研究背景與動機

第 1 章

第一章 緒論

本章共分成六個小節。第一節為研究背景與動機，為本研究主題之 想法說明；第二節為研究目的，為本研究欲探討方向之重點說明；第三 節為研究假設，透過研究目的，擬定相關問題假設；第四節為名詞解釋，

說明本文使用之相關名詞。

第一節 研究背景與動機

壹、 空間能力的多元與重要性

一、 空間智能是人類生存在這世界上最重要的本能

德國哲學家康德（Immanual Kant）認為「空間」（space）和時間一 樣，是我們用來處理和了解一切經驗的架構與基礎，綜觀地球上的所有 生物，空間智能可說是目前為止唯一仍持續演化發展的一項能力，也是 數百萬年前在各地區的人類文化、歷史、文明、科技與藝術就已發現的 重要智能，而群性生活也與空間智能有關聯，無論是集會、打獵、辨路 等都屬於空間智能的一環(Gardner,2011)，若缺乏空間智能，生物可能會 走向滅亡。

二、 空間能力的面向多元且研究歷史悠久

有關空間能力的研究可追溯至二十世紀初期，Gardner、Guilford、

Thurstone 等心理學家發現智能與空間能力的關聯後，開始探索空間因素

（space factor），學者們發現視覺思考和許多空間的操作有關(McKim, 1972)，普遍認為空間能力是指能夠在二維及三維空間中，準確的辨識圖 像、在心中想像與操弄形體及了解形體方位之轉換與移動的能力，空間 能力測驗的主軸也往往包含「圖像辨識」、「心中想像與操弄」、「方 位的轉換與移動」三要素。

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三、 空間智能與其他智能是可分離且能高度發展的

Thurstone(1937)分析了 57 種測驗後，肯定空間智能的獨特之處，將 空間要素（Space factor）列入智力的九種基本要素之一；Gardner(1983) 提出人類的多元智能論後，將空間智能獨立出來，列為其中一項智能。

西元 1921 年~ 1927 年的世界西洋棋冠軍 Jose Raul Capablanca 曾說 過:「下棋根本用不到智能」，Binet,(1966)也曾提到最佳的的棋手擁有高 度的空間記憶，但有些知名學者智力雖然遲鈍，卻能有突出的表現，如：

英國智能障礙畫家皮爾斯（Bryan Pearce）、英國自閉症藝術天才納迪亞

（Nadia），都是具備一般智能與空間智能極度內在差異的個案，因此空 間智能和其他能力是可以分開發掘的（Moir & Jessel, 1989）。

四、 空間能力是各種能力的混合，更是邁向卓越的重要因素

空間能力是一種重要的認知能力，是許多專業領域的重要基礎，如 飛行、機械製圖、外科醫學、數學，自然科學，工程技術，經濟預測，

氣象和建築等等，都涉及利用空間技能（Fennema& Sherman, 1977；

McGee, 1979）。過去在不同領域的傑出表現都可見空間智能的貢獻，如:

散文家湯瑪斯(Lewis Thomas)、科學家達爾文、心理學家佛洛伊德、化學 家道爾吞(John Dalton)、發明家泰爾沙(Nikola Telsa)、現代雕塑大師摩爾 (Henry Moore)、科學家愛因斯坦、羅素、化學家凱庫勒(Friedrich Kekule)、

生物學家華生(James Watson)、生物學家克里克(Friedrich Crick)、梵谷、

建築師兼藝術家寇柏西耶(Le Corbusier)、米開朗基羅、藝術家賀加斯 (William Hagarth) 、 藝 術 家 夏 恩 (Ben Shahn) 、 畫 家 康 斯 塔 柏 (John Constable)、塞尚、貝爾(Clive Bell)、小說家吳爾芙(Virginia Woolf)、畢 卡索以及在科學、工程及藝術都有全才表現的達文西(Leonardo da Vinci)、

