利用眼動儀來支持微視頻研究綜述

王超群 余朝文 朱小妮 廖倩 邵海霞

[關鍵詞]眼動儀;微視頻;綜述

疫情背景下，在線教育成為支持學習的重要手段。為滿足個性化需求及未來時代發展的需求，或許視頻學習會成為學習的主流趨勢。李青等[1]指出，作為承載核心學習內容的視頻質量會影響學習者學習參與度與學習效果。制作出高質量的學習視頻是首要保障，但受年齡、資源裝備、信息技術水平等條件的制約，一線教師制作的學習視頻常呈現良莠不齊的現象，難以激發學生的學習興趣。因此，如何優化當前的視頻質量，設計出以學生為中心、滿足學習者需求的學習視頻，并提升視頻的利用率，成為迫切需要解決的問題。

眼動儀作為一項成熟的技術，具有量化、適用、便捷、實用等特點。研究者利用眼動技術能夠獲取學習者的眼動數據，可以分析學習者學習過程的視覺認知加工過程。本文旨在對目前國內開展的視頻眼動實驗進行梳理以期為未來微視頻的設計提供科學可靠的依據，并為利用眼動儀支持微視頻研究提供借鑒。

一、數據來源及研究方法

以中國知網作為數據來源，分別以主題為“眼動、視頻并學習效果”和“眼動、視頻并教學”進行檢索，共檢索出文獻51篇，對論文標題、摘要進行閱讀后，剔除不相關論文3篇，最后得到有效論文48篇。故本文主要以檢索出的48篇文獻作為研究數據。采用整體統計與文獻具體內容分析相結合的方法，用Excel 2016進行數據處理。

二、研究結果

（一）文獻統計分析

1.文獻統計及作者分析

20世紀80年代，我國著名心理學家沈德立開展對閱讀靜態文本的眼動實驗研究[2]，自此，我國正式開始了通過眼動儀記錄眼動數據以探究學習者視覺認知加工的研究。現在，利用眼動儀記錄學習者閱讀靜態文本的眼動實驗已經非常成熟，但對動態視頻的研究還相對匱乏。2009年張家華等[3]首次利用眼動儀探究了網絡視頻課程界面中教師對學習者信息加工、注意力分配、學習效果的影響，但之后的有關研究都處于相對平淡的狀態，直至2015年開始，熱度才不斷提高，如圖1所示。但從研究文獻的總量來看，對于視頻領域的眼動研究還是較少的，影響力不足。

2.發文期刊及作者機構分析

對發文期刊統計分析發現，如表1所示，雖然有關研究的發文量較少，但在18篇期刊論文中有15篇文獻發表在包括教育技術學類、心理學類雜志等在內的6類核心期刊上。可見，視頻的眼動研究在教育技術領域與心理學領域受到了極大的重視，但在其他領域并沒有引起足夠的重視。

對作者所屬機構統計分析發現，如表2所示，研究者基本來自各大師范高校，其中開展眼動實驗的研究主要以華中師范大學及天津師范大學為首。究其原因可以發現，天津師范大學是首個開展閱讀眼動實驗的高校，但從中也可以發現開展眼動研究的研究者結構單一，大多來自高等院校的教師及學生。

（二）實驗過程設計分析

1.對實驗對象及環境的分析

對現有的實驗研究的實驗對象進行分析發現，如表3所示，僅有2項研究是以中學生為實驗對象的，其他研究均以大學生為實驗對象。根據皮亞杰認知發展階段理論可知，各年齡階段的學生認知發展是不一樣的。如吳向文[4]在對多媒體畫面交互性進行研究時發現，對學習效果的提升方面，大中小學生所用的交互性策略是不一樣的：對大學生而言，結尾反饋與無反饋更利于學習效果的提升;對中學生而言，腳注反饋更利于學習效果的提升;對小學生而言，系統控制最利于學習效果的提升。因而，未來的實證研究還應更多地面向不同年齡階段的學習者，如基礎教育學習者等，以探明符合不同年齡階段學習者的學習視頻設計，從而為不同層次的學習者提供更優質的視頻學習資源。

