“眼动仪”在教育研究中的应用探索

文 刘心宇

随着信息化发展，现代教育技术越来越受到各方面的广泛关注。利用现代化技术，通过对教育中存在的问题进行分析，可促进教育内容、方法等逐步改进。“眼动仪”作为一种新技术，应用于教育研究中，效果较为显著，量化型、应用型、适用性以及便捷性等皆为“眼动仪”优点所在。注视者观察时间、观看次数等都可通过“眼动仪”记录下来，同时还可生成直观示意图，如路径图、热点图、兴趣区等。在教育研究活动中，不仅包括教育者、学习者，还包括环境等多个因素，而“眼动仪”能够满足不同人群需求，帮助教育发现问题、解决问题。本文针对“眼动仪”发展历史、在教育研究中的措施、应用等做综述研究，探究其应用进展。

一、“眼动仪”发展历史

（一）观察法

“眼动仪”最初研发的目的是了解眼球运动模式。研究者对镜子中被试者眼睛成像情况进行观察，并对眼动轨迹进行记录。将眼球中某一特定血管作为标记，以此为根据对血管运动轨迹进行了解。此外，也有研究者使用阅读材料，并在上面打一个微孔，以不影响阅读为前提，对被试者眼动行为进行观察。观察法的优点是简单、易行，但是缺点在于难精准了解眼动行为，并且结果误差大。

（二）机械记录法

20世纪前期，新的眼动观察方法出现，即眼动机械记录法。该种方法是利用机械装置记录眼球运动，并将其传输至记录装置上。其一为杠杆法，即杠杆一端位于眼球表面，另一端位于纸带上进行记录。其二为气囊法，该种方式主要是将小气囊安装在眼睛上，在眼球运动情况下，气囊内压力也会随之发生改变，再经由记录装置进行记录，从而得到眼动行为。其三为小型环状物法，该种方法主要借助于中心存在小孔的环状物，将其固定于被试者眼球上后，被试者能够利用小孔对目标进行观察，同时，因细线与环状物相连，所以能够将眼动行为记录下来。机械记录法在记录眼动过程中，具有较高的复杂度，并且需要预先麻醉眼球，所以在准确度、精确度方面，均难以得到保证。

（三）光学记录法

至20世纪中期，光学“眼动仪”问世，其主要原理即借助于光反射对眼动轨迹进行记录，并且以机械记录法结构为基础。该种记录方式使用橡胶制作成吸盘，并将其中的空气抽出。再对眼球进行麻醉，并让吸盘吸附于上面。借助于固定的机械结构，将小镜子固定于吸盘上，可观察其反射的固定光源。该光源能够向感光记纹鼓的感光带，进而达到记录眼动情况的目的。相较于观察法、机械记录法而言，光学“眼动仪”虽然优势显著，具有划时代意义，但是也存在一定的缺点和局限。因此，发明者预先对眼球进行麻醉，目的是减轻眼动轨迹记录过程中对被试者造成的不适。此外，在吸盘作用下，微型设备与眼睛之间的接触更为牢固。试验过程中，将光学“眼动仪”固在眼睑位置，能够避免眨眼所致的吸盘移位、脱落。

（四）现代眼动追踪技术

20世纪末至21世纪初，在科学技术不断发展背景下，越来越多更为精准、可靠的“眼动仪”被研发出来。从使用场景角度来看，包括屏幕式“眼动仪”、穿戴式“眼动仪”两种。屏幕式“眼动仪”记录被试者眼球运动情况时，与被试者之间存在一定距离。利用监控系统，能够观察到眼球受到刺激时的运用情况。穿戴式“眼动仪”则借助于眼动追踪系统、场景摄像机，通过将其集成于轻量化框架上，对真实环境中的眼动行为进行采集。其中眼睛、头盔等，均属于轻量化框架。由于在测试过程中被试者能够自由移动，所以试验的生态效度能够得到保证。不仅如此，被试者携带穿戴式“眼动仪”时，其所看到的场景能够被记录下来。从原理角度来看，电流记录法“眼动仪”、电磁感应法“眼动仪”、图像/录像“眼动仪”和瞳孔-角膜反射“眼动仪”均属于现代“眼动仪”范畴。其中屏幕式“眼动仪”、穿戴式“眼动仪”实现技术均与瞳孔-角膜反射技术有关。现阶段，瞳孔-角膜反射技术已经成为“眼动仪”的主流技术。

“眼动仪”示意图

瞳孔-角膜反射技术也被称为普金野图像跟踪法，主要优势在于精准度高、无创伤，并且不需要接触。该技术原理可概括为以下几点：（1）借助于红外线对眼睛进行照射。（2）角膜、视网膜反射的红外线光线，经由摄像机进行采集。（3）眼球生理结构、物理性质较为特殊，在光源、头部相对位置无变化的情况下，角膜反射所致的光斑也不会发生移动。（4）光源光线经由瞳孔进入，视网膜反射光线经由瞳孔射出。（5）以角膜、瞳孔反射光线角度为依据，可对眼动方向进行计算。

