基于偽彩色圖像模型學(xué)生行為健康程度的研究

安琳，武學(xué)師

（1.邯鄲學(xué)院圖書館，河北邯鄲056005；

2.河北工程大學(xué)教育技術(shù)中心，河北邯鄲056038）

基于偽彩色圖像模型學(xué)生行為健康程度的研究

安琳1，武學(xué)師2

（1.邯鄲學(xué)院圖書館，河北邯鄲056005；

2.河北工程大學(xué)教育技術(shù)中心，河北邯鄲056038）

以學(xué)生為研究對(duì)象，提出學(xué)生健康環(huán)境的限定假設(shè)，并在此合理假設(shè)的前提下，對(duì)學(xué)生的成績(jī)、飲食、出入宿舍、參加集體活動(dòng)等的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并受偽彩色圖像技術(shù)的啟發(fā)，提出了學(xué)生行為的偽彩色圖像模型，分析了它的特點(diǎn).

行為；健康程度；偽彩色圖像模型

當(dāng)前在校學(xué)生行為的健康程度越來(lái)越引人關(guān)注.探討學(xué)生行為健康程度不能從一些突發(fā)的事件上入手，如具有問(wèn)題行為和危害社會(huì)性等[1]行為，應(yīng)該利用平時(shí)的一些機(jī)制來(lái)進(jìn)行，以便防患于未然.本文試圖從學(xué)生日常行為的一些數(shù)據(jù)中去探索挖掘，建立相應(yīng)的模型，研究其行為的健康程度，以便更好地反映學(xué)生的心理健康狀況，并給相關(guān)的部門提供決策參考依據(jù).

1 學(xué)生健康行為環(huán)境限定的假設(shè)

研究學(xué)生行為的特點(diǎn)，就必須對(duì)學(xué)生所處的生活環(huán)境進(jìn)行分析、簡(jiǎn)化.一個(gè)學(xué)生所處的環(huán)境往往是一個(gè)比較固定的環(huán)境，其大部分的時(shí)間是在校園中度過(guò)的，如果做這樣一個(gè)假設(shè)：既假設(shè)學(xué)生在校園外的其他表現(xiàn)所占的比重很小，并且其行為是可以通過(guò)在校園內(nèi)的一些行為反映出來(lái)的，那么就可以將學(xué)生的生活領(lǐng)域進(jìn)行限定，如圖1所示，圖中學(xué)生行為的環(huán)境被局限在校內(nèi)，即排除了校外行為的影響，構(gòu)成了一個(gè)封閉式的環(huán)境.這樣，理論上通過(guò)研究學(xué)生在學(xué)校的聽(tīng)課、自習(xí)、飲食、上機(jī)、圖書館、宿舍等一些數(shù)據(jù)便能從一定的層面上反映學(xué)生的基本行為，而通過(guò)這些基本行為數(shù)據(jù)的分析，可以建立一種模型，通過(guò)該模型來(lái)判斷學(xué)生的行為的健康程度.學(xué)生健康行為環(huán)境的這個(gè)假設(shè)基本上是合理的，因?yàn)榧偃缫粋€(gè)學(xué)生的行為環(huán)境不符合這種假設(shè)，那么他的很多行為便在學(xué)校的相關(guān)環(huán)境下沒(méi)有這些行為數(shù)據(jù)，有理由認(rèn)為其行為健康存在一些問(wèn)題.例如經(jīng)常不在學(xué)校的食堂中進(jìn)餐、經(jīng)常缺課、經(jīng)常不回宿舍等行為.

