利用眼動(dòng)儀來(lái)支持微視頻研究綜述

王超群 余朝文 朱小妮 廖倩 邵海霞

[關(guān)鍵詞]眼動(dòng)儀;微視頻;綜述

疫情背景下，在線教育成為支持學(xué)習(xí)的重要手段。為滿足個(gè)性化需求及未來(lái)時(shí)代發(fā)展的需求，或許視頻學(xué)習(xí)會(huì)成為學(xué)習(xí)的主流趨勢(shì)。李青等[1]指出，作為承載核心學(xué)習(xí)內(nèi)容的視頻質(zhì)量會(huì)影響學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)參與度與學(xué)習(xí)效果。制作出高質(zhì)量的學(xué)習(xí)視頻是首要保障，但受年齡、資源裝備、信息技術(shù)水平等條件的制約，一線教師制作的學(xué)習(xí)視頻常呈現(xiàn)良莠不齊的現(xiàn)象，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，如何優(yōu)化當(dāng)前的視頻質(zhì)量，設(shè)計(jì)出以學(xué)生為中心、滿足學(xué)習(xí)者需求的學(xué)習(xí)視頻，并提升視頻的利用率，成為迫切需要解決的問(wèn)題。

眼動(dòng)儀作為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，具有量化、適用、便捷、實(shí)用等特點(diǎn)。研究者利用眼動(dòng)技術(shù)能夠獲取學(xué)習(xí)者的眼動(dòng)數(shù)據(jù)，可以分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程的視覺(jué)認(rèn)知加工過(guò)程。本文旨在對(duì)目前國(guó)內(nèi)開(kāi)展的視頻眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行梳理以期為未來(lái)微視頻的設(shè)計(jì)提供科學(xué)可靠的依據(jù)，并為利用眼動(dòng)儀支持微視頻研究提供借鑒。

一、數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

以中國(guó)知網(wǎng)作為數(shù)據(jù)來(lái)源，分別以主題為“眼動(dòng)、視頻并學(xué)習(xí)效果”和“眼動(dòng)、視頻并教學(xué)”進(jìn)行檢索，共檢索出文獻(xiàn)51篇，對(duì)論文標(biāo)題、摘要進(jìn)行閱讀后，剔除不相關(guān)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(xiàn)作為研究數(shù)據(jù)。采用整體統(tǒng)計(jì)與文獻(xiàn)具體內(nèi)容分析相結(jié)合的方法，用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

二、研究結(jié)果

（一）文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析

1.文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)及作者分析

20世紀(jì)80年代，我國(guó)著名心理學(xué)家沈德立開(kāi)展對(duì)閱讀靜態(tài)文本的眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究[2]，自此，我國(guó)正式開(kāi)始了通過(guò)眼動(dòng)儀記錄眼動(dòng)數(shù)據(jù)以探究學(xué)習(xí)者視覺(jué)認(rèn)知加工的研究?，F(xiàn)在，利用眼動(dòng)儀記錄學(xué)習(xí)者閱讀靜態(tài)文本的眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)非常成熟，但對(duì)動(dòng)態(tài)視頻的研究還相對(duì)匱乏。2009年張家華等[3]首次利用眼動(dòng)儀探究了網(wǎng)絡(luò)視頻課程界面中教師對(duì)學(xué)習(xí)者信息加工、注意力分配、學(xué)習(xí)效果的影響，但之后的有關(guān)研究都處于相對(duì)平淡的狀態(tài)，直至2015年開(kāi)始，熱度才不斷提高，如圖1所示。但從研究文獻(xiàn)的總量來(lái)看，對(duì)于視頻領(lǐng)域的眼動(dòng)研究還是較少的，影響力不足。

2.發(fā)文期刊及作者機(jī)構(gòu)分析

對(duì)發(fā)文期刊統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，如表1所示，雖然有關(guān)研究的發(fā)文量較少，但在18篇期刊論文中有15篇文獻(xiàn)發(fā)表在包括教育技術(shù)學(xué)類、心理學(xué)類雜志等在內(nèi)的6類核心期刊上?？梢?jiàn)，視頻的眼動(dòng)研究在教育技術(shù)領(lǐng)域與心理學(xué)領(lǐng)域受到了極大的重視，但在其他領(lǐng)域并沒(méi)有引起足夠的重視。

