Eye tracking ve vzdělávání

Problémy fyzikálního vzdělávání 3. 1. 2013

Martina Kekule

http://zentrum-bildungsforschung.hu-berlin.de/?Veranstaltungen:Seminar%3A_Research_in_Education_with_Mobile_Eyetracking_MET

Co je eye-tracking?

řízení, facebook, třída, nádraží

gorila

Zařízení

v terénu zákazníci v obchoděsportovci řidiči

učitelé, žáci

mobilní pevně stojící

hlava fixovaná pohyb hlavou volný

čtení obrázkytext a obrázkyvidea

webovky, letákyUčebnice, úlohy

Zařízení

SMI http://www.smivision.com/http://www.youtube.com/user/smieyetrackingDobré mobilní brýle

Tobiihttp://www.tobii.com/User friendly, zaměření na marketing

ASL http://www.asleyetracking.com/Site/

EyeLink http://www.sr-research.com/Pro vědecké účely, přesný

Pohyby oka6 svalůpohyby: nahoru/dolů, doleva/doprava, twist

Signály kontrolující pohyb očí: Reflexivní (polokruhové kanálky)Bezděčné (superior colliculus)

Volní (mozková kůra)

Ostrost viděníNejvětší ostrost 2° přesnost metody

Jak to funguje?Video-based Combined Pupil/corneal reflection

Reflexe od očního pozadí

• Infračervené světlo(např. 3,5 mW/cm2, 70 cm)

• Kamera snímající oko/oči

Jak to funguje?4 Purkyněho odrazy

P1 vnější rohovkaP2 vnitřní rohovkaP3 povrch čočkyP4 zadní stěna čočky

typicky P1 a střed zornice

Dual eye-tracking P1 a P4

• Nevýhoda této metodyNutná kalibrace!

Nelze použít u zvířat, malých dětíExistují např. čočky viz obr.

Historie

Louis Emile Javal (1839 - 1907) studium očních pohybů sledování čtení

Edmund Huey (1870-1913)• sledování očních pohybů mechanicky• bolestivé, pokusné osoby dostávaly

kokain

Historie

Dodge (1908)• první nekontaktní metoda• zaznamenání odrazů na

fotografickou desku

19. stol První pokusy1920-1960Behaviorismus – dark eraOd poloviny 60. let Použití v kognitivní psychologii

Co zaznamenáváme?Sakády rychlý oční pohyb ~10-100 mscca 3-4 x za sekundu• Potlačený příjem signálu v době trvání sakády• Zřejmě pohyb oka naprogragmovaný dopředu (ballistics)• Volní a reflexivní

Fixacetřes, mikrosakády (rozptyl 1°-2°)150 – 600 ms, průměrně 200-250 ms90 % času

Proč?

Porozumění procesům týkajícím se pozornosti.

• Lidské oči x oči ostatních primátů

mnohem větší bělmo mnohem jednodušší zjistit, kam se dívá někdo druhý

Směr pohledu prostředek komunikace (i malé děti jsou k tomuto senzitivní)

Visual attention

Many filtered into few for perception.

Humans are finite beings that cannot attend to all things at once.

Visual scene inspection is performed minutatim (one by one) not in toto (as a whole).

Visual attention

Hermann von Helmholtz (1821-1894)• visual attention – nezbytný mechanismus vizuální percepce

• pozornost může být kontrolována• necháváme naše oči klouzat po scéně a tak

ji prozkoumáváme• oční pohyby odrážejí záměr prozkoumat

detail objektu zjevná pozornost, důraz na „where“

Visual attention

William James (1842-1910)

• Pozornost je aktivní proces• Vnitřní proces• Předvídáme, máme očekávání

• Náš zájem odráží to, kam se díváme

• Informace z periferie může být příčinou přesunu naší pozornosti

Visual attention

James J. Gibson (1904-1979)

Jsme dokonce více aktivní, než předpokládal James„viewer advanced preparation“ - zda a případně jak budeme reagovat

Př. Když očekáváme popis zvířete, chybu v tisku „sael“ budete číst jako seal, pokud očekáváme popis lodi, budeme číst sail

Respondentovo očekávání, jaký přijde stimul, může být ovlivněno instrukcemi experimentátora!