二、以“眼动仪”为载体的教育措施

（一）学习者学习措施

学生在教育活动中所产生的“眼动仪”数据，可反映出其课堂中的具体状态，通过对其分析、总结，并将其置于相应教育策略下，可对教育活动进行查缺补漏，使其更适合学生发展，有助于提升教育水平、质量等。根据相关实验研究，在课堂教育中，使用“眼动仪”对学习者眼动差异进行记录，通过数据分析，可以发现学习者在注视度分配方面存在平均性。而学习能力较差的学习者注意力分配则明显存在不均匀现象，并且分布更加倾向于某一部分内容，在学习内容、活动等方面分配较少，进而导致课堂学习达不到预期效果。综上，教育活动进行设计可从多个角度入手，提升学习效果，达到学习目的。

学习者不仅需要提升自身学习能力，还应充实相关知识。有研究采用“眼动仪”对被试者认知逻辑进行测试，通过对照实验，结果发现高绩效被试者认知逻辑明显高于低绩效被试者。基于此，一些研究人员认为学习者在学习过程中，应注重教育媒体的使用，优化学习方案，并且使之与其最近发展区相符合。

另一组研究人员借助“眼动仪”收集学生做阅读理解时的眼动数据，研究结果显示，文本字体画线、加粗或者倾斜时，学生注意力更加集中，并且记忆效果更好。但是缺点在于学生对周围文本的记忆将会减弱。因此，在学习过程中，为加深对重难点内容的理解，可对文本进行“装饰”，但是需要做好合理分配工作，避免自身认知资源有限。

利用“眼动仪”能够对学生不同状态下的眼动数据进行收集，具有个性化特点，因此，在数据分析完成后，学生的个人特征更加鲜活，有利于学生学习更具有针对性的知识内容。

“眼动仪”在提升学习者学习效率、改进学习方法等方面同样具有重要意义。研究者可根据“眼动仪”收集到的学习者各项数据进行分析，并予以与现象相关的合理解释，同时提出相应解决措施。研究者探究“眼动仪”在多媒体学习中的应用价值，结果显示，个性化标记有利于提升学习者记忆。

另一项实验研究将被试者进行分组，以认知风格不同为检验指标，一组为形象化者，另一组为动词化者，检测两组观看不同图文搭配内容时的“眼动仪”数据，结果显示，形象化者对图像信息注意力更加集中，动词化者则更加倾向于文本信息。

相关研究还指出，针对数学学习存在障碍的儿童，利用“眼动仪”对儿童学习数学时的量化数据进行提取，经过分析得知，儿童数学学习障碍不仅包括先天性原因，还与功能性评价策略不合理等原因相关。

通过上述研究，利用“眼动仪”数据分析学习者学习过程中存在的问题与困难，不仅能够满足学习者需要，同时还可帮助学习者采用针对性措施进行学习活动。

（二）“眼动仪”对学习策略的影响

利用“眼动仪”所产生的量化数据，结合外部相关因素，分析其对学习策略的影响。以“眼动仪”为载体，检验不同经济情况家庭儿童的平面处理能力，对相关数据进行分析，结果显示，经济情况较差的家庭，儿童注意力转移速度较慢。国内相关学者借助“眼动仪”所呈现的数据，研究实验对象阅读过程中，重点注视的区域，经检验后可知，阅读时人眼活动规律与阅读顺序相一致。

三、“眼动仪”在教育研究中的应用

（一）改善学习方法

根据“眼动仪”数据特征，可在此基础上分析学习方法，针对不合理之处，能够做到及时改进。相关学者利用“眼动仪”，探究静眼训练在儿童抓取技能培养中的应用价值，结果显示，儿童抓取技能得到明显提升。另一项研究对学生调试C++程序过程中的动眼数据进行记录，通过分析后可知，不同学习能力的学生调试速度、效果等存在差异。因此，学生可根据自身水平不同，采取不同的学习策略。另外，关于学生注意力不集中、注意力偏差等问题，在学习重难点知识时，可采用重复学习方式，加深对知识的理解。

通过上述实验，传统认知逐渐被颠覆，为学习理论注入全新内容，对改进学习策略有所帮助。

（二）优化学习环境

随着信息技术不断发展，书籍的表现形式也发生改变。现阶段，传统纸质图书与数字图书并存，同时阅读形式更加多样，阅读过程中需要进行解题。将眼动实验的发现应用于教育领域中，优化学习环境，调整学习内容的布局等。

据相关研究表明，让实验者佩戴“眼动仪”，使其阅读图片上文字，研究针对其眼动路径进行记录，并根据测量结果，开发交互学习系统。该系统具有非侵入性特点，在心理学评估方面具有重要作用。学习者还可借助于该系统对自身阅读情况进行检验。相关人员借助于“眼动仪”所记录的热点图、兴趣区等相关数据，对网络课程系统首页进行优化设计，使学习者注视时间缩短，提升学习效率。

四、结语

综上所述，“眼动仪”在获取数据方面具有多角度、多层次等特点，并且在教育、学习领域应用效果较好，不仅有利于提升学习者学习效率，还有助于提升学习质量。我国“眼动仪”研究与应用较晚，仍处于起步阶段，并且实验研究以应用研究居多。随着信息化发展，教育、学习应逐渐向信息化、智慧化方向靠拢，充分利用多种技术手段，在此基础上开展教育研究，进而不断丰富教育理论与学习理论。基于“眼动仪”，我国静态教育资源研究取得一定进展，包括幻灯片、纸质材料等。但是关于动态资源的研究还需要教育研究者不断深入探索。信息化是教育发展的必然趋势，以“眼动仪”为代表的信息技术在教育中应用将会更加广泛。其量化数据的优点为教育研究提供崭新视角，可推动教育研究不断深入。