“眼動儀”在教育研究中的應用探索

文 劉心宇

隨著信息化發展，現代教育技術越來越受到各方面的廣泛關注。利用現代化技術，通過對教育中存在的問題進行分析，可促進教育內容、方法等逐步改進。“眼動儀”作為一種新技術，應用于教育研究中，效果較為顯著，量化型、應用型、適用性以及便捷性等皆為“眼動儀”優點所在。注視者觀察時間、觀看次數等都可通過“眼動儀”記錄下來，同時還可生成直觀示意圖，如路徑圖、熱點圖、興趣區等。在教育研究活動中，不僅包括教育者、學習者，還包括環境等多個因素，而“眼動儀”能夠滿足不同人群需求，幫助教育發現問題、解決問題。本文針對“眼動儀”發展歷史、在教育研究中的措施、應用等做綜述研究，探究其應用進展。

一、“眼動儀”發展歷史

（一）觀察法

“眼動儀”最初研發的目的是了解眼球運動模式。研究者對鏡子中被試者眼睛成像情況進行觀察，并對眼動軌跡進行記錄。將眼球中某一特定血管作為標記，以此為根據對血管運動軌跡進行了解。此外，也有研究者使用閱讀材料，并在上面打一個微孔，以不影響閱讀為前提，對被試者眼動行為進行觀察。觀察法的優點是簡單、易行，但是缺點在于難精準了解眼動行為，并且結果誤差大。

（二）機械記錄法

20世紀前期，新的眼動觀察方法出現，即眼動機械記錄法。該種方法是利用機械裝置記錄眼球運動，并將其傳輸至記錄裝置上。其一為杠桿法，即杠桿一端位于眼球表面，另一端位于紙帶上進行記錄。其二為氣囊法，該種方式主要是將小氣囊安裝在眼睛上，在眼球運動情況下，氣囊內壓力也會隨之發生改變，再經由記錄裝置進行記錄，從而得到眼動行為。其三為小型環狀物法，該種方法主要借助于中心存在小孔的環狀物，將其固定于被試者眼球上后，被試者能夠利用小孔對目標進行觀察，同時，因細線與環狀物相連，所以能夠將眼動行為記錄下來。機械記錄法在記錄眼動過程中，具有較高的復雜度，并且需要預先麻醉眼球，所以在準確度、精確度方面，均難以得到保證。

（三）光學記錄法

至20世紀中期，光學“眼動儀”問世，其主要原理即借助于光反射對眼動軌跡進行記錄，并且以機械記錄法結構為基礎。該種記錄方式使用橡膠制作成吸盤，并將其中的空氣抽出。再對眼球進行麻醉，并讓吸盤吸附于上面。借助于固定的機械結構，將小鏡子固定于吸盤上，可觀察其反射的固定光源。該光源能夠向感光記紋鼓的感光帶，進而達到記錄眼動情況的目的。相較于觀察法、機械記錄法而言，光學“眼動儀”雖然優勢顯著，具有劃時代意義，但是也存在一定的缺點和局限。因此，發明者預先對眼球進行麻醉，目的是減輕眼動軌跡記錄過程中對被試者造成的不適。此外，在吸盤作用下，微型設備與眼睛之間的接觸更為牢固。試驗過程中，將光學“眼動儀”固在眼瞼位置，能夠避免眨眼所致的吸盤移位、脫落。

（四）現代眼動追蹤技術

20世紀末至21世紀初，在科學技術不斷發展背景下，越來越多更為精準、可靠的“眼動儀”被研發出來。從使用場景角度來看，包括屏幕式“眼動儀”、穿戴式“眼動儀”兩種。屏幕式“眼動儀”記錄被試者眼球運動情況時，與被試者之間存在一定距離。利用監控系統，能夠觀察到眼球受到刺激時的運用情況。穿戴式“眼動儀”則借助于眼動追蹤系統、場景攝像機，通過將其集成于輕量化框架上，對真實環境中的眼動行為進行采集。其中眼睛、頭盔等，均屬于輕量化框架。由于在測試過程中被試者能夠自由移動，所以試驗的生態效度能夠得到保證。不僅如此，被試者攜帶穿戴式“眼動儀”時，其所看到的場景能夠被記錄下來。從原理角度來看，電流記錄法“眼動儀”、電磁感應法“眼動儀”、圖像/錄像“眼動儀”和瞳孔-角膜反射“眼動儀”均屬于現代“眼動儀”范疇。其中屏幕式“眼動儀”、穿戴式“眼動儀”實現技術均與瞳孔-角膜反射技術有關。現階段，瞳孔-角膜反射技術已經成為“眼動儀”的主流技術。

“眼動儀”示意圖

瞳孔-角膜反射技術也被稱為普金野圖像跟蹤法，主要優勢在于精準度高、無創傷，并且不需要接觸。該技術原理可概括為以下幾點：（1）借助于紅外線對眼睛進行照射。（2）角膜、視網膜反射的紅外線光線，經由攝像機進行采集。（3）眼球生理結構、物理性質較為特殊，在光源、頭部相對位置無變化的情況下，角膜反射所致的光斑也不會發生移動。（4）光源光線經由瞳孔進入，視網膜反射光線經由瞳孔射出。（5）以角膜、瞳孔反射光線角度為依據，可對眼動方向進行計算。

