化學家與化學系學生之間，給予化學課程與教學重要的啟示，其建議不應只 強調實驗中的化學觀念，也應了解其實驗中的視覺化表徵的意義。根據 Krajcik (1998)針對專案導向式(project-based)的研究，透過同儕間在探究的過程中，提出 問題、設計調查活動、計畫實驗、執行調查活動、分析資料、寫下結論和研究發 現等，其中視覺化表徵在科學意義建構的過程中佔有一重要的角色(Kozma, 2000a, 2000b, 2000c; Kozma, Chin, Russell, & Marx, 2000; Kozma & Russell, 1997)，
並 且 應 在 化 學 課 程 中 發 展 重 要 的 技 能 與 實 務 之 「 表 徵 能 力 (representational competence)」(Kozma, 2000a)。
表徵能力一詞用以說明技能與實務，指涉個體能使用多樣的表徵和視覺化表 徵，進而思考、溝通其化學現象底下非感知的物理本質與過程(Kozma, 2000a, 2000b; Kozma & Russell, 1997)。當個體所具備的表徵能力較低時，只能透過表徵 的表面特性獲取知識，使其有意義化(Chi, Feltovich, & Glaser, 1981; diSessa, et al.
1991; Kozma & Russell, 1997)，或者符號規則下的機制應用(Krajcik, 1991)，當個 體較具有表徵能力時，則能運用多樣的表徵，共同用來解釋現象、支持論點、問 題解決、或者用來預測(Amman & Knorr Cetina, 1990; Dunbar, 1997; Goodwin, 1995; Kozma, et al. 2000; Kozma & Russell, 19997; Roth, 1998; Woolgar, 1990)。
根據 Kozma (2005)對一些學者的研究，將新手只能從現象的表面特性(Chi, Feltovich, & Glaser, 1981; Glaser & Chi, 1988; Kozma & Russell, 1997; Larkin, 1983;
Larkin, McDermont, Simon, & Simon, 1980)，到專家行為之表徵的反思及修辭使 用(Amman & Knorr Cetina, 1990; Goodwin, 1995; Dunbar, 1997; Kozma et al., 2000;
Woolgar, 1990)之研究，整理成五個層級，分別為表徵描繪(個體能對圖像式的描 述)、早期符號技能(個體能對圖像式的描述，並且詮釋僅侷限於表面特性的描述)、
正式表徵的語法使用(個體能依據表面特性及不可觀察的背後意義產生表徵，但 並非完全合乎科學的，並且個體能做不同表徵間的連結，然而僅能依據語法規則)、
正式表徵的語意使用(個體能依據語法規則及語意詮釋，使用表徵解釋現象)、表 徵的反思及修辭使用(個體能依據情境選擇或建構合適的表徵，並解釋表徵合適 的原因，也能理解有些無法直接經驗的現象，僅能透過表徵來理解)，其詳細說
明如表 2-2-1 所示：
表 2-2-1 Kozma & Russell (2005，引自詹婉約，2010)提出表徵能力的五個層級
層級 說明
1. 表徵描繪 (Representation as depiction)
當使用表徵解釋實體現象時，個體僅能依據現象的表面 特性產生表徵，也就是說，這個表徵是對現象圖像式的 描述。
2. 早期符號技能 (Early symbolic skills)
(Syntactic use of formal
(Semantic use of formal rhetorical use of representations) 體自身的發展以及實體、符號與社會情境(Vygotski, 1980, 1986)；其二，能力的 發展並不是自動或單一不變的，也就是說個體所表現的行為可能受到情境的影響，
例如個體在某一情境下表現較高層級(如層級 3)，然而在另一情境下表現較低層
級(如層級 2)，或者個體在某一情境下表現較高的能力層級，然而當過一段時間 後，其表現變得較低的能力層級。此外，不同發展層級也許顯示不同形式的系統 或表徵，也就是說，個體在特定系統下(如化學方程式)顯示較高的能力層級，而 在其它系統下顯示較低的能力層級(如圖表)。然而，隨著時間與給予合適的實體、
符號與社會情境的學習後，個體展現更優越的表徵能力，並內化與整合至其自身 實務中。然而中學生所表現出來的視覺化表徵能力為何呢？
根據詹婉約(2010)針對中學生的視覺化表徵能力做了一個研究，其首先提取 Kozma & Russell (2005)「表徵能力層級」所提及的視覺化技能，作為瞭解學生視 覺化表徵能力的基本成份，分別為知覺、詮釋、連結和轉換、及選擇和評估，以 探討學生視覺化表徵能力，其中「知覺」偏向於對表徵本身的描述；「詮釋」偏 向於對表徵的語法及語意理解；「轉換和連結」及「選擇和評估」則偏向於對表 徵的後設認知。研究發現以下三點：第一、若將知覺區分為巨觀、次微觀、部分 符號及符號表徵，學生在巨觀、次微觀及符號三個不同層級表徵表現不同，即學 生對表徵的理解與其對概念的理解程度有關，而表徵本身的層級或屬性，並非單 一的變因；第二、若將詮釋分成語意詮釋及語法規則，可以發現學生可由語法規 則描述巨觀表徵(即對表徵的表面描述)，也可以語意詮釋巨觀表徵(即對表徵所體 現的概念詮釋)；第三、學生或許能詮釋某一表徵，但無法連結各種對應到相同 概念的不同表徵，這種連結包括不同層次的表徵連結(例如：巨觀、次微觀及符 號表徵的連結)，此外學生或許能夠詮釋某一表徵，但無法在各種不同形式的表 徵中，選擇適於表達某些概念特性的表徵。
就本研究而言，詹婉約(2010)從 Kozma (2005)所發展的表徵能力中，提出做 為視覺化表徵能力的各成份來探討，包含知覺、詮釋、轉換和連結、選擇和評估，
然而其中轉換和連結屬於兩種能力，選擇和評估也為兩種能力，並且這些能力並 非皆屬於高階能力(如：轉換、選擇)，因此本研究依據 Kozma 所提出的表徵能力 與詹婉約(2010)之研究結果，將視覺化表徵能力四種成份修正為知覺、轉換、詮 釋、連結、評估等五種成份，以作為瞭解學生視覺化表徵能力的向度，了解學生 在這些向度的表現情形與各向度之間的關係。