謝和平 彭 霽 周宗奎

(青少年網(wǎng)絡(luò)心理與行為教育部重點實驗室; 華中師范大學(xué)心理學(xué)院,武漢 430079)

1 引言

過去40多年里,研究者采用眼動技術(shù)考察了人類的認(rèn)知加工到底如何影響其眼動(Rayner,1998,2009)。眼動行為通常被認(rèn)為是潛在認(rèn)知活動的反映(Vivianni,1990),即認(rèn)知加工能影響眼動模式。然而,近年來研究者開始反過來關(guān)注眼動如何影響認(rèn)知,發(fā)現(xiàn)特定的眼動行為能夠引導(dǎo)認(rèn)知活動(Donovan,Manning,& Crawford,2008;Donovan,Manning,Phillips,Higham,& Crawford,2005; Grant & Spivey,2003; Thomas & Lleras,2007)。即眼動本身也能影響認(rèn)知加工。教學(xué)領(lǐng)域有關(guān)眼動榜樣樣例的實證研究為此提供了直接依據(jù)。

眼動榜樣樣例(eye movement modeling examples,EMME)是一種通過眼動儀等設(shè)備即時記錄某領(lǐng)域的專家或高經(jīng)驗者(model)在執(zhí)行某項知覺任務(wù)過程中的眼動軌跡以及相應(yīng)的言語解釋,并將其疊加于視覺材料中一齊回放給新手或低經(jīng)驗學(xué)習(xí)者的視頻教學(xué)樣例(Jarodzka et al.,2012)。研究者對眼動榜樣樣例教學(xué)作用的廣泛關(guān)注一定程度上受到Grant和Spivey (2003)關(guān)于解決鄧克爾輻射問題(Duncker’s radiation problem)的眼動研究的啟發(fā)。實驗 1中,他們以圖片形式向被試呈現(xiàn)輻射問題并比較了問題解決成功者和失敗者的眼動軌跡,發(fā)現(xiàn)前者比后者花費更長時間注視圖片中的皮膚區(qū)域,說明問題解決過程中的認(rèn)知活動引導(dǎo)了注意,該區(qū)域則被認(rèn)為是解決鄧克爾輻射問題時需要注視的關(guān)鍵區(qū)域?；诖?他們在實驗2中將該關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行閃爍突顯后再呈現(xiàn)給其他被試,發(fā)現(xiàn)被試的問題解決成功率顯著提高,這表明基于問題解決成功者的眼動軌跡對材料進(jìn)行處理后反過來又促進(jìn)了其他學(xué)習(xí)者的認(rèn)知加工。

Grant和 Spivey (2003)主要是通過間接地加入線索(cueing)的方式(即突顯關(guān)鍵區(qū)域)來影響視覺注意及隨后的認(rèn)知加工(van Gog,Jarodzka,Scheiter,Gerjets,& Paas,2009)。隨著眼動及圖形圖像技術(shù)的發(fā)展,近期研究者開始逐漸重視直接呈現(xiàn)專家在解決問題過程中的眼動軌跡的教學(xué)作用(Gegenfurtner,Lehtinen,Jarodzka,& S?lj?,2017;Jarodzka et al.,2012; Jarodzka,van Gog,Dorr,Scheiter,& Gerjets,2013; van Gog et al.,2009; van Marlen,van Wermeskerken,Jarodzka,& van Gog,2016)。例如,將一名兒科專家診斷嬰兒癲癇發(fā)作類型時的眼動軌跡(Jarodzka et al.,2012)或?qū)⒁幻Ｑ髣游飳W(xué)專家講授不同魚類運動模式時的眼動軌跡(Jarodzka et al.,2013)以及相應(yīng)任務(wù)過程中的口頭描述活動記錄下來,然后作為一種特殊的教學(xué)材料呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者,從而直接考察專家眼動對注意引導(dǎo)和認(rèn)知加工效果的影響。這種得到學(xué)習(xí)者青睞(Nalanagula,Greenstein,& Gramopadhye,2006; Sadasivan,Greenstein,Gramopadhye,&Duchowski,2005)的特殊教學(xué)材料便被稱為眼動榜樣樣例。本文主要介紹了眼動榜樣樣例的結(jié)構(gòu)、實驗制作方法及原因,綜述了近些年關(guān)于眼動榜樣樣例對注意引導(dǎo)和認(rèn)知加工效果(教學(xué)效果)影響的實證研究,并探討了眼動榜樣樣例的理論基礎(chǔ),以期為眼動榜樣樣例的教學(xué)價值研究提供一定的參考。

2 眼動榜樣樣例的結(jié)構(gòu)及制作方法

眼動榜樣樣例主要由三個部分組成：(1)需要學(xué)習(xí)的視覺材料,即樣例本身; (2)榜樣外顯化的認(rèn)知過程,即專家在完成任務(wù)過程中的言語解釋;(3)榜樣外顯化的知覺過程,即專家在任務(wù)過程中的眼動軌跡。如圖1為關(guān)于青蛙過河任務(wù)的眼動榜樣樣例簡要示意圖(類似樣例,參見：Gegenfurtner,Lehtinen,et al.,2017; van Marlen et al.,2016),該樣例中的青蛙過河問題解決視覺材料是學(xué)習(xí)者需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容; 專家解決該問題時的眼動軌跡反映專家的知覺加工,旨在引導(dǎo)學(xué)習(xí)者在時間空間上合理分配注意力; 專家同步解釋如何解決該問題反映了專家的認(rèn)知加工,旨在幫助學(xué)習(xí)者習(xí)得問題解決的認(rèn)知技能。

