揭示科學學習歷程：以眼動儀解析閱讀與實驗操作的互動關係
113年12月10日
【本篇報導由教育心理與輔導學系 簡郁芩特聘教授研究團隊提供】 這篇論文主題是以穿戴式眼動儀系統（eye tracking）探討大學生如何透過閱讀文章和操作滑輪學習科學知識，特別是針對不同難易度的科學文本，讀者如何搭配做實驗去學習科學知識概念的認知歷程。眼動資料發現，讀者閱讀概念簡單的科學文章後，在操作實驗時，會有較長的眼球凝視時間放在直接「操作」滑輪組；但讀困難的科學文章後操作滑輪，會把較多凝視時間放在「準備」和「計畫」要選擇哪些滑輪與砝碼。本研究也發現，大學生在閱讀簡單或困難的科學文本之後，在問題解決的歷程上有所不同：學生讀困難文章後，寫問題解決測驗時比較常會去操作滑輪，且有來回對照滑輪組與測驗題的眼動行為，但閱讀簡單文章後的測驗，則沒有此眼動歷程。過去在科學學習的眼動研究領域主要都是探討讀者在螢幕呈現科學文章的閱讀歷程，缺乏在真實情境下操作科學實驗的眼動歷程。此研究的重要突破在於能以眼動紀錄和分析學習者在真實情境下操作科學實驗的學習歷程，看見巨觀和微觀的科學學習歷程與步驟，並知道學生在閱讀文章、實驗操作、解題三者之間的歷程關係，為科學學習歷程的研究議題提供更深入和更廣泛的探究可能性，因此被刊登在科教領域排名第一的頂尖期刊《Journal of Research in Science Teaching》（SSCI）。 閱讀科學文章和進行實驗操作是教育上學習科學知識的兩個常用方式。但是你有沒有好奇過，學生是怎麼透過閱讀科學文章和操作實驗共同去理解科學概念並做問題解決呢？這篇研究以眼動儀紀錄和分析大學生讀不同難易度的科學文章、操作滑輪，以及做問題解決測驗三者之間的眼動軌跡，回答這個有趣的問題。 穿戴式眼動儀（圖1）可以記錄學習者在閱讀文章或操作實驗時，會停在哪些文章訊息或實驗操作的部件上，以及停留多久的時間，還有在文章、科學操作，與測驗題紙，三者之間的轉移軌跡，因此，研究者就可以看見巨觀和微觀的科學學習歷程與步驟，以及認知歷程之轉換過程。 圖1：穿戴式眼動儀 眼動資料（圖2）顯示讀者閱讀概念簡單的科學文章後，在操作實驗時，會有較長的眼球凝視時間放在直接操作（performing）滑輪組；但讀困難的科學文章後操作滑輪，會把較多凝視時間放在準備（preparing）和計畫（planning）要選擇哪些滑輪與砝碼。 圖2：左圖是讀簡單文章和操作滑輪組的眼動熱區圖，右圖是讀困難文章和滑輪操作的眼動熱區圖。 此外，藉由轉移機率的統計計算（圖3），本研究也發現，大學生在閱讀簡單或困難的科學文本之後，在問題解決的歷程上有所不同：學生讀困難文章後，寫問題解決測驗時比較常會去操作滑輪，且有來回對照滑輪組與測驗題的眼動行為，但讀簡單文章後的測驗，則沒有此眼動歷程。過去在科學學習的眼動研究領域主要都是探討讀者在螢幕呈現科學文章的閱讀歷程，缺乏在真實情境下操作科學實驗的眼動歷程。此研究的重要突破在於能以眼動紀錄和分析學習者在真實情境下操作科學實驗的學習歷程，看見巨觀和微觀的科學學習歷程與步驟，並知道學生在閱讀文章、實驗操作、解題三者之間的歷程關係，為科學學習歷程的研究議題提供更深更廣的探究之可能性，因此被刊登在科教領域排名第一的頂尖期刊《Journal of Research in Science Teaching》（SSCI）。 (a) 閱讀簡單文章的轉移機率 (b) 閱讀困難文章的轉移機率 圖3：大學生讀科學文章、操作滑輪與問題解決測驗三者之間眼動的轉移機率（箭頭代表眼球移動的起迄點之轉移軌跡，箭頭旁的數字是轉移機率，如閱讀困難文章的情境下，全部大學生受試者的眼動凝視點從preparing區域轉移到performing是.51，代表超過一半以上的凝視點從滑輪組的預備區出去後，都會轉移到直接操作滑輪的區域。） 原文出處：Jian, Y.‐C. (2022). Influence of science text reading difficulty and hands‐on manipulation on science learning: An eye‐tracking study. Journal of Research in Science Teaching, 59(3), 358–382. https://doi.org/10.1002/tea.21731