研究背景與動機

第一章 緒論

本章內容將分別闡述本研究之研究動機與目的、研究限制與待答問 題。共分四節，第一節是研究動機，第二節為研究目的與待答問題，第 三節為研究範圍與限制，第四節則是重要名詞解釋。茲分別敘述如下。

第一節 研究背景與動機

近來 3D 各式產品與技術充斥著我們生活的周遭，從電影、電視、

繪圖、超音波、核磁共振 MRI、3D 列印、3D 掃描、擴增實境到各式 3C 產品及行動裝置等，3D 影像輸出功能可以說是日新月異。在教育學習的 領域裏近年來也不斷在討論著行動學習、雲端學習甚至翻轉教室等最近 最熱門的議題(Tsai & Huang, 2014)。我們發現 3C 產品不只提供人們娛 樂的選擇，電腦及其他資訊相關設備在最近幾年廣為討論的幾個教學策 略中所份演著至關重要的角色。資訊技術的成熟除了帶給人們方便之外，

在教學的環境裏，也提供教師們相當重要的支援。

在過去工科職校或國高中生活科技教育中，工程圖的教學是相當重 要的一門課程，傳統的工程圖教學通常是利用紙和鉛筆，來完成工程圖 的繪圖工作，不管是三視圖、等角圖、尺度標註等。利用紙和筆繪圖是 最直覺也最方便也最基本的繪圖技術與工具。在設計概念的初期常用紙 筆將概念描繪出來，再進一步討論與修正。若能利用電腦 3D 繪圖技術，

將腦中的構想進一步以 3D 的方式來呈現，將使創意、設計、與製作的 整個流程顯得直覺與易讀，亦有便於修改的好處，加上可以輔助一般人 手繪能力不足之問題（陳偉民，2010）。尤其 3D 電腦繪圖技術除了幫繪 圖者產出 3D 模型外，電腦 3D 繪圖技術更是提昇空間能力之最有效工 具，因 3D 繪圖軟體具彩色、移動與旋轉、動畫及重複顯現等功能，可 以快速處理各種可能在紙筆繪圖環境中無法直接複製二度或三度空間

2

物件（戴文雄，1998）。近年來 PC 電腦效能不斷提昇，3D 繪圖軟體技 術也日新月異，軟體介面越來越親民與操作難度亦大大降低，使得使用 者與日俱增。並且 3D 繪圖技術觸角更是深入產業各界，無論在多媒體、

廣告、產品設計、土木、建築、機構設計、製造、動畫等都有它的足跡。

可見 3D 繪圖技術與我們的生活依存度越來越高。

3D繪圖融入教學可以提升教師及學校教學品質，在這個電腦、資訊 高度發展的時代，這些軟、硬體等設備的確帶給學校及教師們增加不少 教學上方便性及自由度(Yu, Noordin, Mokhtar, & Abrizah, 2010/2011)。然 而，基於學校及教學端的考量外，教師也應該去多方面去了解資訊融入 在教學中，除了能提高學生的資訊能力、電腦繪圖技能或資訊蒐尋能力 外，對於其他能力的培養及建立，是否有正面的義意。茲將研究背景與 動機說明如下：

一、3D電腦繪圖教學能有效提升學生的空間能力：

空間能力相關的研究，從上個世紀初到現在從未中斷過，因為人類 大腦的空間能力，實際的影響人類的智力、創造力，甚至生活的能力（鄭 海蓮、陳世玉，2007）。康鳳梅、簡慶郎、詹秉鈞（2003）提到空間能 力雖然是與生俱來的，但如能運用適當的教材、適當的教學策略，例如 例用實體、模型、圖形分析等方法進行教學，將可增進學生之空間能力。

