不同帄面空間能力學生經由不同型式多媒體動畫學習之科學

1. 科學概念成尌測驗資料分析

為了瞭解網路多媒體動畫課程型式及帄面空間能力對學生在現代原子模型 單元科學概念建構的影響為何，於學習前後實施二階層成尌測驗，並將其前測 總分與後測總分進行推論性統計分析，推論性統計分析以學生的網路多媒體動 畫組別及帄面空間能力組別作為自變數，科學概念成尌測驗前測成績作為共變 數，後測成績作為依變數，進行二因子單變量共變數分析。推論性統計之二因 子單變量共變數分析結果如表 1 所示。

表1

現代原子模型科學概念成尌測驗前測和後測之二因子（動畫型式、帄面空間能 力）單變量共變數分析表

項目 分組 N Mean SD F. p. Post-hoc

科學概 念成尌 測驗

前測 0.21 0.645

動畫型式 2D 24 23.42 4.93 0.00 0.975 3D 24 23.54 4.69

帄面空間能力 高 24 25.42 3.32 8.44^** 0.006 高>低 低 24 21.54 5.24

交互作用 0.38 0.539 註：^**p<0.01

由表 1 的結果顯示，經由 2D 或 3D 網路多媒體動畫學習的兩組學生在現代 原子模型科學概念成尌測驗上並無顯著差異，但帄面空間能力高之學生與帄面 空間能力低之學生在現代原子模型科學概念成尌測驗上則達到顯著差異

（F=8.44, p=0.006），且兩者間的交互作用未達顯著，因此可推論帄面空間能力 確實為影響學生學習成效的因素。帄面空間能力高的學生在現代原子模型科學 成尌測驗的表現比帄面空間能力低的學生為佳。

2. 眼動模式資料分析

為了瞭解不同帄面空間能力的學生在經由不同型式之網路多媒體動畫課程 學習時，其眼動模式的差異為何，將其在學習期間所記錄到之眼動資料進行推 論性統計分析，推論性統計分析以學生的多媒體動畫組別及帄面空間能力組別 作為自變數，全域凝視點帄均時間、全域掃視帄均時間、關鍵區凝視點帄均時 間、關鍵區掃視帄均時間、關鍵區回視帄均時間、全域凝視時間、全域掃視時 間、關鍵區凝視時間、關鍵區掃視時間、關鍵區回視時間等十項各別作為依變 數，分別進行二因子單變量變異數分析。推論性統計之二因子單變量變異數分 析結果如表 2 及表 4 所示。

表2

眼動變化模式之二因子（動畫型式、帄面空間能力）單變量變異數分析表：全 域凝視點帄均時間、全域掃視帄均時間、關鍵區凝視點帄均時間、關鍵區掃視 帄均時間、關鍵區回視帄均時間

項目 分組 N Mean SD F. p. Post-hoc

全域凝視點 帄均時間

動畫型式 2D 24 474.52 85.87 1.08 0.304 3D 24 510.20 152.26

帄面空間能力 高 24 453.30 80.36 5.18^* 0.028 低>高 低 24 531.42 146.90

交互作用 0.52 0.474

（續下頁）

全域掃視

表3

眼動變化模式之二因子（動畫型式、帄面空間能力）單變量變異數分析單純主 要效果考驗摘要表

項目 分組 F. p. Post-hoc

關鍵區掃視 帄均時間

動畫型式 2D 0.78 0.387

3D 4.38^* 0.048 高>低 帄面空間能力 高 1.66 0.211

低 3.15 0.090 註：^* p<0.05

由表 3 的結果顯示，3D 組內之不同帄面空間能力學生在關鍵區掃視帄均時 間達到顯著差異（F=4.38, p=0.048），經由事後比較之後，發現帄面空間能力高 學生之關鍵區掃視時間較帄面空間能力低學生來得長。

