阅读行为眼动跟踪研究综述

许洁 王豪龙

[摘 要] 借助眼动跟踪技术与方法，可对阅读行为中的认知加工、心理因素等进行数据捕捉与分析。有关阅读行为的眼动跟踪研究历史起源于西方，近年来国内相关研究数量逐渐增多并取得了一定进展，本文在对中外有关阅读行为的眼动研究文献进行梳理基础上，综述了眼动跟踪技术与方法在阅读行为研究中的应用，从工具、指标、方法与模型等方面对已有研究进行评述，并从眼动研究方面总结出影响阅读行为的因素以及阅读眼动研究的应用方向，阐释眼动跟踪在阅读中的应用现状，对阅读行为眼动研究的前沿方向以及发展趋势进行展望，并据此提出基于阅读眼动跟踪研究的模型。

[关键词] 阅读行为 眼动研究 眼动跟踪 眼动模型 阅读行为特征

[中图分类号] G237[文献标识码] A[文章编号] 1009-5853 （2020） 02-0052-15

[Abstract] With the help of eye tracking technology and methods， data capture and analysis can be performed on cognitive processing and psychological factors in reading behavior. The history of eye tracking research on reading behavior originates from the West. In recent years， the number of related domestic research has gradually increased and some progress has been made. Based on a review of eye tracking research literature on reading behavior both China and abroad， this article reviews the application of eye tracking technology and methods in reading behavior research， from tools， indicators， methods and models， and summarizes the factors affecting reading behavior and the application direction of reading eye tracking research from the aspect of eye tracking research. The application status of eye tracking in reading was explained， the frontier direction and development trend of reading behavior eye tracking research were discussed， and a model based on reading eye tracking research was proposed accordingly.

[Key words] Reading behavior Eye tracking studies Eye tracking Eye tracking model Reading behavior characteristics

1 引 言

視觉是人类获取和处理信息的重要渠道，其捕捉了80%—90%的外界信息，对于眼动的研究被认为是视觉信息加工研究中最有效的方法[1]。眼动跟踪技术最初应用于生理学与心理学的研究，借助必要的观察与记录方法，记录人在特定环境下眼睛的运动数据，从而结合环境、心理等多重因素对其进行心理与生理的分析， 相比于传统的基于问卷调查或者现场观察的研究方法，眼动跟踪技术提供了更加精确有效的方法支撑，可以对阅读者进行全方位的阅读与认知心理的分析，更加科学地解释阅读者在阅读过程中的认知变化过程以及心理变化形式。

19世纪法国的拉马尔（Lamare）等最先着手对阅读眼动跟踪的研究[2]，早期的研究主要关注眼动跟踪中与阅读行为相关的一些基本现象，之后许多学者开始关注眼动跟踪实验中的一些重要特征以及与阅读认知加工之间的关系[3][4][5]。有学者归纳分析了国外的眼动研究，认为早期研究阶段为19世纪70年代到20世纪20年代，该阶段主要对眼动基本特征以及新技术，如知觉广度（the span of recognition）、视觉控制技术（narrowed visual field size technique）等进行探讨[6];20世纪20年代到60年代末，行为主义的兴起使对人认知过程的研究受到普遍质疑，相关研究较少[7];20世纪70年代至今是阅读眼动研究的发展期，该时期的相关研究不仅详细记录了各种眼动轨迹系统的特征，还改进了眼动资料的分析方法，计算机技术被大量运用于眼动分析，推动了阅读眼动跟踪研究的发展[8][9][10][11][12][13]。

对汉字阅读眼动的研究起步较晚，其中一个主要原因是以表意为主的汉字与以表音为主的英文字母存在很大的差别[14]，以英文为阅读材料的眼动跟踪研究结果不一定完全适用于汉字，因此相关研究需在已有基础上进行变通与创新。阎国利、白学军对汉字阅读的眼动研究进行了划分：早期研究集中于20世纪20年代到30年代，该时期的眼动研究主要借助于国外眼动仪设备，实验对象均为国外中国留学生，实验内容多为探究中英文阅读的差异性以及中文不同文体的阅读眼动差异，代表成果是沈有乾与迈尔斯（Miles）于1925年和1927年利用照相记录法进行的两次中文阅读眼动实验[15][16];第二阶段为20世纪40年代到70年代的中期研究，该时期的研究主要为国外研究者设计的对包括汉语在内的不同语言阅读的眼动研究，例如格雷（Gray）对读者阅读14种不同语言时的眼动进行的比较研究[17];第三阶段的研究兴起于20世纪80年代，该时期由于国际交流增多、计算机辅助技术的进步，对中文的眼动研究数量和质量都有所提高[18]。

