文字强调方式对多媒体学习的影响——基于眼动追踪技术*

余沁，刘龙繁，熊艳△，刘可心，陈宇

(1.四川大学商学院，成都 610065；2.四川大学制造科学与工程学院，成都 610065；3.四川大学水利水电学院，成都 610065；4. 四川大学建筑与环境学院，成都 610065)

1 引 言

人保持注意力集中状态的时间是有限的，教育心理学有个重要观点是：“一般青少年的注意力持续集中有10～30 min左右,成人注意力持续集中有30～50 min”[1]。而学生在课堂上始终保持注意力集中的状态是不可能实现的，因此,学生就会在注意力低下时很容易遗失重要的教学信息。假设学生能够在高警惕性下，最短的时间内获得重要的课堂教学信息，就可以有效的弥补注意力低下时遗失的教学信息。为了提高多媒体课件的可理解性，加强教学信息传递方式的设计，目前很多研究者从不同媒体材料、动画、媒体组合、色彩(如背景颜色)、提示信息、先前经验和情绪等多方面进行研究[2]，也有研究者针对字体呈现方式对多媒体阅读效果的影响做了一些相关的研究，水仁德和王立丹[3]研究了字体的大小和位置对多媒体理解的影响；杜梦源[4]还研究了文字的颜色和时间压力对阅读效果的影响。可以看出，多媒体学习研究中非常缺乏对多媒体最基本的组成元素-字体文本的研究。但其实在学习中，最重要的是掌握关键的信息，比如文本中的关键词或标题等。所以,以合适形式对多媒体课件的关键字加以强调对高效学习有着很重要的作用，而本研究针对字体强调方式对阅读效率影响的研究弥补了这样一个研究漏洞。该项研究还有助于提高教师授课“可理解性”和让学生快速捕捉多媒体课件中的重点信息，并藉此提高学生课堂学习效率。

2 眼动追踪技术应用现状

眼动追踪技术是一种重要的心理学研究方法，即通过记录人眼球的运动过程来分析人体生理和心理变化的一种研究方式。

研究者们基于美国学者理查德梅耶的认知理论[5],探讨多媒体设计与学习成效的关系问题，认为认知理论是相关多媒体工作设计符合学习者认知架构的多媒体课件的重要理论。关于眼动的本质，Just和Carpenter[6]提出了“眼-心理”(Eye-Mind)假说，该假说认为眼球运动为“注意力分配到了哪儿”提供了动态追踪。在一个复杂的信息加工过程中，阅读、眼动和注意力之间是密不可分的。眼动的测量揭示了基本的认知过程、阅读理解机制和视觉加工过程[7-8]。郑玉玮[2]认为，眼动阅读研究中常用的眼动指标主要从三个维度进行分类：时间、空间和数。常见的时间眼动指标有总注视时间和第一次注视时间；空间指标是在空间维度内测量眼球运动，如注视位置、注视顺序等；数的指标对眼动的测量建立在一个数或频率的基础上，比如总注视次数、眼跳次数等。本研究的创新点就在于合理的运用眼动指标去解释学习者在学习多媒体课件时文字强调方式的重要作用。

3 研究实验设计

3.1 实验仪器与材料

本实验采用SMI RED 500HZ眼动仪。试验原理：通过角膜反射，并采样频率。将眼动仪连接到17寸显示器，调整显示器的亮度确保多媒体课件内容清晰呈现。在显示器前75～80 cm处放置较为舒服的高背座椅，使被试者可以获得最佳阅读姿势。

实验的阅读材料为四川大学精品课程的PPT课件(5组× 6页=30页)，在每页PPT中加入实验研究的5种强调方式，实验被试按照实验任务要求在PPT中找出目标词语即结束阅读。

为了排除其他因素对被试者的阅读造成干扰，实验材料中PPT的背景为最适合阅读的白色RGB(225, 225, 225)[9-10]，单页字数均为250字，字体采用最常用的宋体，字号为18。

3.2 实验者与实验设计

实验被试为四川大学不同专业中随机抽取15名本科生，年龄在20～22岁之间，所有被试者视力或矫正视力正常，无色盲，实验被试为首次学习实验材料。

实验前期由500名普通大学生对最常见的字体强调颜色进行问卷调查，确定出常用的颜色为蓝色RGB(0,0,255)、红色RGB(255,0,0)和黑色RGB(0,0,0)，其中黑色为对照组。本实验研究的字体强调方式为3(字体颜色)×2(是否加粗)两种形式两两组合而成的6种强调方式：

(1)黑色为强调(对照实验);(2)黑色加粗为强调方式;(3)蓝色为强调方式;(4)蓝色加粗为强调方式;(5)红色为强调方式;(6)红色加粗为强调方式。

为了保证实验的可信度，我们将整个实验过程分为练习阶段和试验阶段。

练习阶段：练习开始前先对被试者进行眼动校准，校准后告诉被试者身体要保持目前的姿势(或保持头部不动)。

实验阶段：(1)呈现指导语。(2)被试者清楚要求后开始测试。(3)阅读完毕后按键结束，记录被试者眼动信息。

4 实验结果分析

通过对15名被试进行实验，总计获得了330条有效样本数据。本研究提取总注视次数、阅读时间、目标区停留时间数据，采用社会科学统计软件 SPSS Statistics 17.0 结合因素分析法对眼动数据进行描述性统计、方差分析、两两t检验，如果能判断出哪些材料更具吸引力，哪些材料被学生优先知觉，就可以判断哪种强调方式更占优势，总结出大学生在多媒体学习过程中的认知规律。