圖1 青蛙過河任務(wù)眼動榜樣樣例模擬示意圖

眼動榜樣樣例的制作方法與上述三個組成部分密切相關(guān)。首先,事先準(zhǔn)備好視覺學(xué)習(xí)材料并置入眼動程序中。其次,邀請一位相關(guān)領(lǐng)域的專家或(經(jīng)過刻意培訓(xùn)的)高經(jīng)驗者(最好具有教學(xué)經(jīng)驗)錄制樣例。正式錄制前需向?qū)＜易龀鲆欢ㄕf明,例如：可要求專家想象接下來自己會給新手學(xué)習(xí)者講授如何完成某一任務(wù)(類似于教師授課),以盡量保證樣例能起到教學(xué)作用; 為保證樣例錄制質(zhì)量及效率,可提前允許專家仔細(xì)閱覽學(xué)習(xí)材料并考慮好如何對該任務(wù)進(jìn)行言語描述(Jarodzka et al.,2012,2013)。做好準(zhǔn)備工作后,接著開始通過眼動儀進(jìn)行樣例錄制,記錄專家在完成任務(wù)過程中的動態(tài)眼動軌跡,并采用配套的錄音設(shè)備同步錄制專家出聲思維式的言語描述。錄制完畢后,設(shè)置眼動參數(shù)并通過眼動儀中的回放功能創(chuàng)建和導(dǎo)出樣例視頻。基本的眼動參數(shù)設(shè)置包括：對注視點進(jìn)行參數(shù)定義,選擇注視點的形狀及顏色等。

3 眼動榜樣樣例與注意引導(dǎo)

作為樣例材料中的一種突顯刺激,專家的眼動軌跡理論上具有注意引導(dǎo)的作用。從表1中所匯總的研究結(jié)果來看,絕大部分實驗都證實眼動榜樣樣例在注意引導(dǎo)(包含信息選擇、信息組織、圖文整合加工以及眼動軌跡一致性等)上的積極影響,具體表現(xiàn)為：縮短首次注視到任務(wù)相關(guān)區(qū)域所需的時間,增加對任務(wù)相關(guān)區(qū)域的注視時間、注視次數(shù),減少對任務(wù)無關(guān)區(qū)域的注視時間、注視次數(shù),增加圖文之間的轉(zhuǎn)換次數(shù)以及提高眼動軌跡的一致性等。

3.1 信息選擇加工

眼動榜樣樣例在信息選擇上的加工優(yōu)勢反映在對任務(wù)相關(guān)信息的搜索上,這較早得到了 Jarodzka,Scheiter,Gerjets,van Gog和Dorr (2010)研究結(jié)果的支持。在他們的實驗中,被試被要求觀看帶有或者沒有專家眼動軌跡的魚類運動教學(xué)視頻,測驗過程中發(fā)現(xiàn)眼動榜樣樣例減少了學(xué)習(xí)者首次注視到任務(wù)相關(guān)區(qū)域的時間,即學(xué)習(xí)者能夠更快地搜索到任務(wù)相關(guān)信息。在隨后采用相同材料的實驗中,總體上他們也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果(Jarodzka et al.,2013)。另一項任務(wù)為嬰兒癲癇診斷的實驗中,Jarodzka等(2012)向被試呈現(xiàn)了注視點形狀不同的眼動榜樣樣例,結(jié)果表明當(dāng)專家眼動注視點以聚光燈形式呈現(xiàn)時,眼動榜樣樣例組首次注視到任務(wù)相關(guān)區(qū)域所需的時間比控制組更短。后來其他研究者同樣證實眼動榜樣樣例的視覺搜索優(yōu)勢(van Marlen et al.,2016,實驗2)。因此,眼動榜樣樣例能夠有效地為學(xué)生進(jìn)行信息導(dǎo)航(Salmerón,Naumann,García,& Fajardo,2017),降低視覺搜索的潛伏期,表明眼動榜樣樣例可能具有信息選擇功能。

3.2 信息組織加工

眼動榜樣樣例在信息組織上的加工優(yōu)勢反映在對任務(wù)相關(guān)信息的注視上,這較早得到了Sadasivan等(2005)研究結(jié)果的支持。在他們的研究中,專家的眼動軌跡被作為一種前饋訓(xùn)練(feedforward training),旨在考察這種方式能否訓(xùn)練新手在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中模擬檢查飛機(jī)貨倉,發(fā)現(xiàn)專家眼動軌跡的前饋訓(xùn)練增加了新手對重要信息的平均注視時間、注視次數(shù)及注視點簇數(shù)。即向新手呈現(xiàn)專家的眼動軌跡有助于新手學(xué)習(xí)者模仿專家的知覺加工方式,對重要信息進(jìn)行更多、更長的注視。Jarodzka研究團(tuán)隊的系列實驗發(fā)現(xiàn)眼動榜樣樣例能夠增加測驗中學(xué)習(xí)者對任務(wù)相關(guān)信息的總注視時間(Jarodzka et al.,2010,2012,2013)。Sepp?nen和Gegenfurtner (2012)將一名專業(yè)教師進(jìn)行CT診斷時的眼動榜樣樣例呈現(xiàn)給學(xué)生,發(fā)現(xiàn)學(xué)生對任務(wù)相關(guān)區(qū)域的注視次數(shù)增加,對任務(wù)無關(guān)區(qū)域的注視次數(shù)減少。其它研究也發(fā)現(xiàn)了眼動榜樣樣例在任務(wù)相關(guān)信息的注視時間、注視次數(shù)等上的優(yōu)勢(Gegenfurtner,Lehtinen,et al.,2017; van Marlen et al.,2016,實驗2)。更多的注視時間、注視次數(shù)等表明學(xué)習(xí)者可能對信息進(jìn)行了更為深入的組織加工,因此眼動榜樣樣例可能具有信息組織功能。