博勒(Buckminster Fuller)、洛伯(Arthur Loeb)等，這些人往往比其他人擁 有絕佳的空間感知、空間關係的連結、空間知覺的記憶與搜尋、空間的 類比、轉換、推理、旋轉、分析與重組等天分，因為高人一等的空間智 能，而能在有興趣的專業領域上大放其彩。

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研究者在資優班教學現場任教，發現空間能力對學生的強大影響，

無論是數理或是文學思考，都可看到能力及性別的顯著個體差異及關連，

更好奇於學生們在解題思考歷程是否有所不同，因此想針對「空間」此 一議題進行探究，因為空間智能可以說是各種能力的混合，且能夠激發 音樂、語言、美術、科學等領域的技巧發展，若能擁有敏銳的空間智能，

未來在社會上將會非常受用（Howard Gardner, 1983）。

貳、 知覺推理著重空間訊息處理、知覺與流體推理及視動整合 許多數學教育工作者認為，個體的空間推理能力和圖形運用能力在 數學思考上相當重要（Usiskin,1998；Wheatley,1991）。而知覺推理在國 際知名且被廣為使用的魏氏兒童智力量表中，又是一項與空間智能有高 度相關的量化評定指數，它涉及利用控制的心理活動來解決新的問題，

是一種著重於測量空間訊息處理、知覺和流體的推理、以及視–動整合的 能力。知覺推理的問題解決情境通常以圖片，圖表和圖形為主，而不是 文字，因此它不需依賴語言（ Stephen McConkey, 2015）。一個人的知覺 推理能力是一種非常寶貴的資產，幾乎所有在生活中的東西，我們都會 先使用知覺的判斷，因為這是最簡單、快捷的方式。

空間智能所包含的向度非常多元，知覺推理雖然不能代表所有的空 間智能，但目前為止也沒有一項測驗工具可 100%/呈現空間智能，為了 能更客觀評定學生的空間智能，本研究採用在國際上具權威地位的魏氏 兒童智力量表中與空間有高度關聯的「知覺推理」指數，當作學生空間 智能的量化數據，深入探索學生在心智旋轉測驗上的表現差異。

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參、 心智旋轉最能呈現學生在空間能力的落差

心智旋轉能力，可說是構成空間能力重要的因素之一（ Lynn &

Petersen, 1985； Lohman,1988；McGee,1979），自從 Shepard(1975)和他 的同事們發表了心智旋轉測驗後，開始有心智旋轉能力的相關研究

（Cooper & Shepard, 1973； Shepard & Metzler, 1971）。根據文獻可以發 現，在許多不同種類的空間測驗中，立體心智旋轉最能明顯判斷出不同 學生的空間能力落差，不同性別及不同空間能力者在進行心智旋轉作業 的策略及心理運作過程略有不同，也促成許多人著力於心智旋轉能力的 研究（Richardson, 1994, Joanisse , 2008）。

綜觀學者的論述，可發現心智旋轉對於內在思考的重要性及個別差 異，因此本研究採用心智旋轉能力作為測驗主軸，並以立體積木旋轉

（Block Rotation）為測驗材料，並加入題型複雜度的元素，期望能在過 程中，探究擁有不同空間能力學生之思考歷程與答題反應，並且進一步 比較不同學生視覺關注重點的差異，是否會影響到心智旋轉的答題速度 與正確率。

肆、 眼動追蹤技術能透視學生的空間思考歷程

在我們的認知過程裡，視覺是最重要的感官器官，而真正有生產力 的思考都在形象領域(Arnheim, 1969)，而人類的學習中更是有 80%以上 的訊息由視覺獲取，其中眼球運動是獲取感官訊息中最重要的來源

（Sander & McCormick,1987），因此，許多學者認為人們在認知的過程裡，

視覺所見和思考兼具備一定程度的關聯（Just & Carpenter,1980；Laeng &

Teodorescu,2002； Mast & Kosslyn, 2002）。

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近年來，無論是人文或科學領域，許多學者都透過眼動追蹤技術，

