文字強調(diào)方式對多媒體學(xué)習(xí)的影響
——基于眼動追蹤技術(shù)*

余沁，劉龍繁，熊艷△，劉可心，陳宇

(1.四川大學(xué)商學(xué)院，成都 610065；2.四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065；3.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，成都 610065；4. 四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，成都 610065)

1 引 言

人保持注意力集中狀態(tài)的時間是有限的，教育心理學(xué)有個重要觀點是：“一般青少年的注意力持續(xù)集中有10～30 min左右,成人注意力持續(xù)集中有30～50 min”[1]。而學(xué)生在課堂上始終保持注意力集中的狀態(tài)是不可能實現(xiàn)的，因此,學(xué)生就會在注意力低下時很容易遺失重要的教學(xué)信息。假設(shè)學(xué)生能夠在高警惕性下，最短的時間內(nèi)獲得重要的課堂教學(xué)信息，就可以有效的彌補注意力低下時遺失的教學(xué)信息。為了提高多媒體課件的可理解性，加強教學(xué)信息傳遞方式的設(shè)計，目前很多研究者從不同媒體材料、動畫、媒體組合、色彩(如背景顏色)、提示信息、先前經(jīng)驗和情緒等多方面進(jìn)行研究[2]，也有研究者針對字體呈現(xiàn)方式對多媒體閱讀效果的影響做了一些相關(guān)的研究，水仁德和王立丹[3]研究了字體的大小和位置對多媒體理解的影響；杜夢源[4]還研究了文字的顏色和時間壓力對閱讀效果的影響。可以看出，多媒體學(xué)習(xí)研究中非常缺乏對多媒體最基本的組成元素-字體文本的研究。但其實在學(xué)習(xí)中，最重要的是掌握關(guān)鍵的信息，比如文本中的關(guān)鍵詞或標(biāo)題等。所以,以合適形式對多媒體課件的關(guān)鍵字加以強調(diào)對高效學(xué)習(xí)有著很重要的作用，而本研究針對字體強調(diào)方式對閱讀效率影響的研究彌補了這樣一個研究漏洞。該項研究還有助于提高教師授課“可理解性”和讓學(xué)生快速捕捉多媒體課件中的重點信息，并藉此提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效率。

2 眼動追蹤技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

眼動追蹤技術(shù)是一種重要的心理學(xué)研究方法，即通過記錄人眼球的運動過程來分析人體生理和心理變化的一種研究方式。

研究者們基于美國學(xué)者理查德梅耶的認(rèn)知理論[5],探討多媒體設(shè)計與學(xué)習(xí)成效的關(guān)系問題，認(rèn)為認(rèn)知理論是相關(guān)多媒體工作設(shè)計符合學(xué)習(xí)者認(rèn)知架構(gòu)的多媒體課件的重要理論。關(guān)于眼動的本質(zhì)，Just和Carpenter[6]提出了“眼-心理”(Eye-Mind)假說，該假說認(rèn)為眼球運動為“注意力分配到了哪兒”提供了動態(tài)追蹤。在一個復(fù)雜的信息加工過程中，閱讀、眼動和注意力之間是密不可分的。眼動的測量揭示了基本的認(rèn)知過程、閱讀理解機制和視覺加工過程[7-8]。鄭玉瑋[2]認(rèn)為，眼動閱讀研究中常用的眼動指標(biāo)主要從三個維度進(jìn)行分類：時間、空間和數(shù)。常見的時間眼動指標(biāo)有總注視時間和第一次注視時間；空間指標(biāo)是在空間維度內(nèi)測量眼球運動，如注視位置、注視順序等；數(shù)的指標(biāo)對眼動的測量建立在一個數(shù)或頻率的基礎(chǔ)上，比如總注視次數(shù)、眼跳次數(shù)等。本研究的創(chuàng)新點就在于合理的運用眼動指標(biāo)去解釋學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)多媒體課件時文字強調(diào)方式的重要作用。

3 研究實驗設(shè)計

3.1 實驗儀器與材料

本實驗采用SMI RED 500HZ眼動儀。試驗原理：通過角膜反射，并采樣頻率。將眼動儀連接到17寸顯示器，調(diào)整顯示器的亮度確保多媒體課件內(nèi)容清晰呈現(xiàn)。在顯示器前75～80 cm處放置較為舒服的高背座椅，使被試者可以獲得最佳閱讀姿勢。

實驗的閱讀材料為四川大學(xué)精品課程的PPT課件(5組× 6頁=30頁)，在每頁PPT中加入實驗研究的5種強調(diào)方式，實驗被試按照實驗任務(wù)要求在PPT中找出目標(biāo)詞語即結(jié)束閱讀。