表1 眼動榜樣樣例研究

續(xù)表1

3.3 圖文整合加工

眼動榜樣樣例在圖文整合上的加工優(yōu)勢反映在圖文信息的轉(zhuǎn)換加工上,這得到了近期研究結(jié)果的直接支持(Mason,Pluchino,& Tornatora,2015,2016; Scheiter,Schubert,& Schüler,2018)。Mason等(2015)在學(xué)習(xí)之前先向?qū)嶒灲M被試呈現(xiàn)水循環(huán)材料的眼動榜樣樣例以訓(xùn)練其圖文整合加工策略,接著要求被試正式學(xué)習(xí)食物鏈相關(guān)的科學(xué)材料,發(fā)現(xiàn)相比控制組(無眼動榜樣樣例),實驗組被試在觀看了文字關(guān)鍵區(qū)域以及文字非關(guān)鍵區(qū)域后都接著會更長地去注視圖片關(guān)鍵區(qū)域,在觀看了文字非關(guān)鍵區(qū)域后也會再去更長地注視圖片非關(guān)鍵區(qū)域。研究者推測眼動榜樣樣例促使學(xué)習(xí)者花費更多時間從圖片中尋找與文字相對應(yīng)的信息(Mason et al.,2015),即更多地進(jìn)行圖文整合。Mason等(2016)隨后一項以大氣溫室效應(yīng)為學(xué)習(xí)材料(眼動榜樣樣例同前)的類似研究不僅進(jìn)一步證實了以上結(jié)果,同時還發(fā)現(xiàn)實驗組被試再次閱讀時從文到圖以及從圖到文之間的轉(zhuǎn)換次數(shù)比控制組更多。因此,眼動榜樣樣例促進(jìn)了圖文材料間的整合加工,可能具有圖文整合功能。

3.4 眼動軌跡一致性

呈現(xiàn)眼動榜樣樣例最為直接的目的也許在于期望學(xué)習(xí)者與專家之間或者學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者之間的眼動軌跡盡量一致,因此眼動軌跡一致性受到部分研究者關(guān)注(Jarodzka et al.,2012,2013)。Jarodzka等(2012)計算了被試的注視點與專家的注視點之間的歐氏距離,發(fā)現(xiàn)當(dāng)專家眼動注視點以聚光燈形式呈現(xiàn)時,眼動榜樣樣例組的歐氏距離要比控制組更短,說明聚光燈形式的眼動榜樣樣例使得學(xué)習(xí)者與專家之間的眼動軌跡更為一致。隨后的研究中,Jarodzka等(2013)計算了各組內(nèi)被試之間的掃視路徑相似性(scanpath similarity),結(jié)果發(fā)現(xiàn)眼動榜樣樣例組被試之間的相似性比控制組更高,表明眼動榜樣樣例使得學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者之間的眼動軌跡更為一致。因此,眼動榜樣樣例成功引導(dǎo)了學(xué)習(xí)者的注意力。

總結(jié)來看,眼動榜樣樣例能夠有效引導(dǎo)注意(van der Gijp et al.,2017),表現(xiàn)為促進(jìn)信息的選擇、組織與整合,并提高眼動軌跡的一致性。但需要指出的是,這種方式的注意引導(dǎo)成本過高,既需要相應(yīng)領(lǐng)域的專家或高經(jīng)驗者參與樣例的制作,還需要借助專業(yè)的眼動設(shè)備進(jìn)行錄制。相比而言,線索(如在材料中加入箭頭、手勢等)因其簡便易行而被教學(xué)設(shè)計者所青睞,畢竟線索在注意引導(dǎo)方面同樣具有良好的選擇、組織和整合的功能(綜述或元分析見：王福興,段朝輝等,2013; 謝和平,王福興,周宗奎,吳鵬,2016; De Koning et al.,2009)。因此,如何在保證眼動榜樣樣例注意引導(dǎo)作用的前提下降低其制作成本可能是研究者需要進(jìn)一步思考的內(nèi)容。

王小景放下正調(diào)試的船模，看了半天兩方22艘主要參戰(zhàn)艦艇的參數(shù)，突然一拍手：“清軍的‘定遠(yuǎn)號’‘鎮(zhèn)遠(yuǎn)號’是兩艘重炮巨型鐵甲艦，其余八艘是火力一般的巡洋艦；日軍除了‘打醬油’的‘西京丸號’和‘赤城號’，其他都是配備了大量速射炮的艦艇……就是說，清軍是兩個‘肉盾’帶八個‘輔助’，對陣日軍的十個‘輸出’加兩個‘輔助’！那當(dāng)然打不贏了！陣容不合理嘛！”

4 眼動榜樣樣例與教學(xué)效果

相比而言,研究者更為關(guān)心的一個問題是：將專家的知覺和認(rèn)知過程外顯化并嵌入到樣例中,其教學(xué)效果到底如何? 從表1可以看出,研究結(jié)果并不像注意引導(dǎo)那樣一致。綜述先前研究發(fā)現(xiàn),研究者主要從保持效果、遷移效果和行為反應(yīng)時間等因變量指標(biāo)上考察了眼動榜樣樣例的教學(xué)作用,僅部分研究發(fā)現(xiàn)眼動榜樣樣例的積極作用(提高保持、遷移效果,降低行為反應(yīng)時間)。