圖1 學(xué)生健康行為環(huán)境限定Fig.1Iimited environment for student health behaviors

一個(gè)學(xué)生的很多行為是可以用數(shù)據(jù)來(lái)反映的.如學(xué)生在考試科目中的成績(jī)，老師對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)，學(xué)生在參加體育活動(dòng)、集體活動(dòng)中的記錄，學(xué)生每天在食堂消費(fèi)的流水?dāng)?shù)據(jù)，學(xué)生進(jìn)出圖書館進(jìn)行閱讀圖書，以及圖書的借閱情況，學(xué)生進(jìn)出宿舍的時(shí)間、學(xué)生在校園網(wǎng)吧的上網(wǎng)情況等等的這些數(shù)據(jù)都可以作為一個(gè)學(xué)生行為反映的數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)的獲取上已經(jīng)不存在困難了.如可以通過(guò)RFID技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄[2]，數(shù)字化校園的建設(shè)使得這些數(shù)據(jù)的獲取成為現(xiàn)實(shí).圖書館門禁、學(xué)生公寓門禁等自動(dòng)記錄了學(xué)生出入這些建筑的事實(shí)，由于這些數(shù)據(jù)中很大一部分的獲取是自動(dòng)的，因此如果能構(gòu)筑一種恰當(dāng)?shù)胤从硨W(xué)生行為的模型，那么本課題研究的意義便十分重大了，因?yàn)樗軠?zhǔn)實(shí)時(shí)地反映學(xué)生當(dāng)前的行為健康的程度，從而提供預(yù)警機(jī)制.

2 學(xué)生行為數(shù)據(jù)的分析以及相關(guān)模型的構(gòu)建

將學(xué)生的行為進(jìn)行抽象化，認(rèn)為學(xué)生的行為是由一系列的屬性所組成的，如圖2所示，各個(gè)屬性所代表的含義是不同的.通過(guò)對(duì)學(xué)生行為的各個(gè)屬性進(jìn)行分析，并對(duì)各個(gè)屬性之間的關(guān)系進(jìn)行研究，從而得出學(xué)生行為健康程度的評(píng)價(jià)機(jī)制.

圖2 學(xué)生行為數(shù)據(jù)的組成Fig.2Composition of students'behavioral data

對(duì)學(xué)生的諸多數(shù)據(jù)進(jìn)行分條細(xì)化，并分別建立子模型.

2.1 學(xué)生成績(jī)

學(xué)生的各科目的成績(jī)是學(xué)生在學(xué)校生活中的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，是學(xué)生完成學(xué)業(yè)所必不可少的要素.我們認(rèn)為：學(xué)生的各科目的成績(jī)可以反映其用功的程度以及其智商的程度.根據(jù)學(xué)生入學(xué)以來(lái)的成績(jī)的記錄情況，認(rèn)為成績(jī)是建立在學(xué)生智商上的一種努力.通常的情況下，學(xué)生的成績(jī)將會(huì)是一個(gè)穩(wěn)定的變量，其成績(jī)模型可以用兩種因子來(lái)表示.一種是學(xué)生成績(jī)?cè)诎嗉?jí)中的排名x；一種是將學(xué)生所在班級(jí)的平均成績(jī)作為一個(gè)相應(yīng)的權(quán)值，以學(xué)生的該次考試中的成績(jī)除以班級(jí)的平均成績(jī)作為成績(jī)的等效變量y，這樣將減少考試卷面考題難度等因子的影響.這兩種因子的系數(shù)加權(quán)和cx+dy（其中c，d為加權(quán)系數(shù)），將成為評(píng)價(jià)學(xué)生成績(jī)健康程度的模型結(jié)果.可以用均值和方差來(lái)體現(xiàn)統(tǒng)計(jì)特性.學(xué)生成績(jī)的均值的階段性的上升或下降以及成績(jī)模型結(jié)果的波動(dòng)的劇烈程度都可以反映其學(xué)習(xí)方面的行為狀況.另外由于學(xué)生行為表現(xiàn)的課堂觀察是一種教師行為系統(tǒng)[3]，所以還可以通過(guò)相應(yīng)教師的評(píng)價(jià)對(duì)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行一些修正.

