探讨在线基于眼球定位技术在线教育体系框架深思

论文导读：
【摘要】在线教育发展迅速，也存在学习者效率不高的问题。随着眼球定位技术的出现和发展，在线教育将会大有作为，研究试图基于眼球定位技术原理，收集学习者的学习信息，以便及时了解其学习状况并给予提醒和指导；同时还提出研究定位技术在在线教育系统框架设计中的应用情景和具体应用，为同行研究者或在线教育产品设计提供借鉴。
【关键字】在线教育；系统框架；人机交互：眼球定位；场景分析；颗粒度
【】A 【论文编号】1009-8097（2013）07-0081-04
引言
近几年来，随着网络信息技术及移动互联网的发展和大规模普及，在线教育受到越来越多的学者和高校机构的追捧，美国几乎所有的公立高校都已经开设在线教育课程，国内也已有超过一百所高校开设了网络教育学院，并制作了大量的在线课程资源。大量的优质课程资源吸引大批商业机构和风险资本进入，催生了MOOC（Massive Open Online Courses，大规模开放在线课程）、Flipped Class（翻转课堂）、SCOC（Small-scaleClose Online Courses，小规模封闭在线课程）等在线教育模式。

一、问题背景

相对传统课堂而言，在线教育具有很多优点，如学习时间灵活、以较低学习费用可获得相对优质的课程资源、解放教师以创造更多优质课程资源等等。然而，在线教育的实际效果一直饱受争议。国外的调研数据显示：已开设MOOC在线教育课程并参与调查的教授中有高达72%认为参加MOOC在线学习的学生并不满足课程考核要求，无法获取相应学分。
此外，根据美国杜克大学关于在线教育课程的公开数据显示：2012年秋季开设的Bioelectricity（生物电学）在线课程中，选课学生12725名，但最后参加考试并且考试合格拿到学分的学生仅仅占到总选课人数的

2.5%。具体数据如表1。

由表1的数据可以得知，目前在线教育的学习效果差强人意，这也反应出在线教育现在面临的普遍问题，即在线教育对学习者学习过程的实际行为无法或者很难进行监控和干预，造成学习效率低下，学习效果较差；且在线教育对学习者学习结束后的知识掌握程度也没有做到及时收集和分析，错过最佳指导和反馈再学习的时机。
哈佛大学心理学研究学者Karl Szpunar等人最近发表在美国PNAS（Proceedings oftheNationalAcademy ofSciences.美国国家科学院院刊）的一项研究报告显示，可以总结出当前在线教育课程教学低效的一些原因。该研究表明：由于学习者在进行在线教育课程学习过程中没有有效的过程监督和行为干预，观看视频的过程中，学习者的注意力无法保持持续集中，并且不同程度地出现学习期间做其他事情的现象，这是影响在线教育课程的学习效果的一个普遍性的问题。
本文针对在线教育现在面临的这些普遍性问题，引入一些较成熟的人机交互技术，提出一种可行并能够在学习者学习的同时有效监控学习者学习过程中注意力、分段学习时间等信息的解决方案。

