閱讀眼動研究發展現狀及前景分析

朱吉寬+李美華

一.引言

自人類開始把各種事跡記錄在冊開始，閱讀的習慣便在逐步形成。古時候，閱讀是貴族人家才能進行的認知活動，而隨著社會的發展，閱讀已經成為我們每個人在日常生活、工作和學習中必須進行得一種認知活動，并且這種認知活動能力從識字就開始就在不斷地被訓練和提高。閱讀它不僅是一種心理認知活動，而且還是獲得知識經驗的重要手段之一。

關于閱讀的眼動研究起源于西方，歐美國家對閱讀眼動的發現、觀察和研究開始的最早，因此歐美國家在這方面的研究擁有極高話語權。在19世紀，西方的科學工作者已經認識到眼動規律和閱讀技能存在一定的關系，但是受限于技術發展水平因素，研究人員只能通過面對面觀察的方法來研究閱讀者的眼動規律，但是這種方法有比較大的局限性：一是研究的數據不夠準確，所測量的數據具有較大的誤差。二是研究在非自然的情景下進行，研究者很容易對閱讀者造成干擾。

正是鑒于原始眼動研究方法的弊端，科技革命以來，尤其是電腦和攝像技術的發展，研究人員便將新技術應用其中，于是測量更加精確、自然的眼動儀誕生。眼動儀的出現極大的促進了眼動研究朝著精細化方向發展，即眼動研究開始關注嚴格的實驗范式，精確數據的采集，科學的數據分析。在當今知識經濟時代，如何快速獲取信息成為相關研究人員的關注焦點。隨著研究的一步步的深入和成熟，研究人員發現，閱讀中能反映閱讀規律的有注視次數，注視時間，瞳孔直徑，回視次數，閱讀速度，并且根據心理科學實驗方法創立了的相應的研究理論和研究范式，在閱讀研究方面也形成了先進移動窗口范式和命名法等技術和E-Z讀者模型等理論體系。下面我將對眼動技術及理論，國內外眼動研究的發展現狀以及眼動研究的應用前景展開分析。

二.主要研究范式與理論介紹

1.移動窗口法

移動窗口法就是研究人員事先將研究材料輸入電腦，通過一定的程序設置，使得讀者在自左至右閱讀的過程中，眼睛所注視到的每一行文字的地方就會呈現文字，而沒有注視到的地方則會被白色的屏幕遮擋住，也即所謂的掩蔽。有的實驗中，采用的掩蔽材料可能會有所不同，比如使用“*”號將文字材料掩蔽掉。移動窗口技術主要用來研究閱讀知覺廣度問題。如果閱讀知覺廣度比較大，那么在閱讀的過程中文字可能會間隔呈現或者呈現速度較快。如果閱讀者的閱讀知覺廣度比較小，那么文字則可能會依次呈現。此方法的優點就是能夠在比較自然的情景下準確的探討閱讀者閱讀知覺廣度的大小，但是被試在進行閱讀時沒法回視，這與真正的閱讀環境有點出入。

2.命名法

命名法要求被試閱讀一篇文章，隨后呈現一個視覺目標刺激，并要求被試用語言回答。回答得方式有讀出該目標詞，或用一個詞作答。使用最廣泛的就是詞的命名法，在這種方法中，要求被試閱讀屏幕上呈現的刺激，屏幕上先出現的一個視覺信號提示目標刺激馬上就要出現，并且要求被試盡快地說出該目標刺激，反應時長通常用音量鍵開關來標志，軟件會自動記錄反應時長。這種方法的優點是在比較自然的情況下能夠測查閱讀者大腦的認知加工時間。如果閱讀者做出的反應比較快，說明心理加工速度快。但是也有缺點，就是所測量的時間僅反映了閱讀者大腦加工負荷量的變化，但不能揭示大腦活動內部過程，所得實驗結果也不能輕易下結論。

3.Reichle的E-Z讀者模型

E-Z讀者模型認為，閱讀中的眼跳大多是由詞匯通達引起的，閱讀時的眼動過程包括五個階段：1.對一個詞的熟悉性驗證；2.完成對該詞的詞匯通達；3.不穩定的眼動計劃階段；4.穩定的眼動計劃階段；5.實際的眼動階段。前兩個階段由單詞識別模塊來執行，后三個階段由計劃和執行眼跳的模塊來執行。不穩定的眼動計劃容易被隨后的眼動計劃所取消。穩定的眼動計劃不容易被取消。如果第二個目標詞在第一個目標詞呈現230ms之內出現，則第二個目標詞的出現就容易取消對第一個目標詞的眼跳計劃。[1]該理論表明，發生跳讀的原因是在注視當前詞時，已完成了對該詞的提取。

