摘 要：在心理與教育研究中，眼動實(shí)驗(yàn)是探討心理內(nèi)部機(jī)制的一種重要的實(shí)驗(yàn)手段。眼動實(shí)驗(yàn)中，不同的眼動儀有不同的實(shí)驗(yàn)操作要求和數(shù)據(jù)處理軟件。以A S L 504眼動記錄儀為例，結(jié)合四卡片推理研究說明如何進(jìn)行眼動實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)輸出、管理和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。

在心理與教育研究中，大多數(shù)涉及視覺呈現(xiàn)的課題都有可能采用眼動實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。眼動實(shí)驗(yàn)法受到追捧是因?yàn)樗軌蚋玫伢w現(xiàn)了心理與教育實(shí)驗(yàn)的生態(tài)學(xué)效度。它是探討心理內(nèi)部機(jī)制和進(jìn)程的一種重要實(shí)驗(yàn)方式[1]。如認(rèn)知心理與教育中對語言感知和理解的研究、問題解決的研究[2]，廣告心理與教育中對網(wǎng)頁知覺、對用戶的認(rèn)知的研究，教育心理與教育中對課件風(fēng)格認(rèn)知的探討等等，都可以通過眼動儀進(jìn)行研究。但是目前基于眼動實(shí)驗(yàn)的研究均對眼動實(shí)驗(yàn)的操作和數(shù)據(jù)統(tǒng)計描述得很粗略，而有關(guān)指南主要通過外文描述，使需要重復(fù)或借鑒的研究者往往難以進(jìn)行參考。因此有必要對眼動實(shí)驗(yàn)的操作流程進(jìn)行演示和說明，并對所得數(shù)據(jù)的處理方法進(jìn)行討論。這也是本文所要呈現(xiàn)的內(nèi)容。現(xiàn)以美國應(yīng)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(ASL)的Eye-tracker 504眼動記錄儀為例，結(jié)合我們所做的4卡片問題研究說明眼動實(shí)驗(yàn)中如何進(jìn)行操作和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

一、眼動實(shí)驗(yàn)的操作

1.眼動實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本構(gòu)成

眼動儀系統(tǒng)通過加工來自紅外線瞳孔攝像機(jī)的眼睛視頻信息，來識別和確定瞳孔中心和角膜反射點(diǎn)之間的距離變化。從眼球運(yùn)動的機(jī)制來說，眼球運(yùn)動的范圍約為18度，超過12度時就需要頭部運(yùn)動的幫助了[3]。兩個眼球的活動是很協(xié)調(diào)的，它們總是向同一方向運(yùn)動。當(dāng)頭部固定不動時，用兩眼追蹤一個出現(xiàn)在偏左或偏右前方的物體時，兩眼的運(yùn)動程度有差異，但這種差別是極微小的。所以，許多眼動儀往往僅記錄1只眼球(一般是左眼)的運(yùn)動軌跡。

美國應(yīng)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(A S L)生產(chǎn)的504型眼動儀由以下部件組成：模型6000眼動追蹤系統(tǒng)、頭盔(上嵌眼睛攝像頭)、2臺視頻監(jiān)視器(1臺監(jiān)視眼睛瞳孔圖像，另1臺監(jiān)視研究圖像)和相關(guān)的連接電纜。該眼動儀可實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實(shí)時記錄，生態(tài)學(xué)效度較高。其中，眼睛攝像頭包括了1個瞳孔攝像機(jī)和紅外線光源的金屬箱。相關(guān)的連接電纜是指將模型6000控制單元與微型計算機(jī)、頭盔和2臺監(jiān)視器相連接的電纜。頭盔上的攝像機(jī)分別通過模型6000眼動追蹤系統(tǒng)控制單元與2臺監(jiān)視器相連，其所攝取的內(nèi)容被輸送到2臺監(jiān)視器上。微型計算機(jī)與模型6000眼動追蹤系統(tǒng)控制單元相連，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的記錄和輸出。

眼動儀與2臺計算機(jī)相連。1臺用來呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)刺激材料，另1臺用來執(zhí)行命令和處理數(shù)據(jù)。