為了排除其他因素對被試者的閱讀造成干擾，實驗材料中PPT的背景為最適合閱讀的白色RGB(225, 225, 225)[9-10]，單頁字?jǐn)?shù)均為250字，字體采用最常用的宋體，字號為18。

3.2 實驗者與實驗設(shè)計

實驗被試為四川大學(xué)不同專業(yè)中隨機抽取15名本科生，年齡在20～22歲之間，所有被試者視力或矯正視力正常，無色盲，實驗被試為首次學(xué)習(xí)實驗材料。

實驗前期由500名普通大學(xué)生對最常見的字體強調(diào)顏色進(jìn)行問卷調(diào)查，確定出常用的顏色為藍(lán)色RGB(0,0,255)、紅色RGB(255,0,0)和黑色RGB(0,0,0)，其中黑色為對照組。本實驗研究的字體強調(diào)方式為3(字體顏色)×2(是否加粗)兩種形式兩兩組合而成的6種強調(diào)方式：

(1)黑色為強調(diào)(對照實驗);(2)黑色加粗為強調(diào)方式;(3)藍(lán)色為強調(diào)方式;(4)藍(lán)色加粗為強調(diào)方式;(5)紅色為強調(diào)方式;(6)紅色加粗為強調(diào)方式。

為了保證實驗的可信度，我們將整個實驗過程分為練習(xí)階段和試驗階段。

練習(xí)階段：練習(xí)開始前先對被試者進(jìn)行眼動校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后告訴被試者身體要保持目前的姿勢(或保持頭部不動)。

實驗階段：(1)呈現(xiàn)指導(dǎo)語。(2)被試者清楚要求后開始測試。(3)閱讀完畢后按鍵結(jié)束，記錄被試者眼動信息。

4 實驗結(jié)果分析

通過對15名被試進(jìn)行實驗，總計獲得了330條有效樣本數(shù)據(jù)。本研究提取總注視次數(shù)、閱讀時間、目標(biāo)區(qū)停留時間數(shù)據(jù)，采用社會科學(xué)統(tǒng)計軟件 SPSS Statistics 17.0 結(jié)合因素分析法對眼動數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計、方差分析、兩兩t檢驗，如果能判斷出哪些材料更具吸引力，哪些材料被學(xué)生優(yōu)先知覺，就可以判斷哪種強調(diào)方式更占優(yōu)勢，總結(jié)出大學(xué)生在多媒體學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知規(guī)律。

4.1 總注視次數(shù)

為了看清某一物體，兩只眼睛必須保持一定的方位，才能使物體成像在視網(wǎng)膜上，這種眼睛對準(zhǔn)對象的活動就叫注視。實驗被試在閱讀實驗材料反復(fù)的搜索目標(biāo)詞匯時，會根據(jù)不同的醒目程度注意到詞匯。因此，如果目標(biāo)詞匯不醒目(如對照組)，那么實驗者就會有大量的視覺搜索，在閱讀材料上總的注視次數(shù)就會很高[11]。故總注視次數(shù)反映的就是學(xué)習(xí)材料的醒目程度以及學(xué)習(xí)的難易程度。

4.1.1實驗組與對照組的雙樣本T檢驗 首先針對對照組數(shù)據(jù)和其余5組實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行“雙樣本T檢驗”分析。結(jié)果見表1，發(fā)現(xiàn)無字體強調(diào)的注視次數(shù)與有字體強調(diào)的注視次數(shù)的均值均有顯著性差異，說明有字體強調(diào)對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有明顯的影響。

表1總注視次數(shù)成對樣本檢驗

Table 1 Paired sample test of total gaze time

4.1.2不同強調(diào)方式的方差分析及描述性統(tǒng)計 以總注視次數(shù)為因變量，5種不同的強調(diào)方式為因子進(jìn)行單因素方差分析，由表2可以看出， 5種強調(diào)方式下的總注視次數(shù)有顯著性差異，該指標(biāo)具有研究意義。進(jìn)行簡單統(tǒng)計分析，結(jié)果見表3，我們可以得出以下結(jié)論：(1)藍(lán)色加粗和紅色加粗的字體強調(diào)方式的可理解性明顯優(yōu)于其他的強調(diào)方式；(2)在有字體強調(diào)的情況之下，學(xué)習(xí)的效果會明顯優(yōu)于沒有字體強調(diào)的情況。

表2總注視次數(shù)方差分析表(ANOVA)

Table 2 ANOVA of total gaze time

表3總注視次數(shù)描述統(tǒng)計量

Table 3 Descriptive statistics of total gaze time

4.1.3兩因素對總注視次數(shù)的影響程度 為了探究顏色和加粗兩種因素分別對閱讀總注視次數(shù)的影響，本研究采用了聚類分析，首先固定加粗方式不變，結(jié)果見表4，說明字體顏色不管是在加粗還是不加粗的情況之下，均會影響學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。

