一、人體呼吸運動的定義
國內大部份以「呼吸作用」為主題的研究中，其探討的呼吸作用所涵蓋的概 念知識較為廣泛，如細胞呼吸作用、能量的轉換、人體呼吸運動等（吳淑珍，2004；
周孚帄，2004；許茂聰，2002），但本研究主要是欲了解學習者的空間能力對於 生物學習之影響，故特別著重在「人體呼吸運動」的概念作探討。生物學科中牽 涉生物體內的立體結構，是最常需要應用空間能力的生物領域之一。本研究所探 討的生物主題：「人體呼吸運動」的概念，涵蓋著人體胸腔的立體結構以及人體 內器官與器官的交互關係。
首先，定義本研究中人體呼吸運動所涵蓋的知識內容：人體的呼吸系統有鼻、
咽、喉、氣管、支氣管與肺等器官，呼吸運動運作於胸腔中，胸腔的範圍為上接 頸部，下至橫膈膜，前有胸骨，後方有脊柱，兩側有十二對肋骨，除了頸部內有 氣管和食道通過，胸腔周圍均被肌肉所封閉，故胸腔是一個密閉的空腔；胸腔內 有肺和心臟。當外界氣體進入人體時，先由鼻子內的鼻毛過濾灰塵，再經由咽、
喉進入胸腔中的氣管、支氣管與肺。當肋間肌收縮時，橫膈膜往下，肋骨往上，
密閉的胸腔體積會變大，此時胸腔內的壓力變小，肺受到胸腔的壓力變小而漲大，
使得肺內壓力隨之變小，因而氣體流入，即為吸氣；反之，當肋間肌舒張時，橫 膈膜往上，肋骨往下，胸腔的體積會變小，此時胸腔內的壓力會變大而壓縮肺，
使得肺內的氣體流出，即為呼氣。這樣胸腔大小受制於肌肉的收縮與舒張而改變，
肺內壓力也隨胸腔大小所控制，使空氣得以進出肺；此吸氣與呼氣的動作稱為「呼 吸運動」。
本研究的研究目的為了解不同空間能力的學習者在不同的多重表徵順序下，
29
對於「人體呼吸的運動」概念的理解之影響，故採用 Krajcik、Czerniak 與 Berger
（2002）將知識分為四個維度的定義（表 2-4-1）中的「事實性知識」與「概念 性知識」；並為理解學習者對於牽涉空間視覺化、空間方位操弄的知識，故再加 入「立體空間性知識」，共三個維度。依據上述將「人體呼吸運動」概念劃為呼 吸器官、胸腔結構、呼吸運動三個層次，以及事實性知識、概念性知識、立體空 間性知識三個維度，如表 2-4-2 所示。
表 2-4-1 四種知識維度與其定義 知識維度 定義
事實性知識－牽涉細節與事實的知識
概念性知識－牽涉相互關係、原理、理論和模型的知識
程序性知識－牽涉知道如何做、進行探究或技能使用的知識
後設認知知識－牽涉自我認識，了解自己的認知
二、人體呼吸運動之迷思概念
整理目前國內的研究結果，顯示「人體呼吸運動」最常出現的迷思概念為：
人類利用口鼻吸空氣於肺中或呼出肺中氣體，故呼吸是受到口鼻或是肺主動 的充氣、排氣所控制（許茂聰，2002；高慧蓮、吳淑珍、蘇明洲，2004）
「胸腔縮小，肺脹大」及各種錯誤的肋骨、橫膈膜、肺、胸腔所發生的變化
（引自盧莉閔、王國華， 1999）
由於目前的與呼吸相關的研究多為「呼吸作用」或「光合作用」，「呼吸運動」
往往只是佔「呼吸作用」的一小部份；此外，目前「呼吸運動」的迷思概念只著 重在結果的對與否，並沒有深入探討學習者在立體結構的改變是否有誤，舉例來 說，最常出現「呼吸運動」的考題之一：當肋骨＿＿＿＿時，胸腔會變小，肺內
30
31