眼動技術的應用

透過記錄和分析眼球運動的資料，可以幫助我們瞭解各種工作的認知處理歷 程。幾十年來，眼球追蹤技術已廣泛應用於心理學領域之閱讀與訊息處理的相關 研究上（Rayner, 1998; 2009）。近年來，有許多眼球追蹤研究指出，測量眼球運 動可揭露出在問題解決過程中傳統測量（如解決時間及正確性）所無法探究的關 鍵面向，如受試者的注意力分配狀況等（Grant & Spivey, 2002）。因此本研究透 過眼球追蹤技術來探究國中生在解決生物試題時的認知處理歷程。

一、眼球追蹤技術

由於人類眼睛裡接收視覺刺激的細胞分配不均，導致中央小窩上視覺敏銳度 最高，離中央小窩越遠，影像越模糊，因此，為了使視覺影像的不同位置皆可投 射至中央小窩，眼球就必須得經常移動，如此才能獲得完整的視覺資訊（蔡介立、

顏妙璇、汪勁安，2005）。讀者可以藉由跳過某部分、重讀或暫停在某個字上來 控制訊息輸入的速度，以使用符合自己內在的理解速度去提取訊息，故只要調查 讀者停留的地方，就可以知道他們的理解過程（Just＆Carpenter, 1980）。Just和 Carpenter（1980）提出兩個假設來說明眼動與閱讀歷程的關係：第一，立即性假 設（immediacy assumption），讀者在閱讀時會立即解釋、處理文本中遇到的每個 文字。第二，眼-心假設（eye-mind assumption），只要在處理某文字時眼睛就會 持續凝視在此文字上，故凝視持續的時間會與處理該文字的時間相同。這兩個假 設提供了眼動研究的基本準則（蔡介立、顏妙璇、汪勁安，2005）。

研究指出，眼球運動與視覺注意力兩者會共同作用，注意力會在眼球凝視之 前就察覺我們想欲探索或了解的事物，此時，視覺注意力將會引導眼球運動的表 現，且眼球運動無法移動到和視覺注意力不同的方向及位置（Hoffman &

Subramaniam, 1995）；但若出現迅速且複雜的刺激時，眼球運動則會先於視覺注 意力對刺激對出反應（He & Kowler, 1992），由此可知，在閱讀時眼球運動與視

覺注意力有密切的相關性。凝視時間與停留位置可用來推論閱讀時的各項處理機 制，而眼動儀即是用來記錄受試者眼睛凝視在一張圖或一段文字的位置及停留時 間，將凝視點按凝視時間順序串連起來即形成凝視軌跡，透過這些資料研究者即 可得知受試者的閱讀歷程（蔡介立、顏妙璇、汪勁安，2005；韓承靜、蔡介立，

2008）。

二、眼球追蹤技術在問題解決上的應用

在科學教育上眼動的研究可以用來幫助了解科學學習或問題解決，然而過去 在問題解決的研究上，只能觀察解決問題時的書寫步驟、解題時間、正確率以及 利用放聲思考法或晤談法得到解題者在解決問題時的片段思考，來推測解題者的 思考歷程，並無法全程觀察解題者問題解決的過程（韓承靜、蔡介立，2008）。

但近來已有越來越多的研究利用眼球追蹤技術來探討問題解決歷程，他們也發現 了許多傳統研究方法所無法看到的結果。如Groen和Noyes（2010）提到在問題解 決任務中，比起傳統的分析，分析眼球運動可對認知行為有更徹底的了解，分析 人們在問題解決時的眼球運動可以更了解其認知行為上具體的任務步驟。Grant and Spivey（2003）利用Duncker’s radiation problem研究眼球運動是否會影響認知 處理，其研究結果顯示認知過程與眼球運動模式是有關係的。

許多利用眼球追蹤技術研究問題解決過程的研究皆發現，問題解決者的眼球 運動模式是非隨機的，且成功的問題解決者與不成功的問題解決者的眼動歷程是 有所差異的。如 Grant 和 Spivey（2002）研究問題解決者處理 Duncker’s radiation problem 的研究結果指出，比起失敗的問題解決者，成功的問題解決者會花較多 的時間觀看問題解決的關鍵圖示。Yoon 和 Narayanan（2004）在研究機械設備橫 截圖的問題解決中也提到，成功的問題解決者及失敗的問題解決者在注意零件因 果傳播的順序上有所差異，且問題解決成功者花較高比例的凝視時間在關鍵零件 上。Groen 和 Noyes（2010）亦發現比起失敗的受試者成功的受試者不僅凝視關

所不同。

此外，部分研究指出，引導問題解決者的注意力會影響其問題解決的成功性。

如 Grant 和 Spivey（2002）的研究發現，在問題解決任務中凸顯關鍵要素有助於 問題解決者成功解決任務。Thomas 和 Lleras（2007）的研究結果亦指出引導問 題解決者注意解決任務所需的關鍵順序，會大大的影響他們問題解決的成功率。

Groen 和 Noyes（2010）也提到影響問題解決者的眼球運動分配於任務相關的元 素上，可顯著提高其任務的表現，亦證實了藉由提示圖示中任務相關部分影響眼 球運動可改進任務表現。

綜合上述研究，將眼球追蹤技術應用於問題解決中可以看到傳統研究方法所 無法看到的面向，發現成功的問題解決者與失敗的問題解決者其眼動歷程有所差 異，而其差異在於凝視關鍵區域的時間及順序。

標準化紙筆測驗在學生的學習及升學過程中重要性甚大，然而過去的研究卻 很少探討學生在標準化紙筆測驗試題形式上的解題歷程，且相關研究多透過放聲 思考（think aloud）、晤談或問卷填寫等方式來加以推測、分析，但上述的策略卻 可能會干擾學生作答或受到記憶偏誤等影響，而無法真實的反應出學生未意識到 的內在認知歷程，故本研究即利用眼球追蹤技術來分析學生在解決生物試題時的 眼動歷程，並比較不同學習表現的學生其眼動歷程是否有所差異。