基于眼动实验的纸质试卷版式设计研究

　　第 3 章 基于眼动实验的纸质试卷版式设计研究（以 CET4 为例）

　　3.1 阅读效率与眼动研究

　　人们每天从外界获取的信息中有 90%都是来自于眼睛，对其活动的研究有助于理解人类信息加工过程[7].对眼动的关注，引起了人们对眼动记录法的开发兴趣。在 20 世纪20 年代国外就有人在没有任何仪器的情况下，直接用肉眼观察眼球运动研究就应用在广告心理学[8].心理学家认为眼动是反应视觉过程和人的多种认知活动，如眼球的运动与推理、记忆、注意、预期、阅读等认知活动都有密切的关系[9].有关阅读中眼动的研究最早可以追溯到 19 世纪末法国学者 Lamare 和 Jaral 以及 Heuy 的工作[9],此后人们试图通过研究眼动中眼跳、注视点以及注视点的顺序用以研究阅读背后的知觉过程。

　　随着眼动记录仪器设备以及与之配套的分析软件迅速发展，眼动记录过程逐渐变得更加自然，对被测的干扰更小，在关于阅读研究的眼动记录相对其他研究方法有它独特的优越性。眼动记录技术能够实时记录读者的阅读过程，是重要的研究阅读过程的研究方法[10], 因此采用眼动记录技术对阅读进行研究成为国内外阅读研究领域的一个显著特点。眼动数据能够客观的记录人们在阅读过程中经过视点经过的位置，以此为依据可以判断被测在阅读过程中的效率和被测所关注的信息。

　　阅读是一个复杂的认知过程。它的复杂性不仅来自于字母、单词、短语、句型结构、句子、习惯表达以及上下文关系，还与阅读习惯、阅读策略，阅读者所处环境以及心理状态相关[11].对于一门外语阅读，这种过程就更显得复杂。其阅读效率，理解准确率与阅读速速之间往往并不容易平衡。尤其是在考试过程中，阅读还受到紧张的考试环境和考生自身心理状态的影响。研究考生在考试时阅读考卷时的眼动数据，不但可以为纸质试卷版式设计的完善提供实验依据，降低考生阅读过程中的负面因素，提高阅读效率，而且可以根据其分析出的考试阅读试卷时的阅读习惯为设计外语考试网考试卷系统界面设计提供设计依据和方法。本文中接下来的实验将会根据阅读过程中的眼动模式以及眼动直觉加工分析大学英语考试中考生的阅读习惯。

　　3.1.1 阅读过程中的眼动模式

　　眼动可以反映视觉信息的选择模式，进行阅读研究的过程中，以下眼动参数来反映即时的认知加工。阅读过程中的主要眼动模式有：注视、眼跳、回视、回扫[12].

　　（1）注视

　　注视是指中央凹对准某一物体的时间超过 100 毫秒，期间，被注视的物体得到充分的信息加工，在中央凹形成清晰的图象[13].这并不意味着人们无法看清不呈现在中央凹位置的图像，在中央凹附近的周围视区人们仍然可以看清其上的成象，而且对于在周边的周围视区的成像，如果其中显示的元素与其余元素具有非常大的对比度人们也可以在完全不影响中心注视区的前提下看到这一处于边缘周边视区的元素。在本论文中的实验主要测量被测的中心注视点获取信息情况，对于周边视区的信息获取则主要体现在被测反馈问卷中。在阅读过程中对熟练的读者来讲，平均每次注视时间为 200~250 毫秒[13].

　　因此在进行眼动数据采集时，为确保被测大脑中已清晰地接收到眼睛传来的信息，主要收集被测超过 100 毫秒的注视点。

　　（2）眼跳

　　眼跳（图 3.1）是一种快速的眼动，其速度一般为每秒 500 度[14].眼跳一旦开始，就不能改变运动方向，直到这次眼跳结束为止。眼跳在阅读中占去 10%的阅读时间。平均眼跳距离为 8-9 个字符（相当于两度视角）[12],在此期间眼的敏感度会降低。眼跳时间受到眼跳距离的影响（Rayner,1998）。眼跳的距离越远，所用时间就越长。