2.2 學(xué)生的考勤情況

學(xué)生的考勤情況記錄了學(xué)生遲到、早退、缺課的情況.這個(gè)數(shù)據(jù)反映學(xué)生的行為是否正常.因?yàn)榇螖?shù)的變量具有連續(xù)性，建立模型時(shí)就要考慮連續(xù)缺課和間斷缺課的區(qū)別，并給連續(xù)缺課的行為加上一個(gè)嚴(yán)重一點(diǎn)的權(quán)值.我們?cè)诮⒛Ｐ蜁r(shí)采用了連續(xù)加權(quán)的模型，基本原理如圖3所示.圖3是學(xué)生的考勤情況，是一個(gè)二進(jìn)制序列（我們沒(méi)有將學(xué)生請(qǐng)假的情況與缺勤情況加以區(qū)分），1表示學(xué)生正常上課，0表示學(xué)生缺課.整個(gè)缺勤的情況是發(fā)現(xiàn)第一次缺勤時(shí)，如果前面沒(méi)有缺勤，則簡(jiǎn)單地認(rèn)為此次缺勤的權(quán)值為a，如果緊接著缺勤，則權(quán)值變?yōu)榱薬·b，a·b2，….系數(shù)a和b為加權(quán)系數(shù).圖3中學(xué)生的考勤缺勤情況的結(jié)果為a+a+a+ab+ab2+a.通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇ɑ，b就能較好地將學(xué)生的考勤狀況說(shuō)明出來(lái).

讀書時(shí)如果對(duì)典故不了解，就難以讀懂作者要表達(dá)的真正含義。以下10個(gè)“洋典故”，是讀外國(guó)文學(xué)的必備常識(shí)。

圖3 學(xué)生考勤的連續(xù)加權(quán)模型Fig.3The continuous weighted model ofstudent attendance

2.3 學(xué)生的飲食消費(fèi)

學(xué)生的飲食消費(fèi)情況可以反映學(xué)生的許多問(wèn)題，如其經(jīng)濟(jì)水平和健康狀況等.我們將學(xué)生在餐廳的消費(fèi)流水作為依據(jù)，查看其每餐的消費(fèi)包括用餐的次數(shù)和金額.一方面學(xué)生平均的用餐金額將基本上可以看成學(xué)生經(jīng)濟(jì)水平的一個(gè)指標(biāo)（如是否貧困生）；另一方面，學(xué)生在餐廳的消費(fèi)是反映其生理功能的一個(gè)重要的指標(biāo)，反映的是學(xué)生飲食的增加或減少，在排除物價(jià)波動(dòng)的影響下，可以看成其生理變化的一個(gè)數(shù)據(jù).

模型可以這樣建立，將學(xué)生的早中晚三餐情況加以區(qū)分，并分別形成序列，排除學(xué)校餐廳三餐食品供應(yīng)的情況以及飯價(jià)等情況的影響.這樣學(xué)生早中晚三餐的情況形成三個(gè)數(shù)值序列，分別對(duì)每個(gè)序列考察其均值和方差來(lái)表明學(xué)生用餐的特征.方差越大說(shuō)明學(xué)生的消費(fèi)跳躍度越大，均方差小說(shuō)明學(xué)生的用餐情況基本穩(wěn)定.而這種數(shù)據(jù)和其不良社會(huì)行為[4]有很大關(guān)系.

2.4 學(xué)生進(jìn)出宿舍情況

學(xué)生進(jìn)出宿舍的情況是學(xué)生行為的一個(gè)重要數(shù)據(jù).學(xué)生進(jìn)出宿舍的時(shí)間和次數(shù)都是其行為正常與否的一種判斷依據(jù).由于這些數(shù)據(jù)和時(shí)間有著很大的相關(guān)性，我們將學(xué)生進(jìn)出宿舍的時(shí)間進(jìn)行分段劃分，認(rèn)為在某些時(shí)間段內(nèi)的進(jìn)出是較正常的，而將其他時(shí)間段進(jìn)出宿舍的行為看成具有不正常因素的行為，并賦予不健康權(quán)值較大的因子.而進(jìn)出宿舍的邊界數(shù)據(jù)，即每天第一次進(jìn)出宿舍和最后的一次進(jìn)出宿舍情況，更具有判斷的意義.如可以根據(jù)最后一次看其是否為進(jìn)，如果為出，則表明沒(méi)有入住宿舍，行為具有異常特征.所有這些將形成兩種行為，一種是除去最后一次外的進(jìn)出頻繁度；另外一種是最后一次進(jìn)出宿舍的情況，無(wú)進(jìn)出記錄，則可視為一種異常，當(dāng)然學(xué)生可能一直呆在宿舍，沒(méi)有出去進(jìn)餐和處理其他事宜，但是從道理上講也算一種異常行為.學(xué)生進(jìn)出宿舍的行為，尤其是無(wú)進(jìn)出的記錄行為數(shù)據(jù)，將視為有異常的關(guān)鍵數(shù)據(jù).

