第一節 研究架構與流程
如圖 1 研究結構圖所示，本研究欲探討 GIS 融入教學對於高中學生空間思 考能力的影響。從現有高中課程中找出適合發展以空間思考元素來示範闡述地 理概念的教材，選定適當內容並編製新教材進而使用此教材進行教學後進一步 搭配地理資訊系統輔助教學。最後以教學實驗的方式檢驗高中生的空間思考能 力是否有提升，並以訪談資料輔證量化資料。詳細的研究流程如圖 2 如示。
內容初探
融入 空間思考
(Spatial Thinking)
高中地理教材 (Textbook)
地理資訊系統工具 (GIS Tool)
發展以 GIS 輔助教學的 空間思考概念教學模組 教學實驗
檢驗
圖表 1 研究架構圖 圖 1 研究架構圖
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言研究動機與目的
言相關文獻探討與回顧
言確定研究方法
發展以空間思考元素解析地理概念教材
縣教師訪談 縣教科書分析比較
高中地理課程內容初步探索
發展 GIS 融入空間思考教學模組
準教學實驗設計 學生訪談
結果分析與討論
結論與建議 圖 2 研究流程圖
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第二節 研究方法
一、 高中地理課程內容初步探索
從 2010 年啟用最近的 99 課綱中分析高中地理課程中的空間概念探討現有 地理課綱 (教育部，2008) 與教科書中提到的地理概念是否存在許多空間概 念，從中挑選適合以空間思考基本詞彙來示範解析地理概念的單元以作為研究 的後續。
由於本研究主要目的在提出新的教材教法並驗證其有效性，因此對於高中 6 冊課綱與課本的檢視僅是對教學內容的初步探索，並沒有進行詳細的內容分 析。初探的成果如附錄二，其中可以看出大多數的單元多涵蓋許多高階層的空 間概念如尺度、網絡關係等，顯示臺灣地理課程中涵蓋許多空間概念且並非只 限於初始的空間概念。
由以上初步的分析結果也能看出台灣高中的地理課程結構類似於布魯納 (Bruner)所提出的螺旋式課程(高一系統地理即通論地理、高二區域地理、高三 應用地理)，其內容符合繼續性、順序性、銜接性與完整性，高二與高三的課程 內容主要來自於高一系統地理課程的加深與加廣，因此本研究在選擇研究材料 時將優先考慮高一課程內容。另一方面蒐集與地理教育背景相關大學教授、現 職高中教師與研究者教學的自身經驗後，發現高一氣候學課程中天氣系統討論 到氣團、冷鋒與暖鋒的部分為大多學生與老師在學習與教學上容易出現迷思概 念的課程。如許多老師在講授時也常出現錯誤或學生難以吸收的狀況，而氣團 的移動與鋒面的形成是一個適合利用空間思考概念的基本元素來做解析的單 元。再者，提到高一課程中的空間思考，大多數人會提到地圖投影、GIS、地 形或人文地理中各級產業的區位等單元，氣候的主題為較少人提到。選定此氣 候主題作為研究素材可突破過去的先驗研究中多以地理技術相關課程(地圖學、
GIS、遙測等)為研究材料的限制，因此本研究將選定高一地理第一冊氣候學中 的天氣系統單元作為後續的研究材料。
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二、 教師訪談
訪談為兩個人以上的交談，訪談人透過語言的溝通來獲得受訪者的訊息是 質化研究中經常採行來蒐集資料的方法之一。本研究的目的在於編製 GIS 融入 課程的教材來檢驗高中學生空間思考能力的提升，因此將訪談現職高中老師對 於高一地理第一冊天氣系統單元的了解，並從訪談中分析現職高中老師空間概 念的完備性與是否有迷思概念存在
Bernard (2002) 提到訪談的方式可分為正式性訪談與非正式性訪談。本研 究為正式性訪談事前與指導教授討論擬定訪談大綱作為訪談的架構，訪談的形 式為半結構式，即事先給予受訪者訪談大綱，在訪談過程的同時乃針對訪談大 綱與受訪者的回答做題目次序或刪減。本研究的受訪者採立意抽樣(purposive sampling)，針對研究目的來尋找邀請適當的受訪者，訪談的流程如圖 3：
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三、 教科書分析比較
本研究欲發展一套以空間思考元素解析地理概念的新教材，因此事前分析 現有高中教科書內容有其必要性，而教科書亦是老師與學生在傳遞知識上重要 的媒介。過去國編版本時期全國學生受同一教材影響，因此知識的來源較統 一，而現在開放版本，各家出版社百花爭放編修的內容差異很大。故本研究選 定現行市場佔有率較高的前三大版本：龍騰版、翰林版與南一版的地理教科書 進行比較，主要比較的向度為文字說明的完整性、使用多少空間思考詞彙以及 課本所呈現的示意圖。
進行訪談作業 1. 說明研究目的
2. 受訪者解說對於天氣系統的了解 3. 受訪者對空間思考使用的了解 4. 其他開放性問題
確認訪談對象
訪談前置準備：
擬定訪談大綱
安排時間與地點
資料分析與整理 圖 3 教師訪談流程圖
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四、 發展以空間思考元素解析地理概念教材
從現職高中教師訪談、現行教科書的比較中可以整理出傳統教學對於天氣 系統單元的講授方式與教材編排。本研究比對傳統教學法利用 Jo & Bednarz (2009) 分析課本所使用的空間思考中空間概念的詞彙來解析天氣系統中氣團、