因此高職或國高中生活科技教師在進行工程製圖或3D電腦繪圖教學時，

應該將空間能力之培養視為教學重點之一，因為對於未來工程師而言，

空間能力是一個核心競爭力，(Contero, Naya, Company, & Saorín, 2006)。

林漢裕與李玉琇（2010）指出，不同領域的科學家，如愛因斯坦、班哲 明、瓦特都曾表示，大部分創造力的來源，空間能力扮演著重要的角色。

因此在藝術相關領域及數學和科學的領域中，通常具有較高的創造力的 人，通常其亦有高空間能力的表現(Lohman, 1988)。由此可見，空間能力

3

對成就表現具有重要的指標意義。

隨著科技進步，3D繪圖技術亦融入漸漸融入到教學環境中，從近五 年的文獻可以得知，莊振中（2004）的研究發現，3D電腦繪圖教學對於 高職學生之空間能力之提升是有正面幫助，尤其應用3D電腦繪圖軟體在 立體旋轉空間定位能力與平面轉換立體空間組織能力表現有顯著的影 響（莊振中，2004）。在電腦教室使用Google SketchUp進行正投影圖學 教學能有效提昇學生的學習動機及空間能力。楊志偉（2013）的研究發 現，在電腦教室使用Google SketchUp進行正投影圖學教學能有效提昇學 生的學習動機及空間能力。空間能力和資訊能力是影響學習正投影圖學 課程的重要因素。國外學者Martín‐Dorta、Saorín及Contero (2008)研究發 現使用Google SketchUp 3D繪圖軟體教學能有效影響學生的空間能力。

Marunic 與 Glazar (2013)研究發現透過工程圖學教育能有效改善學生之 空間能力。學生能經由指導與訓練，加上資訊軟硬體設備之輔助來幫助 學生對於工程圖學的學習與空間能力的培養。

由以上研究文獻可了解到，透過傳統的工程圖學課程及融入3D繪圖 技術於教學活動中，或直接實駞3D繪圖訓練教學，對於學生空間能力之 提升是有正面影響的。

二、3D電腦繪圖教學對於表徵能力的影響：

根據布魯納的表徵系統論得知，表徵能力分為動作表徵、圖像表徵 與符號表徵。動作表徵為最早發展之能力，因為孩童成長到十三四歲，

其動作表徵己發展完整，此研究之樣本已大於此年齡之學生，在此不討 論動作表徵。

林輝鐸、莊桓綺、陳怡琴、羅珮妤與鄭郁蝶（2010）研究指出，視 覺化的學習是人類獲得知識的途徑之一。圖像組織結合文字，透過視覺 化的呈現，清楚看到資訊間的關係與重點，表現非文字類型的概念知識。

4

圖像可傳達許多文字的概念，甚至可取代或包含非文字的敘述，同時也 是視覺思考的技巧。也就是說人類可透過圖像與文字符號來接收外在之 資訊，在接收資訊的同時也在學習與理解外在事物。人類如果可以強化 對圖像資訊的靈敏度，可彌補對符號文字理解的不足。

Sternberg (2009)研究指出，人類知識的外在表徵的兩種知識類型，

包括圖像以及類符號式的文字語言。亦即圖像表徵能力及符號表徵能力 是人類理解外在事物重要之關鍵能力。而在科技及工程領域，圖文表達 與傳播技術是不可或缺的。甚至工程圖學、電腦繪圖技術中，利用圖像 與文字符號來傳達繪圖者之訊息；圖像及符號表達已成為一項重要的專 業技術（趙世範，2012）。因此以3D繪圖來講，操作3D繪圖的過程，其 中包含了圖像表徵與符號表徵，電腦螢幕畫面裏面有圖形也有文字符號，

繪圖者必需同時理解圖形與文字符號才能將自己的概念完整表達給他 人知道，在其間就需要完整的圖像表徵能力與符號表徵能力。Lien (2008) 提出在科技教育領域中，教育者不僅要關注學生的內隱知識，更重視其 善用科技工具以解決問題的外顯能力，圖像與符號表徵能力，就是相當 重要之能力。

既然3D繪圖技術，包含了圖像表徵與符號表徵，且學生的圖像表徵 能力與符號表徵能力，將直接影響學生之3D繪圖軟體學習與使用的成效，

那麼是否在實施3D繪圖教學的過程，可以培養學生之圖像表徵能力與符 號表徵能力。

本研究欲了解3D繪圖教學，是否對學生的空間能力與表徵能力有正 面的影響，以此建立3D繪圖教學的價值。

5