眼動追蹤技術

一、背景介紹

眼動追蹤技術(eye tracking, Cornsweet, 1958)是一種測量技術，能測量眼球位 置（稱為凝視點）以觀察紀錄「讀者在看哪裡」的攝影技術，或者是測量相對於 頭部位置的眼動(eye movement)型態。隨著科技的進步，眼動追蹤技術從較早期 的觀察法、機械記錄法到後來電流記錄法、光學記錄法的產生，其中光學記錄法 是目前最多研究中所採用的方法，不僅因為與電腦等系統結合，能快速的得到較 精確的眼動資料，也因為越後期的眼動實驗法能讓整個實驗情境更驅自然，提升

實驗的生態效度（朱瀅，2002）。

在使用眼動儀器探討閱讀歷程時，眼動的基本型態包含凝視(fixation)，表示 將眼睛對準文字，使文字能正好落在視網膜的中央窩上。掃視(saccade)，表示為 了 讓 新 的 閱 讀 訊 息 能 落 在 中 央 窩 視 區 時 ， 眼 球 所 作 的 快 速 移 動 。 回 視 (regression)，表示眼睛退回至先前閱讀過的內容。回掃(return sweep)，表示讀者 將眼睛由讀完一行的末端，移到下一行的開端，也稱換行運動。跳讀(skip)，表 示在閱讀時，眼睛跳過某些單字等。

除了基本眼動型態之外，還可進一步紀錄時間、比例、距離、順序，將之整 合成各種眼動訊息指標。閱讀研究中較常使用的眼動資料有：(1)首次凝視時間 (first fixation duration)，代表針對該單字第一次凝視所花的時間。(2)連續凝視時 間(gaze duration)，表示眼睛還未移動至其他單字前的凝視時間，可能是兩次或兩 次以上連續落在同一個單字。(3)凝視順序指的是眼睛凝視點發生的前後次序。

Rayner (1998)表示在閱讀時，讀者眼球的凝視現象能讓文字在視網膜上的成 象最為清晰。英語為母語的讀者的閱讀資料發現，處理單字的時間平均約為250 毫秒，眼球移動的距離平均為7 到 9 個字母的空間。當凝視的情形產生時，眼睛 對刺激的敏感度可分為三個區域：中央窩視區(foveal)、副中央窩視區(parafoveal) 和邊緣視區(peripherial)。中央窩視區與讀者注視點最多成 2 度視角，1 度相當於 可閱讀3 至 4 個字母；副中央窩視區所閱讀的範圍則包含 15 至 20 個字母；邊緣 視區包含所有副中央窩視區以外的範圍。此外，眼睛每一次凝視時所能處理最多 的文字訊息稱為知覺廣度(perceptual span)，Rayner 和 Fisher (1987)研究發現，母 語讀者的英語閱讀中的知覺廣度，左右範圍是不對稱的，在凝視點右側為15 個 字母，左側3 至 4 個字母的距離(引自 Rayner, 1998)。

Huey (1908)從文章的凝視比例研究結果發現，讀者眼睛凝視文字的比例占所 有文字的20 至 70%，代表閱讀並非為被動辨字的歷程，而是讀者會主動選擇該 從哪裡以及何時去凝視文字。除此之外，當閱讀句子或文章時，約有10 至 15%

的眼球運動是屬於回視，意味著讀者無法建構文章意義時，眼睛會往回移動至先

前的文字，以求能提取更多有用的資訊(Rayner & Pollatsek, 1989)。

使用眼動追蹤技術不僅能觀察到讀者閱讀的即時性歷程，也能提供較不干擾 受試者閱讀的情境，與其他同樣是擷取閱讀歷程的研究技術來得更為精細。例如 Thinker (1936)以 57 位大學生為研究對象，探討在眼動紀錄下以及一般正常情況 下，讀者閱讀過程差異的研究，結果顯示兩種狀況下，讀者大體上並無明顯差異 (引自 Paulson, 2000)。大體而言，使用眼動儀能讓研究者窺探讀者在真實閱讀情 境中的眼動型態為何。