冷鋒與暖鋒的概念。將空間思考概念的基本詞彙作為學生理解空間思考的概念 架構，而空間思考概念教材的編撰採參考 Golledge et al. (2007) 提到高層次空間 思考概念為低層次衍伸與繼承而來，因此由最簡單的概念慢慢延伸到複雜的概 念並輔以示意圖進行教學。
五、 發展 GIS 融入空間思考教學模組
從上述文獻回顧中了解學生須具有空間思考或空間概念的先備知識，進而 建立一個概念架構後才能真正理解地理資訊系統的操作內容。本研究基於教學 時數與學校設備的考量利用 Google Earth 軟體的輔助發展一套教學模組來提升 學生的空間思考能力，主要的操作流程由老師示範給學生觀摩。Google Earth 雖然並非完整的 GIS 軟體，其許多功能都不及完整的 GIS 軟體如 ArcMap、
QGIS，但從文獻回顧中發現過去已經許多先驗研究指出 Google Earth 融入教學 能提升學生空間思考能力。因此基於 Google Earth 的眾多優點如取得方便、操 作容易且容易理解程度高、操作時間需求較少等本研究採用 Google Earth 作為 融入教學提升學生空間思考能力的輔助工具。
六、 準教學實驗設計
為了驗證以空間思考詞彙教學並輔以 GIS 相關工具教學對於提升學生空間 思考能力的有效性，本研究將進一步進行準教學實驗來驗證新的教學模組與傳 統教材教法下的差異。基於教育現場中學校行政作業的考量，無法對研究對象 作隨機分派，因此本研究選擇就現有情況下做最有效的控制，係以不等組前後
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測準實驗設計(nonequivalent pretest-posttest quasi-experimental designs)為主，以 探討學生以 GIS 輔助下學習以空間思考元素解析地理元素的教材後對於空間思 考能力的影響。以下分別說明實驗設計、實驗對象、實驗工具、實驗步驟以及 資料整理與分析的方法：
(一) 實驗設計
以下根據本研究目的與研究問題提出實驗各個變項與架構圖(表 4、圖 4)：
表 4 準實驗模式
組別 前測 實驗處理 後測
實驗組 T1 X1 T3
控制組 T2 X2 T4
各代號之含義，說明如下：
T1：表示實驗組天氣系統測驗前測成績 T3：表示控制組天氣系統測驗前測成績 X1：使用 GIS 融入空間思考元素教材教法 X2：使用傳統講述式教材教法
T2：表示實驗組天氣系統測驗後測成績 T4：表示控制組天氣系統測驗後測成績
以下分別說明本實驗控制變項、獨變項(X)、依變項(Y)與共變項：
1. 控制變項：為了降低實驗干擾對實驗結果的判斷分析，本研究將其他可能會 影響實驗結果的因素列入控制變項，如採同一位教學者對同一組學生進行相 同內容、相同時數的教學。受試者的組成上也選擇同一類組學生即受到相同 課程群的教育(相同類組)、學生年級均為高二學生、教學的日期為同一日 等。
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2. 獨變項：學生接受不同的實驗處理，實驗組學生接受 GIS 融入空間思考教
(二) 實驗對象
本研究樣本取自研究者任教之學校，高二第三類組學生四個班級，作為研 究對象，四個班級將其隨機分成實驗組(2 班)與控制組(2 班)(表 5)。
表 5 實驗對象人數
組別 人數 有效樣本
實驗組 A 班(46 人) D 班(38 人)
A 班(43 人) D 班(34 人) 控制組 B 班(44 人)
C 班(46 人)
B 班(43 人) C 班(45 人)
(三) 實驗工具
本實驗所採用的工具如下：
1. 教學材料：採用研究者自編之 GIS 融入空間思考元素的教材，教材內容待第四 章研究成果與討論時一起說明。
2. 測驗工具：本實驗目的在探究學生空間思考能力提升的原因，故實驗所用之測 驗工具本因使用空間思考量表等標準化的測驗工具。但本實驗教學內容僅 50 分 鐘，而教學內容為天氣系統，因此考量到學生無法在短短 50 分鐘內有大幅度的 進步，故研究者自編一份天氣系統測驗較為符合課程內容。測驗內容包含三大 題型為(1)選擇題；(2)填充題；(3)繪圖題；選擇題共 9 題單一選擇源自龍騰版與 翰林版題庫光碟作細部修改與編排，意圖測量學生在經過新教材的教學後對於 傳統題目的掌握程度；填充題為 23 個空格，由研究者根據天氣系統單元內容配 合空間概念出題；繪圖題測驗學生是否能正確繪製冷鋒與暖鋒剖面，根據達成 的指標評分(表 6)，以上試題經過地理教育相關學者與高中教師的審閱。
2. 測驗工具：本實驗目的在探究學生空間思考能力提升的原因，故實驗所用之測 驗工具本因使用空間思考量表等標準化的測驗工具。但本實驗教學內容僅 50 分 鐘，而教學內容為天氣系統，因此考量到學生無法在短短 50 分鐘內有大幅度的 進步，故研究者自編一份天氣系統測驗較為符合課程內容。測驗內容包含三大 題型為(1)選擇題；(2)填充題；(3)繪圖題；選擇題共 9 題單一選擇源自龍騰版與 翰林版題庫光碟作細部修改與編排，意圖測量學生在經過新教材的教學後對於 傳統題目的掌握程度；填充題為 23 個空格，由研究者根據天氣系統單元內容配 合空間概念出題；繪圖題測驗學生是否能正確繪製冷鋒與暖鋒剖面，根據達成 的指標評分(表 6)，以上試題經過地理教育相關學者與高中教師的審閱。