對(duì)作者所屬機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，如表2所示，研究者基本來(lái)自各大師范高校，其中開(kāi)展眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)的研究主要以華中師范大學(xué)及天津師范大學(xué)為首。究其原因可以發(fā)現(xiàn)，天津師范大學(xué)是首個(gè)開(kāi)展閱讀眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)的高校，但從中也可以發(fā)現(xiàn)開(kāi)展眼動(dòng)研究的研究者結(jié)構(gòu)單一，大多來(lái)自高等院校的教師及學(xué)生。

（二）實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)分析

1.對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象及環(huán)境的分析

對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，如表3所示，僅有2項(xiàng)研究是以中學(xué)生為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的，其他研究均以大學(xué)生為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。根據(jù)皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段理論可知，各年齡階段的學(xué)生認(rèn)知發(fā)展是不一樣的。如吳向文[4]在對(duì)多媒體畫(huà)面交互性進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)學(xué)習(xí)效果的提升方面，大中小學(xué)生所用的交互性策略是不一樣的：對(duì)大學(xué)生而言，結(jié)尾反饋與無(wú)反饋更利于學(xué)習(xí)效果的提升;對(duì)中學(xué)生而言，腳注反饋更利于學(xué)習(xí)效果的提升;對(duì)小學(xué)生而言，系統(tǒng)控制最利于學(xué)習(xí)效果的提升。因而，未來(lái)的實(shí)證研究還應(yīng)更多地面向不同年齡階段的學(xué)習(xí)者，如基礎(chǔ)教育學(xué)習(xí)者等，以探明符合不同年齡階段學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)視頻設(shè)計(jì)，從而為不同層次的學(xué)習(xí)者提供更優(yōu)質(zhì)的視頻學(xué)習(xí)資源。

對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在所開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)研究中，所有的實(shí)驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，而除了視頻內(nèi)容本身，學(xué)習(xí)者還會(huì)受周圍環(huán)境的影響。實(shí)驗(yàn)環(huán)境與真實(shí)環(huán)境是極不一樣的，真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境中影響學(xué)習(xí)效果的因素復(fù)雜多樣，所以，學(xué)習(xí)者處于實(shí)驗(yàn)室與真實(shí)環(huán)境中的心理狀態(tài)及學(xué)習(xí)體驗(yàn)也是不一樣的。故而，在實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)果是否適用于真實(shí)環(huán)境中還有待驗(yàn)證。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備統(tǒng)計(jì)

對(duì)實(shí)驗(yàn)所用眼動(dòng)儀統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有研究中，對(duì)于眼動(dòng)儀的描述相對(duì)規(guī)范，大部分都對(duì)所用實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了型號(hào)、參數(shù)等的說(shuō)明，只有3篇文獻(xiàn)未對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的眼動(dòng)儀產(chǎn)品中，最常用的是Tobii系列、Eyelink系列和SMI系列的眼動(dòng)儀。瑞典To?bii系列提供了眼鏡式、場(chǎng)景式、便攜式眼動(dòng)儀，廣泛應(yīng)用于心理學(xué)、人機(jī)交互、神經(jīng)生理學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)、可用性研究等諸多領(lǐng)域。德國(guó)SMI系列有HED、RED、Hi-Speed三種型號(hào)的眼動(dòng)儀，其中HED頭盔式眼動(dòng)儀適用于各種研究場(chǎng)所，且能記錄受試者觀看真實(shí)景物時(shí)的注視位置，對(duì)于真實(shí)課堂的眼動(dòng)行為研究，研究者可以考慮選擇此款眼動(dòng)儀。RED眼動(dòng)儀對(duì)受試者頭部沒(méi)有束縛，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量不會(huì)對(duì)受試者產(chǎn)生太多的不適。加拿大SR公司研發(fā)的Eyelink系列眼動(dòng)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(shí)驗(yàn)素材編入程序，實(shí)驗(yàn)在電腦實(shí)現(xiàn);Video Overlay 可處理動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，不需要編程，實(shí)驗(yàn)在電腦上實(shí)現(xiàn);Scene不需要編程，實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行，可拍攝不同的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。