二、眼動實例說明

圖2-2 本研究 J 讀者真實式眼動資料實例

圖2-3 本研究 J 讀者呈現式眼動資料實例  

圖2-2 為參與本研究的 J 讀者在朗讀「Road—Safe or Dangerous」文章的一

個句子時的眼動情形。圖中每個點代表讀者眼睛的凝視點，連接點與點的線條則 代表眼球從一個凝視點移到下一個凝視點的路徑，亦即掃視的路徑。由於真實式 眼動資料（圖2-2）的呈現方式並不清楚，因此在後續與眼動相關的實例說明部 分，將採用圖2-3 的表達方式，以便說明。圖 2-3 中單字下第一行的數字為凝視 點順序，第二行之後的數字表示該凝視點的凝視時間（單位為毫秒），從該例子 可發現J 讀者在這個句子中，共出現 8 個凝視點，眼球運動完全沒有出現回視，

在【accident】這個單字上重複凝視 4 次，總計全部凝視時間為 2165 毫秒。

三、眼動觀點的閱讀相關研究

過去使用眼動技術來觀察閱讀行為的研究，有些從詞彙和文法的層面去探討 眼動情形，也有觀察閱讀外語時的眼動情況。

針對詞彙部分，Just 和 Carpenter (1980)以 14 位大學生為研究樣本，要求以 正常的速度閱讀15 篇自然科學類的文章，結果發現當讀者讀到低頻字時，眼睛 會有較長的連續凝視時間。

在字彙類型的分類上主要分為內容字(content word)和功能字(function word) 兩大類，前者主要的功能為表示動作、物體和特徵，包含動詞、名詞、形容詞和 副詞；後者為提供語法關係，包含冠詞、介詞和連接詞。從Carpenter 和 Just (1984) 的研究發現，讀者對內容字的凝視比例高於功能字。

Chaffin、Morris 和 Seely (2001)以大學生為樣本，閱讀具有相同結構並包含 不同熟悉度的相關句子，以眼動分析探討不同熟悉程度單字是否會在凝視時間上 有所差異，其中的眼動指標分為初始處理階段(initial processing stage)和重新分析 階段(reanalysis stage)，前者包含首次凝視時間(first fixation duration)和首次連續 凝視時間(gaze duration)，後者包含全部凝視時間(total time)和回視率(regression rate)，結果發現在兩個階段中，讀者閱讀生字(novel word)、低熟悉度單字的句子 所花費的凝視時間皆大於高熟悉單字的句子。由此可知，當讀者遇到較不熟悉的 單字時，需要花費較多的時間提取意義或從句子中尋找其他相關訊息來協助理解

字義。

有鑑於 Chaffin 等人(2001)的研究是使用「主觀熟悉度」為變項來探討對凝 視時間的影響，William 和 Morris (2004)則認為每個讀者對於同被歸於低頻率的 字在主觀熟悉度上的認定會有所不同，因此將「詞頻」變項加入探討，同樣以大 學生為對象發現，讀者閱讀低頻且主觀熟悉度高的單字比低頻且熟悉度低的單 字，不管是在凝視時間和回視率上，皆只需較少的時間便可完成。進一步在實驗 中加入生字進行探討發現，讀者閱讀生字所需花費的凝視時間較熟悉度低的單字 來的長。

Juhasz 和 Rayner (2003)同樣以句子的型態，透過眼動技術探討大學生在閱讀 時，單字長度、字頻、熟悉度、具體程度以及習得單字年齡等5 變項對於凝視時 間的影響。以多元迴歸分析方式發現，詞頻和熟悉度兩變項會對凝視時間在兩個 階段中產生持續性影響。

Rayner 和 McConkie (1976)的研究則發現詞長度和跳讀之間有關係，像是短 的詞（3 個字母或以內）比起長的詞（6 個字母或以上）更容易被跳讀，6 個字 母的單字總是會被眼睛凝視，8 個字母以上的的單字則幾乎很少被跳讀。