2.眼動實(shí)驗(yàn)的基本操作

實(shí)驗(yàn)中有2名主試人。1名主試人負(fù)責(zé)操作眼動儀，另1名主試人負(fù)責(zé)呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)材料，宣讀指導(dǎo)語并記錄被試人的口語報告。先讓被試人坐在距離計算機(jī)顯示器80c m處的椅子上，由于此眼動儀為頭盔式，并且僅安裝左眼攝像而不是雙眼攝像，很容易發(fā)生重心偏移，因此要用固定架將被試人頭部相對固定，然后進(jìn)行眼動儀校準(zhǔn)。

具體校準(zhǔn)方法。主試人先調(diào)節(jié)附于頭盔上的反視鏡，使角膜反射點(diǎn)(黑色“+”字交叉點(diǎn))和瞳孔反射點(diǎn)(白色“+”字交叉點(diǎn))能清晰地顯示在瞳孔監(jiān)視器上，且這兩個反射點(diǎn)都必須在瞳孔的圓圈圖像之內(nèi)。如果兩個黑白“+”字有顫動，說明還不穩(wěn)定，要通過A S L軟件系統(tǒng)的微調(diào)功能進(jìn)行微調(diào)，直到它們穩(wěn)定地呈現(xiàn)在瞳孔監(jiān)示器上。

第二步是要求被試人面對呈現(xiàn)9個圓點(diǎn)的電腦屏幕，被試人的眼睛與屏幕正中央的圓點(diǎn)5要處在同一個水平面上，能夠輕松看到含有圓點(diǎn)1、2、3的上排和7、8、9的下排。主試人在與眼動儀相聯(lián)的計算機(jī)上直接操縱這9個點(diǎn)的坐標(biāo)，要求被試人對著屏幕配合主試對9個點(diǎn)逐個進(jìn)行校準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)語可由系統(tǒng)呈現(xiàn)，也可由主試人呈現(xiàn)。先讓被試人進(jìn)行練習(xí)，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。要求被試人在實(shí)驗(yàn)過程中盡可能保持頭部不動。一般在呈現(xiàn)的這些頁面中可以插入形似“+”的掩蔽刺激，使被試一直能夠把目光集中在頁面中央。當(dāng)確認(rèn)被試人正確理解指導(dǎo)語后再進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)。被試人按系統(tǒng)默認(rèn)的A鍵翻頁，眼動儀在被試人按鍵時開始記錄，最后一次按鍵表明任務(wù)完成，與此同時眼動儀停止記錄。

實(shí)驗(yàn)過程中有幾種情況會導(dǎo)致瞳孔數(shù)據(jù)記錄的缺失，如高度近視，眼球震顫幅度大；眨眼次數(shù)過多；視野丟失或漂移，即被試人的注視點(diǎn)超出了眼動儀的捕獲范圍。實(shí)驗(yàn)后分析數(shù)據(jù)時，先檢查所有被試人的瞳孔取樣記錄，刪除一些眨眼次數(shù)過多時間過長和視野丟失較大的無效樣本，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.眼動實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將數(shù)據(jù)保存到指定的文件夾。要注意的是，一定要使源文件名稱、時間、屬性等保持不變，如果隨意變化，會給分析系統(tǒng)自動搜尋原圖片中眼動軌跡帶來非常大的麻煩。有時為了分析的方便，可能會將數(shù)據(jù)存放到另外的路徑，但是這樣做的結(jié)果是，在分析時又得重新定標(biāo)，比較麻煩；因此要處理數(shù)據(jù)一定要在同一臺電腦中完成，千萬不要在幾臺電腦中處理，以免造成不必要的重復(fù)工作。

定標(biāo)第一步——圖像位置的確定。由于實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)的圖像不止一張，因此先要查看實(shí)驗(yàn)圖像在第幾張位置上，每一個被試的實(shí)驗(yàn)圖像位置可能因?yàn)椴僮鲿r的誤差而有差異。定標(biāo)時，一般是要先輸入第n張，再輸入第n+1張，如第13號被試，第2張圖片在第3張位置上，應(yīng)該先輸入3，再輸入4才行。如果是最后一張圖像的定標(biāo)，應(yīng)該先輸入該張圖像的位置號，再輸入實(shí)驗(yàn)中第一張圖像的位置號。

