Original Title: Modeling the Relationships Between Basic and Achievement Emotions in Computer-Based Learning Environments
Source: doi.org/10.1007/978-3-030-52237-7_33
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការធ្វើម៉ូដែលទំនាក់ទំនងរវាងអារម្មណ៍មូលដ្ឋាន និងអារម្មណ៍សមិទ្ធផលក្នុងបរិយាកាសសិក្សាផ្អែកលើកុំព្យូទ័រ

ចំណងជើងដើម៖ Modeling the Relationships Between Basic and Achievement Emotions in Computer-Based Learning Environments

អ្នកនិពន្ធ៖ Anabil Munshi (Vanderbilt University), Shitanshu Mishra (Vanderbilt University), Ningyu Zhang (Vanderbilt University), Luc Paquette (University of Illinois at Urbana-Champaign), Jaclyn Ocumpaugh (University of Pennsylvania), Ryan Baker (University of Pennsylvania), Gautam Biswas (Vanderbilt University)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2020 Springer AIED 2020

វិស័យសិក្សា៖ Artificial Intelligence in Education

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការសិក្សានេះដោះស្រាយបញ្ហានៃការប្រើប្រាស់កម្មវិធីចាប់សញ្ញាអារម្មណ៍ពាណិជ្ជកម្ម ដែលជាទូទៅចាប់បានតែអារម្មណ៍មូលដ្ឋាន (Basic emotions) ដើម្បីស្វែងយល់ពីអារម្មណ៍សមិទ្ធផល (Achievement emotions) ដែលចាំបាច់សម្រាប់ការយល់ដឹងពីការសិក្សាក្នុងបរិយាកាសផ្អែកលើកុំព្យូទ័រ។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ អ្នកស្រាវជ្រាវបានប្រមូលទិន្នន័យពីសិស្សថ្នាក់ទី៦ ចំនួន៦៥នាក់ ដែលប្រើប្រាស់ប្រព័ន្ធ Betty’s Brain រយៈពេល៤ថ្ងៃ ដោយប្រើប្រាស់ម៉ូដែលរៀនដោយម៉ាស៊ីន (Machine Learning) ដើម្បីស្វែងរកទំនាក់ទំនងរវាងប្រភេទអារម្មណ៍ទាំងពីរ។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Random Forest (RF)
ម៉ូដែលរៀនដោយម៉ាស៊ីន Random Forest
ដំណើរការល្អបំផុតក្នុងការទស្សន៍ទាយ (មាន AUC ខ្ពស់ជាងគេ) ដោយសារតែការចងក្រង និងយកមធ្យមភាគពីមែកធាងសម្រេចចិត្តជាច្រើន ដែលជួយកាត់បន្ថយ Bias និង Variance។ ពិបាកក្នុងការបកស្រាយ (black-box) បើប្រៀបធៀបនឹងម៉ូដែលមែកធាងសម្រេចចិត្ត ធ្វើឱ្យពិបាកយល់ពីមូលហេតុនៃការសម្រេចចិត្ត។ សម្រេចបាន AUC ០.៨៥ សម្រាប់ការទស្សន៍ទាយការប្រមូលផ្តុំផ្តោតអារម្មណ៍ (Engaged concentration) និង AUC ០.៧៦ សម្រាប់ភាពខកចិត្ត។