4.1 保持效果

眼動榜樣樣例理論上被預(yù)期能夠促進(jìn)知識的保持,部分研究支持了這一預(yù)期(Jarodzka et al.,2010; Mason,Scheiter,& Tornatora,2017; Nalanagula et al.,2006; Sadasivan et al.,2005; Sepp?nen &Gegenfurtner,2012)。比如：Litchfield,Ball,Donovan,Manning和Crawford (2010)要求被試診斷胸部X光片中的肺結(jié)節(jié),實驗組被試在觀看了專家眼動榜樣樣例之后接著又向其呈現(xiàn)相同的圖片進(jìn)行測試,發(fā)現(xiàn)他們的診斷表現(xiàn)好于其他組。Mason等(2015)發(fā)現(xiàn)相比無眼動榜樣樣例組,觀看眼動榜樣樣例提高了學(xué)習(xí)者對文字信息以及圖片信息的回憶成績。Gegenfurtner,Lehtinen等(2017)證實新手甚至專家在觀看了眼動榜樣樣例之后,他們在保持任務(wù)上對病人案例的診斷準(zhǔn)確性和敏感性相比基線水平都得到了顯著提高。然而,另一些研究并沒有發(fā)現(xiàn)眼動榜樣樣例在保持效果上的積極作用。van Marlen等(2016)發(fā)現(xiàn)無論是學(xué)習(xí)簡單的幾何學(xué)問題(實驗 1)還是復(fù)雜的幾何學(xué)問題(實驗2),眼動榜樣樣例都沒有像預(yù)期的那樣促進(jìn)知識的保持。Mason等(2016)也沒有發(fā)現(xiàn)眼動榜樣樣例對文字信息回憶成績的促進(jìn)作用。甚至有研究表明眼動榜樣樣例阻礙了學(xué)習(xí)和問題解決(van Gog et al.,2009)。例如：Scheiter等(2018)研究發(fā)現(xiàn),眼動榜樣樣例對基礎(chǔ)較好的學(xué)生沒有影響,但不利于基礎(chǔ)較差學(xué)生的回憶表現(xiàn)。

眼動榜樣樣例在保持效果上的不一致作用一定程度上可能與任務(wù)特征有關(guān)(Jarodzka,Holmqvist,& Gruber,2017)。van Marlen 等(2016)指出過程性任務(wù)與非過程性任務(wù)有所不同。在過程性任務(wù)中,學(xué)習(xí)者不僅需要認(rèn)真學(xué)習(xí)眼動榜樣樣例(如觀看材料中的眼動軌跡),還需要借助鼠標(biāo)或鍵盤點擊屏幕中的元素等方式來完成任務(wù)(van Gog et al.,2009)。這種交互式動作可能自動吸引學(xué)習(xí)者視覺注意力,從而干擾了眼動榜樣樣例在知識保持上的積極作用(van Marlen et al.,2016)。相反,在非過程性任務(wù)中,學(xué)習(xí)者通常只需認(rèn)真觀看材料即可,不需與屏幕中的材料元素進(jìn)行額外的交互,因此眼動榜樣樣例在學(xué)習(xí)效果上的積極作用得以正常發(fā)揮。

4.2 遷移效果

眼動榜樣樣例理論上被預(yù)期也能夠促進(jìn)知識的遷移,這同樣得到部分研究結(jié)果的支持。Jarodzka等(2012)在被試觀看完教學(xué)樣例之后向他們呈現(xiàn)新的測驗材料,發(fā)現(xiàn)聚光燈式的眼動榜樣樣例促進(jìn)了遷移成績。Mason團(tuán)隊的兩項研究也都顯示眼動榜樣樣例有利于知識的遷移(Mason et al.,2015,2016)。然而眼動榜樣樣例的遷移效果似乎也并不穩(wěn)定。例如：Jarodzka等(2013)關(guān)于魚類運動模式的研究發(fā)現(xiàn)眼動榜樣樣例提高了其中一項遷移問題(即：魚身體哪一部分產(chǎn)生動力?)的成績,但另一項遷移問題(即：產(chǎn)生動力的這些身體部分是如何運動的?)成績沒有得到提高。Gegenfurtner,Lehtinen等(2017)發(fā)現(xiàn)眼動榜樣樣例促進(jìn)了專家學(xué)習(xí)者的遷移,并未促進(jìn)新手學(xué)習(xí)者的遷移。van Marlen等(2016)的兩項實驗均沒有發(fā)現(xiàn)眼動榜樣樣例的遷移作用。van Noord (2016)則發(fā)現(xiàn)眼動榜樣樣例阻礙了遷移效果。

眼動榜樣樣例在遷移效果上的不一致作用一方面可能與任務(wù)特征有關(guān)(如前所述),另一方面也可能與學(xué)習(xí)者對遷移測驗項目的熟悉度有關(guān)。有研究表明,學(xué)習(xí)者能將習(xí)得的知識從熟悉的項目遷移到半熟悉的項目上,但不能遷移到不太熟悉的項目上(Gegenfurtner & Sepp?nen,2013)。以往有關(guān)眼動榜樣樣例的研究在考察其遷移效果時并未考慮學(xué)習(xí)者對遷移測驗項目的熟悉程度,因此不同的研究在遷移測驗項目的熟悉度上可能具有較大的異質(zhì)性,從而影響了眼動榜樣樣例遷移效果的穩(wěn)健性。