對實驗環境進行分析發現，在所開展的實驗研究中，所有的實驗都是在實驗室中進行的，而除了視頻內容本身，學習者還會受周圍環境的影響。實驗環境與真實環境是極不一樣的，真實的學習環境中影響學習效果的因素復雜多樣，所以，學習者處于實驗室與真實環境中的心理狀態及學習體驗也是不一樣的。故而，在實驗中得到的結果是否適用于真實環境中還有待驗證。

2.實驗設備統計

對實驗所用眼動儀統計發現，在現有研究中，對于眼動儀的描述相對規范，大部分都對所用實驗設備進行了型號、參數等的說明，只有3篇文獻未對其進行說明。從圖2中可以發現，在現有的眼動儀產品中，最常用的是Tobii系列、Eyelink系列和SMI系列的眼動儀。瑞典To?bii系列提供了眼鏡式、場景式、便攜式眼動儀，廣泛應用于心理學、人機交互、神經生理學、工業設計、可用性研究等諸多領域。德國SMI系列有HED、RED、Hi-Speed三種型號的眼動儀，其中HED頭盔式眼動儀適用于各種研究場所，且能記錄受試者觀看真實景物時的注視位置，對于真實課堂的眼動行為研究，研究者可以考慮選擇此款眼動儀。RED眼動儀對受試者頭部沒有束縛，長時間測量不會對受試者產生太多的不適。加拿大SR公司研發的Eyelink系列眼動儀有三種模式，其中Basic Ex?periment可處理文本、圖片、錄像，需要編程，將實驗素材編入程序，實驗在電腦實現;Video Overlay 可處理動態數據，不需要編程，實驗在電腦上實現;Scene不需要編程，實驗在實驗室外進行，可拍攝不同的動態場景。

3.眼動指標選取

對實驗選取的眼動指標進行分析發現，如表4所示，研究者常使用注視時間、注視次數、平均注視時間、熱點圖等眼動指標對學習者觀看視頻時的眼動軌跡進行分析。閆志明等[5]學者通過文獻分析，將多媒體學習研究中的眼動指標分為三類，主要包括注視類指標、眼跳類指標和瞳孔直徑類指標。根據閆志明等學者對眼動指標的分類可以發現，在現有的實驗研究中眼動指標多選用的是注視類指標，其他指標的選取都相對較低，而注視類指標僅反映內容的獲取和認知加工情況，難以提供注視點之間轉換時的詳細信息，不能很好地體現眼動的空間特征。眼跳類指標能反映不同注視點之間的注意情況、學習效率和難度，因為瞳孔直徑與心理負荷情況密切相關。為了對學習者認知加工過程進行深入分析，避免有價值數據信息的丟失，研究者在指標選取時應綜合選取多種眼動指標，從多維度分析眼動數據。

（三）實驗研究主題

對實驗研究主題進行歸類發現，視頻的眼動實驗研究主要從教師、字幕、交互、線索、錄制方式等方面進行研究，針對教師因素的學習視頻眼動實驗研究最多，其次為字幕和交互因素研究，具體情況如表5所示。

1.教師因素

對教師因素的研究內容主要是教師姿勢、教師性別形象代理、教師呈現狀態、教師呈現時間、教師呈現形式、教師形象大小。其中教師姿勢主要指教師手勢引導和目光引導[6];教師性別形象代理包括教師的男或女形象、擬人形象和真人形象[7];教師呈現形式包括教師形象有無及教師靜態或者動態的形象[3，8];教師呈現時間包括教師間斷呈現還是持續呈現[9];教師呈現狀態包括融合式、嵌入式或者課堂實錄式;教師形象大小主要指教師形象占視頻大小的百分比[10]。