二、人机交互和实际应用结合形成巨大创新力量

人机交互技术（Human-Com摘自：学术论文模板www.7ctime.com
puter Interaction TechniQues）是指通过计算机的输入输出设备，以特定有效的方式实现人与计算机沟通对话和交互的技术。随着计算机技术的发展，人机交互技术越来越多地应用在我们的日常生活中：尤其是近年来移动智能设备如智能手机、平板电脑等的快速发展，一系列人机交互技术如触摸屏、摄像头、虚拟键盘、图像识别、语音识别等技术被广泛地应用。通过这些人机交互技术的使用，我们可以很方便地通过各种传感器和设备来让计算机为我们实现特定具体的工作。日常生活中常见的人机交互技术如表2。
人机交互和实际的应用需求相结合后可以形成巨大的创新力量。Apple公司iPhone智能手机取得的巨大成功，其很重要的一个原因就是将人机交互技术和用户体验很好地统一起来，如Multi-Touch（多点触控）技术可以方便用户进行缩放图片；陀螺仪传感器使得手机可以自动调节画面的显示；光线传感器实现了屏幕亮度的自动调节；距离传感器使得手机贴近耳朵接听电话或贴近身体时自动关闭屏幕以避免产生的触碰误操作；智能语音助手Siri可以让用户论文导读：
在双手被占用的情况下也能够进行拨打电话或信息查询等……这些人机交互技术给用户带来前所未有的优质体验，虽然这些功能并没有加强甚至脱离了作为手机的第一功能——打电话，但是这使得iPhone取得了巨大的成功。
随着人机交互技术及网络等技术的不断进步和发展，眼球定位技术使得具备摄像头的移动智能终端实现了通过摄像头来进行监控用户眼球的活动，如三星Galaxy s Ⅲ智能手机等。那么通过这项技术就可以做很多创新，如果用在在线教育上面，则可以实现学习者学习过程的检测和数据采集，通过数据的分析则可以及时了解学习者的学习态度、进展情况等信息，以便于在线教育机构及服务提供者通过一些方式来进行及时补习或提醒。
下文介绍基于眼球定位的人机交互技术的在线教育系统框架设计应该怎么实现，并总结其能够实现的具体应用场景。三基于眼球定位技术的在线教育系统框架设计思考
眼球定位技术是近两年才出现的人机交互技术，通过智能移动终端的前置摄像头来监控眼球的运动，并根据眼球的视点所在位置判断用户正在注视的屏幕区域，从而实现定位功能。虽然目前仅有三星Galaxy S Ⅲ、Galaxy Note Ⅱ智能手机等产品上已经集成了基于眼球定位技术的相关功能，在3月份，研究定位技术的发明者一一以色列创业公司uIVloove（http：//umoove.me）已经计划于4月份推出眼球定位及追踪（Eye-Tracking）技术的SDK（Software Development Kit），开发者将可以轻松的使用此SDK提供的API（ApplicationProgram Interface/应用程序接口库）来实现Smart Scroll（用眼球运动控制页面滚动）、Smart Pause（目光离开屏幕，视频即可暂停播放）和用眼球的运动控制游戏取代游戏手柄等功能’。我们可以预见将会有越来越多的智能终端包括平板电脑，笔记本电脑等产品也会拥有眼球定位技术，所以本文基于眼球定位技术研究并设计在线教育系统的框架模型是很有意义的。 以下从几个场景进行分析和阐述该框架模型针对在线教育的具体问题及解决方法。
1 学习者学习过程中注意力的监控和提醒
在线教育课程大多是通过视频播放来进行教学。在学习过程当中，对着枯燥的视频，学习者难免会出现注意力不集中或打瞌睡等现象，也会出现一定程度边学习边切换窗口聊天等其他与学习无关的操作和行为，这些行为势必会影响到学习的效果和效率。
为解决这样的问题，可以基于眼球定位技术，通过两个步骤来设计解决办法。第一，当学习者眼球视点位于屏幕有效区域内进行计时，获取学习者学习过程中每段注意力集中和“走神儿”的时间；第二，当学习者在学习过程中多次或者长时间不集中注意力时，通过“走神儿”时间长度及次数的评判对学习者进行及时的提示。
如图1（虚拟数据）所示：在一节55分钟的课堂上，学习者真正学习的时间为T1+T2+T3+T4=51分钟，那么每段注意力集中的持续时间大概15分钟左右，在学习者注意力不集中的时间段的学习内容被记录下来并打上该学习者的标识，则可以在接下来的测试中重点进行考察，以确定该学习者是否真正掌握这些内容，并在一定程度上可以补习注意力不集中时间段的学习内容。同时，如果“走神儿”时间较长，系统可以及时发出提醒，以使学习者尽快恢复注意力学习，提高有效学习时间。
2 课程内容颗粒度设计
对大量学习者的每段注意力集中的时间数据信息进行汇总和分析，并按照学习者年龄/年级、学习科目、学习形式等进行分类评估和挖掘，得出不同情况下不同人群能够保持注意力持续集中的平均时间，这个平均时间可以作为设计课程内容知识点颗粒度的重要参考，尽量将每个知识点的讲解时间片段控制在近似相等或者短于学习者注意力持续集中的平均时间。这对于提升学习效率和保证学习效果具有重要的意义。
表3为一个例子（虚拟数据）。由表3可以知论文导读：进行学习的内容放在学习者停留时间较长的区域，次重要的内容或较少颗粒度的学习内容放在学习者停留时间较短的区域等，按照这样的板块划分和编排对于学习者学习效率的提高是有很大的价值和参考意义的。如图2（虚拟数据）所示，D区域中用户注意力停留时间最长，而B、G等区域不受学习者关注，通过合理的分区来进行统计性测试则可以
道学习者学习不同科目知识点时能够保持的注意力集中时间不同，对于数学中的三角函数，平均注意力集中持续时间为20分钟，则设计该课程时尽量能够使得颗粒度在20分钟内能够让学习者在注意力最集中的时候进行学习完，理论上讲，学习效率应该较高；同样c++派生类知识点应该在28分钟更加合理。
3 在线测试的内容和时间设计
在线课堂中插入随堂测试可以有效的减少学习者注意力不集中时间，并能够在一定程度上提高学习效率。在线测试现在己经成为在线教育比较常见的检查学习效果的方法之

