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[摘要]学习科学或教育神经学研究的主要方向之一，就是通过科学的方法解释学习发生过程的原理与机制。作为一种新型的认知分析技术，眼动仪在学习和阅读过程研究中被得以广泛应用。利用中国期刊网全文数据库(CNKI)中收录的关于阅读与学习研究中眼动仪使用方面的学术论文，通过对其高频主题词进行共词聚类，分析高频主题词之间的内在关系，以揭示眼动仪这一新型分析技术在学习与阅读领域的研究热点，为学习科学及教育技术相关研究提供参考和借鉴。
[关键词]眼动仪；共词聚类；阅读；学习科学
[中图分类号]G420 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008(2011)05-0070-06
一、引言
眼动仪作为一种认知分析技术，很早就被心理学家使用，主要用来观察眼球运动从而直接对心理过程进行研究，眼动参数逐渐被用来作为反映认知加工的过程的重要指标。最近20年，眼动分析技术本身得到快速发展和普及，进一步被拓展为认知科学、学习科学研究的重要分析技术，用以分析学习与阅读过程中眼动与知觉及其认知之间的关系。随着学习科学与教育神经学的兴起，学者们借鉴建构主义、认知科学、信息技术、社会文化研究和关于知识工作等相关领城的研究成果，汇集和整合关于脑的研究和内隐学习、非正式学习、正式学习等已有对于学习的研究多结合各种科学分析仪器，采用多种现场研究的方法，对不同情境脉络中的学习发生机制进行分析和探索，并通过创新性项目的实践和基于设计的研究，创设新型学习环境，革新学习实践。
因此，跨学科研究的交叉与融合，成为当下学习科学或教育神经学研究发展的重要路径。本研究采用基于主题词的共词聚类分析，对眼动仪在学习与阅读研究领域的应用热点进行探索和分析，这不仅有利于掌握该研究领域的演进态势，还有利于促进学习科学研究方法的整合，具有重要地理论意义和现实意义。
二、学习科学(教育神经学)视野中的眼动分析技术
随着生物科学、认知科学的飞速发展以及各种研究技术与方法的不断完善，尤其是诸如眼动议(EM)、正电子断层发射扫描(PET)、功能磁共振(fMRI)、脑磁图(MEG)、光学成像(OT)等各种神经影像技术的发展，神经科学研究取得了丰硕的成果，对人类大脑的运行规律与学生学习机制的研究有了突飞猛进的发展。许多研究者对学习与记忆的神经机制以及人类毕生发展过程中大脑的发育和变化进行了大量的研究，脑与认知科学的研究已经成为学习研究的核心，同时也产生了一个新学科——学习科学或称教育神经学，该学科主要把学习和教育过程看作是发生在脑中获取和感知信息、存储、重新提取信息，然后影响行为的过程，以此揭示学习发生过程的机制。学习科学或者教育神经学领域希望通过自然的、现场的方法，在广泛的学习情境中的学习基础方面有所新发现——从细胞水平上的学习过程，到涉及不同脑功能区的复杂过程，到个人行为、课堂互动、非正式场景中的学习、由计算机算法所执行的学习等等，从而为改善人类学习绩效提出具体的支持性方案。
而最早在此领域进行探索并且研究最为系统的无疑是在认知心理学领域。认知心理学家系统采用眼动分析技术，以阅读现象为研究内容，通过记录观察眼球运动来考察心理活动，试图探究个体阅读过程中的信息加工机制。其实，通过记录观察眼球运动来考察心理活动的研究方法，最早始于19世纪末，最初研究者主要是用肉眼或借助简单仪器对人的眼动情况进行观察。随着科技的进步，研究者开始使用专门的眼动记录仪来记录和分析人的眼动。经过数百年的发展，研究者在诸如句子加工、篇章阅读、眼动模型建构、消费、运动、工程等领域取得巨大的成就。国内的眼动研究起步较晚但发展迅猛，著名心理学家沈德立领衔的团队在天津师范大学率先使用眼动仪做了大量的阅读研究。沈德立教授的著作《学生汉语阅读过程的服动研究》，为我国第一部系统反映我国中文阅读眼动研究成果，使我国的阅读方面的眼动研究迈上了一个新的台阶。
阅读过程与学习密切相关。可以说，阅读是个体学习和成长的基本要素，是个体实现社会发展和精神发展的奠基石。学习往往被视为一个信息加工和知识建构过程，阅读则是一种典型的信息加工活动，对于个体发展及国民素质提升影响重大。国际阅读素养进展研究(PIRLS)认为，“阅读素养是学生从小学开始就应该掌握的最重要的能力”。只有掌握了阅读的能力，个体才能更好地学习其他知识，才能更自信地融入社会，满足生活、工作甚至生存的需要；只有学会了如何阅读，才能提高鉴赏能力，接受全方位的信息，满足个人精神世界发展的需求。因此，阅读其实是学习科学微观层面研究的一个重要领域。
而目前，国内的学习科学与教育神经学研究正处于萌发阶段，日后必将成为教育领域的一门“显学”。然而，在推进学习科学与教育神经学研究的进程中，如何借鉴认知科学、生物科学等领域的研究方法与技术，成为学习科学研究需要面临的重要问题。韦钰教授把学习过程的研究划分为五个层次：分子、细胞、网络、系统与行为。从现有学习科学与教育神经学的研究成果看，每个层次的学习研究都离不开大量脑成像技术、眼动技术、计算机分析技术应用于研究过程，从生物层次解释学习的机理与发生机制成为广泛的研究路线。而在这方面，目前国内还很缺乏。所幸的是，国内的眼动研究随着研究队伍的壮大和先进眼动仪的引进而进人快速发展时期，眼动研究在实证方面不断取得新的突破和发展，眼动研究无论是数量还是质量都有较明显的提高，取得了较为丰富的具有中国特色的研究成果。本文即立足于此，希望从学习与阅读研究领域的眼动分析技术应用作为切入口，综述该领域的研究面向、研究技术与研究程序，为我国教育技术、学习科学与教育神经学的研究提供路径参照。