　　（3）回视

　　回视（图 3.2）是指读者的阅读顺序为从左至右时从某个视点开始从右边跳跃过几个视点到左边，即在注视新信息后再返回注视之前己经注视过内容的眼动过程。

　　【12】

　　通过回视注视信息的注视时间往往长于那些不需要回视的单词（Rayner et al.,2003）。

　　Frazier 和 Rayner（1982）提出了三种回视模式：（1）前进式回视，即注视点回到句子的开始再重新读一遍句子；（2）后退式回视，即对刚才读过的内容从右到左逐字阅读；（3）选择式回视，即通过眼跳回到被错误理解的句子成分上[15].从信息加的角度讲，前两种的回视模式会因为阅读者没有理解其中的某个单词进行回视，这样就会降低阅读效率。而效率最高的是选择式回视，只要有针对性地重新阅读那些句子成分就可以了。回视有助于读者对文章进行深度加工。另外，当句子中有用一个语法的代用词指代前面一个词或一组词时，也容易出现回视。

　　（4）回扫

　　回扫（图 3.3）与回视具有相似性，都是一种从右到左的眼动，却有别于回视，是指读者从一行的结尾到下一行的开头，并没有就同样的内容在此进行阅读。

　　【3】

　　这四种眼动模式在阅读过程中通常是交错的，将他们结合起来，可以用来研究人们的阅读习惯。对阅读材料的版式以及界面设计可以以此为根据，提高人们的阅读效率，在阅读过程中减少不必要的来自于版式的干扰。

　　3.1.2 阅读中眼动与知觉加工

　　（1）阅读过程中的知觉广度及其眼动技术知觉广度是注视点周围可以获得有用信息的区域，一般来讲分为左注视广度和右注视广度[16].了解知觉广度范围的大小和从知觉广度中提取的信息类型在用眼动数据对阅读过程进行较精确推测时很重要[17].

　　研究表明阅读英文时，读者从当前注视点得到信息的范围是从注视点左边 3-4 个字母到注视点右边 14-15 个字母的位置之间。识别单词的信息局限在注视点右边 5-7 个字母的范围中，所以这个范围被称作识别范围[13],这表明知觉广度范围在注视点两侧是不对称的。阅读过程中，知觉广度的范围局限在单行内，也就是说注视点无法提取到下一行文字中的信息[18].除文字系统本身和阅读主导方向对知觉广度有影响外，知觉广度的大小还受其他许多因素（如文章难度、技巧）的影响，即文章难度大，知觉广度的范围就变小。因此试卷阅读文版的设计不能过宽，这样会让考生无法同时看清多个单词，阅读文章的字体大小也要符合认知需求，不能过大超出直觉广度，也不能过小而无法让考生清晰辨识[19].

　　（2）从知觉广度中获得的信息Rayner（1978）将落在视网膜上的一行文字分为三个区域：中央窝视觉区（fovealregion）、副中央窝视觉区（parafoveal region）和边缘视觉区（peripheral region）[13].中央窝视觉区与读者注视点成一度到二度视角，在此区域内，读者视敏度高，可以清楚地获得许多信息（Thomas,1968），但这一区域十分狭小，只有正常比例网页显示的两个单词那么大的范围[20],中央窝以外的视敏度显著下降。副中央窝视觉区与读者注视点大约成十度视角（Ditch-burn,1973）[12],边缘视觉区指副中央窝视觉区以外的全部区域。读者在视网膜不同的区域上可以获得不同的信息。研究还发现，在识别范围之外的区域中，读者也可以获得多种有用的信息，例如读者可以从周边视区得到信息的视觉特征[20].如Rayner（1983）发现在周围视区中出现字形相似的词可促进对注视的目标词的反应[13].也就是说，如果出现在周围视区的是非常容易理解的图形，可以让读者迅速识别其特征，则很有可能会提高读者的阅读效率。

　　（3）阅读研究中常用的眼动研究数据眼动仪是心理学研究中的重要仪器之一，较多的运用于注意力、阅读等相关研究领域。眼动可以反映视觉信息的选择模式，对于揭示认知加工的心理机制具有重要意义[16].

