總計畫暨子計畫一：以眼動分析方法探討程式設計學習歷程之個別差異和眼動即時回饋的影響

總計畫研究目的是利用三年的時間開發支援各子計畫建置開發適性化STEM 學習環境與教材設計所需之平台，協助各子計畫運用平價眼動儀，開發即時眼動回饋學習系統，並建置雲端支援系統以透過機器學習提供更適當的即時回饋，另外亦同時開發支援平價眼動儀的眼動資料分析程式工具，以提供各子計畫進行眼動資料分析。第二年，總計畫已利用UNITY開發即時眼動資料分析系統，完成靜態AOI和動態AOI的眼動即時分析程式開發，由於學習過程能立即分析受試者眼動資料以達至可支援後續即時回饋的系統設計，另外系統可記錄下log資料並支援問卷鑲嵌功能，使得資料收集項目更加豐富及完善。另外為了降低電腦硬體設備的負荷，開發事後即時分析程式系統，提供給實驗過程中無須給予立即性回饋種類的實驗設計類型，此系統模式調整後可有效降低硬體設備所需的性能強度，又可免除傳統事後定義AOI及校正所需冗長且繁瑣的過程。 此外眼動資料事後分析工具開發部分，第一年以MATLAB作為主要開發眼動資料分析程式的語言，第二年則改版成以Python建制網頁型態的眼動資料分析版本，打破以MATLAB開發單機版使用的劣勢，以Python開發的網頁版眼動資料事後分析系統將能更便利的提供教育研究者進行眼動分析。總計畫已利用RG及WEDA系統支援中央大學劉晨鐘教授、臺師大楊芳瑩教授、臺師大張欣怡教授、臺灣警察專科學校張榮吉教授、台中教育大學李政軒教授、科博館李銘峰研究員等六個眼動實驗研究。 子計畫一研究目的在於運用眼動追蹤技術分析程式，設計學習者在靜態多媒體學習環境中的視覺注意力歷程，探討學習者的電腦學習信念、先備知識、運算思維能力和程式設計自我效能在閱讀程式的注意力歷程以及程式設計概念理解和成效表現上所扮演的角色，建立符合學習者特性的眼動指標預測模型，以設計適當的學習回饋訊息，建置具即時眼動回饋功能的程式設計學習環境和教材，並探討眼動回饋教材對程式設計學習的影響。本計畫第一年運用總計畫所開發的靜態AOI眼動即時多頁面互動模式的系統程式，進行多項視覺搜尋實驗測試，並成功利用背景程式模式，進行線上科學雨量探究實驗測試，測試結果證實兩種模式的系統程式均能有效收集眼動實驗資料。第二年則在眼動系統程式中增加log資料記錄功能，以提升系統學習歷程分析的功能，並已陸續收完五個測試實驗：Scratch程式閱讀理解實驗、物理折射模擬探究實驗、物理雨量速度模擬探究實驗、數學幾何閱讀理解實驗、Scratch和Python程式閱讀理解實驗。第三年則已完成藉由Python預測實驗所建立的Python程式閱讀理解回饋模型，並開發Python程式眼動驅動回饋程式模組，原預計於今年寒假後著手收集實驗，但由於COVID-19延緩了資料收集日程，於今年暑假疫情趨緩已著手收集，目前正進行最後一個實驗，初步結果會於成果報告會議中分享討論。