一、但是，怎样才能让在线随堂测试的数据更有价值和意义呢？

引入眼球定位技术可以挖掘和抓取随堂测试的更多准确的数据信息。现有的随堂测试已经可以记录每道题目的答题时间，但是无法准确获取每道题目实际有效的答题时间。通过眼球定位技术，可以准确获取学习者视点位于某一题目区域内的时间，从而获取该题目实际有效的答题时间。根据不同学习者对同一题目的有效答题时间、准确率等数据的对比和分析，可以得出题目的平均答题时间、难度系数、是否存在等统计信息。这些数据可以作为试题内容设计和测试时间评估等的重要参考。表4为一个例子（虚拟数据）：
根据表4中的数据，同学D每道题目都能够很短时间内完成，则可以得出同学D抄袭的可能性很大，因为不管答案是否正确，在A、B、C同学都需要大量时间进行答题的情况下，D同学的有效答题时间非常短则说明很有较大可能。同时根据A、B、C同学的有效答题时间可以获取每道题目的平均答题时间为40/20/119/67/70/153s，则可以将该试卷的测试时间定为每道题目平均答题时间之和469s加上一定冗余时间（如1800s）则比较合理，既能节省时间又能够最大限度测试出学习者的学习效果情况。
4 教学内容板块位置编排和教学内容设计
各种教学网站是在线教育现在最常见的形式，通过页面进行展现学习内容。我们知道，页面空间内不同区域能够获得学习者关注的程度不同。眼球定位技术则可以提供一种有效的方法来研究屏幕不同区域得到学习者的关注程度，通过学习者眼球的视点在不同区域内停留的时间即可得知屏幕对于学习者的有效区域。根据停留时间的范围进行页面区域划分和设计，将比较重要的学习内容或需要更长时间进行学习的内容放在学习者停留时间较长的区域，次重要的内容或较少颗粒度的学习内容放在学习者停留时间较短的区域等，按照这样的板块划分和编排对于学习者学习效率的提高是有很大的价值和参考意义的。
如图2（虚拟数据）所示，D区域中用户注意力停留时间最长，而B、G等区域不受学习者关注，通过合理的分区来进行统计性测试则可以得到比较客观和有价值的数据，这对于在线教育系统的页面子板块划分和编排是很有意义的。
此外，在读书学习的时候我们可以根据学习者在不同章节停留的时间长短，可以分析推断得出该学习者对某一些章节比较有兴趣或某些内容对于该学习者是相对困难的；在线测试过程中，同样可以根据学习者在每道题目上所花费的时间来进行判断题目的难度系数，推断该学习者对不同内容掌握的情况。通过眼球定位技术也可以给UGC（User Generated Content，用户自生成内容）模式注入创新力量，通过用户对某些资源的某些片段的停留时间的分析，就可以将相对用户感兴趣或用户认为有价值的内容片段进行重新编排形成新的优质课程资源，这对于优质课程资源的沉淀有极高的应用价值。
眼球定位技术对于在线教育教学内容的设计和内容板块划分及板块位置编排都有极好的研究和参考价值，合理的设计能够潜移默化地影响学习者的学习过程，提高学习效率。