三、数据来源与研究方法
中国期刊网全文数据库(CNKI)是目前世界上最大的连续动态更新的中国期刊全文数据库，文章包含1994年至今共积累全文文献800万篇，题录1500余万条。本文选自中国知网的中国学术期刊网络出版总库和中国优秀硕士学位论文全文数据库作为数据源，以“title=眼动and title=阅读or学习or教学”进行数据检索，检索时间为2011年7月31日，总共检索到204篇文献，经过去除重复，并删除有关会议综述、会议通知、文件讲话等非学术类文献，最终得到有效文献196篇，确定为有效数据。
本文主要采用共词聚类分析法进行研究热点分析。共词分析法的基本原理是：当两个能够表达某一学科领域研究主题或研究方向的专业术语(一般为主题词或主题词)在同一篇文献中出现时，表明这两个词之间具有一定的内在关系，并且出现的次数越多，表明它们的距离越近、关系越密切。因此，相对于传统的依靠简单统计或者经验判断的文献计量分析方法，以共词分析方法灵活、结果直观，所寻找的是当前论文所集中关注的主题，能够反映研究前沿；并且对当前发表的文献直接统 计，不需要庞大的引文索引作为基础，具有较好的时间效应。在共词分析中，还可以进一步利用SPSs统计软件，对计量得到的高频主题词进行共词聚类，可以得到本领域研究的系列类簇，每个类簇代表一个研究子领域。通过层次聚类树状图和多维尺度分析可以对各个类簇进行深入分析，以客观地透视本领域的研究热点。
四、研究主题的共词聚类
(一)高频主题词表获取
首选需要通过ROST软件对196篇文献进行分词，得到280个关键主题词。分词后的主题词进行词频统计，通过ROST内容挖掘软件对这些主题词进行词频统计，统计其总的出现频次为799次，需要对这些主题词进行标准化，因为，同一个意思的主题词在不同论文中的表述会有差别；接着，提取出现高频主题词，高频低频词阈值结合Donohue提出的齐普夫定律推导出的高频低频词界分公式，参考国内学者孙清兰提出的高频词与低频词的界分及词频估算法，考虑到结果描述的代表性，最终确定本研究的高频低频词阈值为6次。共得到31个高频主题词，删除9个重复或涵义过于宽泛的主题词(材料、年级、分析、条件等)，剩余27个，其总的出现频次为409次，占主题词总频次的51.12％，这31个高频主题词基本代表了国内该领域的研究热点，如表1所示。
(二)高频词相关共现矩阵构建
选择27个高频主题词中的任意2个组成高频主题词对，统计其在196篇学术论文中出现的频次，通过UCINET软件构建27*27的高频主题词共现矩阵。利用SPSS的相关分析，计算所有高频词两两之间的关联度，得到27*27的高频主题词相关共现矩阵，此矩阵是进层次聚类分析和多元统计的基础。由于篇幅限制，此处仅列举部分相关矩阵，如表2。
将准备好的高频主题词相关矩阵导入SPSS进行层次聚类，分析27个高频主题词的主题类团属性，结果如图1。结合通过SPSS进行因子分析的结果，按照“特征值大于1的因子被保留，特征值小于1的因子被舍弃”和“提取的因子累积百分比要达到60％以上”的基本原则，从主题词中提取符合条件的因子个数为6，从而确定主题词的组数为6，这为该领域研究热点的分类提供了依据。结合词频分析、层次聚类的结果及相关文献，本文将这6个领域分别命名为：(1)学习与阅读中眼动控制理论及模型研究；(2)学习与阅读过程中相关性效应与眼动过程及影响研究；(3)中文语境下不同文体不同表征方式的阅读眼动研究；(4)儿童发展性阅读中的眼动特征及障碍研究；(5)不同难度的课文学习和阅读中的知觉广度研究；(6)外文语境篇章阅读中的眼动研究。考虑到本文采用的是关键词共现聚类。因此，也可以说，上述六个方面基本上涵盖了当前眼动仪在学习与阅读研究中应用方面的主要研究主题和热点。
五、应用热点分析
结合高频主题词的共词矩阵及其层次聚类分析树状图，对其相关文献进行深入分析，可以发现眼动仪在学习与阅读研究中的应用热点，具体阐述如下：
(一)学习与阅读中眼动控制理论及模型研究
由“控制、注视、理论”等主题词构成，主要探讨学习与阅读过程的眼动控制理论与控制模型。以眼动为指标考察学习与阅读过程，是心理语言学和阅读心理学研究的一个重要领域，这一主题作为该领域的本体性研究，试图分析和探讨解释和表征学习与阅读过程中眼动与认知加工之间的关系。这些模型大致可分为眼动模型和加工模型两类，具体包括视觉缓冲器加工理论、直接假说和眼——脑假说、聚光灯理论、Morrison的眼动理论模型等，最新的模型有战略战术模型、E－z模型和SWIFT模型，这些模型都在一定程度上揭示了眼动与阅读之间的关系。同时，研究者也同时提醒注意考虑中文与西文阅读的差异性，当然，由于学习和阅读本身是一个十分复杂的认知过程，目前，尚没有一个公认的比较理想的眼动理论模型。此类成果主要发表在等心理学刊物，国内研究者在这方面做了大量的引介工作。
(二)学习与阅读过程中相关性效应与眼动过程及影响研究
