CC BY
22
ВОЗРАСТНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
ОСОБЕННОСТИ ОКУЛОМОТОРНОЙ АКТИВНОСТИ ПРИ ЧТЕНИИ ТЕКСТОВ С РАЗЛИЧНЫХ УСТРОЙСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ У ДЕТЕЙ 13-14 ЛЕТ
В.В. Иванов1
ФГБНУ «Институт возрастной физиологии Российской академии образования», Москва
В данном исследовании были проанализированы параметры глазодвигательной активности при чтении с различных типов экранов устройств подростками 13-14 лет. Показаны различия как в продолжительности фиксаций и общем времени чтения, обусловленные свойствами матрицы дисплеев. Выявлено влияние эргономических свойств и удобства пользования на общее время исследования. Наибольшая скорость восприятия текста показана при чтении с жидкокристаллического экрана.
Ключевые слова: чтение, окуломоторная активность, дисплеи
Oculormotor activity in 13-14-year-old children when reading texts on digital devices. The study presents the analysis of parameters of oculomotor activity in 13-14-year-old teenagers while reading on different types of digital devices. It has been shown that differences in the fixations duration and the general reading time depend on the properties of the display matrix. It has been found that ergonomics and device usability also influenced the time factor. The highest speed of text perception was shown while reading from the LCD screen.
Keywords: reading, oculomotor activity, display.
Чтение - это сложный когнитивный процесс, достаточно трудоемкий на начальных стадиях процесс становления навыка. Важнейшими компонентами этого процесса являются визуальное восприятие текста и извлечение информации. В настоящее время движения глаз в процессе чтения рассматривается как отражение познавательных процессов, связанных в основном с восприятием текста, его семантическим анализом и переработкой информации, то есть как индикатор когнитивных процессов и состояний человека [1, 3, 15]. На параметрические характеристики движений глаз влияет как мышечная активность окуломоторного аппарата, так и процессы, обеспечивающие реализацию чтения, связанные с различными текстовыми свойствами и переработкой зрительной информации [10, 13, 14, 17]. Особое значение имеет изучение окуломоторной активности при чтении не с бумажного носителя, а с экрана электронного устройства. Исследования [11, 16] показали, что движения глаз при чтении с бумаги и с экрана различаются. Выявлено влияние визуальных характеристик текста (размер шрифта, междустрочный интервал, контрастность букв и т.д.) и опыта работы с электронными носителями. Так, например, более длинные строки на экране увеличивают скорость чтения, но
Контакты: 1 Иванов В.В. - E-mail: <[email protected]>
уменьшают понимание; более опытные пользователи персональных компьютеров и электронных средств быстрее читают с экрана, а менее опытные - с листа [12].
В тоже время аналогичных исследований влияния параметрических свойств электронных устройств отображения информации на окуломоторную активность при чтении на разных этапах формирования навыка практически не проводилось. Выявление механизмов, стратегий окуломоторной активности при чтении с различных устройств позволят в дальнейшем прогнозировать возникновение возможных трудностей, связанных с восприятием учебного материала.
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Экспериментальная часть исследования основана на бинокулярной регистрации окуломоторной активности при помощи метода видеорегистрации с элементами фотоэлектрического метода на установке Eyegaze Analyzing System фирмы «Interactive Minds». Система состоит из системного блока, жидкокристаллического дисплея на кронштейне, двух особых высокоскоростных камер и специального программного обеспечения. Скорость съемки каждой видеокамеры (частота опроса) составляет 60 Гц. При переменном опросе частота составляет 120 Гц (~1 кадр в 8 мс). Средняя ошибка составляет 0.450 (0.38 см на экране). Минимальная продолжительность фиксаций, регистрируемых установкой - 50 мс.
Электронное устройство для чтения или электронная книга — общее название как группы узкоспециализированных компактных планшетных компьютерных устройств, так и планшетных компьютеров, используемых для отображения текстовой информации, представленной в электронном виде. Существуют следующие основные типы дисплеев электронных устройств для чтения: жидкокристаллические (TFT) экраны и экраны на технологии электронных чернил (E-ink).
В отличие от традиционных плоских жидкокристаллических экранов (TFT), в которых используется просвет матрицы для формирования изображения и собственное свечение, электронная бумага (e-ink) формирует изображение в отражённом свете как обычная бумага.