2.5 學(xué)生進(jìn)出圖書館的情況

學(xué)生在圖書館中的閱讀情況、學(xué)生進(jìn)出入圖書館的時(shí)間的數(shù)據(jù)，形成一個(gè)個(gè)的時(shí)間對(duì)，反映學(xué)生在圖書館逗留的時(shí)間.可以認(rèn)為是學(xué)生其主動(dòng)學(xué)習(xí)的一個(gè)數(shù)據(jù).

學(xué)生參與的體育活動(dòng)和集體活動(dòng)可以看成其和周圍同學(xué)相處的重要組成部分.可以通過(guò)參加活動(dòng)的次數(shù)來(lái)表示，以次來(lái)作為單位.那么通過(guò)一段時(shí)間以來(lái)學(xué)生參與活動(dòng)的次數(shù)來(lái)表明學(xué)生集體活動(dòng)的頻繁程度.學(xué)生參加集體活動(dòng)的次數(shù)越多表明其參加集體活動(dòng)的行為越健康.

2.7 學(xué)生的其他情況

諸如學(xué)生參加競(jìng)賽的獲獎(jiǎng)情況，學(xué)生的科研情況等，都是一種輔助行為數(shù)據(jù)，其模型和集體活動(dòng)模型基本一致.

對(duì)學(xué)生的各個(gè)子行為數(shù)據(jù)進(jìn)行建模后，要對(duì)學(xué)生的子行為數(shù)據(jù)進(jìn)行模型處理，對(duì)它們的處理結(jié)果做歸一化處理，并形成以0為代表最差情況，以1為代表最好的情況的處理指標(biāo).這樣將有助于學(xué)生行為健康程度的總體模型的構(gòu)建.

3 總體模型的構(gòu)建—偽彩色圖像模型

當(dāng)將學(xué)生的各個(gè)子行為的數(shù)據(jù)建立模型后，從整體上探測(cè)學(xué)生行為的健康程度.設(shè)學(xué)生的各個(gè)數(shù)據(jù)在模型化處理后分別為p1，p2，p3，…，pn，其中n是學(xué)生行為的n個(gè)子行為模型化后的數(shù)據(jù).要探測(cè)學(xué)生的行為健康程度，從本質(zhì)上來(lái)看，是研究一個(gè)n維空間中點(diǎn)的情況，這時(shí)候點(diǎn)的坐標(biāo)便為（p1，p2，p3，…，pn）.因?yàn)檫M(jìn)行了歸一化的處理，并且以0代表各個(gè)模型中最差的情況，以1代表最好的情況.所以從數(shù)學(xué)意義上看來(lái)，學(xué)生健康的行為的判斷標(biāo)度是n維空間中的一個(gè)曲面，介于該曲面和原點(diǎn)的點(diǎn)認(rèn)為是不健康的模型，反之則認(rèn)為是健康的模型.這是一個(gè)確定性的模型，但是對(duì)外界的觀察著來(lái)說(shuō)，是十分抽象的，而且用多維空間中的曲面來(lái)作為判據(jù)也難以體現(xiàn)學(xué)生各個(gè)行為中的具體偏差.