主要由“效应、影响、过程”等主题词组成，主要探讨不同认知效应下对个体验眼动过程的影响，从而进一步解释学习与阅读的认知机理。这是教育心理学研究的主要课题，许多学者借助眼动仪的数据收集对学习效果进行研究，以学习者认知特征、风格、学习对象的不同表征方式等作为相关变量，在阅读与学习领域做了大量的本土化的眼动实验研究。研究者一般将首次注视时间、凝视时间、眼跳距离、回视、瞳孔直径等指标作为检验学习效果的重要指标。如研究者把学习者认知风格变量作为影响因子，探究场独立型——场依存型大学生英语阅读的眼动比较，通过眼动分析技术来探寻英语专业与非英语专业在英语阅读上存在的眼动差异；自学军等(2008)对英语专业大学生阅读汉语与英语材料的眼动研究，结果也发现，认知风格影响英语阅读的平均注视时间，但在对平均眼跳时间和注视点持续时间没有影响；而在目标词的注视次数上，场独立型大学生显著多于场依存型。其他研究还包括探究中文句子阅读中语义信息对眼动预视效应的影响等。
(三)中文语境下不同文体不同表征方式的阅读眼动研究
由“句子、切分、说明文、快速”等主题词组成。该领域主要研究中文语境下不同句子、文体的表征方式对于学习者快速阅读的眼动效果。如阅读中多媒体材料及其呈现方式的眼动研究，多媒体课件中不同色彩文字材料对阅读影响的眼动研究等等。白学军等人(1995)对小学三年级、五年级学生和大学生阅读课文时的眼动过程进行了对比研究，依据故事语法(storygrammar)编写的描述日常生活事件的记叙文，考察了学生的阅读速度、注视次数、注视频率、注视时间、注视广度、眼跳潜伏期及回视次数。阎国利(1998)对被试阅读科技文章的眼动过程进行了研究，他从阅读速度、阅读理解的正确率、阅读效率、阅读知觉广度以及瞳孔直径等指标上考察了学习者的学习效果，并指出瞳孔直径可以作为考察阅读者心理负荷的一个重要指标。值得一提的是，眼动分析技术还被用于传播学领域的研究，喻国明教授在国内首次运用眼动仪进行了中文报纸版面的实验研究，通过实验观测人眼在阅读报纸时的视觉轨迹及相关的眼动指标，探寻人们阅读中文版面的视觉规律，以及报纸版面设计元素的引进是否会改变且如何改变这种规律。这是国内首次使用眼动实验方法所进行的关于人们阅读报纸版面的视觉规律的心理实验研究。
(四)儿童发展性阅读中的眼动特征及障碍研究
由“儿童、发展性、特征、汉语、中文、障碍、实验”等主题词组成。阅读是儿童社会性发展的重要途径，本领域主要关注儿童发展性阅读中的眼动注视特征及其障碍因素分析。实际上，眼动仪一开始就在儿童阅读研究中得到广泛运用。刘宝根等以121名4－6岁幼儿为被试，通过记录幼儿在图画书阅读过程中对文字注视的眼动，发现幼儿在自主阅读情境下仍然 首先关注图画、在阅读过程中主要关注图画，自主阅读情境中幼儿对文字的注视时间比例和注视次数比例远高于亲子阅读情境中的比例；相关研究进一步揭示，年龄和文字面积是幼儿图画书自主阅读中文字注视的核心影响因素，幼儿对文字的注视比例随着年龄的增长而不断提高，文字面积通过年龄对幼儿的文字注视起作用；幼儿早期阅读能力经历了“从图画到文字”的发展过程，学前末期，幼儿逐渐成为一个初步的文字阅读者。而在另外一项关于汉语儿童图画书阅读的眼动基本状况的研究结果揭示，儿童对于图画书阅读表现出浓厚的兴趣和较高的关注程度，并且随着年龄增长，儿童对图画书阅读的兴趣程度和关注程度越来越高。在障碍因素分析方面。主要是以对比实验方法，揭示学困生与学优生和正常生相比的眼动特征及眼动存在的问题。
(五)不同难度的课文学习和阅读中的知觉广度研究
由“认知、课文、广度、难度、学生、知觉”四个主题词构成。阅读过程中的知觉广度是指当被试注视单词某个位置时，所能看到的注视点左右两侧字幕或者字的数量，这一变量直接影响到个体的信息获取和信息加工。这是阅读研究中的基本问题之一。对该问题的研究能够深化对阅读的心理机制的认识，为阅读训练提供理论支持。早期研究者发现，在阅读广度方面，对于汉语熟练的中国人来说，阅读广度相当于1.7个英文单词；对于美国读者来说，其阅读广度约为1.8个英语单词，结果很接近。在阅读速度方面也比较接近。汉语熟练的中国人阅读速度相当于每分钟390个英文单词，美国人的阅读速度约为380个英文单词。一般认为，人们只有在注视的情况下才能获取信息，而在眼跳的时候是不能获取信息的，事实上，人们在处理具体的阅读环境时的信息获取是有其灵活性的。王丽红等在对老年人的阅读知觉广度的眼动研究中，从确定知觉广度左侧范围的配对检验结果发现，所有的眼动指标比较一致地反映出注视词的左侧提供的信息不影响阅读活动，这与青年人知觉广度范围不同。
(六)外文语境篇章阅读中的眼动研究
由“篇章、英文、理解、英语”等主题词构成。以英语为典型语种的语言情境下的眼动研究渐渐成为一个新的热点，试图揭示外语学习中学习者区别于中文语境下的眼动特征，大量的研究以中国被试阅读中英文眼动指标的对比。彭聃龄等人比较了23名中文阅读者和20名英文读者阅读中英文故事时的眼动轨迹，结果发现，在决定读者的眼动模式和注视停留的因素中，认知因素比知觉因素有更重要的作用。还有研究者以图画、中文词和英文词的一系列变式为实验材料，使用眼动技术采集被试在观察上述材料时的眼动参数，结果显示：在注视时间方面，图画的注视时间最短，英文词的注视时间最长，中文词的注视时间居中；在眼跳距离方面，图画的眼跳距离最大，英文的眼跳距离次之，中文的眼跳距离最小。在反应时方面，人眼对图画的反应时最短，英文词最长，中文词居中。
