第二章 文獻探討
第一節 多重表徵
第二章 文獻探討
本章分為五節，探討多重表徵、視覺表徵與語文的連結、後設表徵能力、視 覺表徵之相關研究與探究學習環等，作為本研究的理論依據。
第一節 多重表徵
本節主要探討多重表徵之意涵與重要性、本研究在多重表徵之理論架構、語 文表徵、2D 和 3D 視覺表徵類型及 2D 和 3D 多重表徵功能，分述如下：
一、多重表徵之意涵與重要性
布魯納將兒童對環境的知覺轉換成內在心理事件的過程稱為認知表徵，有動 作表徵、圖像表徵、符號表徵（張春興，2008）。表徵依其存在的形式分為(一) 外部表徵：指的是物理上的、客觀的，如語文、圖片、具體物等；(二)內部表徵：
指的是心理的、主觀的（蔡興國、陳錦章、張惠博，2010；Hieberrt & Carpenter, 1992）。內部表徵和外部表徵的差別在於前者是在心智內建構的假設狀態，而後 者是有形符號建構，包括外顯的個人心理認知狀態和社會互動的進行，但內部表 徵和外部表徵間具有相互作用（林靜雯、吳育倫、林燕青，2011；鍾曉蘭、邱美 虹，2012；Kaput, 1999）。由上可知表徵可分為內部與外部表徵，兩者間相互作 用。
多重外部表徵中，語文是所有表徵中最常用於科學社群的溝通方式，但透過 其他形式的表徵，能提供更多關於學習者知識建構過程中的想法資訊，而小組或 社群也需透過除語言外的多重表徵，對所學知識進行傳達、溝通、澄清和批判(Yore
& Hand, 2010)。鍾曉蘭與邱美虹（2012）提出科學課室中，教師經有系統的統整 課程，適時的引導學生經由視覺、動作等感官刺激，透過視覺與語文等不同形式 的多重表徵，在符號、科學概念間，可以逐步修正和精緻化個體的心智模式，進
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行有意義的科學學習。由上可知，經適當設計過之視覺與語文多重表徵的科學學 習，可以對所學科學內容作溝通、批判及修正心智模式。
另外，Prain 等(2009)提出學生必須藉由多重表徵去解釋、說明、溝通與澄清 所理解的科學概念，但學生常以自我中心的知覺感受去解釋並做因果關係的推 論，透過多重表徵包括口語、寫作與視覺表徵，學生的科學知識能被澄清、整合 與修正。邱美虹與劉俊庚（2008）提出教師應適時提供機會，讓學生使用舊知識 去整合新訊息以產生表徵，在反覆練習表徵形式的建模過程，重新建構概念與產 生有意義的內化表徵。而對於年幼兒童，語言文字尚在發展階段，透過視覺表徵 或操作表徵的觀察，能具體的呈現他們的學習與認知狀態（Danish & Enyedy, 2007;
Samarapungavan et al., 2008; Yore & Hand, 2010)。
綜合上述學者所提，語文表徵在一般科學學習中已被廣泛使用，但學生自行 發展的視覺表徵較少被討論，本研究因個案學生年紀較小，所以透過視覺表徵作 品之創作傳達其內在想法，在待答問題一和待答問題二中的多重表徵為學生所創 作的 2D 繪畫和 3D 立體勞作捏塑等視覺表徵，在研究問題三和四的多重表徵指 的除了上述視覺表徵外，另加入小組觀察、課室討論、表徵活動過程對話、小組 作品評論、活動觀察記錄、作品旁的註記文字和前後測訪談等語言和文字表徵資 料。
二、本研究在多重表徵之理論架構
本研究以學生發展之多重表徵為研究範疇，但多重表徵範疇包括語言、文 字、圖片、表格、電腦符號、數學方程式、手勢..等(Adadan, Trundle, & Irving , 2010;
Prain e al., 2009; Rosengrant, Etkina, & Heuvelen, 2006)。本研究主要探討在學習過 程中，由視覺系統發展出來的 2D 和 3D 視覺表徵為範疇，理論架構中先探討學 生發展出的 2D 和 3D 之視覺表徵類型、2D 和 3D 視覺表徵之多重表徵功能理論，
接著探討視覺表徵與語文連結之理論，最後探討學生發展視覺表徵過程中以既有 的知識去覺知與監控其表徵行為的後設表徵能力，本研究之理論架構如圖 2-1-1 所示。
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圖 2-1-1 本研究中之多重表徵理論架構
三、語文表徵
Yord (2011)提出有關語文的建構觀點(Constructivist view of language arts strand)中包括寫作和閱讀、談論和聆聽、表徵和視覺等三組語言技巧之對應關係，
其中學習者在寫作(文字)、談論(語言)、表徵上進行科學建構，在閱讀(文字)、聆 聽(語言)和視覺上進行科學詮釋。由上可知，在課室中語言、文字扮演著建構與 溝通之角色。
Bently 和 Watts (1992)提出，學生在科學課室中以語言進行溝通，其想法藉 此進一步澄清與轉化，Bently 和 Watts 所提的三種溝通形式，（一）解說
(Explication)：學生將想法轉換成語文，清楚的說出過程，澄清其中意涵；（二）
預期(Expectation)：檢驗自己的想法、假設，預期其發展的過程，甚至在想法上 自我檢核、修正以符合自己經驗。（三）探索(Exploration)：以他人不同的觀點來 測試自己所建構出來的概念，過程中引領學生重新建構想法。林雅慧、張文華與 林陳涌（2003）以國小低年級學生進行課室中的科學對談，其研究發現課室對談 內容會有三種不同的發展趨勢，包括根據事實或反例解釋中呈現擴散無法聚焦，
