數位學習者之眼：應用眼動技術於數位學習研究

Chapter 1 起始篇：眼動技術在數位學習發展的初步成果與挑戰／林珊如、謝明宜

第一部    理論與方法
Chapter 2 │眼動儀器、技術與研究程序／林志鴻 049
Chapter 3 │以眼動技術研究數位環境幾何問題解決與困難的診斷／林志鴻 085
Chapter 4 │以眼動技術研究線上圖文閱讀：認知風格、學習動機與學習行為／王淑玲、謝明宜

第二部    媒體與應用
Chapter 5 │以眼動技術研究遊戲學習歷程的注意力與經驗／孫春在
Chapter 6 │以眼動技術研究電子繪本的圖文閱讀／高宜敏
第一部    Chapter 7 │以眼動技術研究影片之概念理解／王岱伊
Chapter 8 │以眼動技術研究資訊搜尋行為／雷佩嵐

第三部    系統與工具
Chapter 9 │ 應用眼動技術建構溫馨提醒閱讀系統／柳曉龍、袁賢銘
Chapter 10 │應用眼動追蹤於廣告影片的動態分析／張雪白、袁賢銘
Chapter 11 │應用眼動追蹤於網頁使用性評估／ 謝吉隆
Chapter 12 │結語篇：新媒體使用行為的眼動分析／孫春在

附錄A 剖析EyeLink 眼動軌跡記錄檔／謝吉隆
參考文獻
索引

序

　　本書是我國第一本以「數位學習」+ 「眼動技術」為核心探討議題的學術書籍。這股風潮起源於2000 年，起源點在數位閱讀領域， 開始的發展速度並不快； 但是到了2009 年， 眼動儀（eye tracker）的價錢降到有史以來最低點（美金100 元或台幣3500 元），每位研究者都買得起好幾台。雖然價錢便宜的眼動儀，其解析度（50-60Hz）遠遠不及一台一兩百萬、具有高解析度（500-2000hz）的紅外線眼球照相機。但是如果研究是把螢幕頁面切分為9 到12 大區域的圖文閱讀，通常不必像研究詞彙、字母或漢字偏旁時那麼需要高解析度的眼動儀。價錢便宜、解析度低的眼動儀較為輕巧，攜帶與架設便利、快速，無須開機鑰匙。只要你讀過相關書籍，了解如何進行相關研究，準備好儀器、數位教材內容（PPT 即可），你就可以帶著眼動儀隨處去學生所在學校，請老師幫忙找間安靜的教室，打開機器和電腦，幫學生別上髮夾（任何一絲頭髮都不可以遮住眼睛），進行9 點校正後，自豪地輕喊一聲：「現在開始拍攝你的眼睛囉，酷吧！」

　　數位學習（digital learning）乃是提供數位科技工具、內容、活動並教導學習者逐步達成預設的教學目標，其中也包含教學步驟，如果只是提供電腦給學生自由使用，並不能稱為數位學習。由於數位科技進步快速，目前的數位學習型態包含非常多種，從功能來看可區分如下：

　　1. 提供動態或更具彈性的學習材料內容

　　1-1 以電子書（繪本）而言，除了提供圖文、動畫等教材，也會提供練習題。

　　1-2 以串流影音、影片或聲音等動態教材而言，如播放英文電影、新聞播報、TED 演講、MOOCs 教學影片，有些影片可切換中文字幕（有／無）、可調整語音速度，讓學生練習英語聽力；進一步老師可利用自錄教學影片，在上課時進行翻轉教學（flipped classroom）。

　　1-3 以虛擬實境、擴增實境或動畫而言，提供了特殊的觀察管道，如使原本不易觀察的特性被放大、速度減慢、被引導聚焦，學習者能看見重點，如輔助觀察幾何圖形：電腦投影出圓錐體，使用者點選後圓錐體會展開，教導學生學習計算表面積。

　　2. 提供動手做或趣味化的學習活動，電子書或數位學習系統常提供註記（e-note）、標籤（tag）、照相等圖文筆記功能；以教育性數位遊戲來說，有些在網路環境中以數獨遊戲訓練學生的數感；有些遊戲以線索猜謎及數位鷹架，引導學生英文寫作；其他數位遊戲還包含歷史人物的角色扮演，從動手玩遊戲學習台灣史。