Decision Tree (DT)
ម៉ូដែលមែកធាងសម្រេចចិត្ត
ងាយស្រួលបកស្រាយ និងស្វែងយល់ពីទំនាក់ទំនងរវាងលក្ខណៈពិសេសរបស់អារម្មណ៍ (glass-box) ព្រមទាំងមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់លំដាប់ទី២។ ងាយនឹងរងឥទ្ធិពលពី Overfitting ទោះបីជាមានការកាត់មែក (Forward pruning) ក៏ដោយ ហើយដំណើរការខ្សោយជាង Random Forest បន្តិច។ សម្រេចបាន AUC ០.៨៣ សម្រាប់ការទស្សន៍ទាយការប្រមូលផ្តុំផ្តោតអារម្មណ៍ (Engaged concentration) និងអាចផ្តល់រូបភាពបកស្រាយបានយ៉ាងច្បាស់។
Logistic Regression (LR) & Naive Bayes (NB)
ម៉ូដែល Logistic Regression និង Naïve Bayes
ងាយស្រួលប្រើប្រាស់ និងដើរតួជាបន្ទាត់គោល (Baseline models) សម្រាប់វាស់ស្ទង់និងប្រៀបធៀបសមត្ថភាពរបស់ម៉ូដែលផ្សេងទៀត។ មានសមត្ថភាពខ្សោយក្នុងការទស្សន៍ទាយទិន្នន័យស្មុគស្មាញ និងទិន្នន័យដែលមានទំហំតូច និងមិនស្មើគ្នា។ ទទួលបាន AUC ទាបបំផុតចន្លោះពី ០.៥៤ ទៅ ០.៦២ សម្រាប់គ្រប់ប្រភេទអារម្មណ៍សមិទ្ធផល។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការសិក្សានេះទាមទារការវិនិយោគលើផ្នែកទន់ពាណិជ្ជកម្មកម្រិតខ្ពស់ ក៏ដូចជាឧបករណ៍ថតវីដេអូស្តង់ដាររួមជាមួយនឹងម៉ាស៊ីនកុំព្យូទ័រសម្រាប់ដំណើរការទិន្នន័យសិស្ស។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើឡើងលើសំណាកតូចមួយ គឺសិស្សថ្នាក់ទី៦ ចំនួនត្រឹមតែ ៦៥នាក់ នៅក្នុងសាលារដ្ឋមួយនៅតំបន់ភាគអាគ្នេយ៍នៃសហរដ្ឋអាមេរិក។ ទិន្នន័យនេះមានភាពជាក់លាក់ទៅនឹងវប្បធម៌លោកខាងលិច (Western demographic) ដែលវាមានសារៈសំខាន់ណាស់សម្រាប់កម្ពុជា ព្រោះការបង្ហាញអារម្មណ៍តាមទឹកមុខអាចមានភាពខុសគ្នារវាងវប្បធម៌ ដែលទាមទារឱ្យមានការប្រមូលទិន្នន័យក្នុងស្រុកបន្ថែមដើម្បីតម្រូវម៉ូដែលឡើងវិញ។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

ទោះបីជាមានបញ្ហាដែនកំណត់ទិន្នន័យបន្តិចក្តី ការប្រើប្រាស់ម៉ូដែលបកស្រាយអារម្មណ៍នេះមានសក្តានុពលខ្ពស់សម្រាប់ការអភិវឌ្ឍប្រព័ន្ធសិក្សាអេឡិចត្រូនិកទំនើបនៅកម្ពុជា។