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偏推理過程對談較有深入的延伸、直接呈現結果會出現阻滯等趨勢。由上述文獻 可知，課室中的語文互動，學生能因為語文溝通或對談的刺激，進一步形塑或重 建自己的想法，而課室對談會因為談論的內容屬性而有不同的發展趨勢。
Shepardson (1999)以 Vygotsky 的觀點探討社會互動中的學習，其提出藉由社 會互動，學生的想法得以調解(mediation)，學生從互動中得到科學社群使用的語 言，並以此思考他們每天所觀察到的自然現象，Shepardson 認為語言可以當作一 種心理的工具，其研究中學生使用語言去詮釋和解釋他們對蝴蝶或是甲蟲一生的 觀察與發現，包括卵、幼蟲、蛹到成蟲，透過社會性的談話，學生能對科學現象 產生新的觀察、行動、對談、想法及解決問題、發展作品，並以此和真實世界做 出連結。顏瓊芬與黃世傑（2003）在開放過程的探究中提出，小組內的互動包括 交換意見、討論、批判，學生能增加自己的整合能力，深入的改善探究實驗的品 質。吳穎沺與蔡今中（2005）在建構主義式的科學學習活動中以整合的「衝突圖」
及 POE 策略，讓學生先寫下他的預測(文字)，接著在同儕中以語言討論、發現不 同的看法，當發現結果與他原先預測不符後，進一步與同儕討論其原因，以瞭解 並接受新概念。由上述文獻中可知，課室中同儕以語文進行討論、批判或是解釋，
能增加學習者整合與修正原先不同的看法。
綜合上述，語文在社會互動過程扮演重要的角色，包括解釋、討論、對談和 批判，學生透過語文進行社會互動的過程，並進一步整合自己的想法與科學社群 的觀點，對想法上做出調整與修正。
四、2D 和 3D 視覺表徵類型
Danish 與 Enyedy (2007)在幼稚園和小一(5-7 歲)混齡的教室裡進行授粉表徵 創作，研究有關個人的想法透過課室內的社會交互作用創作出的科學表徵，探討 學生在授粉表徵中主題的選擇及問題解決，研究顯示學生創作表徵過程中，個人 喜好介入表徵活動中，課程內容與個人喜好在作品與小組中不斷做出互動，Danish 與 Enyedy 將介入學生自行發展的授粉表徵創作因素歸為三大類型，(一)個人類 型：屬於個人的包括引起成就感(個案感覺表徵是有價值的)、吸引人注意的(如個
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案覺得顏色是漂亮的)、個人偏好，或是其他可能被解釋為源於他們自己的想法；
(二)課程內容類型：關於學生學習的科學內容，包括有關課程內容、授粉細節、
授粉者和植物間彼此關係和其他有關課程內容，例如授粉需一對相同的花、授粉 者間特定關係（如蜜蜂和花粉、雌蕊）或社會科學規範；(三)活動類型：有關活 動系統，能引起其他人共鳴的(如這樣做不好，因為沒有人能懂)，像文化、信念、
價值和例行的規範，包括別人的想法、小組目的、材料限制、老師的指導、其他 同學的影響等。
在 Prain 等(2009)的研究指出，學生在做「蒸發概念」的表徵時，會把自我為 中心的知覺感受呈現出來，透過小組合作式的討論、教師的挑戰性質問，學生會 修正與整合原先自我中心的認知架構為科學想法之表徵類型。而 Samarapungavan 等(2008)也提到幼稚園學生能把觀察到帝王蝶成長過程，做出具科學表徵的文 字、圖畫紀錄。而國內蔡興國等（2010）所做的高中生力圖表徵解題研究，提出 學生所繪迷思力圖傾向於個人想法的情境圖，而非考慮腦中據以列式的力圖。活 動過程，學生間的互動包括手勢、動作、語言轉換為其他符號，持續且動態的影 響學生的學習，這中間還包括必須組織與整合個人直覺與認知的挑戰、社會互動 與主題間的互動(Goodwin, 2000; Shepardson, 1999)。由上可知，學生的學習不能 排除於個人自我中心的認知架構以及社會互動過程的交互作用，本研究在此把學 生發展作品時，源自「科學內容」、「個人」的可能表徵類型放入 2D 和 3D 視覺 表徵類型的探討範疇，另外將「活動」過程中所發生的社會互動放入視覺表徵與 語文連結的研究問題中進行探討。
在 Tippett (2011)的研究中以國小五年級學生閱讀有關地球和太陽大氣結構的 科學文章，要求學生畫出其大氣結構的 2D 表徵，研究中提到學生的圖畫中加入 不同顏色之大氣結構，探討學生加入顏色的原因包括便於做出科學解釋、讓圖畫 更容易閱讀、改善圖畫外觀等科學內容的想法，或是消磨時間等個人直覺想法。
Brooks (2009)讓國小一年級的孩子畫出光的想法，研究顯示學生透過繪畫形式的 視覺表徵，能將日常中自發性想法轉換為科學想法，繪畫讓孩子將內在想法外顯
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為外部表徵，而當他們將想法發展為視覺作品時，學生的後設認知與繪畫作品做 出互動包括產生對話、重新審視、想法修正。由上可知兒童一開始的視覺表徵會 展現自發性的想法或是個人直覺的想法，但透過自行發展的視覺表徵，個人的表
為外部表徵，而當他們將想法發展為視覺作品時，學生的後設認知與繪畫作品做 出互動包括產生對話、重新審視、想法修正。由上可知兒童一開始的視覺表徵會 展現自發性的想法或是個人直覺的想法，但透過自行發展的視覺表徵，個人的表