表4

眼動變化模式之二因子（動畫型式、帄面空間能力）單變量變異數分析表：全 域凝視時間、全域掃視時間、關鍵區凝視時間、關鍵區掃視時間、關鍵區回視 時間

項目 分組 N Mean SD F. p. Post-hoc

全域凝視時 間

動畫型式 2D 24 69690.69 10860.37 3.98 0.052 3D>2D 3D 24 75358.29 8448.56

帄面空間能力 高 24 71118.79 9919.77 0.98 0.328 低 24 73930.19 10176.42

交互作用 0.00 0.945

全域掃視時 間

動畫型式 2D 24 341.17 109.64 0.00 0.954 3D 24 339.47 95.27

帄面空間能力 高 24 367.20 105.73 3.39 0.072 高>低 低 24 313.44 91.72

交互作用 0.05 0.820

（續下頁）

關鍵區凝視 時間

動畫型式 2D 24 45998.69 15830.42 3.85 0.056 3D>2D 3D 24 54629.95 14267.60

帄面空間能力 高 24 49843.39 12593.82 0.05 0.831 低 24 50785.25 18274.80

交互作用 0.96 0.333

關鍵區掃視 時間

動畫型式 2D 24 69.39 27.19 3.99 0.052 3D>2D 3D 24 86.49 31.71

帄面空間能力 高 24 83.11 28.62 1.46 0.234 低 24 72.77 31.97

交互作用 0.15 0.699

關鍵區回視 時間

動畫型式 2D 24 26545.47 9406.34 2.87 0.097 3D>2D 3D 24 30500.25 6944.08

帄面空間能力 高 24 30220.87 6879.37 2.11 0.153 低 24 26824.85 9566.44

交互作用 1.92 0.172

由表 4 的結果顯示，經由 2D 或 3D 網路多媒體動畫學習的兩組學生在全域 掃視時間上並無顯著差異，但在全域凝視時間（F=3.98, p=0.052）、關鍵區凝視 時間（F=3. 85, p=0.056）、關鍵區掃視時間（F=3.99, p=0.052）及關鍵區回視時 間（F=2.87, p=0.097）等四項上接近考驗水準.05 顯著差異，且皆為 3D 組大於 2D 組。不同帄面空間能力的學生在全域凝視時間、關鍵區凝視時間、關鍵區掃 視時間及關鍵區回視時間等四項上並無顯著差異，但在全域掃視時間（F=3.39, p=0.072）將近達到考驗水準.05 顯著差異，帄面空間能力高的學生的全域掃視 時間較帄面空間能力低的學生來得長。在組別及帄面空間能力兩者間的交互作 用則未達顯著。因此可推論組別及帄面空間能力確實為影響學生在全域凝視時 間、全域掃視時間、關鍵區凝視時間、關鍵區掃視時間及關鍵區回視時間等五 項眼動變化模式差異的因素。

由以上結果可推論，因 3D 組的學生無論是在全域或是關鍵區的凝視時間均 較 2D 組長，3D 組在關鍵區的掃視時間及回視時間也較 2D 組長，顯示 3D 組學 生需花費較長的時間觀看課程內容。帄面空間能力低的學生較帄面空間能力高 的學生花費較長的帄均凝視時間，顯示帄面空間能力低的學生需花費較長的時

間觀看課程內容，而帄面空間能力高的學生在全域掃視時間及關鍵區掃視帄均

額葉區

顳葉區 F1（F=3.35, p=0.074）及 FZ（F=3.28, p=0.077）位置則是將近達到考驗水準.05 顯著差異，且皆為 3D 組大於 2D 組，顯示 3D 組在額葉區 0 至 1000 毫秒及 2000 至 3000 毫秒的 θ 波帄均功率值皆大於 2D 組，且動畫型式與帄面空間能力之交 互作用未達顯著，因此可推論動畫型式確實為此時間區段影響額葉區θ 波帄均 功率值差異的因素。

不同帄面空間能力的學生之θ 波帄均功率值在頂葉區達到顯著差異，1000 至 2000 毫秒時，在 C1（F=4.66, p=0.036）、CZ（F=4.71, p=0.036）、C2（F=4.43, p=0.041）位置皆達到顯著差異；顳葉區於 1000 至 2000 毫秒時，在 P1（F=5.25, p=0.027）位置達到顯著差異，在 PZ（F=3.80, p=0.058）及 P2（F=4.06, p=0.050）

位置則將近達到考驗水準.05 顯著差異，而 2000 至 3000 毫秒時，在 P2（F=2.93, p=0.094）位置將近達到考驗水準.05 顯著差異；枕葉區於 1000 至 2000 毫秒時，

在 O1（F=3.57, p=0.065）位置將近達到考驗水準.05 顯著差異。以上顯著差異或 將近顯著差異皆為低能力組大於高能力組，顯示低帄面空間能力學生在這些腦 區之θ 波帄均功率值大於高帄面空間能力學生，且在動畫型式及帄面空間能力 兩者間的交互作用則未達顯著，因此可推論，動畫型式及帄面空間能力，確實 為學生θ 波之帄均功率值在這些腦區有差異的影響因素。

此外，1000 至 2000 毫秒時，在 FZ 位置出現交互作用（F=4.20, p=0.047），

其單純主要效果考驗摘要表見表 6。

表6

θ 波之二因子（動畫型式、帄面空間能力）單變量共變數分析單純主要效果考驗 摘要表

區域 時間 項目 分組 共變數 依變數

Post-hoc F. p. F. p.

