使用眼动追踪对比基于触觉与视觉的阅读策略

来自荷兰的研究人员使用Tobii Pro Glasses 2眼动仪和一套红外动作捕捉系统来研究常规与需要阅读盲文的学生在处理算数式时的阅读策略。

研究背景

当前的计数系统和可用的软件限制很难对阅读盲文的学生开展与数学相关的研究。因此,对需要阅读盲文的学生的研究很难够在以科学导向的中等教育研究中取得进展或成果。本研究旨在通过对普通学生和阅读盲文的学生在阅读和理解算数式的过程进行研究来探究一种能够帮助阅读盲文的学生更有效地处理算数式的教学方法。获得可视文字与盲文的阅读策略洞见将对阅读盲文的学生及其老师教学方法的改进提供帮助。

本项目由三所荷兰研究机构共同合作完成: 荷兰赫伊曾皇家视光研究院,乌得勒支大学弗罗伊登塔尔数学教育科学院和鹿特丹大学神经科学系。研究工作由Annemiek van Leendert, Michiel Doorman, Paul Drijvers, Johan Pel, 以及Hans van der Steen等人发起,该项目也是“提升盲文阅读学生的数学能力”研究项目的一部分。该项目的资金由荷兰科学研究组织 (NWO)提供。

研究工具与方法

供有6名普通学生参与了眼动追踪测试。研究人员使用了一套Pro Glasses 2眼动仪、一台笔记本电脑和一部摄像机(采样率50Hz)结合来记录他们的眼动模式数据。3名阅读盲文的学生在荷兰皇家视光研究院参加了手指追踪测试。使用了一台笔记本电脑、一个可刷新的盲文显示器、一套红外动作捕捉系统(Vicon, Oxford, 英国产)和一部摄像机来记录他们的手指运动。研究人员在每名学生的特定手的食指上佩戴了4个反射标记器。动作追踪软件被用来记录(采样率200Hz)并分析每个标记器的运动轨迹。摄像机用于记录所有的手部和言语反应。在任务开始前,研究人员通过口述来描述任务,参与测试的学生需要完成相同的含有一个或两个变量的算数式运算。常规的学生通过PPT来阅读算数式;阅读盲文的学生通过来自word文档的盲文显示器来阅读。在此过程中采集了以下数据:眼动,手指动作以及音频和视频。采集到的数据由研究团队自行开发的Matlab程序进行分析。

Eye tracking test setup by Royal Dutch Visio

研究结果

眼动模式信息使研究人员能够根据搜索时间,注视点数量和局部与全局之间的注意转换来量化方程式阅读与运算的策略。

A gaze pattern when reading an algebraic equation

此图展示了一名常规学生的视觉模式信息。首次视觉搜索信息揭示出这名学生用了约7秒钟开始理解算数式。这名学生首先计算了 '3 + 2,' 然后计算 '1 – 5'。最后通过计算'-4 + 4 = 0'正确地解答了算数式。

A gaze pattern when reading an algebraic equation

该图展示了阅读盲文的学生在盲文显示器上的手指动作 (浅绿色代表左手指)。在算数式的理解阶段,被试者同时运用了左右手的食指。在第一秒,左手食指首先扫描了 '4 +' ,然后在3秒钟后开始处理算数式的剩余部分。13秒后,被试者重复了之前的行为并说出了词语“四加” 。在接下来的20秒,他们继续处理算数式并做出了正确的解答。

结论

Tobii Pro Glasses 2非常易用。这款可穿戴眼动仪提供了能够量化普通学生阅读策略的极具价值且客观的眼动数据。

通过Pro Glasses 2眼动仪获得的眼动模式信息使研究人员能够对阅读和问题解决策略过程进行量化并将其与阅读盲文的学生的触觉策略进行对比。此研究获得的洞见将被用于改进阅读盲文的学生与其教师的教学方法。