面向阅读教学的眼动数据可视化批注方法

发布时间：2019-12-01 04:49

【摘要】：学生在论文阅读过程中往往无法把握重点、理解全文结构和段落关系,导致阅读理解水平较低.因此,为了提高学生的阅读理解水平,研究阅读过程中的眼动行为,记录注视点和眼跳等眼动数据,提取相关的阅读特征,在此基础上生成眼动数据可视化批注.主要利用灰色阴影表示段落阅读速度、段落边框表示重复阅读的次数以及段落间连线表示相互之间的转换频率.在具体的阅读教学课堂测试中,记录教师阅读论文时的眼动数据并生成可视化批注,然后分享给学生被试用户,进而对学生阅读理解水平进行客观和主观评价.结果表明:实验组学生的阅读理解客观答题得分和主观小结撰写得分,其平均值分别比控制组学生的平均得分提高了31%和57%,验证了眼动可视化批注能有效提高学生的阅读理解水平.
【图文】：

示例,读者,阅读速度,驻留时间

关系，可以为主动阅读过程中的导航提供有益的支持［２］．下面对各特征做具体描述．１．１单个ＡＯＩ的阅读速度阅读速度可以反映读者的阅读兴趣，例如，读者可能很快浏览完文档中不感兴趣或者易于理解的部分．单个ＡＯＩ的阅读速度的计算式为ＳＡＯＩｉ＝∑ｍｋ＝１ＬｋＴＡＯＩｉ式中：Ｌｋ为当前ＡＯＩｉ中的每一段眼跳长度；ＴＡＯＩｉ为当前ＡＯＩｉ的驻留时间（Ｄｗｅｌｌｔｉｍｅ，表示视线在一个ＡＯＩ内停留的总时间）．如图１所示，这里的一段文本为一个ＡＯＩ（线条为眼跳，稍大的圆圈为注视点，稍小的圆圈为原始采样点），读者的视线从左到右、从上到下进行逐行阅读，其中眼跳包括回归眼跳（即反向的视线跟踪）和跳跃眼跳（即前向的视线跟踪），它们可以帮助用户更好的理解信息［１１－１２］．图１单个ＡＯＩ内的眼动特征示例Ｆｉｇ．１ＥｘａｍｐｌｅｏｆｅｙｅｍｏｖｅｍｅｎｔｆｅａｔｕｒｅｓｉｎａｓｉｎｇｌｅＡＯＩ定义“ＡＯＩ内时间阈值”为ｐ（例如１ｓ），如果ＴＡＯＩｉ＞ｐ，就记录下这段驻留时间内的阅读速度，因为过短的驻留时间通常意味着仅仅是一瞥而过，对阅读并没有实质帮助．例如，读者常常会上下滚动浏览器，在这个过程中，虽然他们的注视点会在很多ＡＯＩ内非常短暂的停留，但是没有具体的阅读活动发生．不仅可以使用时间阈值过滤噪声数据，也用它来调整可视化批注．例如，降低阈值ｐ会产生更多的可视化批注，这样会分散读者的注意力，导致读者过多关注不重要的段落．１．２单个ＡＯＩ的阅读次数对于一个特定的ＡＯＩ，统计读者视

可视化,示例

数据，排除无效的视线转换．例如，读者的视线会无意识地转移到其他ＡＯＩ（因为自底向上的视觉认知干扰造成［１４］，例如，被显著的标题所吸引），并停留短暂时间，然后又转换到原来的ＡＯＩ．此外，通常两个在内容上有紧密联系的ＡＯＩ也会相距较近．定义“ＡＯＩ间时间阈值”为ｑ（例如１０ｓ），如果视线离开源ＡＯＩ到目标ＡＯＩ这中间的时间小于ｑ，就认为这些ＡＯＩ之间是相关的，并将这两个ＡＯＩ之间的转换频率计数加１．２阅读特征的可视化如图２所示，提出３种具体的可视化形式对上文所述的阅读特征进行可视化编码：１）灰色阴影表示用户阅读某个ＡＯＩ的速度，颜色越深表示阅读速度越快；２）边框宽度表示读者阅读某个ＡＯＩ的次数，ＡＯＩ的边框越粗，表示阅读次数越多；３）连线宽度表示读者在两个不同ＡＯＩ之间转换频率，连接两个ＡＯＩ的线条越粗，表示转换频率越高，且不同颜色表示不同ＡＯＩ对之间的联系．可以动态配置可视化参数，例如：时间阈值（例如ｐ，ｑ）、透明度、隐藏或显示不同的阅读特征等，使之呈现最佳的可视化效果．图２阅读特征可视化示例Ｆｉｇ．２Ｅｘａｍｐｌｅｏｆｒｅａｄｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ此外，还对用户在主要ＡＯＩ的驻留时间进行了可视化编码，包括柱状图和圆环图，如图３所示．以圆环图为例，随机用不同颜色在圆环的圆弧上表示每个ＡＯＩ的驻留时间，，每个ＡＯＩ对应的圆弧圆心角为ＡｎｇｌｅＡＯＩｉ＝ＴＡＯＩｉ∑ｎｉ＝１ＴＡＯＩｉ×２π式中：ＴＡＯＩｉ为当前

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