4.Morrison的眼動理論模型

該理論于1984年提出，Morrison認為，眼動是由于成功地加工而引起的，而不是由于遇到困難而引起的。[2]注視的內部注意機制一次只加工一個詞，當注意機制轉向下一個詞時，就說明是對這個詞的成功加工識別。成功識別后，就會有一個神經沖動傳輸到眼動控制系統，進而使眼跳發生。Morrison眼動模型可以解釋一些閱讀中的現象。如：1.副中央凹預視效應。學者認為，人在閱讀文字時，有兩個模塊起作用，一是中央凹區域，通過眼肌的協調運動和眼睛的微顫將刺激物呈現在中央凹區域，然后通過眼睛的機制作用將刺激轉化為神經沖動傳輸至大腦皮層，因此我們就感知到了刺激物。第二個就是副中央凹區域。中央凹處理處于注視點上的文字信息，在知覺廣度范圍內注視點右側的信息是副中央凹區域在處理，正是因為有副中央凹預加工存在，所以才出現了跳讀現象。2.注視點持續時間。Morrison認為，在同一時間里可以計劃出不只一次的眼動，每次注意機制移動到一個新詞上時，新的眼動信號就發出了，而不論先前發出的指令是否被執行。3.跳讀。跳讀就是在閱讀過程中跳過某些不被注視的詞。如果兩次注意轉移之間的時間間隔過短，那么第一次眼跳就會被放棄。

三.國外研究現狀

國外眼動研究快速發展時期是上世紀70年代以后，快速發展的原因是由于攝像技術和紅外技術還有微電子技術的迅猛發展，加上計算機技術的普及，極大推動了高精度眼動儀的研發、應用。研究者也不再受儀器的局限開始研究旁視野區域（副中央凹區域）信息，進一步了解閱讀者從旁視野區域獲得何種信息以及對注視對象，注視時間的影響。眼動研究最大的優勢就是研究者能夠通過對注視內容的分析間接推測大腦信息的加工，進而了解閱讀過程。眼動儀已在心理學、體育學、廣告學、教育學中得到了廣泛的使用并取得了一系列的科研成果。Lefton[3]等人研究了三、五年級和大學生在閱讀文章時的眼動情況，結果表明，隨著年齡的增大，閱讀速度加快，注視次數和注視時間不斷減少。Kintsch[4]認為在閱讀過程中，課文理解是以循環為單位進行的，循環就是每句話中的短語。讀者在每個循環里建立一個新的網絡，建立后，大腦就開始整合這些網絡。因此閱讀理解有一個自動建構和加工整合的過程。Bower和Morrow[5]等人認為閱讀過程就是一個隨當前閱讀內容不斷變化而主動激活讀者背景知識并將當前信息與先前腦海中已有信息進行整合成文章的過程。Sun[6]等人設計了一個實驗，被試為4名熟練掌握漢語的中國人，8名在美國居住的中國人，8名美國人。實驗材料為橫排版的中文和英文材料，豎排版的中文和英文材料。實驗程序讓這三組被試閱讀橫排版的中英文材料和豎排版的中英文材料，分析實驗中閱讀的眼動模式。得出以下結論：橫排版的眼動模式非常相似；橫排版的閱讀的知覺廣度是豎排版的知覺廣度的大約兩倍。

相關研究還有很多，有了大量的理論鋪墊后，國外開始將注意力轉向實際應用，開始研究插圖對于閱讀的影響，網頁閱讀中閱讀者的興趣區域，廣告閱讀中消費者的注視點，厭惡實驗中瞳孔直徑的應用，等等。近來，由于腦認知的研究深入，研究人員開始將眼動儀和Eprime、ERP腦電等結合起來供研究使用，在人工智能和認知科學的道路上不斷探索前進。

四.國內研究現狀

我國學者彭聃齡[7]等人研究了中美閱讀者在閱讀中英文故事時的眼動數據，結果發現，在讀者的眼動模式中，認知因素更重要。就是關于對文章故事背景的了解在很大程度上影響閱讀者的眼動軌跡。白學軍[8]等人研究了三年級、五年級、初一、高一年級學生理解課文時的眼動特征，結果表明：隨著年級的升高，閱讀時間、注視次數、回視次數都在不斷減少；隨著年級的升高，閱讀文章時的注視頻率也在不斷增加。白學軍[9]等人還對不同年齡階段的學生在有閱讀任務的情況下的眼動特征進行研究，結果發現：隨著年級的升高，閱讀速度在加快。回視次數隨著年級的升高而降低。呂勇[10]等人以四年級學年級學生為被試，研究通過快速閱讀訓練來提高學生的閱讀速度，探究改變閱讀時眼動特征的可行性。結果發現，通過快速閱讀訓練后，小學生的閱讀速度得到提高，小學生的閱讀時間、回視次數、注視次數明顯減少，眼動特征明顯改變。對韓國留學生在閱讀議論文、記敘文、說明文時的眼動情況進行分析，結果發現：對文體的熟悉程度影響讀者的閱讀效果，議論文是三種文體中難度最高的。