5 提升模拟驾驶等学习的效率和体验
在交互式教学领域，模拟驾驶是一个很典型的例子。眼球定位技术的引入可以改善模拟驾驶等类似学习过程的有效率和用户体验。
模拟驾驶需要学习者能够在模拟的真实路况下进行驾驶学习，需要眼、手、脑并动，其中“用眼看”是很重要的前提，那么如果学习者没有集中注意力进行观察，那么学习的效率就会降低。通过眼球定位技术的应用，就可以对学习者的注意力等进行实时监控，在注意力不集中的时候或没有观察应该观察的区域时给予及时的提醒，这样可以提高学习者的学习效率，并能够使学习者在学习过程中养成真实环境中的良好习惯。
在真实驾驶环境中，眼球定位技术也可以用于疲劳驾驶、危险告知等方面的监控提醒等，保护驾驶安全。
论文导读：休息，以保护眼睛的健康。由于计算机的快速普及和应用，电子屏幕对其使用者的眼睛健康构成了较大的威胁，越来越多的小学生都不得不戴上眼镜以调节视力。教育的本质并没有涉及学习者身体健康的内容，但身体健康也应该作为保证教育和教育保证的一项内容。平衡学习效率和适度休息是一个值得研究的课题，我们希望眼球定位技术能够在这
6 定时提醒学习者休息以保护眼睛健康
眼球定位技术可以实现按照学习者实际有效的学习时间对学习者定时进行提醒休息，以保护眼睛的健康。由于计算机的快速普及和应用，电子屏幕对其使用者的眼睛健康构成了较大的威胁，越来越多的小学生都不得不戴上眼镜以调节视力。教育的本质并没有涉及学习者身体健康的内容，但身体健康也应该作为保证教育和教育保证的一项内容。平衡学习效率和适度休息是一个值得研究的课题，我们希望眼球定位技术能够在这一领域内有所作为。
眼球定位技术在在线教育领域的应用不仅仅是以上六个方面能够涵盖的，随着技术的发展和跨学科的应用，眼球定位技术及其他更多的人机交互技术将会为在线教育的发展提供新的内容、思考方式等的创新，提高在线教育的学习效率和学习体验。
四 结束语
在线教育大幅度扩展了教育的覆盖面，使学习者摆脱上课地点时间等限制，对教育的发展有很大的帮助和价值。但，从目前来看，在线教育面临的困难除了文中讨论的效果不佳的问题外，还存在其他的问题：如复杂技术架构的研发风险和资金投入风险、在线教育机构急功近利的态度、学习过程缺少实时有效监督等；同时，部分高校的教育质量正经历一定程度的“信用危机”，这导致更多的人盲目转向在线教育寻求帮助。在线教育的发展和升级还需要更多的借鉴传统课堂的一些经验并通过合适的手段（如人机交互技术等）加以运用，需要更多颠覆性的创新来支撑。
本文通过眼球定位的人机交互技术来解决在线教育所面临的一些问题，但这不是解决问题的唯一方法。随着计算机技术等的发展，未来一定有更好的技术和更方便的方法来解决在线教育遇到的职称论文范文www.7ctime.com
各种问题。本文主要希望通过眼球定位技术的解决方案来为在线教育发展提供一些启发，希望能够给在线教育系统的设计和开发提供一条新的道路和方向。