其次，固定顏色因素不變，結(jié)果顯示當(dāng)字體顏色為黑色時，是否加粗對學(xué)習(xí)效果影響顯著；當(dāng)字體顏色為藍(lán)色和紅色時，是否加粗對學(xué)習(xí)效果的影響不顯著。

表4兩因素的方差分析表(ANOVA)

Table 4 ANOVA with two factors of total gaze time

4.2 閱讀時間的方差分析及描述性統(tǒng)計

本次試驗中的閱讀時間為實驗被試完成單次實驗任務(wù)，也就是閱讀者的眼動軌跡從第一次注視實驗材料到找出目標(biāo)詞匯后結(jié)束閱讀的總時間。上一節(jié)的總注視次數(shù)是從數(shù)的維度對閱讀效率進(jìn)行評價，而閱讀時間則是通過時間的維度對學(xué)習(xí)者閱讀的效率進(jìn)行分析。閱讀時間的長短表明了學(xué)生閱讀效率高低的程度。

以閱讀時間為因變量，5種不同的強調(diào)方式為因子進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果見表5，結(jié)果顯示閱讀時間具有研究意義。

表5閱讀時間方差分析表(ANOVA)

Table 5 ANOVA of total reading time

對閱讀時間進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析，得到圖1的均值圖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)五種強調(diào)方式中，藍(lán)色加粗(4)的平均閱讀時間最小，閱讀效率最高；黑色加粗(2)的平均閱讀時間最大，閱讀效率最低。

圖1 閱讀時間均值圖

4.3 目標(biāo)區(qū)停留時間的方差分析及描述性統(tǒng)計

目標(biāo)區(qū)停留時間是指眼睛在目標(biāo)區(qū)域的平均注視停留時間。對于本實驗而言，目標(biāo)區(qū)域的停留時間即是實驗被試的眼動軌跡停留在實驗前設(shè)定的目標(biāo)詞匯區(qū)域的總時間。在本實驗中，目標(biāo)區(qū)停留時間主要分為兩個部分：一是閱讀者的眼球聚焦注視過程的時間；二是閱讀者大腦加工識別詞匯過程的時間，它可以反映出學(xué)習(xí)者對閱讀材料閱讀認(rèn)知的速度。在目標(biāo)區(qū)域停留的時間越短，那么學(xué)習(xí)者的認(rèn)知速度就越快。

以目標(biāo)區(qū)停留時間為因變量，5種不同的強調(diào)方式為因子進(jìn)行單因素方差分析，表6的結(jié)果說明該眼動指標(biāo)具有研究意義。

表6目標(biāo)區(qū)停留時間方差分析表(ANOVA)

Table 6 ANOVA of residence time in target area

然后對目標(biāo)區(qū)停留時間進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析，得到圖2的均值圖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗被試識別藍(lán)色加粗(4)和黑色加粗(2)的字體強調(diào)的速度最快。

圖2 目標(biāo)區(qū)停留時間均值圖

5 總結(jié)及展望

通過實驗并對總注視次數(shù)、閱讀時間、目標(biāo)區(qū)停留時間三類眼動指標(biāo)的分析，得到了一致的結(jié)論，以此說明了本次實驗結(jié)論的可靠性，主要結(jié)論為：

(1)多媒體文本中有字體強調(diào)的情況下，學(xué)習(xí)的效果會明顯優(yōu)于沒有字體強調(diào)的情況；

(2)藍(lán)色加粗的字體強調(diào)方式是可理解性最強，識別藍(lán)色加粗字體時的速度要比其他類型的強調(diào)方式都要快；

(3)兩種因素中顏色因素對學(xué)生閱讀效率的影響程度大于加粗因素，而且加粗類型對總注視次數(shù)的影響程度也會受到字體顏色的干擾，在黑色時加粗方式對學(xué)習(xí)效果影響顯著，在藍(lán)色和紅色時，對學(xué)習(xí)效果影響不顯著。

實驗被試是依據(jù)字體的醒目程度進(jìn)行選擇性注視，藍(lán)色加粗強調(diào)方式的注視次數(shù)、閱讀時間都會明顯的少于其他的強調(diào)方式的原因就在于這種強調(diào)方式更能夠吸引閱讀者的注意力，讓實驗被試的眼球首先捕捉到藍(lán)色加粗的詞匯。而閱讀者在藍(lán)色加粗字體下的目標(biāo)區(qū)停留時間也明顯少于其他強調(diào)方式，原因就在于醒目的字體強調(diào)方式能夠起到降低其他字體對閱讀認(rèn)知的干擾作用，從而讓閱讀者將更多的注意力分配到關(guān)鍵字當(dāng)中，達(dá)到提高閱讀者理解能力的效果。