閱讀與眼動

本節先介紹關於眼球運動與眼動追蹤技術、再探討閱讀歷程、閱讀表現與眼 球運動的關係，最後整理閱讀與眼動的相關文獻做為實驗的參考。

一、 閱讀與眼動歷程

閱讀歷程中所牽涉到的問題不只是心理的認知問題，還有生理上的眼球運動。

眼運的各項指標與人的心理變化息息相關（朱瀅，2000； 唐大崙、李天任、蔡 政旻，2005；Williams et al., 2003）。眼睛的移動可分為自主性與非自主性，非自 主性部分與大腦認知有密切的關係，如果主題明確眼球掃視軌跡將會跟主題輪廓 相似，注視會定點在具有強烈訊息的某部份，在細節的地方會注視更久（Darley, Glucksberg & Kinchla, 1994），利用此特性，我們可以透過眼球追蹤技術，即時記 錄個體凝視（fixation）、掃視（saccade）與眨眼（blink）的事件，來分析個體潛 在的認知歷程（Just & Carpenter, 1984; Rayner, 1995）。Solso（2003）認為眼球運 動是視覺訊息處理中最有效的手段，法國科學家 Emily Java(1878)藉由眼球運動，

在閱讀方面的實證性行為研究，觀察學童在閱讀時眼球活動情形，發現學童是以 一種細微跳動（Parsaccades）的方式移動他們的眼睛，並且一直注視、跳動、注 視重覆同樣的動作。Robeck & 與 allace(1990)指出靜態文本閱讀包括三種不同的 視覺處理：(一)凝視(fixation)：將眼睛對準文字，使文字能正好落在視網膜的中 央窩上。閱讀文本時，視覺停留於文本期間；(二)跳視(saccade)：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。目光在各凝視點間簡短、快 速跳動；(三)迴視(regression)：眼睛退回至先前閱讀過的內容。讀到行末，目光 移回下一行的起始。

Megaw 和 Richardson (1979)與 Neboit 和 Richardson (1987)指出在眼球運 動的觀察指標中有凝視時間、凝視個數、凝視點的順序、跳視次數、跳視距離、

瞳孔大小、眨眼次數及回視頻率等，而凝視時間、凝視個數、凝視點的順序是最 常被探討的變項(Duchowski , 2003; Henderson & Hollingwort , 2003)。與本研究相

關的參數有下列幾項：

(一) 凝視時間（Fixation times or Fixation duration）：眼球從一個掃視運動結束至 下一個掃視運動開始時的時間。

(二) 凝視個數（Number of fixation）：在單位時間內，眼球掃視運動的個數。

(三) 凝視點的順序（Sequence of fixation points）：凝視點的先後順序，將先後順 序連起來，可以構成凝視的掃描路徑（scan path)。

(四) 凝視點的空間分配(Spatial distribution of fixation)：本研究指的是在整個網頁 裡，AOI 區塊裡的次數分配。

二、 眼球運動與眼動追蹤技術 (一) 眼球運動

眼球的構造就像一部精密的相機，是人類重要的感覺器官，也是認知歷程中 最重要的感官訊息來源，在人類的資訊處理過程中有 80%以上的訊息是由視覺認 知過程獲得（Sanders & McCormick, 1987）。眼睛的成像系統有角膜（cornea）、

瞳孔（pupil）、水晶體（lens）等，均各具有不同的功能。我們可以藉由眼睛去 發現、獲取外界資訊，收集視覺影像經過大腦分析解釋，然後進行影像合成，而 這些影像會影響人類的意識與行為改變 (Solso, 1994)。眼球運動為人類一項複雜 而靈敏的運動單位，透過六對眼動肌肉，可以將眼球移動到想注視的位置。在觀 看的過程中，眼睛並非有秩序的移動，也不是規律的停留在畫面的每一個地方，

而是在畫面的某個位置短暫停留後，快速的移動到下個停留位置，不斷的反覆注 視 (fixation)、跳躍 (saccade)（Volkmann, 1986）。而影響視線停留的因素，除了 特殊病理因素之外。基本上可分成兩類，一類是突顯的外在刺激因素，例如亮度、

對比、色彩、空間位置、刺激複雜度與呈現時間等。另一類是基於受試者本身的 知識經驗、策略，或對該刺激產生好奇、喜歡或其他複雜深層思考歷程等內在因 素的影響（Salvucci & Anderson, 1998）。在眼球運動的狀態中，當視覺在跳躍的 同時是無法接收訊息，只有在視覺短暫停留的同時才能接收訊息（蔡介立、顏妙

璇、汪勁安，2005），而眼球軌跡追蹤的設計就是依照人類眼睛運動的這種生理 基礎去設計而成。

(二) 眼動追蹤技術

眼球因為短暫停留與快速移動的特性，可以區分為凝視（fixation）與掃視

（saccade），而眼動追蹤技術(eye tracking, Cornsweet, 1958)是一種測量技術，能 測量眼球位置（稱為凝視點）用來追蹤記錄眼球於空間之某一平面上的落點位置 與運動軌跡。過去直接觀察眼球運動的方式欠缺客觀且精確度低，無法掌握眼動 細微的變化。早在十九世紀，就有眼球運動紀錄的相關實驗，當時是利用麻醉藥 麻醉眼球角膜後，在角膜上放置一小塊玻璃或金屬板，當眼球轉動時，帶動玻璃 或金屬板，就會傳輸信號至記錄裝置，但這種實驗會對受試者造成傷害。之後隨 著科技的進步，有人利用眼睛的各種特性來記錄眼球運動的方式（Young &