定標(biāo)第二步——確定坐標(biāo)。當(dāng)圖像確定后，就需要確定坐標(biāo)值。以圖像監(jiān)視器中顯示的圖像為標(biāo)準(zhǔn)，將“+”字放在事先預(yù)定的位置上點(diǎn)擊，則在軟件系統(tǒng)中彈出對話框，自動顯示坐標(biāo)中X和Y的值。

在一張圖像上需要兩個坐標(biāo)值，即兩個X、Y值。這幾個值需要記錄下來，在數(shù)據(jù)輸出時還要用到。眼動實(shí)驗(yàn)中興趣區(qū)的眼動數(shù)據(jù)是如何輸出的呢？下面是主要的步驟，不同的系統(tǒng)軟件可能有一些差異。

(1)“開始”→“所有程序”→A S L T r a c k e r6000→下拉菜單“Fixation plotting”；

(2)“Tools” →Input AOI→在圖片上框定興趣區(qū)→在彈出的對話框中命名，如“條件句.a o i”→OK；File→Save as aoi→輸入相同文件名保存；

(3)打開ASL Tracker 6000，按照要求進(jìn)行相應(yīng)的處理后通過“Export to excel”進(jìn)入Excel文件，選中需要的一行數(shù)據(jù)，復(fù)制后導(dǎo)入SPSS文件。

二、眼動實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和處理

當(dāng)眼動數(shù)據(jù)輸入S P S S軟件后要進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計。先要確認(rèn)自己需要的眼動指標(biāo)是哪些，再根據(jù)情況進(jìn)行統(tǒng)計。一般情況下，ASL Tracker 6000分析系統(tǒng)能夠提供的有關(guān)興趣區(qū)的數(shù)據(jù)主要有以下幾個：注視時間、相對注視時間、注視次數(shù)、相對注視次數(shù)、平均注視時間、平均眼跳時距、平均眼跳距離、平均瞳孔直徑（如下表所示）。其中相對注視時間是指在興趣區(qū)中的注視時間占總體注視時間的百分?jǐn)?shù)；相對注視次數(shù)是指在興趣區(qū)中的注視次數(shù)占總體注視次數(shù)的百分?jǐn)?shù)；平均注視時間是指每個注視點(diǎn)平均所用的時間；眼跳距離是反映閱讀知覺廣度的一個指標(biāo)，單位是度[4]。

眼動儀數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)例表
 
注：時間單位為秒，相對注視時間和相對注視次數(shù)單位為百分?jǐn)?shù)，
眼跳距離單位為度，瞳孔直徑為mm。下同。

需要引起注意的是，眼動分析中，某個單一的指標(biāo)很難有研究價值，應(yīng)該根據(jù)研究的需要對特定區(qū)域選擇不同的指標(biāo)進(jìn)行深入分析；另外還要根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x擇兩個以上眼動指標(biāo)進(jìn)行分析。

以我們的研究為例。我們曾嘗試?yán)醚蹌觾x來研究4卡片推理，這一推理的經(jīng)典形式為：給被試呈現(xiàn)4張卡片，每張正反兩面都是一面標(biāo)有前件的情況(肯定或否定)，另一面標(biāo)有后件的情況(肯定或否定)。被試的任務(wù)是選擇符合“如果p，那么q”這一條件命題的卡片。正確反應(yīng)是選擇卡片p和卡片q。

研究將重點(diǎn)探討不同性質(zhì)材料對4卡片推理?xiàng)l件句理解時產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計為2(材料性質(zhì))×2(答題正誤)×2(專業(yè))的三因素混合實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完成后，要進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。一般容易出現(xiàn)的誤區(qū)是，僅統(tǒng)計平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差，而對其他集中量數(shù)不予理睬。但這些集中量數(shù)可以反映比較可靠的信息。如可以統(tǒng)計注視次數(shù)的眾數(shù)，以避免極端值；而對于注視時間和瞳孔直徑，可統(tǒng)計最大值和最小值，以剔除極端值或者發(fā)現(xiàn)某種特殊性。