3.眼動(dòng)指標(biāo)選取

對(duì)實(shí)驗(yàn)選取的眼動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，如表4所示，研究者常使用注視時(shí)間、注視次數(shù)、平均注視時(shí)間、熱點(diǎn)圖等眼動(dòng)指標(biāo)對(duì)學(xué)習(xí)者觀看視頻時(shí)的眼動(dòng)軌跡進(jìn)行分析。閆志明等[5]學(xué)者通過(guò)文獻(xiàn)分析，將多媒體學(xué)習(xí)研究中的眼動(dòng)指標(biāo)分為三類，主要包括注視類指標(biāo)、眼跳類指標(biāo)和瞳孔直徑類指標(biāo)。根據(jù)閆志明等學(xué)者對(duì)眼動(dòng)指標(biāo)的分類可以發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)研究中眼動(dòng)指標(biāo)多選用的是注視類指標(biāo)，其他指標(biāo)的選取都相對(duì)較低，而注視類指標(biāo)僅反映內(nèi)容的獲取和認(rèn)知加工情況，難以提供注視點(diǎn)之間轉(zhuǎn)換時(shí)的詳細(xì)信息，不能很好地體現(xiàn)眼動(dòng)的空間特征。眼跳類指標(biāo)能反映不同注視點(diǎn)之間的注意情況、學(xué)習(xí)效率和難度，因?yàn)橥字睆脚c心理負(fù)荷情況密切相關(guān)。為了對(duì)學(xué)習(xí)者認(rèn)知加工過(guò)程進(jìn)行深入分析，避免有價(jià)值數(shù)據(jù)信息的丟失，研究者在指標(biāo)選取時(shí)應(yīng)綜合選取多種眼動(dòng)指標(biāo)，從多維度分析眼動(dòng)數(shù)據(jù)。

（三）實(shí)驗(yàn)研究主題

對(duì)實(shí)驗(yàn)研究主題進(jìn)行歸類發(fā)現(xiàn)，視頻的眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究主要從教師、字幕、交互、線索、錄制方式等方面進(jìn)行研究，針對(duì)教師因素的學(xué)習(xí)視頻眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)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(duì)教師因素的研究?jī)?nèi)容主要是教師姿勢(shì)、教師性別形象代理、教師呈現(xiàn)狀態(tài)、教師呈現(xiàn)時(shí)間、教師呈現(xiàn)形式、教師形象大小。其中教師姿勢(shì)主要指教師手勢(shì)引導(dǎo)和目光引導(dǎo)[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(xiàn)形式包括教師形象有無(wú)及教師靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的形象[3，8];教師呈現(xiàn)時(shí)間包括教師間斷呈現(xiàn)還是持續(xù)呈現(xiàn)[9];教師呈現(xiàn)狀態(tài)包括融合式、嵌入式或者課堂實(shí)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(duì)教師因素的實(shí)證研究中可以發(fā)現(xiàn)，教師動(dòng)態(tài)形象效果優(yōu)于靜態(tài)形象[8];教師形象以中近景的形態(tài)呈現(xiàn)時(shí)效果最佳[10]，教師性別形象代理主要受學(xué)習(xí)者偏好的影響，學(xué)習(xí)者偏好的代理形象能促進(jìn)學(xué)習(xí)效果[7];融合式和嵌入式效果優(yōu)于課堂實(shí)錄。對(duì)于教師呈現(xiàn)時(shí)間間斷、持續(xù)與否[9，11]，目前還存在爭(zhēng)議，還有待未來(lái)更多的研究者去檢驗(yàn)。

2.字幕因素

對(duì)字幕因素的研究主要是對(duì)字幕的呈現(xiàn)與否、以何種形式呈現(xiàn)開(kāi)展實(shí)證研究。研究發(fā)現(xiàn)，在不同知識(shí)類型下，字幕在視頻中的形式對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)影響是不一樣的，對(duì)陳述性知識(shí)進(jìn)行全字幕呈現(xiàn)效果最佳，對(duì)程序性知識(shí)進(jìn)行概要字幕呈現(xiàn)效果最佳，字幕呈現(xiàn)均優(yōu)于無(wú)字幕呈現(xiàn)[12]。

