Analysis of eye movements in the context of E-learning : recommendations for eye-efficient user interfaces

Abstract

Das Hauptziel dieser Dissertation liegt in der Erforschung der Augenbewegungen von Lernenden, die im Rahmen der Interaktion mit einer e-Learning Umgebung aufgezeichnet wurden. Aus den gewonnenen Augendaten sollen wesentliche Erkenntnisse abgeleitet werden, die für eine Augen-effiziente Gestaltung von Lernräumen bzw. Lernmaterialien herangzogen werden können. Vorarbeiten und die langjährige Praxiserfahrung des Authors zeigen, dass das zugrunde liegende Themengebiet des e-Learning ein Schmelztiegel mehrerer Fachgebiete ist und nur die interdisziplinäre Untersuchung mehrerer Teilbereiche einen validen Einblick gewähren und eine effiziente Anwendung der Ergebnisse in der Praxis garantieren kann. Daher ist es wesentlich e-Learning spezifische Untersuchungen stets unter Berücksichtigung mehrerer Faktoren zu evaluieren. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden daher die aufgezeichneten Augenbewegungen von Lernenden anhand eines auf drei Säulen basierenden Bezugssystems erforscht. Die drei Säulen des Forschungsansatzes sind ausgewählte Aspekte der Bedienoberfläche, bestimmte Benutzerattribute sowie Aspekte der Didaktik und umfassen dabei folgende inhaltliche Schwerpunkte. Die Untersuchung der Bedienoberfläche wird durch Fragestellungen zu Usability Testing sowie User Interface Design definiert. Dabei wird einerseits die Tauglichkeit der Eye Tracking Methode in der iterativen Softwareentwicklung evaluiert sowie andererseits werden aus den erhobenen Augendaten essenzielle Fixationmuster bzw. -Präferenzen der Lernenden anhand diverser e-Learning Seitentypen bzw. Elemente der Bedienoberfläche elaboriert. Die didaktischen Perspektiven werden in Hinblick auf unterschiedliche didaktische Aufgabentypen sowie die Evaluation der Auswirkung von fehlenden bzw. zur Verfügung gestellten Lernmaterialien bei einem online Prüfungstest untersucht. Die Einflussgröße "Mensch" wird durch Kriterien wie kulturelle Zugehörigkeit, Geschlecht sowie durch eine Unterteilung in differente Leistungscluster berücksichtigt. Alle diese soeben aufgezählten Aspekte sollen übergreifend erlaboriert werden und für die Deduktion von praxisnahen Empfehlungen für e-Learning BetreiberInnen, Lehrkörper, DesignerInnen sowie letzten Endes auch für die NutzerInnen selbst verwendet werden.

The main goal of this dissertation is the investigation of learners' eye movements recorded during interaction with an e-learning environment. From the recorded gaze data essential insights are gained to support eye-efficient design of learning environments as well as learning materials. Preliminary work and the authors' practical experience for many years as an e-learning professional show, that e-learning is a melting pot of different fields of expertise. Only an interdisciplinary evaluation can enable valid insights and benefit efficient utilization of the results in real-world e-learning systems. Therefore it is essential for e-learning studies to consider multiple factors during evaluation. Within this dissertation recorded eye movements are investigated based on a framework consisting of three pillars. The three pillars of the research methodology are selected aspects of user interface, user attributes and didactical as well as educational aspects and have the following contextual focuses. The investigation of the user interface will be conducted by emphasizing usability testing and user interface design. First the eye tracking method's efficiency in the context of iterative software development is elaborated and second gaze data is used to investigate learners- visual patterns as well as visual preferences on pages and items of e-learning systems. The perspective of didactics is studied based on the application of different educational task types and the effect of training. The latter influence is investigated as to whether participants had different visual behavior depending on whether learning materials were provided prior to the online e-learning test or not. Criteria for evaluation of users' attributes are cultural affiliation, gender as well as different performance levels. All these aspects will be elaborated holistically and are used to deduce practice-relevant recommendations for e-learning operators, teaching staff, designers and after all for the users as well.