中文阅读中信息提取时间眼动的研究(最终)

天 津 师 范 大 学

本科毕业论文（设计）

题目：中文阅读中信息提取时间的眼动研究

学 院：教育学院 学生姓名：李佳桐 学 号：04503029 专 业：应用心理学 年 级：2004级

完成日期：2008年5月10日 指导教师：闫国利

中文阅读中信息提取时间的眼动研究

摘要：本研究采用消失文本范式来研究中文阅读中需要多长时间提取足够信息进行

正常阅读。研究共包括两个实验，实验二是在实验一的结果上进行进一步精确的研究。两个实验均采用单因素被试内实验设计。自变量为消失文本的延迟时间。因变量为句子的平均注视时间、平均眼跳距离、平均注视次数、总注视时间和阅读速度。结果发现：读者在中文阅读中一次注视最初的75ms即可获得足够的信息进行正常阅读。

关键词：消失文本 双字词 信息提取 眼动 中文阅读

Eye Movement Study on Information Acquisition Time in

Chinese Reading

Abstract : Disappearing text paradigm was used to investigate how early in a fixation

reader were able to obtain sufficient information from the text to read. Two experiments were conducted in this study. Both the two experiments were a one factor within-subjects design. The independent variable was how long the fixated word was visible before it disappeared. The dependent variables were average fixation duration, average saccade length, average fixation count, total fixation duration and reading speed. The results were as follows: most of the information necessary for reading can be acquired within the initial 75ms during a fixation in Chinese reading.

Key words : disappearing text; two-character words; information acquisition; eye

movements; Chinese reading

1

目 录

1 引言…………………………………………………………………………(1) 2 实验一………………………………………………………………………(2) 2.1 被试 ……………………………………………………………………(2) 2.2 实验材料 ………………………………………………………………(2) 2.3 实验设计 ………………………………………………………………(2) 2.4 实验仪器与实验过程 …………………………………………………(3) 2.5 数据收集与整理 ………………………………………………………(3) 2.6 实验结果 ………………………………………………………………(4) 2.7 讨论 ……………………………………………………………………(6) 3 实验二………………………………………………………………………(7) 3.1 被试 ……………………………………………………………………(7) 3.2 实验材料 ………………………………………………………………(7) 3.3 实验设计 ………………………………………………………………(7) 3.4 实验仪器和实验过程 …………………………………………………(7) 3.5 数据收集与整理 ………………………………………………………(7) 3.6 实验结果 ………………………………………………………………(7) 3.7 讨论 ……………………………………………………………………(9) 4 综合讨论……………………………………………………………………(9) 5 结论…………………………………………………………………………(11) 参考文献………………………………………………………………………(11) 附录一 句子通顺性评定问卷 ………………………………………………(13) 附录二 句子难易度评定问卷 ………………………………………………(16) 附录三 实验一材料 …………………………………………………………(19) 附录四 实验二材料 …………………………………………………………(21)

2

1 引言

阅读是一个重要的认知过程，对阅读的眼动机制和内部认知加工机制的探索至今已经有一百多年的历史了。在阅读过程中，人们的眼睛运动包含一系列的快速眼球跳动（saccade）和注视（fixation）[1]。 对于一个词的注视时间，可以反映对一个词的加工难度。但是注视时间是反映出词汇接通过程，还是词汇接通后的综合过程（post lexical integration processes），或两者均能反映，现在尚存疑问[2]。人们在一次注视期间（一般持续200-300ms）要从文本中提取所需的视觉信息，其次对这些信息进行解释[3]，对新信息的获取主要依赖于加工系统以及待建构文本意义的心理表征。眼跳调节着一系列复杂的认知过程，因此也在阅读中起着关键作用。

