研究動機與目的

科技日新月異，大幅提昇了我們的生活品質，也因為資訊科技的融入 教學，改變了傳統的課堂教學模式。學習環境不再侷限於教室或校園內，

教學者不再只由教師擔任，而學習內容也跳脫了教科書的侷限，變為多 元、豐富且有趣，這種變革使得教學將逐漸朝向與資訊科技整合。本章針 對研究題目的選擇與問題釐清，將做詳細說明與解釋。總共分為四節，分 別就研究動機與目的、待答問題與研究假設、名詞解釋、研究範圍與限制 等四部分逐一敘述。

第一節 研究動機與目的

壹、資訊科技融入教學的優勢

二十一世紀是個資訊爆炸的時代，日益進步的資訊科技不僅改善了人 類的生活品質，同時也正逐漸慢慢滲入人類的日常生活中。小至平時上網 聊天休閒，大至宇宙太空的探索發現，無一不與資訊科技有著莫大關連，

可見人們的生活方式正慢慢轉型為與資訊科技相互依存。在教育方面尤是 如此，隨著資訊浪潮不斷湧向校園，資訊科技在教育上的應用也逐漸受到 重視，世界各國無不紛紛投入人力、物力進行相關研究，無庸置疑地資訊 科技融入教學的概念已然成形且成為新一代的教育趨勢。

政府提倡資訊科技融入教學多年，各方面相關計畫也正如火如荼地推 行，而目前實施的九年一貫課程更是強調資訊科技融入各學習領域之教學 活動，期望藉以提升教師教學與學童學習之效益。一些研究指出，學生因

為對資訊融入教學有濃厚的興趣，進而對該科目的學習態度變得更積極正 向。更有研究證實電腦輔助教學可以引起學生的學習動機、刺激學生的腦 力思考，使得班級的學習氣氛更為活潑、輕鬆，師生間的互動更為熱絡，

而且能提昇學生運用電腦學習的興趣、增進學習的效果（魏春蓮，2005）。

未來國際間之競爭從資訊科技融入教育開始，已是各界的普遍共識。

資訊科技挾其豐富的聲光多媒體效果，藉由網際網路無遠弗界、終年 無休之特性，跳脫了時間與空間的限制，大幅改變了傳統學校教學型態。

學習地點從學校擴展到家庭，時間也不再受學校朝七晚四的上課時間限 制，使得資訊隨手可得、內容豐富有趣，提供了學童多元化、個別化與適 性化的學習。日益進步的電腦多媒體動畫技術，讓一些以往教學上無法有 效傳達、具體呈現的抽象思考概念能藉此具體、真實展現在學童眼前，解 決了以往教師黔驢技窮的窘境，不僅提升了教師的教學效益，而學童也因 資訊科技融入教學而大幅提高了學習興趣與成效，資訊科技著實成為教師 教學上的一大利器。

貳、空間能力的重要性與學習方式

我們生活在一個多采多姿的空間世界裡，在我們的生活週遭環境中，

到處充滿著各式各樣的幾何及空間經驗。不論是對環境的適應、知識的學 習、物件的操弄、技能的模仿、問題的解決及藝術的欣賞等，無時無刻都 需運用到空間能力，而個人空間能力的高低往往會影響其生活適應與問題 解決的能力。舉凡家裡的裝潢擺設、上班時的路線規劃、外出旅遊的地點 順序安排，皆與空間能力皆有密切的關係。具有優良空間能力的人做起事 來得心應手、游刃有餘，反之則會四處碰壁，產生事倍功半的效果，所以 空間能力的培養是刻不容緩的（魏春蓮，2005）。

Wheately（1990）研究發現空間能力與視覺心像在數學的思考及學習 上扮演著極為重要的角色，並認為空間能力與數學學習之間有著某種程度 的關聯性。吳明郁（2004）更指出缺乏空間學習與體驗機會的學童，在面 對一些需要運用到心理性想像操弄的能力來解決的問題時，往往仍會選擇 以平面圖形部分的特徵來做為思考的判斷，而不能放心、大膽地去嘗試以 心靈操作的方式來解決這些空間問題。究其原因大多是學童在學習的歷程 中缺乏各種實際操弄、體驗的機會，因而在面對問題時，往往會因為沒有 信心或是不知所措，只好選擇他們平日較為熟悉的、慣用的二維平面觀察 模式來解題。然隨著年齡的增長，這種平面思考的解題模式，將逐漸成為 他們邁進抽象運思的絆腳石。

荷蘭數學教育家 van Hiele 夫婦認為一個人的幾何概念思考模式可以 分成五個發展層次，每個層次各有其發展特徵與次序性，學習者需擁有前 一層次的各項概念與策略，才能有效進行下一層次的學習活動。國內學者 劉好（1998）更進一步指出，國小學童在幾何圖形與空間概念方面的認知，

大多數皆僅在視覺辨識與結構分析時期，教師進行教學時宜讓學童透過視 覺進行分類、造型、堆疊、描繪等活動獲得概念，逐漸發展到能分析圖形 的組成要素、性質與關係。因此，讓學童透過具體物與半具體物的操作過 程進行學習極為重要。因此目前國小數學關於體積與表面積方面教材內容 多設計有實物教具（如，白色積木、橘色積木、紙盒等）供學童操作學習，