通过控制文本显示窗口的大小，研究者可以方便地研究实验者阅读的知觉广度以及阅读能力、材料难易程度等。

3.2.3 移动遮蔽法

移动掩蔽法是雷纳和伯特拉（Bertera）为研究中央凹视觉区在阅读中的作用而设计的[51]。该方法可以看作是窗口法的反向操作，即被试者注视点所在区域的文本被符号或相似文本遮蔽不予显现，而注视点之外区域的文本则可以正常显示，即被试者注视点所到之处文本即被遮蔽。通过该方法，研究者可以更清晰地探究眼球中央凹视觉区对阅读的重要作用以及遮蔽范围大小对被试者阅读的影响。

3.2.4 边界法

边界法是雷纳为研究副中央凹视觉区域的信息线索对阅读的影响而设计的[52]。该方法的操作方式为：在注视点右侧选择一个目标刺激位置，在目标刺激位置左侧设置一个边界，并且该边界不在显示器上显示，当被试者注视点仍停留在边界外时，预示刺激显示，当被试者注视点越过边界时，目标刺激立即取代预示刺激。该方法目的是为了研究被试者能否从副中央凹区域获取有关文本的部分信息，如形状、意义、结构等，并且该种方式不会对被试者阅读产生影响。

3.2.5 消失文本法

雷纳、利沃塞吉（Liversedge）等为考察读者在阅读过程中信息的提取时间，设计了消失文本法[53]。该方法的操作方式为：当读者开始注视某一个字符或词语时，经过一定时间，该注视点处的字符或词语便会自动消失，当下一次注视开始时，之前消失的字符或词语又会重新显现。该方法的目的是为了探究注视时间对被试者阅读的影响程度，如果某个字符或词语在显示一段时间后消失，如果不影响阅读，则说明被试者对该字符或词语的注视时间小于或等于持续时间，反之则相反。

3.3 研究模型

随着眼动跟踪设备以及统计分析工具的不断发展，研究者可以借助越来越先进的设备收集各项眼动数据，但是仍然无法解释清楚阅读视觉系统与知觉加工系统之间的联系。研究者发现二者存在相互作用，但是其具体的运作机制以及作用路径仍然不得而知，为此不同的研究者提出了不同的理论模型，借以阐释其中原理。其较有代表性的如下。

3.3.1 视觉缓冲加工模型（Vision Buffer Processing Model）

视觉缓冲加工模型由布尔纳（Bulna）与德夫古德（Devgood）于1974年提出，该模型主要观点为：读者在阅读过程中，其眼睛是按照固定的速度移动的，文章不同部位注视点时间的长短与文章的难易程度之间并没有任何关系，文章的难易程度只与总阅读时间有关[54]。读者在阅读过程中，有时候尽管注视点已经转移到文章的其他部分，但大脑仍需处理前期阅读信息，阅读信息的增加会影响阅读速度，但是并不能据此判断该区域文章的难易程度影响了读者的阅读速度，而文章难易程度只会影响读者的总阅读时长，即否认眼动系统与认知系统之间存在联系。但是后来的诸多研究发现，注视时间的长短的确与文章的难易程度存在联系，眼动系统与认知系统存在密切的关联，因此该理论模型逐渐被研究者抛弃。

3.3.2 “聚光灯”模型（“Spotlight” Model）

“聚光灯”模型是麦康基于1979年提出的，他构建了一个类似于“聚光灯”的注意力机制模型，并且认为该“聚光灯”会伴随阅读内容进行运动，如果遇到无法理解的部分时，该机制便会将相应的信息发给眼动系统，由眼动系统决定眼球的最终运动位置与移动时间[55]。

3.3.3 莫里森的加工模型（Morrisons Processing Model）

莫里森（Morrison）在上述理论模型的基础之上，于1984年提出了一个新的眼动加工模型，用以解释眼动加工过程，该模型仍然将注意机制看作一个聚光灯，但是其具体的运作过程又存在区别。该理论模型认为促使眼睛转向下一个注视区域的主要力量是注意机制对前一个词的成功识别，当注意机制对某个词成功识别后，便会向眼动系统发送信号，促使眼球开始转向对下一个词的识别和认知，进而发生眼跳，只要注意机制转到新的单词上，便会向发生眼动系统发送移动的信号[56]。有学者认为，莫里森的加工模型不能解释注视的频次现象、回视现象、注视停留位置以及没有对注视点进行字母水平上的精确定位，仍然存在一定不足[57]。