在英文阅读研究中，Rayner等人在最初的眼动控制模型中认为一次注视中包含四个成分：（1）眼-脑延迟（eye-mind lag）；（2）单词到达大脑后，信息加工的时间（3）眼跳的决策时间；（4）发动眼跳的时间[4]。最初的阶段是眼脑延迟，即视觉信息所产生的神经冲动传输到相应大脑皮层区域等待进一步词汇加工所需要的时间，这个时间一般为50ms。Rayner等人发现英文阅读过程中，读者仅需要50-60ms即可获取充足的信息以阅读的正常进行[5-7]。但，这并不意味着词汇通达及进行高水平加工或发动下一次眼跳只需要50到60ms。Rayner认为，这并不意味着与阅读相关的心理过程能够在60ms内完成，它只是视网膜刺激能够在视觉皮层产生兴奋所需要的时间[3]。Rayner认为，一次注视中的剩余时间主要是用于接下来的眼动，在高水平上整合语篇特征以及预加工当前注视单词右侧的信息[8]。

汉字的特殊性在于，它是一种方块形体的文字，而拼音文字用字母组成音节的排列是序列性的[9]。中文阅读中，词的切分与拼音文字相比会比较困难。以英文为阅读材料的眼动研究结果并不一定完全适宜中文。在中文阅读的研究中，对阅读中信息提取时间的问题还鲜有涉及。闫国利等人（2007）在对于消失文本条件下认知控制的眼动研究中发现当读者所注视的双字词在80ms后消失不会影响其正常阅读[10]。

在以往研究的基础上，本研究采用Rayner等人发展的消失文本（disappearing test）的范式，对中文阅读中一次注视过程中，需要多少时间来提取充足的信息，进入加工系统，用于正常阅读进行眼动研究。本实验共采用两个实验，实验一重复了闫国利等人（2007）在对于消失文本条件下认知控制的眼动研究中的实验。实验二是对实验一的结果进行进一步精确的研究。 ２ 实验一 2.1 被试

1

天津师范大学本科生14名,其中男性3名,女生11名,来自各系，年龄18-19岁，以汉语为母语。视力或矫正视力正常。实验结束后，每个被试都会得到一份礼物。 2.2 实验材料

实验的正式材料为55个句子,平均每个实验条件下11个句子。每个句子均由5或6个双字词组成,句长为10或12个字。为避免句子通顺性对被试的眼动造成影响,请20名本科生对句子的通顺性进行7点评定,分值越高,越通顺。结果选取分值在6～7的句子作为实验句,其平均值为6.29 。

为避免句子的难易程度对眼动造成的干扰,所编制的句子都非常简单,请20名本科生对句子的难易程度进行7点评定,分值越低,越简单。所挑选的实验句分值均在1～2之间,平均值为1.65。实验还包括4个练习句,以便被试理解并熟悉实验过程；20个阅读理解判断题,以考察被试是否认真阅读实验材料。 2.3 实验设计

实验采用单因素(延迟时间:40 ms 、60 ms 、80 ms 、100 ms、控制组) 被试内实验设计,55个句子被分配到5个组别当中，采用拉丁方的方式平衡5组句子与延迟条件之间的匹配，共生成5组实验，各组实验在被试间作了平衡，每组实验中5种延迟条件的句子随机呈现。因变量为句子的平均注视时间、平均眼跳距离、平均注视次数、总注视时间和阅读速度。实验采用消失文本实验范式。消失窗口为双字词,如图1所示:在阅读过程中, 当被试注视某个双字词时(a) , 不论注视点落在该词的首字还是尾字上,它都会在被试注视特定时间(40 ms 、60 ms 、80 ms 、100 ms) 后以词为单位消失(b) ,直到被试进行眼跳。当被试注视下一个词时，也会出现相同的情况（c-d）。控制条件下,双字词均不消失,与正常阅读相同。

（a） 妹妹每天晚上练习书法。 [注视开始]

*

（b） 每天晚上练习书法。 [注视40/60/80/100ms之后]

*

（c） 妹妹每天晚上练习书法。 [下一个注视开始]

*

（d） 妹妹 晚上练习书法。 [注视40/60/80/100ms之后]