　　3. 提供混成學習（blended learning，混和數位、面對面教學），目前已有學者發展以Kinect 提供可投影的數位舞台，使英文閱讀可轉變成簡易戲劇（reading theater, RT），系統提供背景、戲服、音效，便利學生角色扮演、練習英語口說技巧，在演戲同時可經由螢幕自我檢視。

　　4. 提供教材發送、師生討論、作業與成績管理機制，便利老師實施數位教學或檢驗教學成效，如 Moodle 平台或交通大學的e3 學習系統。

　　5. 提供適於學習者程度的練習題目，或診斷學習問題，如：數位化學習評量與適性診斷），或繳交作業後讓同學互相觀摩修正（如：網路同儕互評）。發展數位學習，為何需要以眼動技術（eye tracking technique）蒐集、分析使用者眼睛看哪裡呢? 有多種原因，首先研究者需要生理儀器蒐集學習歷程資料， 才能確實了解學習者花多少時間（time）、看頁面的哪裡（where），用以：

　　1. 檢討學習內容設計是否適當，進一步可以設計出能適合不同能力、經驗、工作習慣的學習者，所謂適性化（adaptive）、個人化（personalized）的教材；

　　2. 檢討數位系統的功能、按鈕、工具是否簡易、堪用。

　　其次，過去學者建立數位學習新模式或理論多以自陳報告蒐集「外顯認知處理資料」（explicit cognitive processing），也就是個人意識能覺察的（personal consciously awareness）、能直接表達、能反省與整理的意見或觀念，進行數位學習時，學生自己知道自己進行那些認知處理或心智運作。研究者會直接要求學生說出、寫出使用的感受與學習成果。這類的技術包含以「問卷」調查蒐集使用者知覺（perception）或信念（belief），以「考試卷」蒐集認知能力或成績表現，以「錄影拍攝」臉部表情蒐集使用者的情緒經驗，以「放聲思考」蒐集使用者多元豐富的情感與認知等綜合型經驗。過去很難蒐集內隱認知處理資料（implicit cognitive processing），而眼動儀等生理儀器可以蒐集學習者無法完全覺察或無法直接以口語或肢體表達的認知處理或心智運作。

　　眼動儀可以鉅細靡遺地記錄每一毫秒使用者閱讀一段文字或圖像的注意力所在位置，這對於了解學習者的學習歷程極有幫助，因為學習者不是永遠能覺察、掌控自己的注意力，有時注意力會渙散，不受控制的漂移；有時閱讀或反應的速度與順序已經達到自動化，程序極為流暢、速度極快，以致個人的意識無法覺察該認知程序被啟動，也無法有效地控制。使用眼動儀記錄注意力，有些注視點是連閱讀者自己都不知道自己的眼睛曾經注視過那個位置。眼動儀可蒐集眼睛在第Ti 至Tj（毫秒），凝視（fixate）螢幕位置（X1, Y1，該位置可能為某一文字或圖像物件），而且到下一凝視點（X2, Y2）停駐了Tn 至Tm（毫秒），兩個凝視點間的距離（saccadepath）為Lmm（毫米）。

　　以上這兩種技術蒐集資料能蒐集到不同層面的資料，綜合起來有利於深度理解數位學習的歷程。

　　本書作者群屬於同一個研究團隊，包含資訊工程及學習心理領域教授，屬於資訊工程領域的有交通大學孫春在、袁賢銘教授、雷佩嵐博士後研究員及博士生柳曉龍，靜宜大學的王岱伊教授，台灣科技大學的高宜敏教授及台灣大學的謝吉隆教授。屬於學習心理學領域的有交通大學林珊如教授、博士生謝明宜，台灣科技大學的王淑玲教授，以及中央大學的林志鴻博士後研究員。十多年來在孫春在教授領導下提出數位學習的整合型計畫。從早期的「網路合作學習系統發展與學習任務設計」、「網路合作學習策略以提升學生作品的創意程度」、「延伸Web2.0 技術往Web3.0 前進之數位科技資訊科技對學習動機、歷程與評量的影響」，到「以眼動行為分析網際網路學習資源之閱讀動機、能力與認知歷程」，都是我們的研究議題。我國數位學習團隊不多，能合作超過15 年的，這是唯一的！

　　本書第一章為〈起始篇：眼動技術在數位學習發展的初步成果與挑戰〉，分析我國及歐美學者以多媒體、認知負荷及問題解決模式出發，使用眼動技術進行數位學習研究的技術層級與研究成果，也提供使用者經驗取向（evaluation of user experience，UX）測試的成果，並說明眼動技術蒐集數位學習歷程資料待突破的難題。

