研究背景與動機

學習新的知識是一種概念改變的過程，Klausmeier, Ghatala, and Frayer (1974) 認為概念是有組織的資訊，可使我們透過某些特徵來區分事物。在 Piaget (1964) 的認知發展論(Theory of Cognitive Development)中，使用階梯理論來描述兒童的 認知能力的改變，也就是說 Piaget 認為認知能力是循序漸近的。認知能力包含了 邏輯思考、抽象思維等科學學習不可或缺的能力，必須要具備這些能力，才能夠 進一步解決科學問題，因此自然科學的學習特別需要注意概念的學習。

然而學生在進入教室之前，基於生活經驗與背景知識，很可能在正式教育之 前就已有自己的概念或想法，這些原來持有的概念被稱做是迷思概念，將會影響 學生學習（郭重吉，2001）。Posner, Strike, Hewson, and Gertzog(1982) 根據 Kuhn (1962)的科學革命理論，提出了概念改變模式(conceptual change model, CCM)，

並認為要達到概念改變需要具備四個條件：

二、認知負荷與擴增實境教學

為了改善教學方法，除了從了解學生的迷思概念下手之外，近年來隨著科技 的發展，也有許多研究探討數位學習對於學習者的影響。根據 Sweller,

Merrienboer and Paas (1998)提出的認知負荷理論，不同的訊息呈現方式(如影片 之於圖片或是文字之於旁白)都會影響學習者的認知負荷以及訊息處理過程 (Mayer, 2005)。莊孟軒（2015）認為過去國內教師使用資訊科技仍著重在教學上，

學生較少有主動操作的機會，然而，資訊科技融入教學所強調的應該是教學和學 習之間的整合性、互動性。Soloway, Guzdial and Hay（1994）提出所謂以學習者 為中心(Learner Centered)的介面設計研究，認為一個良好的互動式學習系統，應 該要可以讓學習者在沒有負擔的環境中與系統產生的良好互動。透過探討學習者 的認知負荷程度，可以了解新的學習系統是否會造成學習者額外的負擔。

學者 Sweller et al.(1998)提出「認知負荷理論」（Cognitive Load Theory）作為 設計教材和教學方法的參考，例如在教學設計方面，他們提出了七個影響認知負 荷的效應。其中 Kirschner(2002)認為有三個效應與多媒體教材的編輯有關，分別 為分散注意力效應(split-attention effect)、重複效應(redundancy effect)及形式效應 (modality effect）；代表使用多媒體教材須特別著重於此三點。

本研究所使用的同步多影像顯示擴增實境是將教學中兩個、或多個概念相互

三、月相與潮汐之學習與空間能力

近年來我國一直都有針對月相盈虧概念學習的研究，其中學習者的空間能力 被認為會影響月相盈虧概念的學習。空間能力在心理學被視為智力的ㄧ種，是指 學習者在學習活動中在腦海作用空間推理的思考過程（張春興，1997）然而空間 能力包含的範圍非常廣泛，具有許多不同的定義；本研究因為研究主題訂定為月 相與潮汐，對於空間能力的部分主要涉及二維平面圖像與三維立體空間之轉換，

因此採用 Macnab and Johnstone(1990)對於空間能力的定義，共包含三個要項：

1. 三維轉化二維空間的能力；

2. 二維轉化三維空間的能力；

3. 物理的結構方向改變後，仍能辨識為原物的能力。

國內研究中認為高空間能力的學生，在學習月相盈虧概念上優於低空間能力 的學生（陳英嫻、邱美虹，1995）。對於多媒體學習融入月相單元的教學中，空 間能力造成的影響也有相同的看法：Hays(1996)發現對於空間能力低的學習者，

使用動畫學習的效果優於使用圖片或文字，由於他們在學習過程中無法有效理解 與建構概念，改變教材呈現方式能夠支持學習者建立心智模型，補足其低空間能 力對於學習造成的影響。Shelton and Hedley(2014)則認為擴增實境是唯一能夠結 合視覺顯示、空間信息與使用者操作的組合，並且發現與傳統教學方式相比，擴 增實境用於空間概念教學上具有優勢。

因此本研究將探討同步多影像擴增實境融入於月相與潮汐單元學習，學習者 空間能力的個別差異是否會影響學習成效與認知負荷。