Sheena, 1975），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，可以透過 捕捉從人的眼角膜和瞳孔反射出來的紅外線，連續記錄眼球變化，受試者幾乎可 以在完全不受干擾的情況下進行實驗，又可以跟電腦等系統結合，即時並精確記 錄受試者的眼球追蹤過程與時間，使實驗的效度大為提高許多（朱瀅，2002）。

Poole 與 Ball (2005)指出「眼動追蹤」是一項反映視覺處理過程的測量技術，能 協助研究者記錄受試者眼球在特定時間的凝視位置，以及眼動順序及軌跡。眼動 追蹤有助於建構受試者觀看螢幕位置的分布區域；同步記錄眼球運動資料，且可 提供介面評估的客觀資料。迄今，眼動追蹤儀器已大量地使用在各種領域，並藉 由受試者在閱讀歷程與閱讀表現中的各種眼動指標以推論個體的內在認知歷程 狀況，這些不需要干擾受試者的閱讀歷程與閱讀表現，又能大量搜集閱讀的眼動 資料，逐漸成為研究者與專家用來瞭解受試者閱讀能力表現的另一種指標 (Kaakinen, Hyönä, & Keenan, 2003; Rayner & Juhasz, 2004)。此外眼動技術可以反 應讀者在閱讀時，對單一字彙、句子的凝視時間，以及字與字、句與句之間的凝 視順序以及篇章的回視情形等（Hyönä, Lorch, & Kaakinen, 2002）。因此，本研究

採用 Tobii-X120 眼動儀，紀錄受試者在線上閱讀時所產生的眼動情形，如：眼 球的凝視時間、凝視順序及重新回視情形等，探討國小學童線上閱讀理解的策略 與歷程。

三、 中文閱讀的眼動研究

Rayner 與 McConkie（1976）認為眼球運動的型態能夠有效地反映讀者從事 閱讀時對於文字的認知。而早期中文為閱讀材料的眼動研究中，關切的是中文與 英文閱讀在眼動型態上的差異。例如：閱讀中文的平均凝視時間為 220～230 毫 秒，英文約為 250 毫秒。

有些研究者從中、英文書寫角度來切入，因為英文是以詞為書寫單位，而中 文以字為書寫單位，但 Sun 等人(1985)研究結果指出在中文讀者的閱讀知覺單位 上，注視時是以多字詞為單位，與英文讀者並沒有太大的差異。也有研究者從眼 睛的生理構造方面著手，例如： McConkie 與 Rayner（1976）指出英文的知覺廣 度為右側 15 字母到左側 4 個字母，而知覺廣度(perceptual span)，是眼球在凝視 時，所能辨識文字的最大量。蔡介立(2000)以凝視點方式研究發現，讀者中文知 覺廣度涵蓋右側五個字的範圍，換算視角為 5 度，與英文相同，說明中文或英文 的凝視範圍是沒有差別的。在閱讀方式的呈現上，中文除了可以直式閱讀外也可 以跟英文一樣橫式閱讀，研究指出在閱讀速度上橫式快於直式，且凝視點與反向 凝視較直式多，表示中文的直式閱讀方式較為輕鬆。但另有研究指出橫式閱讀的 速度與眼睛閱讀的字數、換行效率都比直式高，凝視次數也比直式少，但兩者的 平均凝視時間沒有差異（Yen, Tsai, Hung, 2005； Shen, 1927； Morita & Stark, 1985）

(引自蔡介立、顏妙璇、汪勁安，2005）。而後其它相關的研究結果也證明中文與 英文閱讀時的眼動行為模式無明顯差異(Peng, Orchard & Stern ,1983; Yang &

McConkie ,1999）。

從這些專家、學者的研究發現不管在中文或英文的環境下，閱讀單位的差異、

眼球的凝視範圍和直式、橫式閱讀方式，在眼動行為上幾乎沒有明顯差異，更可

以由上述研究結果，做為本研究分析參考的依據。

四、 以眼動技術進行的閱讀相關研究與應用

藉由眼球來獲取及處理視覺訊息是一個複雜的歷程，眼動行為的記錄提供了 研究閱讀歷程的重要指標 (Rayner & Pollatsek, 1989; Yang & McConkie, 1999)。國 外有許多閱讀研究結果，藉由讀者的凝視時間、凝視位置等眼動型態，來推論閱 讀以及其他認知處理歷程的關係和讀者的閱讀歷程(Just & Carpenter, 1987;

Rayner & Pollatsek, 1987; Yang & McConkie, 1999; Duchowski, 2003; Rayner &

Juhasz, 2004; Rayner & Morris, 1992; Tsai, 2001)，綜合這些學者、專家在閱讀方面 的眼動探討與研究，讓我們可以用更科學的方法，來了解讀者的閱讀理解歷程。

Rayner 與 Pollatsek (1989)

Carpenter (1980)

以眼動研究結果為依據，提出閱讀除了由下而上的歷 程之外，也會和由上而下的歷程產生交互作用，而這 兩種歷程對於閱讀理解都有相當程度的影響。

發現大部分的內容詞(content word)都曾被注視過一 次，並且對於不常見詞(infrequent word)、重要主題詞 (thematically important)和那些用來釐清與解釋先行詞 的字詞，都耗費較久的時間。 Henderson 與

Hollingworth

（1999）

唐大崙 Julia M. West

等人

Rayner (1986) Taylor

(1965)

研究中指出對使用性研究（usability study）而言，取 樣頻率（sampling rate）為 60Hz 已經相當足夠。

(眼動儀測 量頻率) (研究者整理)