針對語法的部分，讀者在分析句子的文法結構時，有些句子中的複雜結構會 造成暫時的句法歧異。朱瀅（2002）引用 Frazer 的研究結果，說明讀者在面對句 法歧異時會先進行分析，接著根據句子後面的訊息改變原先的分析，讀者彷彿被 帶領至誤入歧途的園中小徑(garden path)，稱為「園徑效應」。Holmes (1987)則表 示在這樣比較複雜的句型結構中，產生回視的比例較高（引自朱瀅，2002）。

Carreiras 和 Clifton (1999)比較母語為西班牙語和母語為英語的讀者在語法 結構有爭議的關係子句中的眼動情形，結果發現英語的讀者在關係子句與第二個 名詞片語相連接的情況下，讀得較快速，眼睛凝視的時間也會比較短。相反地，

西班牙語的讀者則是在關係子句與第一個名詞片相連接的情況下，讀得較快，眼 睛在該情況下凝視的時間較短。

另一方面，從外語的研究中，Huey (1908)表示 Landolt 的研究發現當閱讀外

語時，讀者凝視的次數較多，以及眼動的速度比母語閱讀者來得慢，表示由於讀 者對於外語的不熟悉性，限制了他們在閱讀時使用語法和語意線索，因此讀者只 能從文章字面上獲得較多訊息。

Oller 和 Tullius (1973)以母語和外語為英語的大學生為樣本，使用眼動追蹤 技術去比較兩者在讀英語時的凝視次數、時間以及回視的次數，為求讀者是進行 有意義的閱讀活動，研究者更進一步使用閱讀測驗來篩選出有用的資訊，結果顯 示在凝視時間與次數方面，母語者比外語者花較少時間；一分鐘內閱讀的字數，

母語者較多；回視率方面，母語者的比例低於外語者；平均注視時間方面，母語 者顯著地花較少的時間。若從 Goodman (1996)的互易式社會心理語言學觀點去 解析，可說明外語閱讀者在結合形音、語法、語意三種線索的使用上需要比母語 者花費更多的時間，其中最常會依賴形音線索來進行理解意義，可能需要花較多 的時間處理語法和語意訊息(引自 Freeman, 2001)。

由上述可知，許多探討閱讀理解表現的眼動實驗多半以句子作為實驗材料，

很少以整篇文章作為實驗題材。有鑑於此，研究者希望能從實驗中獲得最接近讀 者真實的閱讀情境，因此選擇完整的一篇文章作為閱讀材料。從過去相關研究中 也可發現，詞彙的頻率、類型、熟悉度、長度以及句型的複雜性都會影響眼動的 情形，不過以英語為外語的前提下所進行的眼動實驗卻非常少見，而且過去以青 少年為樣本的研究更是付之闕如。另一方面，過去許多學者(Freeman, 2001;

Paulson, 2000 ; Rayner & Pollatsek, 1989)指出閱讀的眼動研究中，凝視比率(rate of fixations)、單字類型的凝視(type of words fixated)、凝視時間(fixation durations)、

回視(regressions)四種眼動情形是最常被討論，另外還有一些近期研究(Chaffin et al., 2001; Juhasz & Rayner, 2003; William & Morris, 2004)將首次凝視時間(First Fixation Duration, FFD)、首次連續凝視時間(First Gaze Duration, FGD)當作「初始 處理階段」之眼動指標；全部凝視時間(Total Fixation Duration, TFD)和回視率 (Regression Rate, RR)作為「重新分析階段」之眼動指標。研究者為求能得到更全 面性之數據，本研究將以上述兩階段作為眼動指標之主軸，並在「初始處理階段」

增添凝視率(Fixation Rate, FR)、首次連續凝視次數(First Gaze Fixation Count,

增添凝視率(Fixation Rate, FR)、首次連續凝視次數(First Gaze Fixation Count,