台师大研究表情分析 从学生脸部表情变化分析学习成效

台师大教授邱美虹的团队研究学生脸部表情变化与学习成效之间的关系。（国科会提供／林志成台北传真）

在国科会支持下，台师大科学教育研究所特聘教授邱美虹，运用荷兰脸部辨识与表情分析软体(FaceReader)，发现学生学习科学概念时脸部的微表情（即持续不超过0.5秒之脸部表情）状态不同，这些瞬间改变的微表情，有助于研究者辨识学生的理解程度高低。

绝大多数时候，人们都是无意识地经由脸部表情传达心情，因此，丰富的脸部表情也成为能透视他人想法的窗口。在科学教育研究中，分析学生学习当下的表情也成为理解其学习成效的一种方法。

邱美虹的研究团队使用脸部表情分析软体搜集我国高中学生和大学生面对不同科学现象所产生的脸部表情变化，尤其是当学生看到与其预期不符的科学现象所产生的反差表情，再与学生后续的科学学习及理解作为比对。

结果发现：学生学习科学概念时脸部的微表情状态不同，这些瞬间改变的微表情，有助于研究者辨识学生的理解程度高低，未来也可以协助教师研发课堂上的适当的教学素材，帮助程度不同的学生并给予适当指导。

邱美虹教授团队运用沸水停止加热后，以冰块降温导致沸水瓶内气体压力降低，水再次沸腾的反直觉式实验，引发学生对压力、沸点等既有概念的质疑。

研究发现，学生面对冰块降温却反使水再次沸腾的反直觉现象产生许多微表情，且学生脸部微表情与其科学概念的改变有密切关系，若团队替换其他反直觉实验，也出现相同结果，因此研究发现并不局限於单一实验或科学概念。

邱美虹教授团队依据人类六大主要表情（快乐、惊讶、恶心、难过、愤怒及害怕）进行统计决策树分析后也发现，惊讶、难过、恶心等三种主要表情，是预测学生科学概念会否改变的关键表情。尤其负面表情是预测学生会改变科学概念的重要指标，这与过去认为正面表情才是代表学习发生的结论有所不同。