ជារួម ការប្រើប្រាស់កាមេរ៉ាកុំព្យូទ័រធម្មតាដើម្បីទាញយកអារម្មណ៍ស្មុគស្មាញរបស់សិស្ស គឺជាវិធីសាស្ត្រដ៏មានសក្តានុពលក្នុងការធ្វើបរិវិត្តកម្មគុណភាពនៃការអប់រំឌីជីថល (Digital Education) នៅក្នុងប្រទេសកម្ពុជា ប្រសិនបើត្រូវបានអនុវត្តយ៉ាងត្រឹមត្រូវ។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាពីមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃ Affective Computing: ចាប់ផ្តើមស្វែងយល់ពីទ្រឹស្តីអារម្មណ៍របស់មនុស្ស និងរៀនប្រើប្រាស់ភាសា Python ជាមួយបណ្ណាល័យ Scikit-learn និង Pandas សម្រាប់ការរៀបចំទិន្នន័យ និងកសាងម៉ូដែលចំណាត់ថ្នាក់។
  2. ការទាញយកទិន្នន័យផ្ទៃមុខតាមរយៈកូដបើកចំហរ: ដោយសារកម្មវិធី iMotions មានតម្លៃថ្លៃ សិស្សគួរប្រើប្រាស់ឧបករណ៍បើកចំហរដូចជា OpenCV និងបណ្ណាល័យ DeepFaceFER (Facial Expression Recognition) ដើម្បីទាញយកទិន្នន័យអារម្មណ៍មូលដ្ឋានពីកាមេរ៉ាកុំព្យូទ័រ។
  3. ការដោះស្រាយទិន្នន័យមិនស្មើគ្នា (Data Imbalance): អនុវត្តការប្រើប្រាស់ក្បួន SMOTE (Synthetic Minority Over-sampling Technique) តាមរយៈបណ្ណាល័យ imbalanced-learn នៅក្នុង Python ដើម្បីថ្លឹងថ្លែងចំនួនទិន្នន័យរវាងថ្នាក់អារម្មណ៍ដែលកម្រកើតមាន (ដូចជាធុញទ្រាន់) និងអារម្មណ៍ទូទៅ។
  4. ការកសាងម៉ូដែលបកស្រាយបាន (Interpretable Machine Learning): កសាង និងសាកល្បងម៉ូដែល Decision Tree Classifier និង Random Forest រួចប្រើប្រាស់ Graphviz ឬមុខងារ plot_tree របស់ Scikit-learn ដើម្បីគូររូបដើមឈើសម្រេចចិត្តសម្រាប់ការបកស្រាយទំនាក់ទំនងអារម្មណ៍។
  5. អភិវឌ្ឍប្រព័ន្ធសាកល្បងខ្នាតតូច (Prototype Integration): បង្កើតកម្មវិធី Web App សាមញ្ញមួយដោយប្រើ StreamlitFlask ដែលអាចចាប់មុខសិស្សតាមកាមេរ៉ាផ្ទាល់ វិភាគរកមើលអារម្មណ៍ 'ច្របូកច្របល់' ឬ 'ខកចិត្ត' និងបង្ហាញសារណែនាំ ឬលើកទឹកចិត្តដោយស្វ័យប្រវត្តិ។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Basic emotions អារម្មណ៍ជាសកលរបស់មនុស្សដែលងាយស្រួលសម្គាល់តាមរយៈទឹកមុខ ដូចជា សប្បាយ កំហឹង ភ័យខ្លាច ខ្ពើមរអើម ភ្ញាក់ផ្អើល មើលងាយ និងសោកសៅ ដែលត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងផ្នែកចិត្តសាស្ត្រ។ ដូចជាពណ៌គោលទាំងបី (ក្រហម លឿង ខៀវ) ដែលជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃពណ៌ទាំងអស់នៅលើលោក។
Achievement emotions អារម្មណ៍ស្មុគស្មាញដែលកើតឡើងដោយសារសកម្មភាពសិក្សា ឬការសម្រេចគោលដៅក្នុងការសិក្សា ដូចជា ការផ្តោតអារម្មណ៍ (engaged concentration), ភាពច្របូកច្របល់ (confusion) និងការខកចិត្ត (frustration)។ ដូចជាអារម្មណ៍ដែលយើងទទួលបាននៅពេលខិតខំដោះស្រាយលំហាត់គណិតវិទ្យាដ៏ពិបាកមួយ រហូតដល់រកឃើញចម្លើយ ឬបោះបង់ចោល។