4.3 反應(yīng)時間

眼動榜樣樣例理論上還被預(yù)期能夠減少問題解決的行為反應(yīng)時間(van Marlen et al.,2016)。但綜述來看,實證研究結(jié)果同樣不一致。Stein和Brennan (2004)要求被試尋找Java程序Bug,發(fā)現(xiàn)向被試呈現(xiàn)專家程序員的眼動軌跡能夠加快他們找到程序Bug的時間。有趣的是,van Marlen等(2016)僅在實驗 1的遷移問題上證實眼動榜樣樣例減少了反應(yīng)時間,而在保持問題上沒有發(fā)現(xiàn)這種作用,甚至在實驗 2的遷移問題上發(fā)現(xiàn)了相反的結(jié)果。其他研究者也發(fā)現(xiàn)了眼動榜樣樣例增加了問題解決的反應(yīng)時間(Litchfield et al.,2010,實驗 1; Sadasivan et al.,2005)。

眼動榜樣樣例在行為反應(yīng)時間上的不一致作用推測起來可能與速度-準(zhǔn)確性權(quán)衡有關(guān)。當(dāng)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)和測驗過程中意識到該任務(wù)與速度密切相關(guān)時(例如：尋找程序Bug),學(xué)習(xí)者在速度與準(zhǔn)確性之間可能更傾向于選擇前者,因此眼動榜樣樣例在反應(yīng)時間上能夠發(fā)揮積極作用。而當(dāng)學(xué)習(xí)者意識到當(dāng)前任務(wù)與準(zhǔn)確性更相關(guān)時(例如：數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)),學(xué)習(xí)者更傾向于選擇準(zhǔn)確性,而非速度,從而干擾了眼動榜樣樣例對反應(yīng)時間的積極影響。當(dāng)然,該推測有待后續(xù)研究檢驗。

綜合而言,眼動榜樣樣例與認(rèn)知加工效果關(guān)系的穩(wěn)健性還有待商榷和考證,不僅表現(xiàn)在保持效果、遷移效果、反應(yīng)時間等指標(biāo)自身存在不一致的結(jié)果,還表現(xiàn)在這些指標(biāo)之間的矛盾性上。對此,至少可能需從三個方面來思考或解決該問題。一是考察影響眼動榜樣樣例教學(xué)效果的邊界條件(boundary conditions),即調(diào)節(jié)變量。目前的研究主要集中在檢驗眼動榜樣樣例是否有效上,對于眼動榜樣樣例何時有效則缺乏足夠的探討。Jarodzka等(2017)認(rèn)為眼動榜樣樣例能否促進(jìn)任務(wù)表現(xiàn)并不是那么重要,更為重要的是分析眼動榜樣樣例在什么情況下起促進(jìn)作用。從教學(xué)角度講,學(xué)習(xí)者特征、教學(xué)材料特征以及實驗設(shè)計特征等都有可能對眼動榜樣樣例的作用產(chǎn)生重要影響。二是可采用元分析等技術(shù)對相關(guān)研究的效應(yīng)量進(jìn)行合并處理,以檢驗眼動榜樣樣例作用的穩(wěn)健性。三是尋找更為敏感的教學(xué)效果指標(biāo),例如可嘗試采用學(xué)習(xí)效率指標(biāo)。以往研究通常將保持效果或遷移效果與反應(yīng)時間分開進(jìn)行考察,后續(xù)研究可計算單位反應(yīng)時間內(nèi)學(xué)習(xí)者的保持效果(即：保持效率)或遷移效果(即：遷移效率),從而探討眼動榜樣樣例是否在學(xué)習(xí)效率上存在穩(wěn)健的積極作用。

5 眼動榜樣樣例的理論基礎(chǔ)

盡管眼動榜樣樣例的教學(xué)作用并不穩(wěn)定,但研究者從不同的知覺或認(rèn)知理論角度均對其做出了積極的預(yù)期和解釋。

5.1 信息縮減假說

信息縮減假說(information-reduction hypothesis)由Haider和Frensch (1999)提出。該假說認(rèn)為,專家對信息具有選擇性的知覺加工優(yōu)勢,即他們能夠選擇性地加工任務(wù)相關(guān)信息,忽視任務(wù)無關(guān)信息,表現(xiàn)為對任務(wù)相關(guān)區(qū)域的注視更多、更長,而對任務(wù)無關(guān)區(qū)域的注視更少、更短。這反映了不同專長水平的學(xué)習(xí)者擁有不同的視覺搜索策略(van Meeuwen et al.,2014)。比如：Charness,Reingold,Pomplun和Stampe (2001)比較了國際象棋專家和新手在視覺搜索任務(wù)上的差異,發(fā)現(xiàn)專家能夠更多地注視任務(wù)相關(guān)的棋子,忽視任務(wù)無關(guān)的棋子。目前該假說得到了象棋(Reingold,Charness,Pomplun,& Stampe,2001)、醫(yī)學(xué)(O'Neill et al.,2001)、藝術(shù)(Vogt & Magnussen,2007)、教學(xué)(王福興,蘆詠莉,段朝輝,周宗奎,2013)等多個領(lǐng)域眼動研究以及元分析(Gegenfurtner,Lehtinen,&S?lj?,2011)的支持。