六、应用热点领域的结构特征与取向
(一)目前国内学习与阅读研究中眼动仪的应用主题丰富，研究范围较广
从现有研究来看，学习与阅读过程的眼动研究中常用的实验研究范式包括移动窗口范式、移动掩蔽范式、边界范式、快速启动范式、消失文本范式和视觉一情境范式等。眼动指标主要包括注视时间、眼跳、回视、视线和瞳孔直径等，研究材料的控制从字和区域这两个方面展开，研究视野涉及中英两种文化情境；研究主体涉及各个年龄阶段的个体，包括儿童、中小学生、大学生及老年人及残障者。此外，随着多媒体和数字化技术的兴起，媒体的表征方式也成为眼动研究中一个重要的变量。教育技术、软件工程、工效学、工艺设计、传播学等领域也在基于心理学的基础上，开展了相关的眼动测试或者眼动研究。结合上述分析，眼动分析技术在学习与阅读研究中的应用热点领域的研究结构，如图2所示。
(二)相对于心理学及学习科学与教育神经学。教育技术领域应用眼动议等认知分析技术的研究略显不足
教育技术研究急需借鉴和介入相关领域的研究。如前所述，绝大部分成果都是在心理学领域产生的(近72％)，对于教育技术学科和学习科学领域而言，在面对新技术背景下的学习研究的时候，眼动仪应该成为一种有力的分析手段。而从文献来看，除了少数研究者在网络课程的可用性测试、智能学习系统中的视线跟踪、多媒体教学课程设计与开发等方面应用了眼动仪之外，相关成果少之又少，这就说明此领域的研究并不活跃，除了设备资金投入外，意识和观念也成为一种阻力。作为一门新兴的学科，奠定扎实的教学技术理论基础、开发高效能的教育技术制品，更需要深入探究技术条件下的认知机制与效果，而这就必须吸纳心理学等相关学科的研究技法和经验，这样才能促进该领域的长足发展。
(三)具体到教育技术或者学习科学领域，数字化学习的信息架构、数字化阅读与学习领域的相关研究尚属空白
信息架构是在信息环境中，影响系统组织、导览、及分类标签的组合结构。信息架构的主要任务是为信息与用户认知之间搭建一座畅通的桥梁，是信息直观表达的载体。信息架构就是研究信息的表达和传递，在数字化学习环境中，学习者主要依赖信息表达和界面交互来进行学习，因此，数字化学习的信息架构不仅仅是设计信息的组织结构，而且是学习交互发生的重要空间，通过眼动分析技术等视线追踪技术，可以为信息架构设计提供心理学依据。目前在教育技术领域，一些研究者已经开始应用眼动分析或者视线追踪技术进行相关教育技术制品可用性测试研究。此外，眼动分析技术在数字化阅读领域也大有可为，阅读是人类获取信息的重要方式之一，而数字化阅读也是一种典型的界面交互方式。随着社会的数字化，数字出版业和数字化阅读工具、阅读内容和阅读方式等各方面技术和产品也不断成熟与完善。数字化阅读成为阅读的一个新形式。需要依靠眼动仪等技术，对新技术环境中的阅读和学习效果及其机制进行科学的探究。可以从阅读方式、阅读界面存在的空间、阅读界面的表现形式、阅读中的信息整合和深度加工等方面，以及对数字化阅读与传统阅读进行对比展开研究。这些研究对于教学产品设计、视觉传达设计、人与界面的关系、数字化学习的机理都具有重要意义。具体的数字化阅读方式包括网络阅读、手机阅读、PDA阅读、博客阅读、云阅读、微阅读等等，应该成为我国教育技术或者学习科学领域新的研究方向和热点。
(四)多种研究技术与方法的整合，仍是未来教育、学习与技术研究领域的重要途径
站在眼动分析的有效性视角，从以往研究来看，眼动数据与认知活动联系的困难可能是认知分析技术在研究中最大的障碍，只有结合多种技术方法有利于克服单一技术的局限性，从而更深入地了解个体学习与认知活动的机制。因此，关于眼动分析技术应用发展依然存在许多问题。还需要广大研究者通过不断完善相关的眼动理论基础和实验设计技术来改进和提高。近年来，不少学者尝试将眼动记录技术与脑电、脑成像技术(ERP和fMRI)结合，探讨认知加工过程。从本质上看，这种结合是将心理学中的行为实验与认知神经科学的实验结合起来。这种结合带来了方法学上的突破，为深入探讨学习与认知加工过程的本质提出了一个全新的研究思路。
七、结论
随着新技术在教育与学习中的应用不断深化，作为研究领域，教育技术、学习科学及教育神经学有其研究方向趋同和汇聚的趋势，我国的教育技术、学习科学和教育神经学研究是一个日渐繁荣的新领域，但方法缺位是目前国内教育技术及学习科学领域遭遇的挑战之一。教育技术学科与学习科学均属新兴交叉学科，借鉴和吸纳相关学科的研究方法论、研究方法和研究技术，对于本领域高水平研究成果的产出，实现学科研究的严谨化、精致化、可持续发展和国际化均具有重要意义。从另一方面来看，教育技术或者学习科学领域的研究如果要产出高质量的理论制品和物化制品，心理学是一个必须重视的领域，其研究范式、研究方法甚至研究技术都应成为扬弃的对象，尽管一些研究已经注意到技术影响下新学习形式的心理机制等领域的研究，但无论是方法还是内容上远远不够。
从研究初衷来看，本文有两个层面的意义：一是提出并描绘了心理学领域较为成熟的眼动分析技术在学习与阅读研究方面的应用，从而在教育技术与学习科学研究方法方面提供一种具体的思路；二是采用共词聚类分析法来进行分析，通过聚类运算的方式对学科主题词进行划分，从而实现对学科结构的分析研究。这也是在方法层面的一种尝试，试图用客观的量化形式和可视化方式，补充传统的研究者主观描述和简单统计，本文分析的结果建构起了一幅国内眼动分析技术在学习与阅读研究中的应用的可视化的知识图谱，确定了当前该的研究热点和学科结构特征，同时，帮助发现了现有研究当中可能存在的空白，为今后的研究提出了指引方向。