　　通常在眼动研究过程中，眼动仪记录下的可进行统计分析的眼动指标有[21]:① 注视热点图：通过颜色过渡表示被试对界面不同位置的关注程度，可以直观的发现被试关注最多最感兴趣的区域以及忽略的区域等；② 注视持续时间：反映信息提取的难易程度和被测对这一信息感兴趣的程度，具体是这两个中的哪一个要按照注视持续时间的长短与被试在显示区域中提取信息，根据具体情况加以分析；③ 注视轨迹：被试在实验过程固定时间段的中注视的轨迹，从注视轨迹中可知被试首次注视区域、注视的先后顺序、不同注视点的注视时间的长短分布等信息；④ 注视点序列：被试的注视点转换跳动的顺序，其序列可以看出界面中的各元素排版是否可以对观察者产生一定的引导作用，其可用于衡量界面布局的合理性；⑤ 眼跳距离：反映的是信息提取的情况，远距离的眼跳让被测可在有一定距离的位置搜寻信息，但也容易引起被测疲劳，同一页面中过多不必要远距离视跳可反映界面设计有待改进；⑥ 回视次数：指的是对兴趣区有反复注视再阅读的过程，回视发生的原因有：被测感兴趣、被测困惑等，所以应根据具体测试情况以及被测问卷反馈情况进行分析；⑦ 瞳孔直径：该指标变化幅度的大小与信息加工的程度有较密切的联系，但也与周围光线环境等有关；⑧ 第一次到达目标兴趣区视点所用时间：被试在显示区域搜索特定的目标时第一次到达目标区域的时间，可用来分析被测的阅读习惯以及衡量界面布局设计的合理性。

　　3.2 试卷取样眼动实验对比测试

　　实验选取的试卷材料为大学英语四级考试试卷与按照德福考试试卷版式排版过的大学英语考试，原因是大学英语四级考试时中国大学生每年参与人数最多的考试，德福考试是获得最多德国院校认可的可以科学测量学生德语水平的德语考试，并且其版面安排也是经过德福考试院设计过。这两套考卷同为外语考试，在题目的设置上也有诸多相同之处，因此选用他们作比对，可以发现哪一种题目排版方式更加符合考生阅读习惯。

　　3.2.1 实验一：大学四级试卷整体阅读习惯测试

　　（1）实验材料

　　试验材料为一套经过两种排版模式的大学英语四级考试试卷，一种版式为大学英语四级考试原始试卷；另一种版式是经过重新设计的板式，具体形式按照在绪论中提到的德福试卷排版形式进行排版。

　　（2）实验器材

　　① 由美国 ASL 应用 科学实验室生产的 Mobile Eye-XG Eye Tracking Glasses（图3.4）， 这款眼动追踪眼镜优点在于其轻便以及结构精巧，这样就可以减少在实验中由实验器材造成的被测不适而带来的误差。② Eye Tracking Glasses 配套无线连接主机一台。

　　③ ASL Eye Tracking Glasses 配套 DELL 电脑一台，用于记录被测实验过程中的视点轨迹。

　　（3）被测

　　实验中的被测是正在备考大学英语四级的 19-22 岁大学生，其左右眼裸眼视力都在0.8 以上（为保证数据准确），其中男生 4 名，女生 4 名（根据 Nilson 对可用性测试的被测数目研究可知，八名被测是可以相对准确的反应产品的可用性[22]）。

　　（4）实验流程

　　① 让被测在一个安静的环境中进行实验。抽取英语四级考试试卷的一部分让被测进行答题，由于本实验目的主要研究试卷排版对考生阅读效率的影响，则被测主要被要求回答试卷中的阅读题部分。其余类型的题目则没有要求被测作答，而是要求他们在带上眼动追踪眼镜定标结束之后先熟悉下整套试卷结构，再开始做阅读题部分。被测熟悉试卷过程限制在 3 分钟之内，测试时间按照标准英语四级阅读题测试时间，均为 40 分钟，这样既可以保证数据具有针对性，也不会因为测试时间太长使被测产生疲劳，影响数据准确度。数据记录从被测开始熟悉试卷阶段开始。