3.交互因素

對(duì)交互因素影響的研究，根據(jù)陳麗[13]學(xué)者的交互層次塔，可以將學(xué)習(xí)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(xiàn)有的實(shí)證研究主要探討了操作交互及信息交互層面對(duì)學(xué)習(xí)者的影響。對(duì)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(xué)習(xí)者的新知理解[14]。綜上，課時(shí)交互層次的程度并不是越深，投入的時(shí)間越長(zhǎng)，理解的效果就越好，交互的程度應(yīng)根據(jù)知識(shí)類型、知識(shí)理解的階段、知識(shí)難易程度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.線索因素

視頻中的線索因素主要指的是鼠標(biāo)線索、文本框、高亮等。有研究者探討了線索的視頻設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)習(xí)者的影響，發(fā)現(xiàn)不同類型的線索均能有效提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果，引起學(xué)習(xí)者的注意，線索以視聽(tīng)覺(jué)的形式呈現(xiàn)是效果最佳的。但姜艷玲、李文[15]等人的研究發(fā)現(xiàn)，重難點(diǎn)提示和鼠標(biāo)引導(dǎo)會(huì)阻礙信息加工。根據(jù)多媒體設(shè)計(jì)原則可知，信息過(guò)多會(huì)造成信息的冗余。綜上可知，在視頻設(shè)計(jì)時(shí)要考慮視頻中的元素是否過(guò)多，并不是重點(diǎn)提示越多越好，應(yīng)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(duì)MOOC三種錄屏制作方式（分別為PPT錄屏式、手寫(xiě)講解式、動(dòng)畫(huà)式）展開(kāi)實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同的錄制形式會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)產(chǎn)生不同的學(xué)習(xí)效果，且當(dāng)以手寫(xiě)講解式的方式錄制時(shí)，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果最佳，PPT錄屏式次之。

三、結(jié)論與展望

正如研究結(jié)果所顯示的，在現(xiàn)有研究中教師因素是最受關(guān)注的，其次是字幕及交互因素，再次是對(duì)線索及錄制方式的探討。另外，研究還涉及情緒的影響，學(xué)習(xí)者個(gè)體本身的因素，但研究量都很小。

如上所述，眼動(dòng)儀能有效獲取學(xué)習(xí)者的眼動(dòng)數(shù)據(jù)，從而將學(xué)習(xí)效果與學(xué)生內(nèi)在認(rèn)知過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，但現(xiàn)有研究量還是相對(duì)較小，對(duì)視頻的研究還需要更多的實(shí)證研究，未來(lái)研究者可以從以下幾個(gè)方面考慮實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

1.對(duì)于實(shí)驗(yàn)對(duì)象的選取，不應(yīng)僅局限于高等院校的學(xué)習(xí)者，還應(yīng)面向其他學(xué)習(xí)者，如基礎(chǔ)教育學(xué)習(xí)者等。

2.對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的設(shè)計(jì)，未來(lái)研究實(shí)驗(yàn)環(huán)境應(yīng)盡可能接近和還原真實(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，避免環(huán)境造成的實(shí)驗(yàn)誤差。

3.對(duì)于眼動(dòng)指標(biāo)的選取，應(yīng)用多維度指標(biāo)進(jìn)行眼動(dòng)數(shù)據(jù)分析，避免有價(jià)值數(shù)據(jù)信息的丟失。

4. 對(duì)于學(xué)習(xí)者個(gè)性特征，何克抗[18] 教授提出Elearning教學(xué)系統(tǒng)包含教師、學(xué)生、教材和媒體四個(gè)基本要素，多媒體學(xué)習(xí)效果是四要素綜合的效果。目前現(xiàn)有研究多考慮的是視頻單方面因素的影響，未來(lái)的研究中應(yīng)考慮學(xué)習(xí)者的個(gè)性特征，以滿足不同類型學(xué)習(xí)者的個(gè)性需求。

5.眼動(dòng)技術(shù)應(yīng)與腦電技術(shù)相結(jié)合。眼動(dòng)跟蹤技術(shù)記錄學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時(shí)的眼動(dòng)行為，雖然能揭示學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程中的認(rèn)知加工規(guī)律，但無(wú)法揭示學(xué)習(xí)者的腦認(rèn)知加工的生理過(guò)程，而腦電指標(biāo)可以反映大腦中信息加工的生理過(guò)程[19]，未來(lái)研究者在進(jìn)行眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)可結(jié)合腦電儀，以探明學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時(shí)的內(nèi)在認(rèn)知規(guī)律和生理機(jī)制。