眼動實驗在數(shù)字化學習資源設計研究中的應用

韓美琪

摘要：在教育信息化不斷發(fā)展的今天，如何利用現(xiàn)有眼動實驗對數(shù)字化學習資源設計進行有效的檢測評估，是領域內(nèi)專家學者研究人員公共關注的熱點問題。該文通過分析眼動實驗的已有的應用情況，旨在完善眼動實驗在數(shù)字化學習資源設計的實驗測試情況，并為學習者學習提供幫助。

關鍵詞：眼動實驗；數(shù)字化學習資源；學習效果；眼動指標

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）12-0180-03

現(xiàn)代化社會，數(shù)字化學習資源廣泛應用于教育教學中，了解數(shù)字化學習資源設計研究有助于更好地確定人如何開展學習，進而改進教學工作的環(huán)節(jié)以及提高學習者的學習效果，因而評估數(shù)字化學習資源設計的有效實驗手段——眼動實驗的應用情況十分必要。

1 數(shù)字化學習資源設計研究

1.1數(shù)字化學習資源的內(nèi)涵和分類

《國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》等文件的出臺，我國教育信息化也進入了關鍵時期，作為教育信息化的重要基礎，數(shù)字化學習資源的設計與開發(fā)也成了推動教育信息化發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，在人們的生活與交往過程中越發(fā)凸顯其傳播、運用優(yōu)勢。

數(shù)字化學習資源是指借助計算機網(wǎng)絡可以利用的各種學習資源的總和， 具象的表述是指諸如文本、圖像、聲音、視頻、動畫等所有以電子數(shù)據(jù)形式存儲在光、磁、閃存等非紙介質(zhì)載體中，借助網(wǎng)絡、計算機或終端等傳輸或再現(xiàn)的學習資源[1]。教育技術學領域內(nèi)對其定義著重強調(diào)對學習過程和學習資源這方面，數(shù)字化學習資源設計就是把學習資源進行數(shù)字化處理，重新整合圖片、文字、聲音、視頻等素材，將不同媒體形式的資源重新組合，以優(yōu)化學習效果。

1.2數(shù)字化學習資源的優(yōu)勢

數(shù)字化資源是指經(jīng)過數(shù)字化處理，可以在計算機或網(wǎng)絡環(huán)境下運行的多媒體材料[2]。本文所認定的數(shù)字化學習資源的概念從數(shù)字化資源概念引申而來，作為數(shù)字化學習的關鍵，數(shù)字化學習資源具有多媒體、超文本、友好交互、虛擬仿真、遠程共享等特性[3]。數(shù)字化學習資源憑借其突出優(yōu)勢越發(fā)受到學習者和研究人員的關注：便捷的獲取方式、適用于多層次探究、高度的創(chuàng)造性、可操作性等。

1.3我國數(shù)字化學習資源設計研究

2002-2006年間，關于數(shù)字化學習資源的研究成果相對較少，2007-2013年研究成果逐年上升，2011-2012年急劇上升，2013年研究成果最為豐富[4]。促使數(shù)字化學習資源和數(shù)字化教育資源列居關鍵地位的原因，離不開國家的重點扶持，離不開時代發(fā)展的必然走向。分析我國近幾年的與數(shù)字化學習資源相關的文獻，研究人員及專家們在確定了數(shù)字化學習資源的內(nèi)涵之后，更看重其分類及應用策略，試圖更好的整合數(shù)字化學習資源，也有相關人員試圖重構評價標準，進而促進數(shù)字化學習資源的共享、共建等。

2 眼動實驗應用于數(shù)字化學習資源研究的優(yōu)勢

人類主要依靠視覺獲取信息，人類的信息加工中有80%-90%來自外界的信息是通過人的眼睛獲得[5]。傳統(tǒng)的實驗手段監(jiān)測人的心理方面不足日益凸顯，利用眼動可以高效進行人機交互的效果研究，眼動實驗采集的信息主要是眼睛運動的軌跡、跳動的次數(shù)頻率、關注的熱點區(qū)域等行為數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)樣本的統(tǒng)一分析，盡可能深入了解視覺信息加工的機制。借助眼動實驗的相關研究領域涉及面十分廣泛，涵蓋的學科范圍也十分廣博。

傳統(tǒng)的調(diào)查問卷、量表評價等采集手段在收集和分析學習者學習行為數(shù)據(jù)方面力量薄弱，難以描述學習者在認知心理層面所體現(xiàn)的信息選擇和加工，難以分析認知特征和學習者行為之間的關系。很多心理和教育教學研究都偏好采取眼動實驗進行探究。眼動實驗的核心就是眼動追蹤技術，有效的利用此技術可以發(fā)現(xiàn)注視時間、注視次數(shù)、平均注視點持續(xù)時間等眼動指標和數(shù)字化學習資源之間的關系。將認知過程和認知結果等結合分析，憑據(jù)實驗獲得的有效數(shù)據(jù)可以領會學習者的關注熱點和個人特征，深度理解認知進程，滿足我們對學習者視覺認知過程的追蹤研究，減少外界環(huán)境對學習者完成實驗任務過程中的干擾，保證了實驗數(shù)據(jù)的可靠性。