　　② 测试结束后，被测摘下眼镜后会被要求填写反馈其对于考卷满意度的问卷。

　　（5）试卷阅读视点顺序分析

　　实验中视点顺序图中绿色的注视点越大代表注视时间越长，越小注视时间越短。将他们连接起来的线代表视点路径。这些视点图可以反映考生在观察试卷时的阅读习惯。

　　图 3.5 是原始四级试卷排版下的被测视点顺序图。其中一道题目被分别排布在了一张纸的正反两面，从左右两面的视点图可以看出，被测在做出选择时会对文章中逐个单词进行阅读，而在选项中则出现了重复回读的现象，这降低了阅读效率。而且将一道题目排版在一张纸的正反两面，使考生在答题的时候不得不反复的翻阅试卷，这影响了思维的连贯性，而且在考场中不停翻阅试卷的声音也会影响到其他考生。在观察被测视点图过程中发现被测在做这一道选词填空的阅读题时，无论题目与待选选项的排布顺序谁前谁后，被测都会优先阅读待选选项，其中可以看出待选选项应该排版在需要填空的文章之前会更加方便考生阅读。选项和文章要排版在同一页面，这样避免因考生每看一个选项都要翻页带来的思路打断[23].

　　将图 3.6 中的试卷排版重新整理，虽然被测在做题过程中也出现回视回扫，但数目比图 3.5 中明显减少。如图 3.7 所示，视点 4、5 之间的长距离眼跳加大了阅读困难，一次远距离的视跳平均时间为 3.058s.图 3.8 把阅读题的文章和题目分别排版在相邻的页面上，视跳平均时间缩短为一次 0.915s.可以方便被测在相邻的两个页面中查找阅读文章和题目之间的对应信息，会减少长距离眼跳减少视疲劳，使视点更连贯，提高阅读效率，而且这种将确定的题型排版在确定的版式上可以对考生在答题节奏上给予提示，使考生在题目的总体安排上有心理模型。按照回答一道题目会形成两次在题目和阅读文章中的转换进行估算，阅读题共有 30 道，随机排版方式会使至少 1/2 的题目和文章没有分布在相邻的两个页面上，则会浪费的时间可用公式表达为为：回视次数×2×题目数×视跳时间差，即 2×2×15×（3.058-0.915）= 128.58s.

　　（6）试卷版式设计评估问卷调查研究

　　被测要求填写的满意度评估调查问卷用于评估被测在观察试卷过程中获取信息的程度[24]和被测对于试卷版式的满意度以及被测阅读过程中的习惯。这部分将与眼动测试进行对比，以确定试卷版式设计是否符合被测阅读试卷的阅读习惯，以及从反馈中发现可以在设计上进行改进的部分。

　　问卷内容如下：

　　① 您是否参加过大学英语四级考试?

　　A 是 B 否② 大学英语四级考试共有几个部分?

　　A3 个 B 4 个③ 请问在阅读部分的前一个考试项目是什么?

　　A 写作 B 听力④ 请问阅读部分有多少考试时间?

　　A30 分钟 B 40 分钟⑤ 请问这一部分题目答案应该填写在那张答题卡上?

　　A 答题卡 1 B 答题卡 2⑥ 请问这份试卷试题排版形式对您的答题产生怎样的影响?（请在下面的数轴上标出）[25]

　　设置上述六个题目的原因在于：

　　第 1 题是用于下面分析被测在对试卷有一定了解的前提下，是否在题目阅读上优于完全没有接触过的被测，这部分可与眼动记录部分视点顺序图对比；第 2 题用于判断被测在熟悉不同版式的试卷阶段是否在对试题完整了解方面有差别；第 3 题用以判断被测在进行单一题目测试时是否对试卷存在全局观念，全局观念与试卷的排版形式是否有关系；第 4 题可以看出被测时候是否明确测试的题目要求，这与他们答题速度节奏以及时间安排有什么关系；第 5 题同样用于判断被测是否明确试题要求，由于这一部分要求在试卷上是由中文标注，这可以判断被测对试卷不同的排版是否都对中文具有文字偏好性；第6题可以反映出被测对一套试卷的整体印象。在这里采用的方法是 1-7 分评分法，但分数并不直接写在数轴上，而在汇总问卷时才拿着标注过的数轴去对应7阶评分，这样做有助于减少评分中的干扰项。这7阶评分分别是（表 3.1）：

　　

　　以更好的反应试卷的可用性[15].

