科學圖文內容和概念理解關係

科學的圖文閱讀和概念理解的關係複雜，本部份的文獻回顧將著重於三個部 份：科學的文本內容結構、科學的圖表內容、閱讀理解能力的發展。最後並回顧 幾篇科學圖文閱讀理解成效的實徵研究。

一、科學文本內容結構

Yore 和 Shymansky (1991) 認為科學文章的敘述、解釋自然現象和有關事物 的方式和一般的文學作品、故事、小說的敘述方式有明顯的不同。科學文章中會 經常性的出現科學詞彙與專有名詞；在科學文章中的文句之間的陳述，也比一般 的文章注重前後的邏輯關係以及句子與句子之間的因果關係，這些都是科學文章 所特有的性質。

對於科學文章的型式，Kameenui 和 Simmons (1990) 依據文章的目的曾經 將所有的文章區分為兩種型式，一個是敘述性（narrative）文章；一個為說明性

（expository）文章。其中，他們認為科學文章大多是以說明性文章來呈現。說 明性文章主要目的在「告知」與「教」讀者新的訊息，一般學科性文章如科學、

社會、歷史…等學科的文章常常都以此種型式呈現，主要功能是在呈現或解釋理

論、事實、通則、資料（許良榮，民 83；洪文東，民 86）。

另外，文獻上還可見反駁式文體（refutation text），這種文章通常包含兩個 部份：首先會呈現學生錯誤的舊有迷思概念（misconception），再來會呈現解釋 為何迷思概念不對並同時呈現當前科學界所認同的新概念 (Guzzetti, 2000) 。因 為這樣的文章呈現出學生先備知識與新概念的差別，反駁式文章通常被認為可以 讓學生對自己舊有的迷思概念產生不足，進而產生概念的轉變 (Alvermann &

Hague, 1989) 。雖然如此，教科書內通常只含有非常少的反駁式文章 (Guzzetti et al., 1992)。

Mallow (1991) 將科學文章分為四種不同層次，分別是大眾刊物、大眾科學 刊物、科學教科書與科學研究文章。大眾刊物的科學文章通常標題鮮明、用字遣 詞較為通俗，因此閱讀這類文章的速度與閱讀非科學文章的速度相當。大眾科學 刊物內容比大眾刊物的科學文章更為深奧，用詞出現較多的專有名詞，因此閱讀 速度比較慢。如果要理解科學教科書的內容，在閱讀時必需要具有較多的背景知 識，閱讀速度常仔細而緩慢。科學教科書不只有告知新訊息或概念的功能，同時 有協助、促進讀者理解的目標。科學研究文章則是由科學家所寫，是十分專業的 科學文章，每個科學領域有特定的寫作格式，其內容必須詳細說明研究過程及結 果。通常要讀懂這類的文章，閱讀時的速度必須很慢，一般非科學專業的人員很 難理解此類型文章。

二、科學圖表

（一）、圖片功能

圖片具有非常多的功能。Levin (1982) ，則將圖片依照認知的功能分為四 類：表徵（Representation）、組織（Organization）、解釋（Interpretation）以及轉 化（Transformation），以表格（表 2-3.1）簡述如下：

表 2-3.1 Levin (1982) 的圖片功能分類

分類名稱 功能

表徵

（Representation）

此類圖片通常是與文章內容相關的圖片、照片或繪圖，內容 與文章重疊，使文章更具體。

組織

（Organization）

此類圖片常利用步驟性或結構性的圖片呈現，可以將文章中 看似鬆散的元件組織成一個連貫的架構。

解釋

（Interpretation）

此類圖片常以類比或隱喻的圖解方式將文章中較抽象的概 念以較具體的方式呈現說明。

轉化

（Transformation）

此類圖片大多是將文章中的文字訊息轉為具體而易於記憶 的圖片，可幫助記憶文章中的關鍵訊息。

而另一位學者 Reid (1990) ，則將科學文章中的圖片依照其功能分為三類：

知覺（Perceptual）、認知（Congnitive）以及教育（Pedagogic），以表格（表 2-3.2）

簡述如下：

表 2-3.2 Reid (1990) 的圖片功能分類 分類名稱 功能 主要原則 知覺

（Perceptual）

吸引 指導 引起動機

吸引讀者的注意

引導讀者閱讀圖片中的某個部份

吸引讀者對所讀內容產生興趣並繼續閱讀 認知

（Congnitive）

重複 表徵 組織 解釋 轉化

重複文字的說明 將概念具體化

將文章內容整合以便於理解

透過圖的呈現可以幫助文章內容的理解

以另一種新的形式表達文章中所欲傳遞的訊息 教育

（Pedagogic）

補救 為學習能力低的讀者設計而能輔助其理解

Martins (2002) 認為圖片功能包含：定向，即指示內容的形象；動機，即引 起讀者興趣或好奇心；顯示事物如何處理；說明觀念或論點；將一般知識與特殊 例證連結；將宏觀描述轉移至微觀；建立真實世界與抽象科學間的關係。

（二）、圖片能輔助文字理解

圖片的功能如此多，在教科書上若是能夠利用圖片來輔助，是否能夠使得學 生的更容易理解教科書上文本內容？Paivio (1986) 曾經就人類的記憶與資訊處 理提出一個雙代碼理論（dual-code theory），他認為我們會將理解的資訊以語文 系統（verbal system）和視覺系統（visual system）兩個系統相互交錯來儲存意義，