根據(jù)信息縮減假說,研究者有理由推測眼動榜樣樣例能夠有效地引導(dǎo)學(xué)習(xí)者注意任務(wù)相關(guān)信息,忽視任務(wù)無關(guān)信息(van Marlen et al.,2016)。眼動榜樣樣例通常包含了某領(lǐng)域?qū)＜业难蹌榆壽E,而一方面學(xué)習(xí)者(特別是新手學(xué)習(xí)者)對樣例中的眼動軌跡這種突顯刺激比較敏感,另一方面在實驗中學(xué)習(xí)者通常被告知樣例中的眼動軌跡為某專家的眼動軌跡,因此學(xué)習(xí)者的注意力容易被其吸引(Jarodzka et al.,2012),并在學(xué)習(xí)中注視任務(wù)相關(guān)區(qū)域,忽視任務(wù)無關(guān)區(qū)域(Gegenfurtner,Lehtinen,et al.,2017; Sepp?nen & Gegenfurtner,2012),而只有注視任務(wù)相關(guān)信息才有助于學(xué)習(xí)和問題解決(Litchfield et al.,2010,實驗2和3)?？傊?眼動榜樣樣例可能通過促使學(xué)習(xí)者模擬專家的選擇性加工過程而提高教學(xué)效果。

5.2 多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論

多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論(cognitive theory of multimedia learning,CTML)由美國心理學(xué)家Mayer(2009)提出。該理論提出了三個基本假設(shè)：(1)雙通道假設(shè)(dual-channel assumption),即人們分別通過視覺、聽覺通道加工視、聽材料; (2)容量有限假設(shè)(limited-capacity assumption),即人們在每個通道中單位時間內(nèi)加工的信息容量是有限的;(3)主動加工假設(shè)(active-processing assumption),即人們能夠主動地選擇、組織和整合相關(guān)信息。而為了緩解認(rèn)知資源的有限性并實現(xiàn)有意義學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)者需要對同一通道或不同通道的信息進(jìn)行高效的選擇、組織和整合加工,建立連貫一致的心理表征。

眼動榜樣樣例被認(rèn)為有助于幫助學(xué)習(xí)者提高信息選擇、組織和整合的效率(Gegenfurtner,Lehtinen,et al.,2017)。當(dāng)呈現(xiàn)眼動榜樣樣例時,學(xué)習(xí)者能夠迅速追隨專家的眼動軌跡選擇注視相關(guān)信息(Jarodzka et al.,2010,2012); 之后學(xué)習(xí)者會投入更多的注視對任務(wù)相關(guān)信息進(jìn)行更為深入的組織加工(Gegenfurtner,Lehtinen,et al.,2017; Sepp?nen& Gegenfurtner,2012),分別建立圖、文相關(guān)的心理模型; 隨后,學(xué)習(xí)者可以將不同的心理模型以及先前知識進(jìn)行整合(Jarodzka et al.,2013; Mason et al.,2015,2016),從而建立連貫一致的心理表征,保證了高效的學(xué)習(xí)?？傊?眼動榜樣樣例可能通過實現(xiàn)高效的信息選擇、組織和整合的方式而促進(jìn)教學(xué)。

5.3 認(rèn)知學(xué)徒制理論

認(rèn)知學(xué)徒制理論(cognitive apprenticeship)由Collins等(1989)提出(中文綜述見：陳家剛,2010)。該理論認(rèn)為,學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計應(yīng)考慮 4個維度：內(nèi)容(content)、方法(method)、順序(sequence)和社會性(sociology)。其中,在內(nèi)容上應(yīng)注重啟發(fā)式策略(heuristic strategies)、控制策略(control strategies)和學(xué)習(xí)策略(learning strategies)等的習(xí)得。啟發(fā)式策略是專家為成功完成任務(wù)通常所采用的方法或技巧,例如醫(yī)學(xué)專家從頭到腳系統(tǒng)地觀察正電子發(fā)射斷層掃描圖?？刂撇呗允菍＜矣糜诒O(jiān)控、診斷、補(bǔ)救任務(wù)完成過程的方法,例如評估如何開始或采用何種有效的啟發(fā)式策略完成任務(wù)。學(xué)習(xí)策略是用于學(xué)習(xí)新概念、事實或程序的方法,例如遇到困難時尋求他人幫助。在方法上,該理論重視榜樣的示范作用,鼓勵采用一些特別的技術(shù)將專家的思維過程可視化或外顯化(Collins,Brown,& Holum,1991),并認(rèn)為這有利于學(xué)習(xí)者知覺到和習(xí)得專家的問題解決策略。

根據(jù)該理論,眼動榜樣樣例是一種有效的教學(xué)設(shè)計方法。眼動榜樣樣例借助眼動技術(shù)將專家在任務(wù)過程中的知覺和認(rèn)知過程外顯化,學(xué)習(xí)者可以直接觀察到專家的思維過程,并學(xué)習(xí)到專家在任務(wù)中的問題解決策略。比如：Gegenfurtner,Lehtinen等(2017)對被試在完成測試任務(wù)時的出聲思維數(shù)據(jù)進(jìn)行了編碼,分析后發(fā)現(xiàn)觀看眼動榜樣樣例使得學(xué)習(xí)者采用了更多的啟發(fā)式策略和控制策略。當(dāng)然,該理論解釋目前還缺乏足夠的實證研究支持。

對比以上理論可以發(fā)現(xiàn)：信息縮減假說強(qiáng)調(diào)眼動榜樣樣例在選擇性加工上的優(yōu)勢; 多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論不僅贊同眼動榜樣樣例促進(jìn)了信息選擇,同時還強(qiáng)調(diào)其在信息組織和整合上的優(yōu)勢;認(rèn)知學(xué)徒制理論則重視眼動榜樣樣例在問題解決策略習(xí)得上的作用。無論是哪種理論,都認(rèn)為眼動榜樣樣例有利于學(xué)習(xí)者進(jìn)行更深入、高效的認(rèn)知加工,從而進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