[关键词]眼动仪；共词聚类；阅读；学习科学
[中图分类号]G420 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008(2011)05-0070-06
一、引言
眼动仪作为一种认知分析技术，很早就被心理学家使用，主要用来观察眼球运动从而直接对心理过程进行研究，眼动参数逐渐被用来作为反映认知加工的过程的重要指标。最近20年，眼动分析技术本身得到快速发展和普及，进一步被拓展为认知科学、学习科学研究的重要分析技术，用以分析学习与阅读过程中眼动与知觉及其认知之间的关系。随着学习科学与教育神经学的兴起，学者们借鉴建构主义、认知科学、信息技术、社会文化研究和关于知识工作等相关领城的研究成果，汇集和整合关于脑的研究和内隐学习、非正式学习、正式学习等已有对于学习的研究多结合各种科学分析仪器，采用多种现场研究的方法，对不同情境脉络中的学习发生机制进行分析和探索，并通过创新性项目的实践和基于设计的研究，创设新型学习环境，革新学习实践。
因此，跨学科研究的交叉与融合，成为当下学习科学或教育神经学研究发展的重要路径。本研究采用基于主题词的共词聚类分析，对眼动仪在学习与阅读研究领域的应用热点进行探索和分析，这不仅有利于掌握该研究领域的演进态势，还有利于促进学习科学研究方法的整合，具有重要地理论意义和现实意义。
二、学习科学(教育神经学)视野中的眼动分析技术
随着生物科学、认知科学的飞速发展以及各种研究技术与方法的不断完善，尤其是诸如眼动议(EM)、正电子断层发射扫描(PET)、功能磁共振(fMRI)、脑磁图(MEG)、光学成像(OT)等各种神经影像技术的发展，神经科学研究取得了丰硕的成果，对人类大脑的运行规律与学生学习机制的研究有了突飞猛进的发展。许多研究者对学习与记忆的神经机制以及人类毕生发展过程中大脑的发育和变化进行了大量的研究，脑与认知科学的研究已经成为学习研究的核心，同时也产生了一个新学科——学习科学或称教育神经学，该学科主要把学习和教育过程看作是发生在脑中获取和感知信息、存储、重新提取信息，然后影响行为的过程，以此揭示学习发生过程的机制。学习科学或者教育神经学领域希望通过自然的、现场的方法，在广泛的学习情境中的学习基础方面有所新发现——从细胞水平上的学习过程，到涉及不同脑功能区的复杂过程，到个人行为、课堂互动、非正式场景中的学习、由计算机算法所执行的学习等等，从而为改善人类学习绩效提出具体的支持性方案。
而最早在此领域进行探索并且研究最为系统的无疑是在认知心理学领域。认知心理学家系统采用眼动分析技术，以阅读现象为研究内容，通过记录观察眼球运动来考察心理活动，试图探究个体阅读过程中的信息加工机制。其实，通过记录观察眼球运动来考察心理活动的研究方法，最早始于19世纪末，最初研究者主要是用肉眼或借助简单仪器对人的眼动情况进行观察。随着科技的进步，研究者开始使用专门的眼动记录仪来记录和分析人的眼动。经过数百年的发展，研究者在诸如句子加工、篇章阅读、眼动模型建构、消费、运动、工程等领域取得巨大的成就。国内的眼动研究起步较晚但发展迅猛，著名心理学家沈德立领衔的团队在天津师范大学率先使用眼动仪做了大量的阅读研究。沈德立教授的著作《学生汉语阅读过程的服动研究》，为我国第一部系统反映我国中文阅读眼动研究成果，使我国的阅读方面的眼动研究迈上了一个新的台阶。
阅读过程与学习密切相关。可以说，阅读是个体学习和成长的基本要素，是个体实现社会发展和精神发展的奠基石。学习往往被视为一个信息加工和知识建构过程，阅读则是一种典型的信息加工活动，对于个体发展及国民素质提升影响重大。国际阅读素养进展研究(PIRLS)认为，“阅读素养是学生从小学开始就应该掌握的最重要的能力”。只有掌握了阅读的能力，个体才能更好地学习其他知识，才能更自信地融入社会，满足生活、工作甚至生存的需要；只有学会了如何阅读，才能提高鉴赏能力，接受全方位的信息，满足个人精神世界发展的需求。因此，阅读其实是学习科学微观层面研究的一个重要领域。
而目前，国内的学习科学与教育神经学研究正处于萌发阶段，日后必将成为教育领域的一门“显学”。然而，在推进学习科学与教育神经学研究的进程中，如何借鉴认知科学、生物科学等领域的研究方法与技术，成为学习科学研究需要面临的重要问题。韦钰教授把学习过程的研究划分为五个层次：分子、细胞、网络、系统与行为。从现有学习科学与教育神经学的研究成果看，每个层次的学习研究都离不开大量脑成像技术、眼动技术、计算机分析技术应用于研究过程，从生物层次解释学习的机理与发生机制成为广泛的研究路线。而在这方面，目前国内还很缺乏。所幸的是，国内的眼动研究随着研究队伍的壮大和先进眼动仪的引进而进人快速发展时期，眼动研究在实证方面不断取得新的突破和发展，眼动研究无论是数量还是质量都有较明显的提高，取得了较为丰富的具有中国特色的研究成果。本文即立足于此，希望从学习与阅读研究领域的眼动分析技术应用作为切入口，综述该领域的研究面向、研究技术与研究程序，为我国教育技术、学习科学与教育神经学的研究提供路径参照。
