第二章 文獻探討
第二節 注意力偵測系統
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第二節 注意力偵測系統
隨著近幾年來腦波偵測與眼動追蹤技術的發展愈來愈趨成熟，人們對於腦功 能與視知覺的概念有了更進一步的認識與了解，對於學習的認知歷程理解也有了 更客觀的數據與解釋方法。以下就如何基於眼動及腦波對注意力進行引導進行相 關的文獻探討。
一、眼動與注意力
在注意力的研究中發現，注意力的轉移總是隨著眼睛而移動；當我們的眼睛 注意到了某物後，大腦會接獲訊息，並啟動我們的注意力。此外，大腦對於外在 事物的認知，亦需依賴眼睛的移動去覺知。眼睛在看事物的時候，並不是平滑的 移 動 ， 或 是 逐 一 的 凝 視 （ fixation ）， 而 是 不 斷 地 短 暫 凝 視 與 快 速 地 跳 視
（saccade），眼球運動如此頻繁地轉換著，才能夠接收到完整的訊息（韓承靜，
蔡介立，2008）。而眼球凝視位置（landing position or fixation position）
和停留時間的長短（fixation duration），可以反映出我們大腦的認知系統對接 收訊息的選擇，以及需要處理該訊息的時間（賴孟龍，2009）。
眼球追蹤自 1879 年 Javel 等人開啟研究先鋒後，目前已經被廣泛的應用在 心理學、神經科學、電腦科學、廣告行銷等領域，眼球追蹤技術非常有助於對於 人們視覺即時認知歷程的瞭解，也有助於注意力的研究（陳學志、賴惠德、邱發 忠，2010）；Mayer(2010)指出眼球追蹤對於多媒體學習的提升是有助益的。一般 來說，眼睛注視的位置反映了注意力的狀況，而眼睛注視的時間則反映了學習歷 程的困難度與注意力的數量，也就是說，訊息被注視得愈久，所要處理的內容層 次越深也越複雜（Tsai, Hou, Lai, Liu, & Yang, 2012）。故本研究擬以凝視興 趣區時間的長短，來做為信號引導的依據。
近幾年來科技發展迅速，眼球追蹤應用除了上述場域之外，目前亦被廣泛應 用於多媒體學習的成效研究，歸納如表 2-2 所示：
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2010 Schmidt-Weigand,Kohert, & Glowalla
動畫與 的選取與理解(Boucheix et al., 2013）；藉由專家的眼動引導學生注意力並促 進學習(Jarodzka et al., 2013)；給予複雜的動畫提示，了解注意力的方向是 否增進學習進程(Lowe & Boucheix, 2011)；在複雜的動畫中加入外在的提示線
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索與內部連續性的線索(Boucheix & Lowe, 2010)；學習複雜動畫的注意力引導 (De Koning et al., 2010)，以及信號提醒增進多媒體學習成效(Ozcelik et al., 2010)等，上述研究均經由成就測驗的評量，顯示出有信號提示的組別在學習成 就的評量上顯著優於控制組（未給予任何提示）。近年眼球追蹤輔助信號提示學 習的研究，如表 2-3：
表 2-3. 近年眼球追蹤輔助信號提示學習之相關研究
作者 研究內容 信號引導 成就評量
Boucheix, Lowe, Putri, & Groff (2013) Jarodzka, van Gog,
Dorr, Scheiter, &
Gerjets (2013)
觀看魚兒游水動作 藉由專家眼動
引導學生注意力 分類測驗 Lowe and Boucheix
(2011)
學習鋼琴機械裝置 運作的情形
了解注意力方向
是否增進學習進程 操作測驗 Boucheix and Lowe
(2010)
Tabbers, Rikers, &
Paas (2010)
Anslan-Ari, &
Cagiltay (2010)
說明扇渦輪
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二、腦波與注意力
腦波和人類的意識活動有關係，因此許多研究者都希望藉由腦波和大腦意識 的相對應關係，來推測大腦的狀態。以往腦波的研究主要應用在醫療方面，例如 針對阿茲海默症患者，長期記錄其睡眠時的腦波，以了解其和一般人的腦波有何 不同，以據此進一步研究其病理與病因 (Liu et al., 2013)。而近幾年有關腦 波的研究也愈來愈受到重視，特別是透過腦波儀監測人類大腦的心智運作狀態，
有助於透過腦波了解學習的認知歷程。
人類研究腦波的歷史可追溯到 1929 年，當時德國生理學家漢斯‧伯格（Hans Berger）首次記錄並測量了人腦中微小的放電過程，發表了人類史上第一次的腦 波記錄。人類的大腦由許多神經細胞組成，當大腦運作時，神經細胞就會不斷的 放電，而科學家也據此測得微弱的電波或磁波變化，此即為腦波測量的原理。此 法可量測到人類大腦在不同狀態下的腦神經細胞的電位活動變化，因為以波型圖 像呈現，又稱為「腦電波圖」（electroencephalogram, EEG）（周恩存，2012）。
腦 電 圖 儀 與 臨 床 生 理 學 會 國 際 聯 盟 (International Federation of Societies for Electroencephalography and Clinical Neurophysiology)將腦 波依其頻率分為四大類：α 波、β 波、θ 波及 δ 波，略述於下：
（一）α 波：是意識與潛意識的橋樑。在此狀態下，腦的活動十分活潑，身心 能量耗費最少，相對地腦部所獲得的能量較高，運作就會更加順 暢。
（二）β 波：是人清醒時大部份的腦波狀態。適量的 β 波，對注意力的提升有 著關鍵性的助益，是邏輯思考、計算、推理時所需要的波。
（三）θ 波：此波對於觸發深層記憶、強化長期記憶等幫助極大；存有記憶、
知覺和情緒，會影響態度、期望、信念、行為；是創造力與靈感 的來源。
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（四）δ 波：人的睡眠品質好壞與 δ 波有非常直接的關聯；是恢復體力的睡眠 時所需要的；亦是直覺性與第六感的來源。
而本研究使用 NeuroSky（神念科技）所開發的 MindWave Mobile 耳機，以 計算出之 eSense 參數值來表示受試者的持續注意力狀況。eSense 參數值是以 1 到 100 的數值來說明受試者的專注程度，如數值介於 60～100 則屬於高專注力範 圍，表示受試者處於非常專注的狀態；若介於 40～60 則屬於一般範圍，為此 eSense 指數的基線；若介於 0～40 則表示注意力處於低落的狀態（NeuroSky, 2012）。
本研究將利用腦波儀篩選出受試學生學習時注意力低落且容易發散的投影 片，並搭配眼動儀掌握此一投影片內容中具有理解困難及容易忽略之重要段落內 容，以作為教材設計者設計注意力引導信號的參考依據。