眼動跟蹤技術以其可以直接跟蹤學習者的視覺認知過程的特點為越來越多的多媒體學習的相關研究所選用[6]。眼動實驗就是主要依靠眼動追蹤技術進行的實驗研究。眼動跟蹤技術，也稱視線跟蹤技術，通過記錄人完成不同認知任務的眼動蹤跡，從眼動指標切入分析進而研究個體內(nèi)在認知過程的技術。具體說來運用眼動追蹤技術進行實驗有三項突出優(yōu)勢。

1） 在線研究手段。

可以直接記錄學習者利用多媒體學習材料學習過程中的視覺認知進程，記錄測試參數(shù)如：注視點軌跡圖、注視點熱點圖、注視持續(xù)時間等。

2） 有效降低被試受干擾程度。

借助眼動器械跟蹤學習者的眼動軌跡，基本隔離學習者和外界干擾因素，提高實驗的可信度。

3） 實驗過程可控，處理數(shù)據(jù)便捷。

目前可以應用于研究的眼動器械都配備了相對應的眼動數(shù)據(jù)處理軟件，可以在軟件中導出相應的數(shù)據(jù)，形成便于統(tǒng)計管理的表格。眼動實驗中能夠檢測的指標恰好能夠滿足評估數(shù)字化學習資源的資源匹配問題，運用眼動儀器設備可以多向兼容的測試圖片、文字、視頻、動畫等媒體，比如常用的Tobii系列眼動儀器，其眼動儀器能夠最大限度上的減輕實驗被試在實驗過程中的干擾，與其相匹配的Tobii Studio軟件具有直觀的實驗設計、數(shù)據(jù)采集和分析程序，Tobii Studio的測試項目由時間軸和媒體材料組成，支持多種刺激材料類型：圖片、PDF文件、屏幕記錄、視頻、網(wǎng)頁、外部視頻、實物（使用場景攝像機）及指導語。這些刺激材料可方便地迎合多個領域的研究需要，不需要經(jīng)過特殊培訓，就可以經(jīng)濟、高效地進行各種規(guī)模的實驗。

這些優(yōu)勢助推了“眼動實驗”方法在數(shù)字化學習資源設計研究領域的應用和發(fā)展。

3眼動實驗的應用問題分析

從時間維度看，國內(nèi)從20世紀80年代初才開始進行眼動研究，2003年后呈快速增長趨勢。從研究內(nèi)容維度看，國內(nèi)的眼動研究主要以基礎研究為主，譬如閱讀的眼動研究占據(jù)主導地位[7]。伴隨著計算機技術的不斷發(fā)展以及實驗環(huán)境的不斷變化，眼動儀器也不斷提高其精度和準度，與其相匹配的軟件所能提供的性能也越來越多，國內(nèi)許多高等院校以及科研研究機構也都購置眼動儀器并利用其優(yōu)勢進行實驗研究，諸如眼鏡式眼動儀、遠紅外追蹤眼動儀器等?，F(xiàn)如今眼動實驗應用的方面越來越廣泛、層次越來越深入，但隨之而來暴露的在實踐方面的問題也越發(fā)突出，總體來看有一下4個方面可供參考：

1） 實驗設計合理性。

實驗的前提需要有根據(jù)，很多研究人員所設計的實驗材料應用在實驗被試上得不到與實驗直接相關的結論。在反思眼動實驗過程中研究者提出疑問：人眼所持續(xù)注視的點不一定大腦同時在思考。在翻譯實證過程中研究者發(fā)現(xiàn)，視線在屏幕上的原文和譯文區(qū)域內(nèi)移動，無法確定翻譯者的大腦思維活動，并且，被試可能隨便在看什么，眼動也不必非有什么意義。因而，很難肯定地說眼睛注視區(qū)域等同于大腦認知加工區(qū)域[8]。有很多研究人員在將眼動實驗運用在評估數(shù)字化學習資源設計的環(huán)節(jié)上使用不當，其對眼動實驗的用意與實施手法，對數(shù)字化學習資源設計研究和眼動實驗之間的關系缺乏深度理解和高層次認識。

眼動實驗儀器在測量人的總注視時間、平均注視時間、平均注視次數(shù)、眼跳次數(shù)、注視熱區(qū)熱點等眼動指標方面有突出優(yōu)勢，工具十分便捷，但是也需要進行實驗的實驗設計合理才能發(fā)揮其功效。