三、数据来源与研究方法
中国期刊网全文数据库(CNKI)是目前世界上最大的连续动态更新的中国期刊全文数据库，文章包含1994年至今共积累全文文献800万篇，题录1500余万条。本文选自中国知网的中国学术期刊网络出版总库和中国优秀硕士学位论文全文数据库作为数据源，以“title=眼动and title=阅读or学习or教学”进行数据检索，检索时间为2011年7月31日，总共检索到204篇文献，经过去除重复，并删除有关会议综述、会议通知、文件讲话等非学术类文献，最终得到有效文献196篇，确定为有效数据。
本文主要采用共词聚类分析法进行研究热点分析。共词分析法的基本原理是：当两个能够表达某一学科领域研究主题或研究方向的专业术语(一般为主题词或主题词)在同一篇文献中出现时，表明这两个词之间具有一定的内在关系，并且出现的次数越多，表明它们的距离越近、关系越密切。因此，相对于传统的依靠简单统计或者经验判断的文献计量分析方法，以共词分析方法灵活、结果直观，所寻找的是当前论文所集中关注的主题，能够反映研究前沿；并且对当前发表的文献直接统 计，不需要庞大的引文索引作为基础，具有较好的时间效应。在共词分析中，还可以进一步利用SPSs统计软件，对计量得到的高频主题词进行共词聚类，可以得到本领域研究的系列类簇，每个类簇代表一个研究子领域。通过层次聚类树状图和多维尺度分析可以对各个类簇进行深入分析，以客观地透视本领域的研究热点。
四、研究主题的共词聚类
(一)高频主题词表获取
首选需要通过ROST软件对196篇文献进行分词，得到280个关键主题词。分词后的主题词进行词频统计，通过ROST内容挖掘软件对这些主题词进行词频统计，统计其总的出现频次为799次，需要对这些主题词进行标准化，因为，同一个意思的主题词在不同论文中的表述会有差别；接着，提取出现高频主题词，高频低频词阈值结合Donohue提出的齐普夫定律推导出的高频低频词界分公式，参考国内学者孙清兰提出的高频词与低频词的界分及词频估算法，考虑到结果描述的代表性，最终确定本研究的高频低频词阈值为6次。共得到31个高频主题词，删除9个重复或涵义过于宽泛的主题词(材料、年级、分析、条件等)，剩余27个，其总的出现频次为409次，占主题词总频次的51.12％，这31个高频主题词基本代表了国内该领域的研究热点，如表1所示。
(二)高频词相关共现矩阵构建
选择27个高频主题词中的任意2个组成高频主题词对，统计其在196篇学术论文中出现的频次，通过UCINET软件构建27*27的高频主题词共现矩阵。利用SPSS的相关分析，计算所有高频词两两之间的关联度，得到27*27的高频主题词相关共现矩阵，此矩阵是进层次聚类分析和多元统计的基础。由于篇幅限制，此处仅列举部分相关矩阵，如表2。
将准备好的高频主题词相关矩阵导入SPSS进行层次聚类，分析27个高频主题词的主题类团属性，结果如图1。结合通过SPSS进行因子分析的结果，按照“特征值大于1的因子被保留，特征值小于1的因子被舍弃”和“提取的因子累积百分比要达到60％以上”的基本原则，从主题词中提取符合条件的因子个数为6，从而确定主题词的组数为6，这为该领域研究热点的分类提供了依据。结合词频分析、层次聚类的结果及相关文献，本文将这6个领域分别命名为：(1)学习与阅读中眼动控制理论及模型研究；(2)学习与阅读过程中相关性效应与眼动过程及影响研究；(3)中文语境下不同文体不同表征方式的阅读眼动研究；(4)儿童发展性阅读中的眼动特征及障碍研究；(5)不同难度的课文学习和阅读中的知觉广度研究；(6)外文语境篇章阅读中的眼动研究。考虑到本文采用的是关键词共现聚类。因此，也可以说，上述六个方面基本上涵盖了当前眼动仪在学习与阅读研究中应用方面的主要研究主题和热点。
五、应用热点分析
结合高频主题词的共词矩阵及其层次聚类分析树状图，对其相关文献进行深入分析，可以发现眼动仪在学习与阅读研究中的应用热点，具体阐述如下：
(一)学习与阅读中眼动控制理论及模型研究
由“控制、注视、理论”等主题词构成，主要探讨学习与阅读过程的眼动控制理论与控制模型。以眼动为指标考察学习与阅读过程，是心理语言学和阅读心理学研究的一个重要领域，这一主题作为该领域的本体性研究，试图分析和探讨解释和表征学习与阅读过程中眼动与认知加工之间的关系。这些模型大致可分为眼动模型和加工模型两类，具体包括视觉缓冲器加工理论、直接假说和眼——脑假说、聚光灯理论、Morrison的眼动理论模型等，最新的模型有战略战术模型、E－z模型和SWIFT模型，这些模型都在一定程度上揭示了眼动与阅读之间的关系。同时，研究者也同时提醒注意考虑中文与西文阅读的差异性，当然，由于学习和阅读本身是一个十分复杂的认知过程，目前，尚没有一个公认的比较理想的眼动理论模型。此类成果主要发表在等心理学刊物，国内研究者在这方面做了大量的引介工作。
(二)学习与阅读过程中相关性效应与眼动过程及影响研究