從眾多對教師因素的實證研究中可以發現，教師動態形象效果優于靜態形象[8];教師形象以中近景的形態呈現時效果最佳[10]，教師性別形象代理主要受學習者偏好的影響，學習者偏好的代理形象能促進學習效果[7];融合式和嵌入式效果優于課堂實錄。對于教師呈現時間間斷、持續與否[9，11]，目前還存在爭議，還有待未來更多的研究者去檢驗。

2.字幕因素

對字幕因素的研究主要是對字幕的呈現與否、以何種形式呈現開展實證研究。研究發現，在不同知識類型下，字幕在視頻中的形式對學習者的學習影響是不一樣的，對陳述性知識進行全字幕呈現效果最佳，對程序性知識進行概要字幕呈現效果最佳，字幕呈現均優于無字幕呈現[12]。

3.交互因素

對交互因素影響的研究，根據陳麗[13]學者的交互層次塔，可以將學習視頻中的交互程度分為三種：操作交互、信息交互、概念交互。其中，現有的實證研究主要探討了操作交互及信息交互層面對學習者的影響。對暫停行為投入和答題行為投入兩種行為的研究表明，暫停行為投入比答題行為投入更利于學習者的新知理解[14]。綜上，課時交互層次的程度并不是越深，投入的時間越長，理解的效果就越好，交互的程度應根據知識類型、知識理解的階段、知識難易程度進行設計。

4.線索因素

視頻中的線索因素主要指的是鼠標線索、文本框、高亮等。有研究者探討了線索的視頻設計對學習者的影響，發現不同類型的線索均能有效提高學習者的學習效果，引起學習者的注意，線索以視聽覺的形式呈現是效果最佳的。但姜艷玲、李文[15]等人的研究發現，重難點提示和鼠標引導會阻礙信息加工。根據多媒體設計原則可知，信息過多會造成信息的冗余。綜上可知，在視頻設計時要考慮視頻中的元素是否過多，并不是重點提示越多越好，應避免信息的冗余，避免起到適得其反的作用。

5.錄制方式

視頻的錄制方式多種多樣，大致可以分為真人拍攝型、錄屏型、混合合成型三大類[16]。陳彩霞[17]對MOOC三種錄屏制作方式（分別為PPT錄屏式、手寫講解式、動畫式）展開實驗研究時，發現不同的錄制形式會對學習者的學習產生不同的學習效果，且當以手寫講解式的方式錄制時，學習者學習效果最佳，PPT錄屏式次之。

三、結論與展望

正如研究結果所顯示的，在現有研究中教師因素是最受關注的，其次是字幕及交互因素，再次是對線索及錄制方式的探討。另外，研究還涉及情緒的影響，學習者個體本身的因素，但研究量都很小。

如上所述，眼動儀能有效獲取學習者的眼動數據，從而將學習效果與學生內在認知過程聯系起來，但現有研究量還是相對較小，對視頻的研究還需要更多的實證研究，未來研究者可以從以下幾個方面考慮實驗設計：

1.對于實驗對象的選取，不應僅局限于高等院校的學習者，還應面向其他學習者，如基礎教育學習者等。

2.對于實驗環境的設計，未來研究實驗環境應盡可能接近和還原真實的學習過程，避免環境造成的實驗誤差。

3.對于眼動指標的選取，應用多維度指標進行眼動數據分析，避免有價值數據信息的丟失。

4. 對于學習者個性特征，何克抗[18] 教授提出Elearning教學系統包含教師、學生、教材和媒體四個基本要素，多媒體學習效果是四要素綜合的效果。目前現有研究多考慮的是視頻單方面因素的影響，未來的研究中應考慮學習者的個性特征，以滿足不同類型學習者的個性需求。

5.眼動技術應與腦電技術相結合。眼動跟蹤技術記錄學習者學習時的眼動行為，雖然能揭示學習者學習過程中的認知加工規律，但無法揭示學習者的腦認知加工的生理過程，而腦電指標可以反映大腦中信息加工的生理過程[19]，未來研究者在進行眼動實驗時可結合腦電儀，以探明學習者學習時的內在認知規律和生理機制。