Visual attention2 zdroje informací

bottom-up top-down (modely)

Bottom-up• Daný fyzickým charakterem podnětu• Relativní výraznost prvku (např. kontrast) perceptual salience

• Dominantní během prvních dvou sekund• Itti, Koch, Niebur model

Top-down faktory předchozí znalosti, očekávání, cíle úlohy

Paradigma expert x začátečník

Analýza očních pohybů

Úloha: určit, co je fixace a co je sakáda.

Analýza očních pohybůÚloha: určit, co je fixace a co je sakáda.2 základní přístupy

př. pro mobilní oční kameru: 3 měření v rámci 14 pixelů = fixacePř. Pro EyeLink systém: rychlost > 30°/s = sakáda

Eye tracking metrics

AOI videokódování 45 min výuky cca 15 hodin

Fotografie v PowerPointu

Výzkumná otázka: zda mají nějaký účel dekorativní obrázky/fotografie??? well-designed multimedia presentation??

Klasifikace fotografií podle míry „dekorativnosti“Dle Pozzer a Roth: 4 kategorieDekorativní – bez jakéhokoliv vysvětleníIlustrativní – mají nadpisS vysvětlením – samostatný obr. s krátkou vysvětlivkouDoplňující – odkazy k textu

Fotografie v PowerPointu

15 studentů učitelství16 slidů (kombinace obrázky/text)

Definice AOI (nadpis, text, obrázek, ostatní plocha)

Porovnání

Řešení problémů s elektrickými obvody

• Eyetracking jako doplněk• Srovnání experti a začátečníci• Posuzování jednotlivých scanpath• Vzorek: jednotky respondentů

Bez ohledu na obtížnost úlohy experti více kontrolují zadání – schéma obvodu.

Eye tracking při řešení fyzikálních problémů

• 6 úloh

• AOI – 3 typyperceptual salience (model)relevantní (na základě posouzení expertů)začátečníci (na základě interview)

Eye tracking při řešení fyzikálních problémů

24 pokusných osobSystém EyeLink 20-40 min

Zjišťovány rozdíly v celkovém času fixovaných jednotlivých AOI mezi správnými a špatnými odpověďmi

Eye tracking při řešení fyzikálních problémů

Koncept The “quiet eye” (Panchuk and Vickers,2006)Experti se dívají na klíčové oblasti a ne na ty ostatní.

Learning to look like an expert is learning where/how/when not to look

V 5 z 6 příkladů, ti co odpověděli správně strávili více času na relevantních oblastech.

Ti, co řešili nesprávně, více času v oblastech vytipovaných začátečníky/z výzkumů o miskoncepcích.

Žádný vliv percepčního kontrastu, ani během prvních 2 s(průměrná doba fixace různá, ale stat. nevýznamný rozdíl) Visual cues

Eye tracking v práci učitele

Situation awareness (Endsley, 1995, 2000)- vnímání smysluplných elementů v daném prostředí- porozumění jejich významu a odhad důsledků

v blízké budoucnostiCognitive tunneling (Dirkin, 1983)- zploštění pozoronosti při komplexní úloze

Piloti začátečníci se zaměřují pouze na nějaké přístroje (Wickens, 2002)

Multitasking

Corey, S., & Teague, M. (2001). Horus’s horrible day. New York: Turtleback books

20 učitelůexperti (víc než 5 let praxe)

ASL mobile eye

dvě učitelky M

S4/S6 81%/19%S3/S21 65%/35%

Děkuji za pozornost!

http://www.tobii.com/eye-tracking-research/global/library/white-papers/tobii-eye-tracking-white-paper/