Технические характеристики использованных в данном исследовании электронных устройств:
PocketBook 301 Plus: дисплей - e-ink, диагональ - 6 дюймов, яркость - 37.9 кд/м2, контраст - 7.4:1.
Digma iD7: дисплей - TFT, диагональ - 7 дюймов, яркость - 1900 кд/м2, контраст - 1400:1.
Для реализации цели исследования установка для регистрации окуломотор-ной активности была снабжена специально изготовленным держателем, который крепился на экран. В специальную рамку держателя вставлялась электронная книга или планшетный компьютер. Геометрический центр экрана электронного устройства совпадал с центром экрана установки.
Исследование проводилось в образовательных учреждениях г. Москвы. В исследовании приняли участие 10 школьников (средний возраст - 13.4). Исследование проводилось с каждым ребенком в индивидуальном порядке. Испытуемый садился перед регистрирующей аппаратурой, при этом регулировалась высота стула и расстояние до экрана монитора таким образом, чтобы глаза испытуемого
находились в одной плоскости с центром экрана. Расстояние между испытуемым и экраном составляло 50-55 см, что соответствует нормам СанПиН 2.2.2/2.4.134003 и обеспечивает достаточный для чтения угловой размер букв (около 0.32° (19.2 угл.мин.)).
Перед исследованием ребенку сообщалось, что на экране электронного устройства будет предъявлен текст, и его задача заключается в том, чтобы прочитать этот текст один раз про себя. Закончив чтение текста, ребенок должен был просигнализировать об этом любым удобным для него способом. После этого предъявлялся следующий текст. Всего предъявлялось 12 слайдов с текстом. Перед основным исследованием с ребенком проводилась тренировка с использованием простого текста, не входившего в материалы исследования.
Средняя продолжительность исследования одного ученика составляла 15-20 минут. Исследование проводили в первой половине для (с 9 до 13 часов), в период наиболее успешной когнитивной деятельности. Обследование детей проводилось с письменного разрешения родителей.
В данном исследовании использовался текст из учебника физики за 7 класс, раздел «Давление газа». Данная тема испытуемыми учениками еще не изучалась. Значимые морфо- и психолингвистические характеристики текста указаны в таблице 1.
Таблица 1
Значимые морфо- и психолингвистические свойства текста, используемого в исследовании
Количество предложений Количество символов Среднее количество слов в предложении Среднее количество букв в слове
41 3318 13.44 6.02
Среднее количество слогов в слове Среднее количество букв в слоге Количество лемм Отношение кол-ва лемм к кол-ву слов (%) % абстрактных слов
2.61 2.27 231 41.92 3.81
% сложноподчиненных предложений % сложных предложений % кратких прилагательных % глаголов в личной форме % местоимений-существительных
17.07 17.07 0.91 11.98 3.27
Коэффициент Колемана-Лиау (Коэффициент Флеша-Кинкэйда Коэффициент Флеша, скорректированный для русского языка
17.44 20.4 16.64
Общие размеры текста, шрифт символов, межстрочный интервал на обоих электронных устройствах были идентичными.
Обработка количественных показателей осуществлялась при помощи статистического пакета SPSS 13.0 Сравнение показателей осуществлялось с помощью
однофакторного дисперсионного анализа (Univariate General Linear Model). Для предварительного анализа влияния возраста на параметры окуломоторной активности использовался многофакторный дисперсионный анализ (Multivariate GLM). Для проведения многофакторного дисперсионного анализа для каждого ученика была высчитана средняя продолжительность фиксаций по каждому тексту. Для выявления значимости различий параметров глазодвигательной активности между учениками различных групп также использовалось сравнение двух независимых выборок (Independent-Samples T-Test).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В ходе экспериментального исследования параметров окуломоторной активности было выявлены незначительные различия между чтением текста с экрана PocketBook 301 и Digma iD7. Как видно из таблицы 2, при чтении с экрана TFT планшета средняя продолжительность фиксаций (p<0.05) и среднее время чтения текста меньше, чем при чтении с экрана e-ink типа. Амплитуда прогрессивных и регрессивных саккад и, соответственно, количество воспринимаемой информации за единичную фиксацию, не различаются. Уровень производимых регрессов является сходным и составляет в среднем 15-35%.