　　这一部分的数据统计如下：在前五个关于是否明确考试目标的问题中，2、3、5 题所有的被测全都回答正确。

　　在第 4 题，出现了不同的答案。在观察现有的 CET4 试卷的被测中有 50%的被测没有回答对关于考试时间的问题。而观察经过排版修改的被测中全部答对考试时间。第 6 题，关于满意度评分中，现有试卷版式得分为 3.5,修改过的为 2.8（表 3.2）。

　　Pr（│T│>│t│）=0.0404,小于 0.05,而且 95%置信区间差值[0.868667,2.913133]都大于 0,说明试卷版式经过修改后相比原试卷有改善。从表 3.3 可以看出被测对试卷版式可用性打分与他们是否参加过四级考试并无太大相关性。

　　将问卷反馈部分与眼动测试部分相对比，视点顺序较规律的版式体现出被测阅读试卷时得到了版式带来的正确的引导，并高效的获取信息。尤其在对于第 4 题的回答上（因为这个题目回答不会太多的依赖被测对于 CET4 考试的背景知识以及预先判断，而是主要依靠被测在试卷题目描述的信息的获取），由于在重新排版的试卷中，像“时间”这种在考试中十分重要但是又经常性处于题目描述之间的信息由图形表现出来，得到了很好的观察效果。虽然其并没有显示在试点图中，但从被测的反馈问卷中看出，具有明显特征的图形完全可以通过仅出现在被测的周边视区，在完全不打断被测集中注意力于题目的前提下让被测识别，并且可以更加明确答题任务。

　　（7）实验一总结

　　实验一由视点顺序图以及反馈问卷得出，被测在进行试卷阅读的过程中会挑选关键词进行阅读，节约时间，缺点是：① 会在答题过程中产生多次回视与远距离的视跳，增加考试中的疲劳感；② 这种做题的方法，会被带进阅读试卷中考试要求中，而忽略了一些重要的题目要求，比如在整个题目回答过程中缺乏时间观念。但这些已经成为考生回答阅读题目的答题习惯，但其中的一些问题可以经过试卷版式的整体排版设计进行改良，例如考试题目的排版，尽量将他们排版在相邻的页面上面用以减少远距离的视跳与不连贯的视点数量；考试要求的排版则需要首先将他们统一放在固定页面上面，并将其中重点信息加以标注，有些信息则可以用图形的形式展示出来，即使这样图形描述的信息没有出现在考生的中央视区而是出现在周围视区中，也可以达到让考生明确其任务的目的。

　　在实验二中将重点进行关于考试题目说明部分的实验分析。

　　3.2.2 实验二：大学四级试卷试卷要求部分阅读习惯测试

　　（1）实验材料。

　　试验材料为现在使用的试卷与经过改进了试卷。在实验二中着重进行试题要求部分板式的眼动测试。实验器材是由美国 ASL 应用科学实验室生产的 Mobile Eye-XG EyeTracking Glasses.

　　（2）被测。

　　实验中的被测是正在备考大学英语四级的 19-22 岁大学生，其左右眼裸眼视力都在0.8 以上（为保证数据准确），其中男生 4 名，女生 4 名，这 8 名被测都有参加过四级考试的经历。

　　（3）实验流程。

　　实验中被测在戴上眼镜定标结束后会被要求观察经过不同排版的题目要求描述。由于在实验一中通过观察被测视点图发现被测在做题过程中很少会看试题要求部分，因此在这一部分被测会被要求快速看纸张上的内容，收集自己认为有用的信息。在被测摘下眼镜后也会被要求填写一张涉及刚被测读过语段内容的调查问卷。

　　（4）试卷要求 AOI 选取。

　　AOI 是 Areas of Interest 的缩写，代表被测所关注的兴趣范围，分析 AOI 可知被测在页面中感兴趣的部分，与调查问卷以及注视时间共同分析可以发现这些被标记出的兴趣区是否可以被考生准确高效的识别。