*

2

（注：“*”代表注视点） 图1消失文本范示示意图

2.4 实验仪器与实验过程

实验采用实验采用加拿大SR公司生产的Eyelink2000型眼动记录仪，呈现材料并记录被试的眼动。实验过程中采取眼动记录仪的采样频率为1000次/秒，被试机屏幕刷新频率为150Hz，被试电脑的分辨率为1024×768象素。被试距离屏幕90cm。在2°视角内可以看到2个汉字。实验句子依照随机顺序被呈现在被试机屏幕的正。

实验个别进行。被试进入实验室后，坐在仪器前90cm的地方，将头部放置的眼动仪的头托上，要求被试尽量不要移动头部。对仪器进行眼校准，校准结束后，呈现指导语。在正式实验之前，被试进行6个练习，确保其熟悉实验过程，然后进行正式实验。实验过程中主试记录被试反应，为了确保注视点不发生偏离，实验参与者每读完2句话，被试按照注视的提示从新校准眼动仪，每次校准达到良好（Good）级水平以后才开始呈现句子。整个过程大约需要35分钟。 2.5 数据收集与整理

实验的全部数据用SPSS11.0和SR公司提供的眼动分析软件“Data Viewer”进行分析。 为了消除其他噪音对眼动数据的影响，研究者对得到的数据进行了严格的筛选。删除数据的标准如下：

（1）删除小于3个注视点的句子；

（2）删除注视时间在3个标准差之外的注视点； （3）删除与按键同步的注视点和眼跳； （4）删除由于眨眼引起的眼跳和注视点； （5）删除着落在句子之外的注视点和眼跳。

本实验所采用的是以句子为单位的整体测量（global measure）指标，包括句子的平均注视时间、平均眼跳距离、平均注视次数，总注视时间和阅读速度。下面以我们假设的眼动轨迹图来对这几个指标进行说明：

妹 妹 / 每 天 / 晚 上 / 练 习 / 书 法。

300ms 150ms 160ms 120ms 215ms 1 ○2 ○3 ○6 ○7 ○

4 ○5 ○

3

110ms 230ms

图2 眼动数据记录详例

1至○7代表了注视的先后顺序，序号上面和下图2为一个假设的眼动轨迹图。序号○

面所标示的数字（单位毫秒）代表了不同的注视时间，如第一注视点落在“妹妹”一词的注视时间为300ms。序号之间的连线代表了眼跳的过程及其方向。图2可以看出，眼球除了向右的运动还有向左的运动，眼睛在同一行内从右向左的运动被称为回视（regression），如图2中的○3到○4的运动就是回视。

平均注视时间（average fixation duration）：读者在某个区域内所有注视点持续时间的平均值。在图2中，句子的平均注视时间为7个注视点的平均持续时间（183.57ms）。

眼跳距离（saccade length）：两次相邻注视点之间的距离。在图2中，从○1→○2即为一次眼跳，其距离大约为2个汉字。

注视次数（fixation count）：读者在某个区域内所有注视点的个数。在图2中，对该句子的注视次数为7。

总注视时间（total fixation duration）：读者对某个区域的所有注视时间之和。在图2中，对句子的总注视时间为7个注视点的持续时间之和（1285ms）。