В тоже время, среднее общее время чтения больше в 1.23 раза (p<0.01) при чтении с электронного устройства, оборудованного e-ink дисплеем (PocketBook 301). Это связано с тем, что скорость смены слайдов с текстовой информацией при использовании технологии электронных чернил гораздо ниже, чем при использовании жидкокристаллического дисплея. Также на данный параметр влияет эргономика процесса перелистывания: для смены слайда на планшете Digma iD7 требуется провести пальцем по сенсорному дисплею. Тогда как для смены слайда на PocketBook 301 требуется нажать соответствующую кнопку, что занимает несколько больше времени.
Таблица 2
Пространственно-временные показатели окуломоторной активности у подростков 13-14 лет при чтении с различных устройств
Показатель Устройство для чтения
PocketBook, M±m Digma iD7, M±m
Средняя продолжительность фиксации (мс) 344.9±16.4 277.6±15.7*
Средняя амплитуда саккад (в символах) 3.1±0.1 3.4±0.1
Средний процент регрессов (%) 14.5±0.8 14.2±0.7
Среднее количество фиксаций на слово 1.31±0.04 1.28±0.03
Среднее время чтения текста (с) 632.5±20.1 595.1±19.3*
Среднее общее время исследования (с) 733.2±26.4 620.7±22.8**
Примечание: * - p<0.05; ** - p<0.01
Вышеописанные различия в параметрах окуломоторной активности может объясняться влиянием характера процесса фигуро-фонового различения графической информации. При чтении с экрана PocketBook 301, у которого контрастность текста в 3 раза ниже, чем у текста, распечатанного на бумаге (контраст - 21:1), оказывает большее напряжение на зрительный анализатор и, соответственно, на восприятие текста в целом. Активизация процесса опознания визуальных паттернов наступает при достижении определенного порога чувствительности нейронных ансамблей, ответственных за данный паттерн. Более четкое и контрастное изображение оказывает большее влияние на скорость достижения указанного порога [7]. Не верно подобранные сочетания цвета символов и фона активизируют эффект «дрожания» текста, которое вызывает зрительное напряжение при чтении [5]. Считается, что самый высокий контраст и наиболее высокий уровень зрительного восприятия наблюдается при классическом сочетании черных символов на белом фоне.
Еще одной важной характеристикой используемых в исследовании электронных устройств является яркость экрана. В PocketBook 301 используется технология e-ink, которая не предусматривает собственную светимость дисплея. Это означает, что яркость экрана зависит от яркости освещения и отражающих свойств материала дисплея. Такое свойство данных типов электронных книг сходно со свойством обычной бумаги. Однако, для хорошей бумаги характерна почти в 2 раза большая отражательная способность поверхности (яркость бумаги -81.9 кд/м2, яркость e-ink дисплея PocketBook 301 - 37.9 кд/м2). В работе [8] было подтверждено, что условия освещения существенно влияют на функцию контрастной чувствительности, в частности, при различении букв. В 2013 году проведено исследование [9], показавшее, что чтение на LCD-экране вызывает в большей степени усталость глаз, чем устройства с экраном E-ink или бумажные книги.
Данные, полученные в ходе нашего исследования, сходны с полученными группой исследователей в 2012 году [4]. Сравнение удобочитаемости трех различных носителей информации: бумаги, экрана монитора и электронного устройства, использующего e-ink дисплей, у школьников 12-14 лет. Окуломоторная активность при чтении с экрана электронной книги и листа бумаги различается незначительно, однако характер различий (относительное увеличение соотношения количества регрессивных и прогрессивных саккад) свидетельствует о некотором затруднении при чтении с экрана устройства, выполненного по технологии e-ink. Чтение с такого экрана, по сравнению с бумагой, сопровождается повышением медленной активности в ЭЭГ затылочной области коры головного мозга, что говорит о более выраженном утомлении центральной нервной системы. При чтении с экрана электронного устройства у школьников также усиливаются признаки эмоционального напряжения - тета-волны в лобных областях коры. Наибольшее количество саккад было зафиксировано при чтении с экрана компьютера, что свидетельствует как о большей трудности восприятия текста, так и о возможности более выраженного утомления мышц глаза при чтении с этого электронного устройства.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сравнительный анализ окуломоторной активности у подростков 13-14 лет при чтении текста с различных электронных устройств выявил, что при чтении с экрана PocketBook 301 Plus наблюдается большая продолжительность фиксаций, обусловленная в большей мере такой характеристикой дисплея, как контрастность. Значительно большее общее время исследования при чтении с экрана PocketBook 301 Plus обуславливается как эргономикой электронного устройства, так и свойствами e-ink матрицы, не позволяющей быстро сменять визуальную информацию. Для образовательных целей лучше использовать планшетные компьютеры, использующие жидкокристаллические экраны, чем выполненные по технологии e-ink. Однако, необходимо ограничить время использования таких устройств в связи с их высокой яркостью, негативно влияющей на зрительный анализатор и вызывающий повышенную утомляемость.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность д. псх .н., профессору В.А. Барабанщикову и к. псх. н., доценту А.А. Демидову за помощь в техническом обеспечении исследования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Барабанщиков, В.А. Окуломоторные структуры восприятия. / В.А. Барабанщиков. - М.: Издательство "Институт психологии РАН", 1997. - 384 с.