受到數(shù)字圖像處理中偽彩色技術(shù)的啟發(fā)，我們對(duì)總體模型的構(gòu)建有了新的思路.所謂的偽彩色圖像的表現(xiàn)形式，其實(shí)是從計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理中的一種技術(shù)，其目的是為了提高人眼對(duì)圖像細(xì)節(jié)的分辨能力[5].因?yàn)槿搜蹖?duì)圖像顏色的分辨能力特別強(qiáng)，并且圖像的顏色也不僅是一個(gè)兩極模型，它是一個(gè)多極模型，通過(guò)一些基本顏色因子的疊加形成了千差萬(wàn)別的顏色，人眼能區(qū)分這些千差萬(wàn)別的顏色，而人眼的這種特性正好和處理多維空間坐標(biāo)的點(diǎn)的情況類似.基于這點(diǎn)的因素，我們將空間中點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娌噬臻g中的色彩，在某種變換意義上應(yīng)該是可行的.我們采取了兩個(gè)步驟，首先多維空間向三維空間的映射，然后三維空間和RGB體系的對(duì)應(yīng).

彩色圖像中的RGB體系，可以看成一種三維的空間在平面圖像中的顯示.而學(xué)生的行為數(shù)據(jù)中具有多個(gè)的行為因子可以按照相關(guān)程度劃分為三種類型，并相應(yīng)建立一種映射關(guān)系，以便對(duì)應(yīng)RGB體系中的分量.這樣便巧妙地將學(xué)生的情況通過(guò)變換形成了以偽彩色表示的模型.

如圖4所示，將學(xué)生的行為數(shù)據(jù)按照相關(guān)度進(jìn)行歸類，圖中的歸類一、歸類二和歸類三既是從學(xué)生的行為數(shù)據(jù)中分劃出來(lái)的.

這樣把學(xué)生行為數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸類，屬于同一個(gè)行為類中的數(shù)據(jù)，再建立相應(yīng)的代數(shù)模型.這樣便能將很多的學(xué)生行為數(shù)據(jù)大體上分為三類，并能分別在這些類中建立圖像分量的模型，這些類將最終對(duì)應(yīng)彩色圖像的三個(gè)分量，即R分量，G分量和B分量.如圖中歸類一以學(xué)生文化成績(jī)?yōu)榛鶞?zhǔn)類，和它相似的一些數(shù)據(jù)可以歸到這個(gè)類中，這個(gè)類最后將形成偽圖像R分量的數(shù)據(jù)，而該分類中的很多數(shù)據(jù)可以采用代數(shù)加權(quán)和的形式實(shí)現(xiàn)圖像R分量的模型，代數(shù)加權(quán)和的系數(shù)可以經(jīng)過(guò)一些試驗(yàn)進(jìn)行選擇，具體的分類可以進(jìn)行試探性的嘗試.經(jīng)過(guò)這種建?？梢允沟脤W(xué)生的多重屬性向偽彩色模型轉(zhuǎn)換成為可能.

圖4 學(xué)生行為的分類與偽彩色圖像空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.4Correspondence between student behavior classification and pseudo-color image space

之所以選用偽彩色圖像來(lái)做模型，是因?yàn)閭尾噬珗D像包含了巨大的信息量，并不是一般的數(shù)學(xué)模型可以簡(jiǎn)單替換的.如由于偽彩色圖像既能反映像素的顏色信息又能反映其亮度信息，因此學(xué)生的總體健康行為便能從這兩種信息上反映出來(lái).由于學(xué)生的行為健康評(píng)價(jià)是多重的，而這些信息同樣可以從最終學(xué)生的偽圖像所呈現(xiàn)出的色彩所反映出來(lái).如一個(gè)學(xué)生只注重學(xué)習(xí)，其他的集體活動(dòng)等都不積極參與，那么他的圖像將是暗紅色的.換言之，如果一個(gè)學(xué)生是均衡發(fā)展的，那么他的偽彩色圖像信息將基本上成灰度的形式，不帶有其他的色彩.一個(gè)學(xué)生的彩色圖像的亮度越高說(shuō)明其總評(píng)價(jià)是高的，亮度越暗說(shuō)明其總評(píng)價(jià)是差的.這樣模型的亮度信息是其總體行為健康程度的一種評(píng)價(jià)，模型的顏色是行為不均衡而造成的色彩.如當(dāng)學(xué)生的各個(gè)行為均衡時(shí)，學(xué)生所對(duì)應(yīng)的顏色是成灰度變化的.灰度越淺（亮度越高），說(shuō)明學(xué)生的行為狀況越好，即越健康；灰度越黑（亮度越低）說(shuō)明學(xué)生的總體行為較差，是應(yīng)該關(guān)注的.而學(xué)生的行為顏色顯示為某一種顏色時(shí)，說(shuō)明學(xué)生的行為中有一些偏向，也同樣應(yīng)該引起關(guān)注.因此這樣模型能十分直觀地反映學(xué)生的行為健康狀況了.