　　从图 3.9 可以看出被测除 AOI 以外的区域，将主要的注视时间集中在考试题目的主体描述上面，而对于其他的元素却注视的时间非常短暂。

　　将 CET4 试卷重新排版之后，每个 AOI 的注视时间仍然的趋势和现在使用的试卷一样，仍然是试题描述的部分注视时间最长。但此时，被测相对本来就注视时间非常少的AOI1（考试部分）AOI2（考试时间）和 AOI4（考试题目个数）的注视时间变得更少。

　　（5）试卷阅读热点图分析。

　　热点图中红色和绿色的部分表示被测有注视过的区域，其中红色部分注视点较多。

　　图 3.12 为现有试卷考试要求部分的热点图，其中可以看出被测会将视觉中心更多的集中在黑体字部分。而在图 3.13 修改过的考试要求排版中，被测仍会将注视的中心放在粗体字部分以及文字刚开头的位置，被测仅用少部分的周围视区观察了一些与现有版式发生变化的地方，如由简单图形形式显示的考试模块和考试时间的说明。在下面的用户文件反馈中，可以明确的看出这种由图标标明的考试要求可以使被测在没有视跳仅用周围视区观察的前提下更快速的明确其任务。

　　（6）试卷版式与考场心理问卷调查研究① 这是哪一部分考试的题目要求?

　　A 写作 B 听力 C 阅读 D 翻译② 共有几道题目?

　　A5 B 10 C 15 D 20③ 这部分考试共多长时间?

　　A20min B 30min C 40min D 没提到④ 该部分题目在哪张答题卡上面作答?

　　A 答题卡 1 B 答题卡 2⑤ 请为这种表现形式的清晰度打分（在有箭头的线上面标出即可）第 1-4 题评价被测对于这段文字的理解程度，以及被测对于文字内容的掌握是否能够受到不同排版模式的影响。第题与实验一中问卷第题评估的内容一样，都是分析被测对这一排版方式的主观感觉评价。关于问卷统计结果如下：

　　由表 3.4 可以看出，在对试卷题目要求进行重新设计和整合之后，被测对于题目要求更加明确。但就第四题关于在哪一个答题卡做答的问题，被测更加明确现有试卷的考试要求，这可能是由于重新排版的试卷要求由于在文本下面加了灰色图框，削弱了原本明显的黑体字的特征。

　　3.3 纸质试卷版面设计对阅读效率影响总结分析

　　从实验一和实验二结论分析中可得纸质试卷的版式设计可以影响考生考试过程中的发挥情况，试卷整体题目不完善的排版会对考生产生如下影响：

　　① 题目排版过于松散，占多个版面，导致考生阅读文章和题目时由于长距离视跳易产生疲劳，同时多次翻页不但容易打乱思路，而且也会为考场带来噪音影响其他考生；② 题目排版过于集中，考生无法在题目上加以标注，会产生多次不确定的回视导致阅读效率下降；③ 题目要求杂糅在题目中，导致考生无法清晰辨认，忽略了题目要求中的重要部分。

　　针对上述问题，对试卷的排版提出的建议如下：

　　① 题目要求部分要和考试题目部分加以区分，要出现在每张页面的固定位置，不能杂糅在考题之间；② 题目要求的信息要与底纹具有相当的对比度，以保证考生清晰辨别；③ 要求中的一些重要信息如考试部分和考试时间要求以及题目总数等应该排布在大段的题目描述之外，并且其中的一些可以图形化的信息要尽量用简易图形表示，以方便考生可以无需将中央视区对准信息而是可在周围视区范围内就可以准确获取信息，这样可以使信息传达快速准确。

　　④ 阅读题的阅读文章和题目需要排版在相邻页面，决不能出现一道选择题的各个选项分布在不同页面，更不能把阅读文章和题目排版在一张页面的反正两面。这样可以减少远距离视跳浪费的时间。考生这样就可以在回答阅读题时减少 128.58s 用于移动视点而消耗的时间。