二、以“眼動儀”為載體的教育措施

（一）學習者學習措施

學生在教育活動中所產生的“眼動儀”數據，可反映出其課堂中的具體狀態，通過對其分析、總結，并將其置于相應教育策略下，可對教育活動進行查缺補漏，使其更適合學生發展，有助于提升教育水平、質量等。根據相關實驗研究，在課堂教育中，使用“眼動儀”對學習者眼動差異進行記錄，通過數據分析，可以發現學習者在注視度分配方面存在平均性。而學習能力較差的學習者注意力分配則明顯存在不均勻現象，并且分布更加傾向于某一部分內容，在學習內容、活動等方面分配較少，進而導致課堂學習達不到預期效果。綜上，教育活動進行設計可從多個角度入手，提升學習效果，達到學習目的。

學習者不僅需要提升自身學習能力，還應充實相關知識。有研究采用“眼動儀”對被試者認知邏輯進行測試，通過對照實驗，結果發現高績效被試者認知邏輯明顯高于低績效被試者。基于此，一些研究人員認為學習者在學習過程中，應注重教育媒體的使用，優化學習方案，并且使之與其最近發展區相符合。

另一組研究人員借助“眼動儀”收集學生做閱讀理解時的眼動數據，研究結果顯示，文本字體畫線、加粗或者傾斜時，學生注意力更加集中，并且記憶效果更好。但是缺點在于學生對周圍文本的記憶將會減弱。因此，在學習過程中，為加深對重難點內容的理解，可對文本進行“裝飾”，但是需要做好合理分配工作，避免自身認知資源有限。

利用“眼動儀”能夠對學生不同狀態下的眼動數據進行收集，具有個性化特點，因此，在數據分析完成后，學生的個人特征更加鮮活，有利于學生學習更具有針對性的知識內容。

“眼動儀”在提升學習者學習效率、改進學習方法等方面同樣具有重要意義。研究者可根據“眼動儀”收集到的學習者各項數據進行分析，并予以與現象相關的合理解釋，同時提出相應解決措施。研究者探究“眼動儀”在多媒體學習中的應用價值，結果顯示，個性化標記有利于提升學習者記憶。

另一項實驗研究將被試者進行分組，以認知風格不同為檢驗指標，一組為形象化者，另一組為動詞化者，檢測兩組觀看不同圖文搭配內容時的“眼動儀”數據，結果顯示，形象化者對圖像信息注意力更加集中，動詞化者則更加傾向于文本信息。

相關研究還指出，針對數學學習存在障礙的兒童，利用“眼動儀”對兒童學習數學時的量化數據進行提取，經過分析得知，兒童數學學習障礙不僅包括先天性原因，還與功能性評價策略不合理等原因相關。

通過上述研究，利用“眼動儀”數據分析學習者學習過程中存在的問題與困難，不僅能夠滿足學習者需要，同時還可幫助學習者采用針對性措施進行學習活動。

（二）“眼動儀”對學習策略的影響

利用“眼動儀”所產生的量化數據，結合外部相關因素，分析其對學習策略的影響。以“眼動儀”為載體，檢驗不同經濟情況家庭兒童的平面處理能力，對相關數據進行分析，結果顯示，經濟情況較差的家庭，兒童注意力轉移速度較慢。國內相關學者借助“眼動儀”所呈現的數據，研究實驗對象閱讀過程中，重點注視的區域，經檢驗后可知，閱讀時人眼活動規律與閱讀順序相一致。

三、“眼動儀”在教育研究中的應用

（一）改善學習方法

根據“眼動儀”數據特征，可在此基礎上分析學習方法，針對不合理之處，能夠做到及時改進。相關學者利用“眼動儀”，探究靜眼訓練在兒童抓取技能培養中的應用價值，結果顯示，兒童抓取技能得到明顯提升。另一項研究對學生調試C++程序過程中的動眼數據進行記錄，通過分析后可知，不同學習能力的學生調試速度、效果等存在差異。因此，學生可根據自身水平不同，采取不同的學習策略。另外，關于學生注意力不集中、注意力偏差等問題，在學習重難點知識時，可采用重復學習方式，加深對知識的理解。

通過上述實驗，傳統認知逐漸被顛覆，為學習理論注入全新內容，對改進學習策略有所幫助。

（二）優化學習環境

隨著信息技術不斷發展，書籍的表現形式也發生改變。現階段，傳統紙質圖書與數字圖書并存，同時閱讀形式更加多樣，閱讀過程中需要進行解題。將眼動實驗的發現應用于教育領域中，優化學習環境，調整學習內容的布局等。

據相關研究表明，讓實驗者佩戴“眼動儀”，使其閱讀圖片上文字，研究針對其眼動路徑進行記錄，并根據測量結果，開發交互學習系統。該系統具有非侵入性特點，在心理學評估方面具有重要作用。學習者還可借助于該系統對自身閱讀情況進行檢驗。相關人員借助于“眼動儀”所記錄的熱點圖、興趣區等相關數據，對網絡課程系統首頁進行優化設計，使學習者注視時間縮短，提升學習效率。

四、結語

綜上所述，“眼動儀”在獲取數據方面具有多角度、多層次等特點，并且在教育、學習領域應用效果較好，不僅有利于提升學習者學習效率，還有助于提升學習質量。我國“眼動儀”研究與應用較晚，仍處于起步階段，并且實驗研究以應用研究居多。隨著信息化發展，教育、學習應逐漸向信息化、智慧化方向靠攏，充分利用多種技術手段，在此基礎上開展教育研究，進而不斷豐富教育理論與學習理論。基于“眼動儀”，我國靜態教育資源研究取得一定進展，包括幻燈片、紙質材料等。但是關于動態資源的研究還需要教育研究者不斷深入探索。信息化是教育發展的必然趨勢，以“眼動儀”為代表的信息技術在教育中應用將會更加廣泛。其量化數據的優點為教育研究提供嶄新視角，可推動教育研究不斷深入。