在做推斷統(tǒng)計時，不僅要對興趣區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，還要對不同興趣區(qū)的同類數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。同一興趣區(qū)的數(shù)據(jù)可作為因變量，按實(shí)驗(yàn)設(shè)計中的自變量進(jìn)行多因素方差分析。這里要注意的是，當(dāng)因變量不止一個時，需要考察變量之間的相關(guān)性，如果在理論上相關(guān)程度不密切，那么最好單獨(dú)進(jìn)行分析，否則得出的結(jié)果無法準(zhǔn)確說明問題。

先同時考察材料性質(zhì)、回答正誤類型和專業(yè)這三個因素。在S P S S統(tǒng)計軟件的A n a l y z e菜單中打開“General Linear Models”子菜單，從中選擇U n i v a r i a te命令，打開多因素方差分析主窗口。將“注視時間”變量移入Dependent框，作為因變量；將材料性質(zhì)、回答正誤類型和專業(yè)這三個因素移入Fixed Factors框，作為自變量。輸出結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三因素主效應(yīng)都不顯著；根據(jù)F值的大小分析各因素的貢獻(xiàn)，從大到小依次為：專業(yè)、材料性質(zhì)、正誤類型。除了注視時間外，還可以將注視次數(shù)等作為因變量。當(dāng)同時考察三個因素時，需要考慮三個因素之間的交互作用，這是因?yàn)椴牧闲再|(zhì)、正誤類型和專業(yè)因素會同時作用于被試的眼動指標(biāo)，如實(shí)驗(yàn)得到的注視時間不同某個因素單獨(dú)作用的結(jié)果，而是它們共同作用的結(jié)果。由此來看，不管是哪種統(tǒng)計方法，都會涉及到嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)設(shè)計。按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計來處理數(shù)據(jù)，所得到的結(jié)果才能證明或者推翻假設(shè)。

除了考察同一興趣區(qū)的眼動指標(biāo)外，根據(jù)需要我們可以考察不同興趣區(qū)同一眼動指標(biāo)之間的差異。在考察了自變量對因變量的作用后，有時還需要了解相同指標(biāo)在不同組之間的差異；一般情況下，當(dāng)所比較的組超過3組時，可以通過“L e a s tsignificant difference”(即LSD)進(jìn)行組間成對平均值的比較。這可以通過t檢驗(yàn)直接完成，也可以通過多因素方差分析方法中“P o s t H o c”功能間接實(shí)現(xiàn)。

三、結(jié)束語

在眼動實(shí)驗(yàn)中，除了符合實(shí)驗(yàn)法的基本要求外，還有眼動實(shí)驗(yàn)室的具體要求。研究者除了準(zhǔn)備好一份完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計外，還要嚴(yán)格按操作規(guī)程，有步驟有順序地完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完成后，需要即時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能拖延時間。數(shù)據(jù)處理也要按實(shí)驗(yàn)前的設(shè)計進(jìn)行，不能隨意化。總之，如果眼動實(shí)驗(yàn)操作符合規(guī)范，數(shù)據(jù)處理也符合描述統(tǒng)計和推斷統(tǒng)計的要求，那么要得出一個合乎邏輯、說服力強(qiáng)的結(jié)論是沒有什么問題的。

參考文獻(xiàn)

[1]姚海娟,沈德立.啟發(fā)信息對個體頓悟問題解決影響的眼動研究[J].心理與行為研究2006,4(3):207-212

[2]Grant E R, Spivey M J. Eye movements andproblem solving[J]. Psychological Science, 2003,14(5): 462-466

[3]鄧鑄.眼動心理與教育的理論、技術(shù)及應(yīng)用研究[J].南京師大學(xué)報(社會科學(xué)版)，2005，(1)：90-95

[4]趙新燦,左洪福,任勇軍.眼動儀與視線跟蹤技術(shù)綜述[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2006，(12)：118-120