值得注意的是,眼動榜樣樣例促進(jìn)學(xué)習(xí)或問題解決的內(nèi)在機(jī)制其實并不明確。例如：根據(jù)信息縮減假說或多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論,有效的注意引導(dǎo)(至少部分程度上)是眼動榜樣樣例提高教學(xué)效果的保障,即眼動榜樣樣例可以通過注意引導(dǎo)來促進(jìn)教學(xué)。Kok和Jarodzka (2017)也指出,眼動榜樣樣例之所以能提高教學(xué)效果,是因為它很好地引導(dǎo)了學(xué)習(xí)者的視覺注意。這說明注意引導(dǎo)在眼動榜樣樣例和教學(xué)效果之間可能起到了中介的作用。顯然,是否存在這種內(nèi)在的中介機(jī)制,目前缺乏數(shù)據(jù)支持。因此,后續(xù)研究可通過中介效應(yīng)分析等方法考查注意引導(dǎo)和教學(xué)效果之間的關(guān)系(Scheiter et al.,2018),從而揭示眼動榜樣樣例的作用機(jī)制。

6 總結(jié)與展望

6.1 總結(jié)

結(jié)合表1的相關(guān)結(jié)果來看,眼動榜樣樣例確實具有比較穩(wěn)定的注意引導(dǎo)作用,表現(xiàn)為促進(jìn)了信息的選擇、組織和整合加工,同時還提高了眼動軌跡的一致性。然而在教學(xué)效果上,眼動榜樣樣例的作用受到一定的質(zhì)疑。雖然 Renkl和Scheiter (2017)認(rèn)為眼動榜樣樣例通常能夠支持學(xué)習(xí),特別是基于視覺顯示(visual displays,ViDis)的學(xué)習(xí),但從表1所梳理的實證研究可以看出,無論是保持效果、遷移效果還是反應(yīng)時間,研究結(jié)果均不太同質(zhì)。盡管如此,我們也不能否認(rèn)眼動榜樣樣例可能存在著巨大的作用。針對眼動榜樣樣例的潛在影響,研究者從信息縮減假說、多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論、認(rèn)知學(xué)徒制理論等視角進(jìn)行了積極的預(yù)期和解釋,并分別強(qiáng)調(diào)眼動榜樣樣例在選擇性加工,信息選擇、組織與整合,以及問題解決策略習(xí)得上的優(yōu)勢。

目前在上述理論的指導(dǎo)下,研究者對眼動榜樣樣例的作用投入了較大的研究熱情,原因不僅僅在于它是一種較為新穎的教學(xué)樣例,更在于它所包含著的巨大的研究和實用價值。一方面,從理論角度看,眼動榜樣樣例研究為人們考察眼動如何影響認(rèn)知提供了良好的范式,為進(jìn)一步檢驗和豐富相關(guān)的理論假說提供了一定的契機(jī)。另一方面,從現(xiàn)實角度看,深入探討眼動榜樣樣例可以為真實的課堂教學(xué)、專業(yè)培訓(xùn)甚至今后的教育改革提供科學(xué)的依據(jù)。如果有更為充足的證據(jù)表明眼動榜樣樣例能夠較為穩(wěn)定地提高教學(xué)效果,那么教育工作者或教學(xué)設(shè)計者只需借助一定的技術(shù)手段將專家的知覺和認(rèn)知思維外顯化便可達(dá)到理想的教學(xué)目的,這無疑有助于為教育系統(tǒng)節(jié)省大量的人力物力財力。當(dāng)然,還需認(rèn)識到,眼動榜樣樣例的作用還有待未來研究繼續(xù)進(jìn)行更深入的探索。

6.2 展望

除思考如何降低眼動榜樣樣例制作成本、考察影響眼動榜樣樣例教學(xué)效果的邊界條件以及分析眼動榜樣樣例的作用機(jī)制外,后續(xù)研究可能還需要從如下多個方面進(jìn)一步探索。第一,區(qū)分眼動榜樣樣例的知覺成分和認(rèn)知成分的作用。通常情況下,眼動榜樣樣例中既包括專家外顯的知覺過程(眼動軌跡),也包括其外顯的認(rèn)知過程(言語解釋)。那么,眼動榜樣樣例的作用到底是得益于知覺成分,還是認(rèn)知成分,還是二者的結(jié)合? 目前并不清楚。Mason等(2015,2016)認(rèn)為言語解釋在簡單的知覺任務(wù)中是冗余的,可能會干擾被試的觀察學(xué)習(xí),被試不太容易同時注意專家的言語解釋和眼動軌跡,因此在他們的研究中并沒有向被試呈現(xiàn)專家對任務(wù)的言語解釋,僅呈現(xiàn)樣例本身及專家眼動軌跡,最終也發(fā)現(xiàn)了積極的結(jié)果。然而van Marlen等(2016)在其實驗1中也沒有呈現(xiàn)言語解釋,但并未發(fā)現(xiàn)預(yù)期的積極作用。因此,眼動榜樣樣例中的知覺和認(rèn)知成分是否存在相互作用還有待考證。