總起來說，我國的眼動研究與西方國家相比起步晚，但是隨著與國外交流越來越深入，國內的眼動研究近幾年也是蓬勃發展，并開展了大量的本土化研究。關于小學生的，中學生的，大學生的眼動研究都很充分，關于少數民族的研究近幾年也開始涌現，可見閱讀眼動的研究在我國取得了非常大的進步，并取得的成績也是非常的喜人。但是我們應該知道，國外已經把閱讀的眼動研究機制研究透徹并建立了理論體系和閱讀眼動模式與閱讀規律之間的模型。而我國尚且還沒有建立此種模型，這是我國學者今后努力的方向。建立起成熟的眼動模型以后，我們就能夠分析閱讀者現有的閱讀眼動模式是不是成熟，以及今后努力改進的方向，從而更加有利于人才的開發和成長。

五.眼動未來發展前景與展望

閱讀的眼動研究理論已經接近完善，下一步科學研究工作作者的主要研究方向將是理論研究的應用，也不再僅限于閱讀方面的眼動研究，而是進一步拓展研究和應用范圍。比如人機工程學中提高工作人員效率的研究，教育工作者科學排版的要求等，同時眼動研究將更加重視與神經科學的結合。隨著科技的發展，無人駕駛、阿爾法狗、眼動控制等人工智能的發展迫切需要應用眼動技術在智能控制中的作用。當今的人工智能不僅僅是以前所要求的在特定的時間出現特定的反應，而是利用神經科學的深度算法，通過深度拓撲算法使得智能機器人自己能夠不斷地深度學習，即知識節點自動連接，自己進行方程計算，自己根據錯誤不斷改進更新程序。相信未來時代是 人工智能的時代，也是眼動研究廣泛應用的時代。我國的科學工作者只有緊跟時代步伐，積極探索，勇于實踐，相信我們一定能夠彌補以往在眼動研究等方面造成的落后局面，從而引領眼動、人工智能科學的發展。

六.小結

綜合國內外研究發現，可以得出以下幾條結論：

1.眼動機制與腦認知具有一定的關系，可以通過眼動研究來測查腦認知規律。

2.影響眼動模式的因素有：對文字材料的熟悉程度和閱讀者自身的認知加工速度以及文體類別。

3.文字的排版方式會影響眼動模式，豎排版的閱讀知覺廣度小于橫排版的知覺廣度。

4.眼動模式具有可塑性，可以通過一定的強化訓練提高閱讀技能。

5.眼動研究應用前景廣闊，尤其是在人工智能的深度算法方面具有重要的應用價值。

參考文獻

1.Just，M.A.&Carpenter，F.A.（1993）.The intensity dimension of though：pupillometric indices of sentence processing，Canadian Journal of Experimental Psychology，47，310-399.

2.Morrison R E.manipulation of stimulus of onset delav in reading Evidence for paralled programming of saccades[J].Joumal of experimental psychology.Human perception and performance.1984（10）.

3.Lefton，L. A.nagle，J. R.，jonson，G.&fisher，D.F.eye movement dynamics of good and poor readers：then and now.journal of reading behavior，1979，11（4）：319-328.

4.Kintsch W.the role of knowledge in discourse comprehension：A construction-intergration modle.psychology review，1988，95：163-182.

5.Bower G， morrow D. mental models in narrative comprehension.science，1990，247（1）：44-48.

6.Sun.F.H. morital，M. &stark ，L.W.（1985）.comparative patterns of reading eye movement in chinese and English，perception &psychophysics.VOL.37，502-506.

7.Peng D L，orchard L N，stern J N.Evalution of eye movements variables of Chinese and American readers .pavlovian journal of biological science，1983，18（2）：56-60.

8.白學軍，閆國利.兒童理解課文時眼動過程研究.天津師范大學學報，1993，6，12-18.

9.白學軍，沈德立.不同年級學生閱讀課文時眼注視方式的研究.心理科學，1996，19（1）：6-10.

10.呂勇，閆國利，陳連燕等.小學生快速閱讀訓練實驗研究.心理學探新，2000，20（2）：5-29.

（作者介紹：朱吉寬，青海師范大學教育學院2014級發展與教育心理學研究生；李美華，本文通訊作者，青海師范大學教育學院發展與教育心理學教授）