主要由“效应、影响、过程”等主题词组成，主要探讨不同认知效应下对个体验眼动过程的影响，从而进一步解释学习与阅读的认知机理。这是教育心理学研究的主要课题，许多学者借助眼动仪的数据收集对学习效果进行研究，以学习者认知特征、风格、学习对象的不同表征方式等作为相关变量，在阅读与学习领域做了大量的本土化的眼动实验研究。研究者一般将首次注视时间、凝视时间、眼跳距离、回视、瞳孔直径等指标作为检验学习效果的重要指标。如研究者把学习者认知风格变量作为影响因子，探究场独立型——场依存型大学生英语阅读的眼动比较，通过眼动分析技术来探寻英语专业与非英语专业在英语阅读上存在的眼动差异；自学军等(2008)对英语专业大学生阅读汉语与英语材料的眼动研究，结果也发现，认知风格影响英语阅读的平均注视时间，但在对平均眼跳时间和注视点持续时间没有影响；而在目标词的注视次数上，场独立型大学生显著多于场依存型。其他研究还包括探究中文句子阅读中语义信息对眼动预视效应的影响等。
(三)中文语境下不同文体不同表征方式的阅读眼动研究
由“句子、切分、说明文、快速”等主题词组成。该领域主要研究中文语境下不同句子、文体的表征方式对于学习者快速阅读的眼动效果。如阅读中多媒体材料及其呈现方式的眼动研究，多媒体课件中不同色彩文字材料对阅读影响的眼动研究等等。白学军等人(1995)对小学三年级、五年级学生和大学生阅读课文时的眼动过程进行了对比研究，依据故事语法(storygrammar)编写的描述日常生活事件的记叙文，考察了学生的阅读速度、注视次数、注视频率、注视时间、注视广度、眼跳潜伏期及回视次数。阎国利(1998)对被试阅读科技文章的眼动过程进行了研究，他从阅读速度、阅读理解的正确率、阅读效率、阅读知觉广度以及瞳孔直径等指标上考察了学习者的学习效果，并指出瞳孔直径可以作为考察阅读者心理负荷的一个重要指标。值得一提的是，眼动分析技术还被用于传播学领域的研究，喻国明教授在国内首次运用眼动仪进行了中文报纸版面的实验研究，通过实验观测人眼在阅读报纸时的视觉轨迹及相关的眼动指标，探寻人们阅读中文版面的视觉规律，以及报纸版面设计元素的引进是否会改变且如何改变这种规律。这是国内首次使用眼动实验方法所进行的关于人们阅读报纸版面的视觉规律的心理实验研究。
(四)儿童发展性阅读中的眼动特征及障碍研究
由“儿童、发展性、特征、汉语、中文、障碍、实验”等主题词组成。阅读是儿童社会性发展的重要途径，本领域主要关注儿童发展性阅读中的眼动注视特征及其障碍因素分析。实际上，眼动仪一开始就在儿童阅读研究中得到广泛运用。刘宝根等以121名4－6岁幼儿为被试，通过记录幼儿在图画书阅读过程中对文字注视的眼动，发现幼儿在自主阅读情境下仍然 首先关注图画、在阅读过程中主要关注图画，自主阅读情境中幼儿对文字的注视时间比例和注视次数比例远高于亲子阅读情境中的比例；相关研究进一步揭示，年龄和文字面积是幼儿图画书自主阅读中文字注视的核心影响因素，幼儿对文字的注视比例随着年龄的增长而不断提高，文字面积通过年龄对幼儿的文字注视起作用；幼儿早期阅读能力经历了“从图画到文字”的发展过程，学前末期，幼儿逐渐成为一个初步的文字阅读者。而在另外一项关于汉语儿童图画书阅读的眼动基本状况的研究结果揭示，儿童对于图画书阅读表现出浓厚的兴趣和较高的关注程度，并且随着年龄增长，儿童对图画书阅读的兴趣程度和关注程度越来越高。在障碍因素分析方面。主要是以对比实验方法，揭示学困生与学优生和正常生相比的眼动特征及眼动存在的问题。
(五)不同难度的课文学习和阅读中的知觉广度研究
由“认知、课文、广度、难度、学生、知觉”四个主题词构成。阅读过程中的知觉广度是指当被试注视单词某个位置时，所能看到的注视点左右两侧字幕或者字的数量，这一变量直接影响到个体的信息获取和信息加工。这是阅读研究中的基本问题之一。对该问题的研究能够深化对阅读的心理机制的认识，为阅读训练提供理论支持。早期研究者发现，在阅读广度方面，对于汉语熟练的中国人来说，阅读广度相当于1.7个英文单词；对于美国读者来说，其阅读广度约为1.8个英语单词，结果很接近。在阅读速度方面也比较接近。汉语熟练的中国人阅读速度相当于每分钟390个英文单词，美国人的阅读速度约为380个英文单词。一般认为，人们只有在注视的情况下才能获取信息，而在眼跳的时候是不能获取信息的，事实上，人们在处理具体的阅读环境时的信息获取是有其灵活性的。王丽红等在对老年人的阅读知觉广度的眼动研究中，从确定知觉广度左侧范围的配对检验结果发现，所有的眼动指标比较一致地反映出注视词的左侧提供的信息不影响阅读活动，这与青年人知觉广度范围不同。
(六)外文语境篇章阅读中的眼动研究
由“篇章、英文、理解、英语”等主题词构成。以英语为典型语种的语言情境下的眼动研究渐渐成为一个新的热点，试图揭示外语学习中学习者区别于中文语境下的眼动特征，大量的研究以中国被试阅读中英文眼动指标的对比。彭聃龄等人比较了23名中文阅读者和20名英文读者阅读中英文故事时的眼动轨迹，结果发现，在决定读者的眼动模式和注视停留的因素中，认知因素比知觉因素有更重要的作用。还有研究者以图画、中文词和英文词的一系列变式为实验材料，使用眼动技术采集被试在观察上述材料时的眼动参数，结果显示：在注视时间方面，图画的注视时间最短，英文词的注视时间最长，中文词的注视时间居中；在眼跳距离方面，图画的眼跳距离最大，英文的眼跳距离次之，中文的眼跳距离最小。在反应时方面，人眼对图画的反应时最短，英文词最长，中文词居中。
六、应用热点领域的结构特征与取向
(一)目前国内学习与阅读研究中眼动仪的应用主题丰富，研究范围较广