4.1 总注视次数

为了看清某一物体，两只眼睛必须保持一定的方位，才能使物体成像在视网膜上，这种眼睛对准对象的活动就叫注视。实验被试在阅读实验材料反复的搜索目标词汇时，会根据不同的醒目程度注意到词汇。因此，如果目标词汇不醒目(如对照组)，那么实验者就会有大量的视觉搜索，在阅读材料上总的注视次数就会很高[11]。故总注视次数反映的就是学习材料的醒目程度以及学习的难易程度。

4.1.1实验组与对照组的双样本T检验 首先针对对照组数据和其余5组实验数据进行“双样本T检验”分析。结果见表1，发现无字体强调的注视次数与有字体强调的注视次数的均值均有显著性差异，说明有字体强调对学生的学习效果有明显的影响。

表1总注视次数成对样本检验

Table 1 Paired sample test of total gaze time

4.1.2不同强调方式的方差分析及描述性统计 以总注视次数为因变量，5种不同的强调方式为因子进行单因素方差分析，由表2可以看出， 5种强调方式下的总注视次数有显著性差异，该指标具有研究意义。进行简单统计分析，结果见表3，我们可以得出以下结论：(1)蓝色加粗和红色加粗的字体强调方式的可理解性明显优于其他的强调方式；(2)在有字体强调的情况之下，学习的效果会明显优于没有字体强调的情况。

表2总注视次数方差分析表(ANOVA)

Table 2 ANOVA of total gaze time

表3总注视次数描述统计量

Table 3 Descriptive statistics of total gaze time

4.1.3两因素对总注视次数的影响程度 为了探究颜色和加粗两种因素分别对阅读总注视次数的影响，本研究采用了聚类分析，首先固定加粗方式不变，结果见表4，说明字体颜色不管是在加粗还是不加粗的情况之下，均会影响学习者的学习效果。

其次，固定颜色因素不变，结果显示当字体颜色为黑色时，是否加粗对学习效果影响显著；当字体颜色为蓝色和红色时，是否加粗对学习效果的影响不显著。

表4两因素的方差分析表(ANOVA)

Table 4 ANOVA with two factors of total gaze time

4.2 阅读时间的方差分析及描述性统计

本次试验中的阅读时间为实验被试完成单次实验任务，也就是阅读者的眼动轨迹从第一次注视实验材料到找出目标词汇后结束阅读的总时间。上一节的总注视次数是从数的维度对阅读效率进行评价，而阅读时间则是通过时间的维度对学习者阅读的效率进行分析。阅读时间的长短表明了学生阅读效率高低的程度。

以阅读时间为因变量，5种不同的强调方式为因子进行单因素方差分析，结果见表5，结果显示阅读时间具有研究意义。

表5阅读时间方差分析表(ANOVA)

Table 5 ANOVA of total reading time

对阅读时间进行描述性统计分析，得到图1的均值图，结果发现五种强调方式中，蓝色加粗(4)的平均阅读时间最小，阅读效率最高；黑色加粗(2)的平均阅读时间最大，阅读效率最低。

图1 阅读时间均值图

4.3 目标区停留时间的方差分析及描述性统计

目标区停留时间是指眼睛在目标区域的平均注视停留时间。对于本实验而言，目标区域的停留时间即是实验被试的眼动轨迹停留在实验前设定的目标词汇区域的总时间。在本实验中，目标区停留时间主要分为两个部分：一是阅读者的眼球聚焦注视过程的时间；二是阅读者大脑加工识别词汇过程的时间，它可以反映出学习者对阅读材料阅读认知的速度。在目标区域停留的时间越短，那么学习者的认知速度就越快。

以目标区停留时间为因变量，5种不同的强调方式为因子进行单因素方差分析，表6的结果说明该眼动指标具有研究意义。

表6目标区停留时间方差分析表(ANOVA)

Table 6 ANOVA of residence time in target area

然后对目标区停留时间进行描述性统计分析，得到图2的均值图，结果发现实验被试识别蓝色加粗(4)和黑色加粗(2)的字体强调的速度最快。

图2 目标区停留时间均值图

5 总结及展望

通过实验并对总注视次数、阅读时间、目标区停留时间三类眼动指标的分析，得到了一致的结论，以此说明了本次实验结论的可靠性，主要结论为：

(1)多媒体文本中有字体强调的情况下，学习的效果会明显优于没有字体强调的情况；

(2)蓝色加粗的字体强调方式是可理解性最强，识别蓝色加粗字体时的速度要比其他类型的强调方式都要快；

(3)两种因素中颜色因素对学生阅读效率的影响程度大于加粗因素，而且加粗类型对总注视次数的影响程度也会受到字体颜色的干扰，在黑色时加粗方式对学习效果影响显著，在蓝色和红色时，对学习效果影响不显著。

实验被试是依据字体的醒目程度进行选择性注视，蓝色加粗强调方式的注视次数、阅读时间都会明显的少于其他的强调方式的原因就在于这种强调方式更能够吸引阅读者的注意力，让实验被试的眼球首先捕捉到蓝色加粗的词汇。而阅读者在蓝色加粗字体下的目标区停留时间也明显少于其他强调方式，原因就在于醒目的字体强调方式能够起到降低其他字体对阅读认知的干扰作用，从而让阅读者将更多的注意力分配到关键字当中，达到提高阅读者理解能力的效果。