其中語文系統專門處理與語文相關的資訊，包含所見文字與所聽敘述，並且形成 語文的心理表徵，也就是語文編碼來儲存此類訊息意義；而視覺系統則專門處理 視覺影像相關的資訊，例如圖片與動畫，並且形成視覺的心理表徵，也就是視覺

編碼來儲存此類訊息的意義。由於此兩個系統可以交錯儲存意義，因此當訊息處 理完畢後，即使其中一個系統的編碼有所遺漏，另一個系統仍然可以將訊息的意 義記住（圖 2-3.1）。

圖2-3.1 雙代碼理論示意圖（改繪自Mayer & Sims, 1994）

Paivio的實驗研究證明：當學習者回想之前的內容時，對文字加圖片的回想 能力優於只有文字的回想。這兩個系統並沒有那一個必定比較好，而是當我們在 接收訊息的當下，較能夠被我們注意的，在往後會更容易被記住而不遺忘。在認 知神經科學上的研究說明了Paivio的想法並非空穴來風。Gabrieli (2001) 統整許 多認知神經科學上研究後，認為大腦前額葉和閱讀理解有關連，而其中語意資料 取得處理容易活化左前額葉，視覺資訊取得處理容易活化右前額葉。

Hegarty和Just (1993) 利用物理中定滑輪與動滑輪的題目測試學生，發現同 時閱讀文字與圖示的學生，其表現相較於單單閱讀文字或圖示其中一種的學生優 秀。同時，兩位學者也提出，同時閱讀文字與圖示的學生在心智模式上，會有整 合文字中意義與圖示中意義的過程。Mayer和Gallini (1990) 以科學教科書為教 材，發現將圖片與文字同時整合在同一頁上呈現，受試者會有較佳的學習效果。

隨後Mayer和Sims (1994) 也發現以「圖文整合同時呈現」的教學媒體，學生學習 效果較佳，相似的，Holsanova、Holmberg和Holmqvist (2008) 利用眼動儀資料說

明當圖文同時出現在同一個頁面中時，受試者能夠經由圖、文同時敘述同一個概 念形成由下而上（Bottom-up）的觀念建立，而此觀念會由上而下（Top-down）

的引導受試者隨後的閱讀過程。Hannus與Hyönä (1999) 也經由研究學生閱讀生 物文章的過程得知，高能力的學生對於圖文的整合較低能力學生好。雖然如此，

Mayer (1993) 也提出單獨只看圖片時，常常容易對圖片所欲表達的意義產生誤 解。他認為原因有三，其一是圖片常常不包含或省略去說明的部份；再者，圖片 也常常缺少因果關係的呈現；最後，學生的先備知識不足，也容易造成圖表的誤 解。

Alexander 和 Kulikowich (1994) 曾指出物理文章包含了很多數學或科學 的符號、圖片與公式，需要和一般語文不同的認知處理，所以具有雙語文的

（bilingual）特性；一個是符號系統（如數學式、化學式與圖片），一個是語 言系統。由此可知科學文本的閱讀的認知歷程相當複雜，因此科學圖表於閱 讀理解的角色須進一步釐清。

而國內學者黃秀英（1999）曾以「細胞分裂與染色體」為研究材料來探究國 中生物科的文本與學生閱讀理解的關係，其中他認為學生產生閱讀理解困難原因 可能是文本中的專有名詞過多、文本圖片說明不足而失去輔助閱讀的功能。Chen 與 Yang (2011) 分析台灣高中地科課本之圖表分配發現，多數圖表落於真實圖 片、實驗圖片、數據圖及資訊圖四類，而內容上則以概念解釋為主，較少針對概 念間關係以及理論模式做圖像詮釋，這是否也因而影響整體科學理解，需進一步 研究探討。

三、科學圖文閱讀的眼動相關研究

早期的眼球運動研究如Yarbus認為，當閱讀者觀看圖片時，視覺的注意力並 不是隨機分佈的，而是受到任務的驅使 (Yarbus, 1967) 。Yarbus的研究是讓受試 者看一幅畫作，並在受試者觀看畫作時紀錄期眼球運動情形。發現當受試者在觀 看觀看圖片時會依據施測者提供的問題不同，如，人物的年紀如何？誰正要離

開？而有不同的眼球運動情形。依據這樣的結果，Yarbus認為眼球運動的過程與 資訊的取得有關。Hegarty (1992) 則是利用眼動儀紀錄受試者觀看搭配說明文字 的滑輪機械圖形，發現受試者普遍會先觀看文字敘述，並且對文字部份有較多的 視覺注意力時間。

Hannus和Hyönä (1999) 使用眼球追蹤技術對國小學童在科學教科書的學習 進行研究。研究結果發現，當教科書的內容圖文並茂時，圖片是具有可以幫助學 生學習的特性的。作者也根據眼動資料指出，科學教科書的文字部份內容會影響 學生大部分的學習，而大多數學生在理解圖片內容後便不再仔細審查了。但Koran 與Koran (1980) 則認為這樣的結果是因為大多數的研究的研究材料都只有單一 圖片，他們認為若是研究材料能夠如同真實教科書一般以文字搭配許多不同圖片 時，其結果會有所不同。

Hughes、Wilkens、Wildemuth和Marchionni (2003) 利用眼動儀的研究發現，

在閱讀的時候，受試者看文字的時間明顯高於看圖片的時間，他並且進一步提

在閱讀的時候，受試者看文字的時間明顯高於看圖片的時間，他並且進一步提