發表許多豐碩的研究成果（陳學志，2010），過去認知心理學的研究方法 其實存有一個很大的潛在問題-因研究者過於主觀而不易觀察到學生行 為的內在歷程，因此為了有效收集及具體推測個體的內在認知歷程，使 用眼動追蹤技術便可解決在研究時無法真實且客觀呈現的行為資料（鄭 昭明，1996），而現今眼動追蹤技術之所以越來越被廣泛，最大原因在於 它具有讓研究者在最自然的狀態下蒐集學生眼動軌跡，使研究結果不受 到外在因素干擾的優勢（Nisbett, 1977）。

有鑑於過去許多學者的研究經驗，眼動追蹤又是一個可以透視學生 思索歷程的技術，研究者希冀利用眼球追蹤儀的輔助，掌握學生在眼球 運動時的變化，修正過去心智旋轉研究中「放聲思考」與研究後的「晤 談」之盲點，並藉由研究成果的產出，讓數學相關領域的老師，在進行 空間相關教學時，可有更好的依據去了解學生們在心智旋轉題型所關注 或誤解的重點區域，提升未來在空間的教學效能。

伍、 空間的性別差異

一、 男性具備優勢的空間能力

Anne Moir & David Jessel（1989）在腦內乾坤一書裡曾提到：「男性 在空間能力上比較優越，是毋庸爭議的。」，數百篇不同的研究也都認同 男性在空間的優勢(洪蘭譯，2001)，神經科學領域的學者更進一步提出在 性別差異裡的研究，以空間能力的性別差異最為明顯。曾經有個典型的 空間能力研究，要求學生把一個三維立體機器組裝完成，結果顯示，只 有 25%的女性可以比一般的男性做得更好，而在表現得最好的學生群體 中，男性更是女性的兩倍。

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在不同學生群體中，男生往往數學成績都是表現最頂尖的; 史坦利 博士（Dr. Julian Stanley）和班保博士（Dr. Camilla Benbow）發現數學有 卓越表現的資優生，其性別比例特別懸殊，女生竟只僅佔 1/13，過去的 眾多研究讓我們普遍存在男性表現優於女性的刻板印象，魏氏兒童智力 量表的作者 Wechsler 更發現三十幾個測驗的區辨力都是來自於性別差異，

因此他在設計智力測驗時，特別將對男性、女性有利的測驗各放一半在 智力測驗裡面(Wechsler, Dowdall, Davenport & Rimm, 1995)。

二、 空間解題策略與歷程具有性別差異

Kimura(1987)曾說過:「假如兩性的腦沒有不同，那才真的令人訝異!

因為兩性在結構及行為上都有顯著差異」，在空間測驗研究中也發現男 性傾向使用整體的解決策略進行心智旋轉的解題，而女性則擅長使用分 析拆解的解決策略，然而使用整體的解決策略答對率會比較高(Peters, 2005)。

除此之外，兩性在看東西的能力上也是有差別的，在過去的迷宮實 驗中也發現女性的總凝視點比男生還要多，女性會花更多的時間在觀察 地標的相關訊息，若沒有地標的提示，女性的錯誤率會大大的增加

（Andersen, Dahmani, Konishi & Bohbot, 2012），女性在黑暗中看得比較 清楚，擁有比較好的視覺記憶，看到的整體圖像比男性大，周邊視覺較 寬，視網膜上有較多的椎體細胞及幹細胞，能接收更多的視覺訊息；男

（Andersen, Dahmani, Konishi & Bohbot, 2012），女性在黑暗中看得比較 清楚，擁有比較好的視覺記憶，看到的整體圖像比男性大，周邊視覺較 寬，視網膜上有較多的椎體細胞及幹細胞，能接收更多的視覺訊息；男