2. Баранов, А.А., Кучма, В.Р., Текшева, Л.М. Чтение, компьютер и здоровье / А.А. Баранов, В.Р. Кучма, Л.М. Текшева // Вопросы современной педиатрии. -2008. - № 1. Т.7. - С. 21-25.
3. Белопольский, В.И. Взор человека. Механизмы, модели, функции. / В.И. Белопольский / М: Институт психологии РАН. - 2007. - 415 с.
4. Кучма, В.Р. и др. Особенности восприятия информации с электронного устройства для чтения (ридера) / В.Р. Кучма, Л.М. Текшева, О.А. Вятлева, А.М. Курганский // Вопросы школьной и университетской медицины. - 2012. - № 1. -С. 39-46.
5. Новикова, Ю.В. Психофизиологические особенности восприятия печатного текста при разных цветовых сочетаниях символов и фона / Ю.В. Новикова // Международный студенческий научный вестник. - 2016. - № 4. - С. 299-301.
6. Тарасов, Д.А. Зрение и чтение: монография / Д.А. Тарасов // Екатеринбург: УрФУ, 2015. - 76 с.
7. Хьюбел, Д. Глаз, мозг и зрение / Д. Хьюбел. - М.: Мир, 1990. - 240 с.
8. Aparicio, J.A. et al. Quantitative and functional influence of surround luminance on the letter contrast sensitivity function / Aparicio J.A., Arranz I., Matesanz B.M., Vizmanos J.G., Padierna L., Gonzalez V.R., Mar S., Menendez J.A., Issolio L. // Ophthalmic and physiological optics. - 2010. - № 30. - Р. 188-199.
9. Benedetto, S. et al. E-readers and visual fatigue / S. Benedetto, V. Drai-Zerbib, M. Pedrotti, G. Tissier, T. Baccino // PLoS One. - 2013. - №8 (12). - Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3873942, свободный.
10. Calvo, M.G. Eye movements and processing stages in reading: relative contribution of visual., lexical., and contextual factors / M.G. Calvo, E. Meseguer // The Spanish Journal of Psychology. - 2002. - Vol. 5, № 1. - P. 66-77.
11. Dillon, A. Reading from paper versus screens: a critical review of the empirical literature / A. Dillon / Ergonomics. - 1992. - Vol. 35(10). - P. 1297-1326.
12. Dyson, M.C., Haselgrove, M. The influence of reading speed and line length on the effectiveness of reading from screen / M.C. Dyson, M. Haselgrove / International Journal of Human Computer Studies. - 2001. - Vol. 54(4). - P.585-612.
13. Liversedge, S.P. Saccadic eye movements and cognition / S.P. Liversedge, J.M. Findlay // Trends in Cognitive Sciences. - 2000. - Vol. 4, № 1. - P. 6-14.
14. Liversedge, S.P. Eye movements when reading disappearing text: is there a gap effect in reading? / S.P. Liversedge, K. Rayner, S.J. White, D. Vergilino-Perez, J.M. Findlay, R.W. Kentridge // Vision Research. - 2004. - Vol. 44. - P. 1013-1024.
15. Rayner, K. Eye movements in Reading and Information Processing: 20 Years of Research / K. Rayner // Psychological Bulletin. - 1998. - Vol. 124/3. - P. 372-422.
16. Siegenthaler, E., Wurtz, P., Groner, R. Improving the Usability of E-Book Readers / E. Siegenthaler, P. Wurtz, R. Groner / Journal of usability studies. - 2010. -Vol. 6, Issue 1. - P. 25-38.
17. White, S.J. Linguistic and nonlinguistic influences on the eyes'landing positions during reading / S.J. White, S.P. Liversedge // The quarterly journal of experimental psychology. - 2006. - Vol. 59 (4). - P. 760-782.
