生的学习。本研究在识别学生情感状态,获知其动机类型的基础上,为情感教学agent设计了一系列情感反馈策略及其决策机制,通过情感行为和话语信息触发学生的积极情感,消除消极情感的影响,实现对学生的情感支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 智能agent情感建模
• 1.2.2 教学agent的情感反馈行为
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 相关理论基础
• 2.1 情感与学习
• 2.1.1 情感对学习的影响
• 2.1.2 情感支持对学习的作用
• 2.2 情感相关理论
• 2.2.1 情感的功能
• 2.2.2 情感的认知方法
• 2.2.3 OOC模型
• 2.3 情感计算
• 2.3.1 情感识别
• 2.3.2 机器中的情感表达
• 2.3.3 情感合成
• 2.4 教学AGENT
• 2.4.1 智能教学系统
• 2.4.2 智能agent
• 2.4.3 基于agent的智能教学系统
• 2.4.4 教学agent的分类
• 2.4.5 仿真教学agent研究案例
• 2.4.6 仿真教学agent的教育意义
• 2.4.7 仿真教学agent的可信性
• 2.4.8 仿真教学agent的效果
• 2.4.9 仿真教学agent的比较研究
• 第三章 情感教学AGENT建模
• 3.1 情感教学AGENT的定位
• 3.2 情感教学AGENT的体系结构
• 3.3 教学AGENT的情感合成机制
• 3.3.1 情感信息处理
• 3.3.2 学习模块
• 3.3.2.1 学习agent对事件的预期值
• 3.3.2.2 学习agent活动的价值
• 第四章 学生情感识别
• 4.1 从可观测行为中推测学生情感状态
• 4.2 需要识别的学生情感
• 4.3 确定学生的目的取向（动机类型）
• 4.5 人机界面中的互动事件
• 4.6 情感强度的影响因素
• 4.7 学生的情感识别
• 4.7.1 识别掌握取向学生的情感
• 4.7.2 识别表现取向学生的情感
• 第五章 情感教学AGENT的反馈策略
• 5.1 情感反馈策略的理论基础
• 5.2 基于动机类型的情感反馈策略
• 第六章 情感教学AGENT的原型开发和评估
• 6.1 基于BDI认知核的情感反馈决策过程
• 6.2 情感反馈的决策过程
• 6.3 情感行为和话语信息的展示
• 6.4 应用情感反馈策略的范例
• 6.5 情感教学AGENT的通信体系结构
• 6.6 原型评估
• 第七章 总结与未来的工作
• 7.1 研究总结
• 7.2 未来的工作
• 参考文献
• 致谢
• 博士在读期间科研成果
• 附录A 情感教学AGENT的信念（BELIEFS）
• *'>附录B 学生动机倾向测试问卷^*
• 后记