眼動與科學學習

眼球追蹤技術（eye tracking）是一種能藉由測量受測者眼球凝視位置而觀 察到受測者在看哪裡的技術，目前普遍用作探討受測者認知過程的工具之一，

一些學者認為在人們的認知過程中，其視覺所見與其思考間應有一些關聯存在

（Just & Carpenter, 1980）。為探討人類視覺所見與其認知過程間究竟有何相關之 處，現今許多研究者便利用眼球追蹤技術進行人類閱讀行為與其閱讀活動期間 之眼動變化情形兩者間關聯的研究 （Juhasz & Rayner, 2003; Just & Carpenter, 1980, 1984; K. Rayner, 1998; Williams & Morris, 2004）。

人類進行閱讀時的眼動技巧包含凝視（fixations）、掃視（saccades）和回視

（regreesions） （Keith Rayner, 2001）。以一般的閱讀行為來說，過去研究指 出，當讀者以正常速度閱讀文章時，若讀到低頻字，則眼睛會有較長的凝視時 間，且讀者對於內容字的凝視比例高於功能字 （Just & Carpenter, 1980, 1984）。

而當讀者在閱讀整合文字和圖像的文件時，債向花費較多的時間在閱讀文字上，

凝視點也大多停留在文字區域內；但在凝視時間及掃視軌跡路線兩部分數據則 是圖像部分較文字部分長。大部分的讀者會債向先凝視較大的字體，接著是較 小的字體，最後才是圖像 （Keith Rayner, Rotello, Stewart, Keir, & Duffy, 2001） 。

過去認知心理學結合眼球追蹤技術的研究中，大部分都是在探討人類閱讀 的相關認知技巧。近年開始，部分學者以認知的角度切入，以眼球追蹤技術作 為工作，來探討多媒體學習的可能機制。以往無論是 Mayer 所提出之多媒體學 習理論，亦或是 Sweller 所提出的認知負荷理論，其研究證據都是透過各式各樣 的成尌表現（如轉化測驗或計時任務）來下結論，而經由知覺過程中所產生之 直接感官證據（如眼動變化歷程）則較少，因此若能運用眼球追蹤技術來探討 多媒體學習歷程中眼動的變化，應能為人類經由多媒體材料學習的認知過程有 更進一步的發現，以作為多媒體學習理論的另一佐證資料。

Van Gog 與 Scheiter （2010）整合多篇眼球追蹤技巧結合多媒體學習或是 多重表徵學習的研究結果，指出在多媒體學習或多重表徵學習的過程中，所記

錄下來的眼球追蹤數據，包含視覺上的注意位置、注視順序、凝視時間長短等 資料，至少可以有三種以上的用途。首先，這些眼球追蹤數據可以提供一些過 去研究上已發現的效果更進一步的詳細說明，如分散注意力效果（split-attention effect）、形式效果（modality effect）、重複效果（redundancy effect）、目標專一 效果（goal-specificity effect）等，因而可用來幫助產生或作為解釋這些效果的佐 證。其次，這些眼球追蹤數據可用作改進多媒體教材設計的依據，若能了解學 習者如何運用多媒體教材學習知識的過程，可協助提升多媒體教材的使用成 效。

由以上所述可知，在多媒體學習結合眼球追蹤技術的研究上，目前已有一 些豐碩的研究成果。除此之外，近年來已有學者將眼球追蹤技術與科學學習結 合進行研究，詴圖探討學生科學學習過程中的眼動變化為何，此變化和科學學 習成效間有何關聯。

She 與 Chen （2009）以遺傳單元中的細胞分裂和減數分裂為主題，探討學 生經由不同組合之多媒體教材（動畫 vs.模擬、聲音 vs.文字）學習此兩種科學 上的微觀概念時，各組學生眼動變化的差異。其研究結果發現，當學生利用動 畫加聲音學習時，其所花費的時間與凝視的時間顯著較動畫加文字組多；而在 模擬組的狀況則正好相反，當學生利用模擬加文字學習時，其所花費的時間與 凝視的時間顯著較模擬加聲音組多。當學生所花費的凝視時間越長時，其學習 成效越好。因此可推知，學生凝視教材的時間越長，其訊息處理的過程也越長，

因此可以得到較好的學習成效。

透過文獻探討，可發現眼球追蹤技術結合多媒體學習的研究設計，大多數 聚焦在探討不同型式之多重表徵搭配（如動畫搭配語音或動畫搭配文字）、不同 型式的線索提示，或是不同播放速度對學習的影響 （van Gog & Scheiter, 2010）。 而針對 2D 或 3D 動畫或是空間能力在眼球追蹤變化數據的研究則尚不多見，因 此研究者企圖以此角度切入，探討學生經由 2D 或 3D 不同型式動畫學習歷程中，

其眼球追蹤數據有何差異？若 3D 動畫較 2D 動畫對學生有較佳的學習輔助，應 用過去的研究發現可推測，學生在 3D 動畫的特定關鍵區域可能會產生較長的凝

視時間，以充分進行訊息處理，達到較好的學習成效。

因此本研究將進行以下問題進行探討，比較學生對於 2D 或 3D 動畫多媒體 學習教材所產生的注意力、凝視區域、凝視時間是否不同？主要差異為何？此 差異如何影響學生的學習成效？另外，空間能力的不同是否會影響學生在經由 2D 或 3D 動畫多媒體教材學習時的注意力、凝視區域、凝視時間等項目上產生 差異？其差異為何？