唯附件數量繁多且體積太小，往往造成教師解說、學生操作上的不方便，

同時亦增加教具攜帶與收納的困難。也因為大多數的教具皆為紙製品，學 童操作過程中常因損壞，而缺少足夠實物操作機會，以供學生連結至抽象 概念，因此導致教學效果成效不彰。

參、資訊科技融入空間能力教學

如何根據學童的認知思考模式提供適當的學習方式，是時下教育界最 重要的課題之一。Bishop（1989）認為電腦產生的圖像能對學生的視覺化 發展產生一種激勵的作用，是學生視覺化發展上的一項有力工具。Clements 與 Battista（1992）亦曾建議在幾何學習上可採用適當的電腦軟體進行輔 助。且體積與表面積此類牽涉到立體空間概念與抽象思考的教學，常因受 限於傳統教科書或黑板等二維平面的媒體，無法有效且正確的呈現其本來 樣貌，因而增加了學童的學習困難（程柏豪，2006a）。當立體空間圖形畫 成二維平面的圖形時，這空間與平面之間的轉換，在三維立體物體上的直 角與邊長位置的轉換，常造成學童學習時的盲點（沈佑霖，2003）。因此 如能提供適當的電腦 3D 動畫媒體教材於課程中，透過 3D 技術高度逼真模 擬的支援，能有效解決因空間與平面轉換所造成的視覺誤差，更具體且真 實地呈現相關立體圖形，將有助於提高學童幾何圖形與空間概念方面的認 知能力，進而達到提升學童學習效益之目的。

隨著資訊科技日益進步，電腦 3D 動畫技術已逐漸成熟並開始在各方 面上加以應用，諸如網路線上遊戲、資訊 3C 產品的網路線上展示功能、

各大博物館的數位典藏計畫等，皆可看到電腦 3D 動畫的蹤跡。反觀在教 學上的應用卻不多見。研究者認為，如能將電腦 3D 技術應用於國小數學 有關空間能力方面的教學上，憑藉著 3D 動畫的高度逼真的模擬，有效真 實、具體呈現立體圖形，相信對學童的學習必定頗有幫助，因此興起研究 者嘗試將電腦 3D 動畫技術應用於國小數學教學的動機。

目前有些電腦教學動畫企圖透過數種平面圖形的組合，再搭配視覺設 計理論，用以模擬俗稱「2.5D」的動畫的方式進行資訊融入教學。但因其 不是由真正 3D 物件所構成的動畫，所以常會有因為每個人不同的視覺模 式與思考方式，而導致不同的人會看到不同的圖，無法完整真實呈現立體

圖形、傳達正確的訊息（程柏豪，2006b）。如圖 1-1-1 與圖 1-1-2 所示，此 二圖分別為正方體與長方體展開圖教學中，進行展開圖分解步驟中的一種 立體幾何圖形，因為每個人視覺模式與思考方式的不同，同一個圖形可能 會被看成「內凹」與「外凸」兩種完全不同形式的立體幾何圖形，如此便 可能造成教師教學上的錯誤或形成學童的學習障礙。不僅破壞了使用資訊 融入教學的美意，還可能因此反而造成學童的學習困擾，而適得其反。在 此，如果使用由真正的 3D 物件所組成的電腦動畫，再透過不同角度的旋 轉展示，便不會產生上述問題，真正發揮利用資訊融入教學來提升教師教 學與學童學習效益的目的。

圖 1-1-1 正方體展開分解圖 圖 1-1-2 長方體展開分解圖

肆、研究目的

根據徐式寬（2006）對於台北縣、市中小學教師利用資訊融入教學程 度之調查顯示，大部分教師利用資訊融入教學的程度都停留在教材收集與 準備的階段，相較之下少數教師有利用電腦簡報進行資訊融入教學的經 驗。而更進一步使用多方面資源進行資訊科技融入教學的教師，更可說是 少之又少。研究者也曾對台北縣某國小教師做過一份有關資訊融入教學的 調查，結果同樣顯示如此。探究其原因後發現，除教師對資訊電腦設備操 作不熟悉而害怕教學中設備出問題外，尚另有一重要原因：大部分教師表

示本身無相關電腦能力與時間製作資訊融入教學媒體。所幸隨著教師資訊 素養的提升與學校資訊設備逐日建構完善，問題得以逐漸解決。同時大多 數教師亦表示，如果有現成且合適的教學媒體，他們會很樂意嘗試應用於 教學中。因此引起了研究者一個想法，如能製作方便使用且內容合適的教 學媒體並提供給國小教師使用，相信應該能夠提升教師運用資訊融入教學

示本身無相關電腦能力與時間製作資訊融入教學媒體。所幸隨著教師資訊 素養的提升與學校資訊設備逐日建構完善，問題得以逐漸解決。同時大多 數教師亦表示，如果有現成且合適的教學媒體，他們會很樂意嘗試應用於 教學中。因此引起了研究者一個想法，如能製作方便使用且內容合適的教 學媒體並提供給國小教師使用，相信應該能夠提升教師運用資訊融入教學