3.3.4 奥雷根（ORegan）的战略战术模型（ORegans Strategy-Tactics Model）

奥雷根认为注视点的最初停留位置，与词汇信息、语义信息都无关，最初的注视点决定了注视时间与下一个注视点的位置，如果该注视点为最佳注视点，读者就不需要重注视，如果不是最佳注视点，就会发生重注视的现象，注视的时间则主要由读者的视觉因素所控制，而不是由词的特性控制，读者在阅读过程中采取的是整体性策略[58][59]。雷纳则认为，该结果是在单词独立呈现的实验條件下获得的，没有考虑单词上下文文本的语意对该单词阅读的影响，同时对于最佳注视点是如何影响词的阅读没有给出详细的阐释与进一步的探讨，无法将该理论应用到所有阅读眼动实验中[60]。

3.3.5 E-Z读者模型（E-Z Reader Model）

该模型是由赖希勒（Reichle）、波拉克（Pollatsek）、 费舍尔（Fisher）和雷纳于1998年在莫里森模型基础之上发展而来的，该模型对眼动系统与认知系统的关系进行了定性说明与定量分析。该模型认为阅读时的眼动过程分为五个步骤：检验单词熟悉性;通达单词词汇;眼跳变化期，期间眼跳会因其他眼动任务而终止;眼跳期，期间眼跳不会被终止;实际的眼跳。在该读者模型中，上述前两个过程由单词识别部分控制，后三个过程由运动控制部分控制，具体运作机制见图1 [61]。

E—Z读者模型是基于大量的实验数据以及反复的实验而得出的，它继承莫里森模型的观点，可以合理解释阅读中的一些现象：对某些词的跳读、对词的再次注视以及副中央凹预视效应等[62]。但是其忽视了更高级水平的语言加工在阅读眼动中的作用，没有把句法、语义等与上下文文本密切相关的加工过程对眼动的影响加入到模型中去，也不能解释前后照应关系的加工过程对阅读眼动的影响[63]。

7 阅读眼动研究总结

基于有关阅读行为眼动跟踪研究的技术、指标、方法以及主要模型，在具体分析了有关阅读行为眼动研究主要内容、主题、应用后，本文结合前文内容，提出“有关阅读行為的眼动跟踪研究模型”。该模型在具体整合了有关阅读行为眼动研究的指标、方法、模型的基础上，对阅读行为眼动研究的具体应用场景、影响因素等实践研究方向进行了总结，指出目前有关研究内容主要分为四部分，分别为对阅读主体特征的研究、阅读环境的研究、阅读呈现方式的研究以及阅读载体的研究。该模型主要由四部分组成，分别为有关阅读行为眼动跟踪研究指标、眼动跟踪方法、眼动跟踪模型以及有关阅读眼动跟踪研究的应用方向（见图2）。

有关阅读行为中眼动跟踪的测量指标主要分为运动指标以及静止指标，运动指标指有关眼睛动态变化中的测量指标，如眼跳、回视指标等，静止指标则指眼睛静止时的测量指标，如注视、凝视以及瞳孔直径等。

眼动跟踪的研究方法大致分为五大类，分别为直接记录法、开窗口法、移动遮蔽法、边界法以及消失文本法，在研究不同的影响因素时，不同的研究方法有不同的作用效果。在分析具体的阅读行为特征以及影响因素时，需要结合具体研究主题进行合理的解释，而不同的研究模型则是对阅读行为不同的解释思路，目前为止主要的解释模型有五种，分别基于不同的假设以及解释逻辑，目前来说，E—Z读者模型较为科学合理，虽仍有一定的不足之处，但已有大量研究针对此理论模型进行不断补充和解释，研究价值相对较高。

眼动跟踪方法在阅读行为中的研究场景主要包括对阅读主体特征的研究、对阅读环境的研究、对阅读呈现方式的研究以及对阅读载体的研究。阅读主体特征的研究主要基于读者个体特征展开研究，如读者年龄、性别、先验知识、认知能力等，对阅读环境的研究则侧重于对阅读场景、照明条件等因素的研究，对呈现方式的研究主要探讨不同文字呈现方式，如字体字号、行距间距、图文排版格式等的研究，载体研究则主要比较传统纸质载体与新兴数字载体的阅读体验差别。

在阅读行为的眼动研究中，随着计算机科学等学科的加入，一方面使眼动研究的技术手段不断进步，设备不断更新，同时也使研究者对于结果数据的分析更加科学、更加高效，而新的技术与眼动的结合，也使阅读眼动研究逐渐走出纯理论研究的圈子，为教育教学、阅读技能的改良和提高提供了科学的支持，眼动分析的理论模型也必将随着技术、设备、方法的更新而不断发展完善，而这也是未来阅读眼动研究的发展趋势。

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（收稿日期：2019-12-09 ）