从现有研究来看，学习与阅读过程的眼动研究中常用的实验研究范式包括移动窗口范式、移动掩蔽范式、边界范式、快速启动范式、消失文本范式和视觉一情境范式等。眼动指标主要包括注视时间、眼跳、回视、视线和瞳孔直径等，研究材料的控制从字和区域这两个方面展开，研究视野涉及中英两种文化情境；研究主体涉及各个年龄阶段的个体，包括儿童、中小学生、大学生及老年人及残障者。此外，随着多媒体和数字化技术的兴起，媒体的表征方式也成为眼动研究中一个重要的变量。教育技术、软件工程、工效学、工艺设计、传播学等领域也在基于心理学的基础上，开展了相关的眼动测试或者眼动研究。结合上述分析，眼动分析技术在学习与阅读研究中的应用热点领域的研究结构，如图2所示。
(二)相对于心理学及学习科学与教育神经学。教育技术领域应用眼动议等认知分析技术的研究略显不足
教育技术研究急需借鉴和介入相关领域的研究。如前所述，绝大部分成果都是在心理学领域产生的(近72％)，对于教育技术学科和学习科学领域而言，在面对新技术背景下的学习研究的时候，眼动仪应该成为一种有力的分析手段。而从文献来看，除了少数研究者在网络课程的可用性测试、智能学习系统中的视线跟踪、多媒体教学课程设计与开发等方面应用了眼动仪之外，相关成果少之又少，这就说明此领域的研究并不活跃，除了设备资金投入外，意识和观念也成为一种阻力。作为一门新兴的学科，奠定扎实的教学技术理论基础、开发高效能的教育技术制品，更需要深入探究技术条件下的认知机制与效果，而这就必须吸纳心理学等相关学科的研究技法和经验，这样才能促进该领域的长足发展。
(三)具体到教育技术或者学习科学领域，数字化学习的信息架构、数字化阅读与学习领域的相关研究尚属空白
信息架构是在信息环境中，影响系统组织、导览、及分类标签的组合结构。信息架构的主要任务是为信息与用户认知之间搭建一座畅通的桥梁，是信息直观表达的载体。信息架构就是研究信息的表达和传递，在数字化学习环境中，学习者主要依赖信息表达和界面交互来进行学习，因此，数字化学习的信息架构不仅仅是设计信息的组织结构，而且是学习交互发生的重要空间，通过眼动分析技术等视线追踪技术，可以为信息架构设计提供心理学依据。目前在教育技术领域，一些研究者已经开始应用眼动分析或者视线追踪技术进行相关教育技术制品可用性测试研究。此外，眼动分析技术在数字化阅读领域也大有可为，阅读是人类获取信息的重要方式之一，而数字化阅读也是一种典型的界面交互方式。随着社会的数字化，数字出版业和数字化阅读工具、阅读内容和阅读方式等各方面技术和产品也不断成熟与完善。数字化阅读成为阅读的一个新形式。需要依靠眼动仪等技术，对新技术环境中的阅读和学习效果及其机制进行科学的探究。可以从阅读方式、阅读界面存在的空间、阅读界面的表现形式、阅读中的信息整合和深度加工等方面，以及对数字化阅读与传统阅读进行对比展开研究。这些研究对于教学产品设计、视觉传达设计、人与界面的关系、数字化学习的机理都具有重要意义。具体的数字化阅读方式包括网络阅读、手机阅读、PDA阅读、博客阅读、云阅读、微阅读等等，应该成为我国教育技术或者学习科学领域新的研究方向和热点。
(四)多种研究技术与方法的整合，仍是未来教育、学习与技术研究领域的重要途径
站在眼动分析的有效性视角，从以往研究来看，眼动数据与认知活动联系的困难可能是认知分析技术在研究中最大的障碍，只有结合多种技术方法有利于克服单一技术的局限性，从而更深入地了解个体学习与认知活动的机制。因此，关于眼动分析技术应用发展依然存在许多问题。还需要广大研究者通过不断完善相关的眼动理论基础和实验设计技术来改进和提高。近年来，不少学者尝试将眼动记录技术与脑电、脑成像技术(ERP和fMRI)结合，探讨认知加工过程。从本质上看，这种结合是将心理学中的行为实验与认知神经科学的实验结合起来。这种结合带来了方法学上的突破，为深入探讨学习与认知加工过程的本质提出了一个全新的研究思路。
七、结论
随着新技术在教育与学习中的应用不断深化，作为研究领域，教育技术、学习科学及教育神经学有其研究方向趋同和汇聚的趋势，我国的教育技术、学习科学和教育神经学研究是一个日渐繁荣的新领域，但方法缺位是目前国内教育技术及学习科学领域遭遇的挑战之一。教育技术学科与学习科学均属新兴交叉学科，借鉴和吸纳相关学科的研究方法论、研究方法和研究技术，对于本领域高水平研究成果的产出，实现学科研究的严谨化、精致化、可持续发展和国际化均具有重要意义。从另一方面来看，教育技术或者学习科学领域的研究如果要产出高质量的理论制品和物化制品，心理学是一个必须重视的领域，其研究范式、研究方法甚至研究技术都应成为扬弃的对象，尽管一些研究已经注意到技术影响下新学习形式的心理机制等领域的研究，但无论是方法还是内容上远远不够。
从研究初衷来看，本文有两个层面的意义：一是提出并描绘了心理学领域较为成熟的眼动分析技术在学习与阅读研究方面的应用，从而在教育技术与学习科学研究方法方面提供一种具体的思路；二是采用共词聚类分析法来进行分析，通过聚类运算的方式对学科主题词进行划分，从而实现对学科结构的分析研究。这也是在方法层面的一种尝试，试图用客观的量化形式和可视化方式，补充传统的研究者主观描述和简单统计，本文分析的结果建构起了一幅国内眼动分析技术在学习与阅读研究中的应用的可视化的知识图谱，确定了当前该的研究热点和学科结构特征，同时，帮助发现了现有研究当中可能存在的空白，为今后的研究提出了指引方向。