　　接著分為三部，第一部【理論與方法篇】說明眼動行為、方法與學習理論的關係，包含第一到第三章。讀者務必先讀第二章〈眼動儀器、技術與研究程序〉，這是其他各章的技術基礎，介紹眼動儀器品牌、能蒐錄那些眼動行為、技術的典範以及眼動指標。第三章為〈以眼動技術研究數位環境幾何問題解決與困難的診斷〉，利用手寫板與眼動儀連結起來，當學生讀完幾何題目後，必須在手寫板上動手寫出推理歷程，在閱讀到解決問題的歷程中持續蒐集眼動行為資料。第四章為〈以眼動技術研究線上圖文閱讀：認知風格、學習動機與學習行為〉，包含三個實驗：(1) 檢測全面／序列認知風格學習者在覽讀網頁時，眼睛是否展現與認知風格相符合的注視行為，(2)檢測圖像與文字認知風格學習者在瑞文氏智力測驗進行圖像推理時是否有不同的眼動行為，(3) 當學習者自行學習「Photoshop 影像編輯軟體功能」的7 步驟時，檢測高低自我效能者是否有不同的瀏覽行為。

　　第二部為【媒體與應用】，從第五章到第八章說明如何運用眼動技術探索各種新媒體的使用行為與歷程，含數位遊戲、電子繪本、影片、網頁搜尋。

　　第五章〈以眼動技術研究遊戲學習歷程的注意力與經驗〉，探討數位數獨遊戲的多重視覺焦點，及進行《英雄聯盟》即時戰略遊戲時，玩家如何迅速分辨此款遊戲的關鍵重點。第六章詳細說明如何〈以眼動技術研究電子繪本的圖文閱讀〉，電子繪本為故事體圖文，跟科學圖文的性質不同，本章首先介紹多媒體學習之相關理論與眼動研究，並進一步聚焦於電子繪本，詳細介紹如何準備電子繪本素材，以及使用行動式眼動儀進行實驗時的注意事項，以便成功執行以平板電腦作為閱讀載具之電子繪本眼動研究。最後並以兩個前導性實驗為例，說明AOI（area of interest）規劃的注意事項，並選用適當的眼動指標以便解釋使用者的電子繪本閱讀歷程，引領想要進行後續研究的學者。第七章詳細說明如何〈以眼動技術研究影片之概念理解〉，本章詳細交代引導學生影片學習的歷程，由於影片每秒呈現多張畫面，如何設定動態的AOI 是一大挑戰。第八章〈以眼動技術研究資訊搜尋行為〉，作者說明如何設計實驗以分析三種資訊：影片、靜態圖及地圖地標的搜尋行為及其眼動型態。

　　第三部為【媒體與應用】，從第九章到第十一章，以具體實例說明把眼動技術整合進入數位學習系統，成為輔助教學的功能之一，例如以凝視啟動電子辭典，及以眼動技術用於廣告影片閱讀資料蒐集、網頁使用性評估。第九章談〈應用眼動技術以建構溫馨提醒閱讀系統〉，利用價錢非常便宜的眼動儀，設計凝視啟動電子辭典等輔助閱讀的功能，本章詳細說明軟體設計的觀念與流程。第十章談〈應用眼動追蹤於廣告影片的動態分析〉的系統設計（含系統架構、環境設定與功能介紹）、系統三大功能實踐（眼動記錄、動態興趣區模組以及影片分析）。以實例進一步解釋操作流程，如何對每秒呈現多張畫面的影片做出分析。第十一章說明〈應用眼動技術於網頁使用性評估〉，分為量化與質化兩部分，以實例說明人機互動與使用者經驗（UX）的評估程序。第十二章為〈結語篇：新媒體使用行為的眼動分析〉，指出這一代年輕人為恆在世代（always-on generation），「恆常在線」是他們的生活型態；使用者不再只是媒體內容的「消費者」，而且是各種媒體內容的「生產者」，創立一個新詞「生產消費者」（prosumer）來破除資訊消費者和生產者分立的形式。這一章呼籲人們要認識新世代，可從他們如何閱讀瀏覽媒體開始。

　　歡迎你，請跟著作者群進入數位學習的眼動世界！