2） 實驗原理適用性。

從已有研究情況來看，部分研究人員對眼動實驗的優(yōu)勢、劣勢缺乏理解，一味應用眼動實驗，在其不擅長的領域生搬硬套，其實驗屬于缺乏意義。實驗設計的重中之重就是考量實驗原理的適用性，包含對實驗被試的可接受性和可控制性的考量。沙振江、化慧等人在2016年發(fā)表的論文《學前兒童繪本重復閱讀的眼動研究》中選擇的研究對象是學前兒童[9]。盡管其嚴格限定了被試條件范圍是：生活在漢語語境的沒有溝通障礙、沒有視力缺陷的小（42-48 個月）、中（54-56 個月）和大（66-72 個月）班學前兒童。也對這些兒童的父母學歷進行了篩選：控制學歷范圍在大專以上。測試之前也了解幼兒對本研究閱讀材料的了解性，再次篩選。最終獲取的有效數(shù)據(jù)是30名，其實驗受測者重復閱讀研究材料5遍，每次測試相隔一天，由家長采用自定速的方式進行親子閱讀。雖然他們運用多種測量形式配合，也結合訪談進行了解，但是本文的觀點是對幼兒進行眼動實驗測試，其準確性還有待考量，幼兒可能不適用于眼動實驗來進行測試，不可控因素太多。

3） 研究模型設計性。

有些在數(shù)字化學習資源設計研究中的眼動實驗缺乏前期理論模型的設計，直接影響了對后期數(shù)據(jù)的分析解釋。王雪等人發(fā)表的運用眼動實驗來輔助測量多媒體學習研究中數(shù)字化學習資源元素的效果等系列論文中就兼顧了前期理論模型的設計，從國內(nèi)外研究切入，對問題的提出以及相關研究提出了詳實的材料，有理有據(jù)[10]。其數(shù)據(jù)分析與前期的實驗設計相配合，從多角度對眼動數(shù)據(jù)、實驗測試數(shù)據(jù)進行分析，對影響數(shù)據(jù)的指標等因素進行討論，結論是在嚴格的推理下產(chǎn)生的。

很多已有的針對數(shù)字化學習資源設計研究的眼動實驗得出的結論由于人力、物力等的限制，實驗被試的數(shù)量還需要擴增，其所得出的結論也需要經(jīng)過更大規(guī)模的教學實踐來進一步地檢驗。眼動實驗是有針對性的測試，在實驗過程中需要檢測多種情況，隨時與前期的理論模型相比對，確保理論基礎是可以支撐結論的。

4） 人體生理不可控性。

人體生理指標中眼動指標的變化頻率是最高的，能夠?qū)崟r監(jiān)測用戶的心理狀態(tài)；眼動實驗獲取的數(shù)據(jù)是被試主觀意識下允許進行的數(shù)據(jù)采集，因而客觀性突出。由已有研究成果來看，對用戶進行的生理特性和習慣培養(yǎng)等無意識反映的監(jiān)測依據(jù)可信度高，眼動實驗優(yōu)勢越發(fā)突出[11]。但人體生理是不可控的，眼動實驗所捕捉的也是人眼的運動，只能盡可能地捕捉，沒有100%的成功率。任何實驗都不可能完全復制模擬復雜環(huán)境中的行為，尤其指復雜行為，需要進行實驗環(huán)境、實驗任務的調(diào)控和改善。做眼動實驗的被試很多都是正常視力狀態(tài)，佩戴近視或者遠視眼鏡的被試的雙眼運動情況很難被捕捉，往往數(shù)據(jù)都被篩除了。再有由于幼兒或者低年級兒童的好動性，往往需要保持頭部不動的眼動實驗就需要慎重考慮被試對象，較為先進的頭戴式眼動儀和遠紅外眼動儀在一定程度上減弱了眼動實驗需要被試自我意識控制的需求。

4結語

眼動實驗在數(shù)字化學習資源設計研究中應用較為廣泛，但其也只是實驗研究的手段之一。憑借其可以檢測學習者的視覺認知過程、以及實驗操作和數(shù)據(jù)處理容易受到一眾研究人員的喜愛，我們有理由相信“眼動實驗”方法的應用和發(fā)展前景良好，尤其是輔助數(shù)字化學習資源研究領域。為推進教育信息化，我國不僅出臺了很多政策，也投入大量的資金，目前已經(jīng)有較為明顯的進展，這必將促使數(shù)字化學習資源設計研究也能有更突破性的成果。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化學習資源在教學和學習習實踐中，還存在一系列問題，沒有發(fā)揮其應有的效果，希望能夠借助眼動實驗的優(yōu)勢，進一步配合統(tǒng)一規(guī)范的資源評價標準體系制定。

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