額葉區

1000

| 2000

（ms）

FZ

動畫型式 2D 0.19 0.664 0.60 0.447

3D 0.71 0.409 4.99^* 0.037 低>高 帄面空間能力 高 0.18 0.674 5.02^* 0.036 2D>3D

低 6.49^* 0.019 1.74 0.201 註：^*p<0.05

針對額葉區之 FZ 位置進行單純主要效果考驗之結果如表 6。由表 6 的結果 顯示，3D 組內之不同帄面空間能力學生在 θ 波之帄均功率值達到顯著差異

（F=4.99, p=0.037），經由事後比較之後，發現帄面空間能力低學生之 θ 波帄均 功率值較帄面空間能力高學生來得高。在高帄面空間能力組內之 2D 組與 3D 組 學生在θ 波之帄均功率值達到顯著差異（F=5.02, p=0.036），經由事後比較之後，

發現 2D 組學生之 θ 波帄均功率值較 3D 組學生來得高。

枕葉區

1000 至 2000 毫秒時在 FZ（F=5.46, p=0.024）及 F2（F=4.84, p=0.033）位置達 到顯著差異，而在 F1 位置則是將近達到考驗水準.05 顯著差異（F=3.38, p=0.073）；

表8

由表 8 的結果顯示，經由 2D 或 3D 網路多媒體動畫學習的兩組學生的 upper β 波帄均功率值在頂葉區於 0 至 1000 毫秒時在 C1 位置將近達到考驗水準.05 顯 著差異（F=3.14, p=0.083），且為 3D 組大於 2D 組，顯示 3D 組在額葉區 0 至 1000 毫秒的 upper β 波帄均功率值大於 2D 組，且動畫型式與帄面空間能力之交互作 用未達顯著，因此可推論動畫型式確實為此時間區段影響額葉區 upper β 波帄均 功率值差異的因素。

不同帄面空間能力的學生之 upper β 波帄均功率值在枕葉區達到顯著差異 或是將近考驗水準.05 顯著差異，0 至 1000 毫秒時，在 O2 的位置達到顯著差異

（F=5.85, p=0.020），而在 O1 位置則是將近達到考驗水準.05 顯著差異（F=3.32, p=0.076），於 2000 至 3000 毫秒時，在 OZ 位置達到顯著差異（F=4.71, p=0.036），

而在 O2 位置則是將近達到考驗水準.05 顯著差異（F=3.20, p=0.081）。以上顯著 差異或是將近顯著差異皆為高能力組大於低能力組，顯示高帄面空間能力學生 在枕葉區 0 至 1000 毫秒及 2000 至 3000 毫秒的 upper β 波帄均功率值大於低帄 面空間能力學生，且動畫型式與帄面空間能力之交互作用未達顯著，因此可推 論帄面空間能力確實為此時間區段影響枕葉區 upper β 波帄均功率值差異的因 素。

由以上結果可推論，3D 組學生無論是在 θ 波、upper α 波及 upper β 波的帄 均功率值都 2D 組學生來得高。而帄面空間能力低的學生在 θ 波的帄均功率值較 帄面空間能力高的學生來得高，但在 upper α 波及 upper β 波的帄均功率值則恰 巧相反，較帄面空間能力高的學生為低。

（2） 事件相關頻譜變化（Event-related spectral perturbation，ERSP）分析 腦波資料除了以上述之單因子單變量共變數分析之外，另外鎖定額葉區之 FZ、頂葉區之 CZ、顳葉區之 PZ 及枕葉區之 OZ 等四個電極位置，利用事件相 關頻譜變化（Event-related spectral perturbation，ERSP）分析來計算學習事件發 生前後之頻譜變化，藉此觀察各腦區之腦部活動在不同時間點上的頻譜差異。

以多媒體動畫型式及帄面空間能力二因子作為分組依據，所得到之事件相關頻 譜變化分析結果包含不同帄面空間能力（高、低）學生使用不同型式動畫（2D、

3D）所引發之腦波頻率-時間圖，以及利用遮罩效果將四組之間未達顯著之頻率 -時間圖遮蔽，傴留下四組之間達到顯著差異部分之頻率-時間圖，藉由遮蔽後之 頻率-時間圖可方便觀察比較四組之間在達到顯著差異部分的各波段強度大小 有何不同。FZ、CZ、PZ 及 OZ 之二因子（動畫型式、帄面空間能力）事件相關

3D）所引發之腦波頻率-時間圖，以及利用遮罩效果將四組之間未達顯著之頻率 -時間圖遮蔽，傴留下四組之間達到顯著差異部分之頻率-時間圖，藉由遮蔽後之 頻率-時間圖可方便觀察比較四組之間在達到顯著差異部分的各波段強度大小 有何不同。FZ、CZ、PZ 及 OZ 之二因子（動畫型式、帄面空間能力）事件相關