中学生解决科学问题的眼动研究文献综述

 2022-09-15 03:09

  1. 文献综述（或调研报告）：

1.科学问题解决

发展学生的科学素养，培养创新型人才是科学教育的目标,也是我国十三五规划的重要战略方向之一[1]。学生科学素养的一个重要体现是解决科学问题的能力。一方面,学生在解决科学问题的过程中，必须充分融合多方面知识，这有利于促进学生形成合理的认知结构、训练学生解决问题的思维策略、培养学生自我监控的能力[2]。另一方面,科学问题的解决，更是一个不断探索与反思的过程[3]。研究解决科学问题的认知过程，对于深入理解学生科学思维发展、有效提高学生科学素养、培养创新型人才都具有重要意义[4]。

科学问题解决的经典研究方法以访谈、报告、考试等形式为主，这些经典研究能够在一定程度上反映出个体在解决科学问题时的认知方式与结果，但也存在一定的局限性，他们主要采用个体解题的正确率作为评判标准，这无法提供学生所采取的解题方法的细节信息，难以了解学生在解题过程中的认知活动[5]。此外，访谈和自主报告容易受到个体主观意识和表达能力的影响，从而在一定程度上影响研究结果的客观性与真实性[6]。

为了弥补这些方面的不足，近年来，研究者开始采用眼动追踪技术记录、分析个体解决科学问题时客观、详细的眼动数据，探索科学问题解决的认知过程。眼动追踪被认为是视觉信息加工研究中最有效的技术手段之一,运用眼动追踪技术研究科学问题解决的认知过程具有显著优势[7]。首先，眼动追踪技术能够获取大数量、全样本、实时性的学习数据，可以深入评估学生的学习效果和解题过程，量化注意力、认知过程和学习结果之间的关系，可以实时记录被试者视线停留的空间位置、浏览路径和视觉转移过程，揭示被试者在整个学习过程中所采取的策略，反映被试者的心理特征及内在认知情况。眼动研究可以在多个方面突破传统研究方法的局限，更直观地测试被试者在科学知识学习、科学问题解决等过程中的具体表现，更客观、全面地记录被试解决科学问题过程中的真实感受与体验数据，更细致而又准确地捕捉到被试者的兴趣区域，从而揭示信息加工内在的认知过程[8]。

2. 眼动研究中常用的具体眼动指标

在眼动研究中主要采用的具体眼动指标有：注视(fixation)、眼跳(saccade)、回视(regressive eye movement)和瞳孔大小（pupil size）。

注视（fixation)是指物体的光线落在视觉最敏锐的中央窝上的时间超过了 100 毫秒[9]。在这个过程中，被注视的物体经过充分的加工，在中央窝上形成清晰的图像。视觉信息主要是通过注视获得的。在眼动仪记录的眼动轨迹中，被试对实验目标的一次停留观看成为一个注视点，眼动记录中用点来表示眼睛停留观看的次数。在一个注视点上，眼睛停留的时间有长有短。在实际的眼动记录图中，注视点上时间的长短用注视点上圆面积的大小来表示[10] 。与注视相关的具体眼动指标主要有：总注视持续时间（Total fixation duration）、总注视持续时间百分比（Percentage of total fixation duration）、平均注视持续时间（Average fixation duration）和注视次数（The numbers of fixation）。总注视持续时间表明个体信息加工的总时间，总注视持续时间百分比显示个体视觉或认知注意在各区域的分配方式，平均注视持续时间是指个体信息加工的平均时间，注视次数是指个体在兴趣区上的注视点次数[11]。不同个体在上述三类注视指标上的差异反映出他们对视觉材料的认知加工程度、心理努力程度和注意分配的差异。一般来说，较高的注视指标意味着更深入的认知加工、更多的心理努力和更复杂的注意分配，而较低的注视指标则对应着较浅的认知加工、更少的心理努力和更简单的注意分配。

回视(regressive eye movement)是对处理过的信息的重新审视和解释。具体眼动指标是回视区域（the area of regression）和回视次数（the number of regression）。回视区域是个体对先前处理过的信息重新审视的区域，回视次数是个体对先前处理过的信息重新审视的次数。这两个指标往往与问题的难度水平和个体的工作记忆能力水平密切相关。回视区域一般是问题的关键区域，回视次数越多，意味着问题的难度水平越高，个体的工作记忆能力水平越低。

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