第二,區(qū)分人工樣例與真實情景之間的差別。眼動榜樣樣例畢竟只是一種人工制作的教學(xué)樣例,它和真實自然的情景是不同的(van Gog et al.,2009)。比如：專家在完成任務(wù)的過程中往往是非常迅速的,而眼動榜樣樣例中一般要求專家放慢速度以便于學(xué)習(xí)者能夠跟上節(jié)奏,可能專家在放慢速度后的加工過程與不放慢時并不完全一致。另外,在正常的交流或教學(xué)情景中,情緒表達(dá)(Bayliss,Frischen,Fenske,& Tipper,2007)、手勢(Hostetter,2011; Wang,Li,Mayer,& Liu,2018)等都起著重要作用,而眼動榜樣樣例中并不包含這些成分。那么,從真實情景到人工樣例之間的這些變化是否影響著學(xué)習(xí)者的注意和認(rèn)知加工,目前也不清楚。

第三,考察專家眼動軌跡的預(yù)訓(xùn)練作用。如果學(xué)習(xí)者確實能夠通過專家的眼動軌跡來進(jìn)行知覺和認(rèn)知加工,那么是否可以通過專家眼動軌跡本身提前訓(xùn)練學(xué)習(xí)者的眼動注視模式來影響隨后的學(xué)習(xí)和問題解決? 近期,在眼動預(yù)訓(xùn)練(eye movement pre-training)的研究(Skuballa,Fortunski,& Renkl,2015)中,實驗者要求被試正式學(xué)習(xí)之前跟隨屏幕中的動態(tài)刺激(如：黑色圓點)進(jìn)行規(guī)則的注視追隨,而該動態(tài)刺激的移動軌跡與接下來的學(xué)習(xí)內(nèi)容需要被注視的順序是一致的,以此方式來提前訓(xùn)練被試的注視模式,結(jié)果發(fā)現(xiàn)眼動預(yù)訓(xùn)練有效提高了新手的學(xué)習(xí)成績。不過,用來預(yù)訓(xùn)練的刺激是研究者自行設(shè)計的,并非專家的注視點軌跡。若采用專家的眼動軌跡進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練也能達(dá)到積極的效果,這將不僅有利于證實眼動榜樣樣例中知覺成分的作用,同時也能簡化眼動榜樣樣例(只需專家的眼動軌跡,沒有樣例本身及言語解釋),還能降低眼動榜樣樣例的制作成本。

第四,關(guān)注新手在特定領(lǐng)域中專長的發(fā)展(Gegenfurtner,Kok,van Geel,de Bruin,Jarodzka,et al.,2017)。以往關(guān)于眼動榜樣樣例的研究多從橫向視角探討其對教學(xué)效果的短時作用,不利于揭示眼動榜樣樣例是否具有長時的積極影響。未來研究可從縱向視角考察眼動榜樣樣例在新手專長發(fā)展上的作用特點。

第五,探討眼動軌跡對合作學(xué)習(xí)的影響。認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域共享注視(shared gaze)的研究發(fā)現(xiàn),向一對被試呈現(xiàn)彼此在合作任務(wù)中的眼動軌跡有利于二者進(jìn)行良好的視覺搜索(Brennan,Chen,Dickinson,Neider,& Zelinsky,2008)、空間定位(Neider,Chen,Dickinson,Brennan,& Zelinsky,2010)和問題解決(Velichkovsky,1995)。在教學(xué)過程中,合作學(xué)習(xí)是非常普遍的學(xué)習(xí)方式。共享學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者之間或者專家與學(xué)習(xí)者之間的眼動軌跡是否有助于合作教學(xué),這也將是后續(xù)研究值得探討的主題。

最后,采用認(rèn)知神經(jīng)技術(shù)挖掘眼動榜樣樣例的神經(jīng)基礎(chǔ)。隨著教育神經(jīng)科學(xué)(educational neuroscience)的興起,功能性近紅外光譜腦成像(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)等技術(shù)為分析教學(xué)的神經(jīng)機(jī)制提供了重要手段(Brucker,Ehlis,H?u?inger,Fallgatter,& Gerjets,2015)。在眼動榜樣樣例的幫助下,新手能否實現(xiàn)與專家類似的腦區(qū)激活? 哪些腦區(qū)的激活與教學(xué)效果的提高密切相關(guān)? 這些都是未來研究可能需要考慮的問題。此外,專長的神經(jīng)機(jī)制一直以來是研究者關(guān)注的重要問題(綜述見：Gegenfurtner,Kok,van Geel,de Bruin,& Sorger,2017)。研究表明,大腦可塑性(brain plasticity)與專長密切相關(guān),專長能夠?qū)е履X區(qū)結(jié)構(gòu)性的重塑(Amunts et al.,1997;Delon-Martin,Plailly,Fonlupt,Veyrac,& Royet,2013)。例如：長期訓(xùn)練的體操運動員在左側(cè)額下回(left inferior frontal gyrus)、雙側(cè)頂上和頂下小葉(bilateral inferior and superior parietal lobule)、左側(cè)角回(left angular gyrus)及其它腦區(qū)的灰質(zhì)密度要比非運動員更大,這些腦區(qū)的重塑表明運動員在對運動方向的估計、對運動速度的監(jiān)控以及對周圍物體的識別等方面存在優(yōu)勢(Huang,Lu,Song,& Wang,2015)。那么,如果通過向新手學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)眼動榜樣樣例來對其進(jìn)行某項任務(wù)的訓(xùn)練,是否會有助于新手學(xué)習(xí)者與專家腦區(qū)類似的結(jié)構(gòu)性重塑? 這也有賴于認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的解答。

致謝：感謝李俊一、劉慶奇和楊秀娟在論文修改過程中的幫助。