阅读速度(reading speed)：读者在单位时间内阅读的汉字个数。在图2中，阅读速度为句子的总字数除以总阅读时间（500字/分钟）。 2.6 实验结果

所有被试对判断题回答的正确率都在90%以上，并且剔除三个标准差以外的数据，确保数据的有效性。 2.6.1 平均注视时间

各延迟条件下句子的平均注视时间进行统计分析，结果如表1：

表1：实验一各延迟时间（ms）条件下平均注视时间

控制

236.2636 （14.124）

40

257.1215 （14.035）

60

259.4780 （20.456）

80

247.62 （19.417）

100

244.2569 （22.922）

（注：括号内为标准差）

对于平均注视时间，延迟时间差异显著，F（4，52）=5.923，p<0.005。事后检验结果如表2：

表

2：实验一各延迟时间比较结果 40

60

80

100

控制

4

控制 40 60 80 100

-20.858

** **

-2.356 9.225 12.865

*

11.582 15.221

**

-3.639

-23.214 -11.633 -7.993

（注：括号内数字为相伴概率值；“*”表示达到0.05显著水平；“**”表示达到0.01显著水平）

2.6.2 平均眼跳距离

各延迟条件下句子的平均眼跳距离进行统计分析，结果如表3：

表3：实验一各延迟时间（ms）条件下平均眼跳距离

控制

2.6622 （0.49200）

40

3.2362 （0.59838）

60

3.3190 （0.50404）

80

3.2746 （0.009）

100

3.2020 （0.61283）

（注：括号内为标准差）

对于平均眼跳距离，延迟时间差异显著，F（4，52）=27.887，p<0.001。事后检验表明控制组与其他各个延迟组的差异均显著，各个延迟条件之间差异不显著。 2.6.3 平均注视次数

各延迟条件下句子的平均注视次数进行统计分析，结果如表4：

表4：实验一各延迟时间（ms）条件下平均注视次数

控制

6.615 （1.323）

40

5.656 （1.176）

60

5.562 （1.592）

80

5.294 （1.222）

100

5.559 （1.0）

（注：括号内为标准差）

对于平均注视次数，延迟时间差异显著，F（4，52）=12.235，p<0.001。事后检验表明控制组与各个延迟组的差异均显著，各个延迟条件之间的差异不显著。 2.6.4 总注视时间

各延迟条件下句子的总注视时间进行统计分析，结果如表5：

表5：实验一各延迟时间（ms）条件下的总注视时间

控制

2127.28 （423.35）

40

2199.98 （437.47）

60

2129.01 （527.45）

80

2053.74 （430.61）

100

2047.14 （397.53）

5

（注：括号内为标准差）

对于总注视时间，各个条件之间差异不显著，F（4，52）=2.397，p>0.05。 2.6.5 平均阅读速度

各延迟条件下句子的平均阅读速度进行统计分析，结果如表6：

表6：实验一各延迟时间（ms）条件下的平均阅读速度

控制

318.15 （59.71）

40

312.16 （69.47）

60

321.40 （74.31）

80

325.95 （58.53）

100

329.82 （59.63）

（注：括号内为标准差）

对于平均阅读速度，各个条件之间差异不显著，F（4，52）=1.414，p>0.05。 2.7 讨论

消失文本的实验范式下，对于一个词的消失窗口，随着延迟时间的增加，发现只有40ms和60ms的延迟条件的平均注视时间与控制条件存在显著差异，读者对句子的平均注视时间显著高于正常文本阅读条件。当延迟时间为80ms时，延迟条件下的平均注视时间与控制条件没有显著差异，各延迟条件之间也没有显著差异。即当延迟时间大于或等于80ms时，消失文本下的平均注视时间与正常阅读条件相同。

各延迟条件下眼跳距离均大于控制组的眼跳距离，平均注视次数控制组显著多于各延迟组。总注视时间和阅读速度这两个指标，延迟条件和控制条件之间没有显著差异。这说明读者在一次注视过程中，能够在最初的80ms提取充足的信息用于正常阅读的进行。实验一的结果与闫国利等人（2007）在对于消失文本条件下认知控制的眼动研究中信息提取时间的结果相符[10]。

由于延迟时间为80ms时，延迟条件下的平均注视时间与控制条件的差异不显著（p=0.061）但p值属于差异边缘显著。为了在实验一的基础上进一步精确消失文本条件下双字词句子信息提取的时间，进行了实验二的研究，将延迟条件设为70ms、75ms、80ms、85ms、90ms、控制组，其他条件均与实验一相同。 3 实验二 3.1 被试

天津师范大学本科生13名,其中男性5名,女生8名,来自各系，年龄18-19岁，以汉语为母语。视力或矫正视力正常。实验结束后，每个被试都会得到一份礼物。 3.2 实验材料