Facial Action Coding System (FACS) ប្រព័ន្ធសម្រាប់វាស់ស្ទង់ និងចាត់ថ្នាក់ចលនានៃសាច់ដុំផ្ទៃមុខរបស់មនុស្សទៅជាឯកតាសកម្មភាព (Action Units) ដើម្បីកំណត់ថាតើគាត់កំពុងបង្ហាញអារម្មណ៍អ្វី។ ដូចជាវចនានុក្រមមួយដែលបកប្រែចលនាជ្រួញចិញ្ចើម ឬការញញឹម ទៅជាភាសានៃអារម្មណ៍។
Random Forest ក្បួនរៀនដោយម៉ាស៊ីន (Machine Learning) មួយប្រភេទដែលបង្កើតមែកធាងសម្រេចចិត្ត (Decision Trees) ជាច្រើនដោយចៃដន្យ រួចយកចម្លើយភាគច្រើនដើម្បីធ្វើការទស្សន៍ទាយឲ្យកាន់តែសុក្រឹត និងកាត់បន្ថយកំហុសឆ្គង។ ដូចជាការសួរយោបល់ពីវេជ្ជបណ្ឌិត១០០នាក់ ដើម្បីរោគវិនិច្ឆ័យជំងឺមួយ ជាជាងជឿលើការសន្និដ្ឋានរបស់វេជ្ជបណ្ឌិតតែម្នាក់។
Decision Tree ម៉ូដែលទស្សន៍ទាយដែលធ្វើការសម្រេចចិត្តជាជំហានៗតាមលក្ខខណ្ឌ (បើក-បិទ ឬ ត្រូវ-ខុស) រហូតទទួលបានលទ្ធផលចុងក្រោយ ដែលមានទម្រង់ដូចមែកធាង និងងាយស្រួលយល់ពីមូលហេតុនៃការសម្រេចចិត្ត (Interpretable)។ ដូចជាការលេងហ្គេមសួរសំណួរ "តើវាជាសត្វមានជើងបួនមែនទេ?" ដើម្បីកាត់រករូបភាពសត្វដែលលាក់ទុក។
SMOTE (Synthetic Minority Over-sampling Technique) បច្ចេកទេសសម្រាប់ដោះស្រាយបញ្ហាទិន្នន័យមិនស្មើគ្នា (Imbalanced data) ដោយបង្កើតទិន្នន័យក្លែងក្លាយ (Synthetic data) បន្ថែមសម្រាប់ក្រុមដែលមានទិន្នន័យតិច ដើម្បីឲ្យម៉ាស៊ីនរៀនបានដោយតុល្យភាព។ ដូចជាការថតចម្លងឯកសារមេរៀនដែលខ្វះខាតចែកឲ្យសិស្ស ដើម្បីឲ្យសិស្សគ្រប់រូបមានឯកសារអានគ្រប់គ្រាន់ស្មើៗគ្នា។
Area Under the Curve (AUC) រង្វាស់ស្តង់ដារសម្រាប់វាស់ស្ទង់សមត្ថភាពរបស់ម៉ូដែលចំណាត់ថ្នាក់ (Classifier) ថាតើវាអាចបែងចែករវាងថ្នាក់ខុសៗគ្នា (ឧទាហរណ៍៖ ធុញទ្រាន់ vs មិនធុញទ្រាន់) បានល្អកម្រិតណា ទោះបីជាចំនួនទិន្នន័យមិនស្មើគ្នាក៏ដោយ។ ដូចជាពិន្ទុប្រឡងបញ្ចប់ឆ្នាំដែលបង្ហាញពីសមត្ថភាពរួមរបស់សិស្សក្នុងការបែងចែកចម្លើយត្រូវនិងខុសបានយ៉ាងច្បាស់លាស់។
Affective computing វិស័យមួយនៃការសិក្សាស្រាវជ្រាវ និងអភិវឌ្ឍប្រព័ន្ធកុំព្យូទ័រ ដែលអាចដឹង ស្គាល់ បកស្រាយ និងឆ្លើយតបទៅនឹងអារម្មណ៍របស់មនុស្ស។ ដូចជាការបង្រៀនកុំព្យូទ័រឲ្យមានបេះដូង ដែលអាចដឹងថាយើងកំពុងសប្បាយចិត្ត ឬខឹង តាមរយៈការមើលទឹកមុខរបស់យើង។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