另外，由于班級(jí)環(huán)境中不同維度對(duì)學(xué)生行為問(wèn)題的影響不同[6].所以可以將一個(gè)班中的學(xué)生的彩色信息按照一個(gè)學(xué)生一個(gè)塊圖（類似于位圖的原理）形成一幅圖像，從而可以直觀地觀察出一個(gè)班級(jí)整體的學(xué)生行為的健康情況.

4 結(jié)語(yǔ)

學(xué)生行為數(shù)據(jù)的研究是一門和學(xué)生心理健康有關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘的機(jī)制.從紛繁的行為記錄中發(fā)現(xiàn)出一些不正常的端倪，并能及時(shí)加以糾正將對(duì)學(xué)生和學(xué)校都起到良好的作用.偽彩色圖像的學(xué)生行為健康程度的模型，不僅能體現(xiàn)其總體行為的健康程度，也能體現(xiàn)其各個(gè)子行為的健康程度，因此能較全面地反映學(xué)生的情況.

[1]劉蘇,陳學(xué)軍.城郊中學(xué)初中生問(wèn)題行為調(diào)查[J].科教文匯,2010(3)：31-45.

[2]徐維.RFID在學(xué)生行為分析系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].孝感學(xué)院學(xué)報(bào),2010,33(S1)：5-7.

[3]袁樹(shù)厚.基于形成性評(píng)價(jià)的學(xué)生行為表現(xiàn)之課堂觀察研究[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版,2010,23(6)：136-138.

[4]章燕,陶芳標(biāo),黃韓輝,等.醫(yī)學(xué)生不良體重控制行為與健康危害行為關(guān)系[J].中國(guó)公共衛(wèi)生,2010(2)：129-131.

[5]周長(zhǎng)發(fā).精通Visual C++圖像處理編程[M].北京：電子工業(yè)出版社,2006：192-193.

[6]王甲娜,劉利,王烈,等.多層線性模型在班級(jí)環(huán)境與學(xué)生行為問(wèn)題研究中的應(yīng)用[J].中國(guó)衛(wèi)生統(tǒng)計(jì),2010(1)：59-61.

責(zé)任編輯：黃瀾

Study of the Health Level of Student Behavior Based on the Pseudo-Color Image Model

AN Lin1，WU Xueshi2
（1.Library，Handan College，Handan 056005，China；2.Educational Technology Center，Hebei Engineering University，Handan 056038，China）

Tɑking students ɑs subjects,ɑ heɑlthy environment of students were ɑssumed ɑnd limited,ɑnd on this premise of reɑsonɑble ɑssumptions,students’ɑchivement,diet,ɑccess to dormitories,pɑrticipɑtion in public ɑctivities ɑnd other behɑviorɑl dɑtɑ were ɑnɑlyzed.The pseudo-color imɑge model of students’behɑvior wɑs proposed bɑsed on the pseudo-col?or imɑge technology,ɑnd its chɑrɑcteristics were ɑnɑlyzed.

behɑvior；heɑlth level；pseudo-color imɑge model

TP 399

A

1674-4942（2014）03-0259-04

2014-04-10