实验材料除了实验一使用的材料外,由于实验二的延迟条件比实验一增加了一个

6

实验条件,所以实验二比实验一新增加了11个句子,新增加的11个句子与原来实验一中采用的55个句子,都是在同一次评定中得到的句子,它们的通顺性在6到7之间,难易度在1到2之间。 3.3 实验设计

实验二中的延期条件为70ms、75ms、80ms、85ms、90ms、控制组。其他方面均与实验一相同。实验采用单因素(延迟时间: 70ms、75ms、80ms、85ms、90ms、控制组) 被试内实验设计,66个句子被分配到6个组别当中，采用拉丁方的方式平衡6组句子与延迟条件之间的匹配，共生成6组实验，各组实验在被试间作了平衡，每组实验中6种延迟条件的句子随机呈现。实验二与实验一均采用消失文本实验范式。 3.4 实验仪器和实验过程

同实验一。 3.5 数据收集与整理

同实验一。 3.6 实验结果

所有被试对判断题回答的正确率都在90%以上，并且剔除三个标准差以外的数据，确保数据的有效性。 3.6.1 平均注视时间

各延迟条件下句子的平均注视时间进行统计分析，结果如表7：

表7：实验二各延迟时间（ms）条件下平均注视时间

控制

231.014 （24.197）

70

250.297 （26.825）

75

237.809 （22.834）

80

241.431 （30.2）

85

238.010（36.349）

90

227.88 （33.499）

（注：括号内为标准差）

对于平均注视时间，延迟时间差异显著，F（5，60）=4.22，p<0.005。事后检验结果如表8：

表

8：实验二各延迟时间比较结果

75

80

85

90

控制 70 75

控制 -19.283 -6.795

**

70 12.487

**

7

80 85 90

-10.418 -6.996 3.126

8.865 12.287 22.409

***

-3.623 -0.201 9.921

3.422 13.4

*

-10.122

（注：“*”表示达到0.05显著水平,“**”表示达到0.01显著水平）

3.6.2 平均眼跳距离

各延迟条件下句子的平均眼跳距离进行统计分析，结果如表9：

表9：实验二各延迟时间（ms）条件下平均眼跳距离

控制

2.7883 （0.66842）

70

3.1551（0.65820）

75

3.1691（0.78855）

80

3.1991 （0.76172）

85

3.0706（0.81109）

90

3.0800 （0.80486）

（注：括号内为标准差）

对于平均眼跳距离，延迟时间差异显著，F（5，60）=7.412，p<0.001。事后检验表明控制组与其他各个延迟组的差异均显著，各延迟条件之间差异不显著。 3.6.3 平均注视次数

各延迟条件下句子的平均注视次数进行统计分析，结果如表10：

表10：实验二各延迟时间（ms）条件下平均注视次数

控制

5.2961（1.59877）

70

4.75（1.36101）

75

5.0531（1.6718）

80

4.8012（1.6359）

85

5.0176（1.82）

90

5.0047 （1.82）

（注：括号内为标准差）

对于平均注视次数，各个条件之间差异不显著，F（5，60）=1.305，p>0.05。但是控制条件与70ms延迟的条件之间差异显著p=0.037，也就是，控制条件下的平均注视次数显著多于70ms延迟的条件下的注视次数。 3.6.4 总注视时间

各延迟条件下句子的总注视时间进行统计分析，结果如表11：

表11：实验二各延迟时间（ms）条件下的总注视时间

控制

1981.738（473.587）

70

1856.386（329.385）

75

1937.262（424.955）

80

15.282（436.761）

85

1927.465（463.5）

90

13.353 （511.621）

8

（注：括号内为标准差）

对于总注视时间，各个条件之间差异不显著，F（5，60）=0.832，p>0.05。 3.6.5 平均阅读速度

各延迟条件下句子的平均阅读速度进行统计分析，结果如表12：

表12：实验二各延迟时间（ms）条件下的平均阅读速度

控制

355.676（103.448）

70

368.613（70.453）

75

358.538（78.276）

80

368.405（87.257）

85

363.024（86.775）

90

375.072 （100.181）

（注：括号内为标准差）

对于平均阅读速度，各个条件之间差异不显著，F（5，60）=0.767，p>0.05。 3.7 讨论

从实验二的结果可以发现，在平均注视时间的比较中，只有70ms的延迟条件的平均注视时间与控制条件存在显著差异，显著高于正常文本阅读条件。当延迟时间为75ms时，延迟条件下的平均注视时间与控制条件没有显著差异，各延迟条件之间也没有显著差异。即当延迟时间大于或等于75ms时，消失文本下的平均注视时间与正常阅读条件相同。

各延迟条件下眼跳距离均大于控制组的眼跳距离。平均注视次数控制组显著多于70ms的延迟组。总注视时间和阅读速度这两个指标，延迟条件和控制条件之间没有显著差异。

这说明在中文阅读中对于双字词识别，读者可能在最初的75ms即可获得正常阅读所需的信息。 4 综合讨论

本研究采用眼动技术来讨论在消失文本条件下，双字词句子阅读信息的提取时间。两个实验通过操纵消失文本的延迟时间，观察句子的平均注视时间、平均眼跳距离、平均注视次数、总注视时间和阅读速度。发现读者在一次注视过程中，能够在最初的75ms提取充足的信息，进入加工系统，用于正常阅读的进行。

以往的大量研究表明中英文阅读在平均阅读时间上没有任何实质性差异。Sun用类似的材料比较了中英文两种阅读，结果发现其平均注视时间为257ms和265ms[11]。英文阅读的平均注视时间大约为230ms，中文阅读平均注视时间与之类似，因此有研究者认为在中英文阅读的注视时间控制方面，有相同的内部机制在起作用[12]。在本研究中实验一和实验二的平均注视时间分别为236ms和231ms。与以往对中文阅读平均

9

注视时间的研究结论相符。

各延迟条件下眼跳距离均大于控制组的眼跳距离，并且两组实验中眼跳距离均在80ms延迟条件后有一定的回落现象出现。这与闫国利等人（2007）对消失文本的眼动研究中得到的结果相似。这可能与中文书写系统本身的特点有关，中文阅读不像英文书写系统，词与词之间有明显的词界标志，而中文具有词界模糊性，在阅读过程中需要特别的断词。可能是这个因素造成中文阅读眼跳距离较短，并且有研究者认为中文阅读是以字为单位进行的。而在本实验中，本身实验材料选用的都是双字词构成的句子，另外，实验设计也是以词为单位消失，因此，可能潜在地为被试提供了词界标志，使得被试在阅读过程中不会出现断词的困难，从而造成了眼跳距离的增大。而在80ms之后可能存在了更多的词汇加工，如对副窝信息的预视，从而削弱了消失范式对断词的帮助作用，使得眼跳距离出现了回落的现象[10]。

在两组实验中平均注视次数控制组均多于各延迟组，并且在实验一中控制组与各延迟组均达到显著水平，实验二中控制组与70ms的延迟条件达到显著水平。这种情况与Liversedge等人在2003年对消失文本阅读的眼动研究中得到的情况相似。Liversedge认为尽管读者在阅读正常文本和在阅读消失文本中阅读时间相同，阅读策略采取了轻微的变动（什么变动？）。在阅读消失文本时，一次注视时间和平均注视时间都会比阅读正常文本时间稍长，然而，读者也相应减少注视次数和回视次数[13]。从而造成控制组的注视次数均多于各延迟组。

两组实验在总注视时间和阅读速度这两个指标，延迟条件和控制条件之间没有显著差异。两个实验的结果均支持眼动认知控制模型关于阅读中的广义的词汇接通决定眼动何时发生的观点。这种在最初的75ms中完成的信息提取，并不代表词汇的通达以及更高级的加工，而只是处于对词汇的前加工阶段。 5 结论

一次注视过程中，当以双字词单元时，读者用75ms即可获得足够的信息进行正常阅读。（这样写不对）

参考文献：

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