空間能力的性質

藉由尋路行為，個人在環境中可以建立空間知識。不同尋路策略的 個人，也由此開始產生足以影響尋路效果的歧異。不過除此之外，個人 天生所具備的空間能力不同，在其中也扮演著舉足輕重的角色。

空間能力(spatial ability)是一種認知能力，在早期心理學與教育學研 究領域，空間能力這個要素幾乎是被忽略的，而在認知功能方面即便有，

也從未被置於研究中心，而是處在一個不重要的輔助地位。有些學者將 其視為智能或心理能力其中的一個種類（如圖 4；Thurstone, 1938），

其中涉及諸多認知能力。無論如何，就定義上來看，空間能力指的是個 人對於視覺上的形狀、結構進行儲存、提取或轉換的能力(Lohman, 1988)。其實空間能力的好壞，取決於認知能力中的感知能力(perceptual capability) 、 基 本 資 訊 處 理 能 力 (fundamental information-processing capability)、先備知識(previously acquired knowledge)與動態能力(motor

基本心理能力 (Primary Mental Abilities)

數字運算 (Numbers)

聯想記憶 (Memory)

語文流暢 (Verbal fluency) 歸納推理

(Reasoning)

知覺速度 (Perceptual speed)

空間想像 (Spatial visualization)

語文理解 (Verbal comprehension)

22

capability)間的互動(Allen, 1999)，並且與空間知識的建立和形成之間，

有相當密切的關係。Ekstrom 等人認為空間能力具有調節變項(moderate) 之功能(Ekstrom, French, Harman, &Dermen, 1976；Bailey, 1994；

Satalich, 1995 ； Waller 等 , 1998) ， 而 且 執 行 不 同 的 指 定 任 務 (task-dependent) (Waller, 2000)，其性質相異，也會決定空間能力影響 力的強度。所以本研究認為，進行尋路任務相關的研究，空間能力理應 被列為變項之一，積極考慮且加以控制，來凸顯對尋路任務的表現上會 造成的影響。

空間能力(spatial ability)一詞其實是個複雜的概念；近來一些對於空 間能力的分析面向，著重在空間旋轉能力、空間記憶能力、認知地圖描 繪能力、自我定位能力、地圖詮釋能力(Allen, 1999)等等；空間能力是 個體內在抽象認知過程(潘玉華, 2003)；另外 Gorgorio(1998)則指出空 間能力是一種綜合了不同空間轉換、解讀空間資訊以及溝通空間資訊的 能力；國內學者如洪蘭(2000)則認為將東西轉化成圖形顯現於腦海當 中，並能映射出正確形狀、大小與位置的能力，就是空間能力(曾俊豪, 2005)。經過剖析，空間能力的概念同時具有固定性與變動性兩種特質，

亦即空間能力既是「與生俱來的個人差異」的風格(style)，同時又是「可 以利用訓練來達到提昇的效果」的能力(ability)。這種特殊的雙重性質 將分別詳述如下：

所謂空間能力的變動性指的是動態(dynamic)、可學習的空間能力。

如同 Dünser, Kaufmann, Steinbügl 與 Glück(2006)所曾提及空間能力的 此種性質：

我們對於目前有哪些面向上的空間能力可以藉由訓練而增強並 不是非常清楚，不過依據 Durlach 等人的研究結果，可以知道設計 精 良 的 訓 練 程 式 至 少 有 助 於 提 昇 基 礎 空 間 能 力 (basic spatial

knowledge)。

故而當個人隨探索時間拉長而對環境的熟悉度上升，在環境中的尋 路任務表現也會增強。藉著虛擬實境或 3D 環境，利用探索任務的訓練，

空間能力可以達到提昇的效果。然而這種能力的變動性是一種長期效果 (long-term effect)，在學校學習方面如 Burton 與 Dowling(2009)的針對 工科學生空間能力的研究、Alias, Black 與 Gray(2002)針對結構設計 (Structural design)課程的研究，又如職業訓練的領域來看，像是 Wanzel, Hamstra 等(2002)針對外科醫師的研究等都發現，提昇空間能力的訓練 至少要以如一整個學期為單位的長時間才可以獲得顯著的效果。故而短 時間內接受的虛擬環境訓練不會使個人的空間能力有顯著的上升。

23

而在另外一方面，空間能力的固定性指的是一種與生俱來天賦性向 (aptitude)，也可視為一種認知風格(cognitive style)，不會隨練習時間延 長而有所變動。這種空間能力的認知風格是在現實或虛擬環境當中，能 夠將視覺刺激(visual stimuli) 製碼(encode)、辨別其中之地標與地點，

將幾何圖形轉換、並整合而成相關的重要空間資訊(Waller, 2000)的能 力。換句話說，空間能力會影響初次進入陌生環境的個人，能在多次變 換方向或從不同角度觀看環境裡的物件，仍能辨別成功不致失去方向 感，故而在此空間能力也可以被視為一種類似性別的先天性個人差異；

在這個層面上空間能力是一種固定的風格。所以以本研究之實驗設計來 看，每位受測者所接受的實驗環境刺激皆不超過六十分鐘，故無論是空 間的認知能力（變動性）或認知風格（固定性）都不必考慮會有實驗前 後之空間能力差異的問題，實驗環境設計相關細節請參閱下章。

由於 Lohman(1988)指出，空間能力是有諸多面向與概念揉雜其中，

尚 未 具 備 一 個 令 眾 家 學 者 皆 滿 意 的 定 義 ，仍 舊 是 一 個 ” ill defined concept”(Pellegrino & Goldman, 1983)；如：視覺記憶(visual memory)、

空間掃描(spatial scanning)…等，所以不同的理論基礎下，學者的研究 衍生出各自對空間能力的分類法，導致目前還未能達到一定的共識；好 比 Carroll(1993)將空間能力分為五個因素，分別是空間想像、空間關連 (spatial relation)、視覺空間感知速度(visuospatial perceptual speed)、完 形速度(closure speed)與形狀變通(closure flexibility)(林漢裕、李玉琇, 2010)，或是 McCormack(1988)將空間能力分為四大領域，包括空間感 知、空間記憶、邏輯空間思考、創意空間思考等，可以說是眾說紛紜，

不一而足。

不過本研究於眾多不同的看法下，依舊可以整合出學者之間所達到 的一定程度的共識，McGee(1979)綜合過去對空間能力的研究，將分為 視 覺 化 (visualization) 與 空 間 定 向 (spatial orientation) 兩 種 ； Linn ＆ Peterson(1985)則將空間能力分為空間知覺(spatial perception)、心智旋 轉 (mental rotation) 與 空 間 視 覺 (spatial visualization) 三 種 ( 鄭 海 蓮 , 2007)；至於 Lohman(1988)對空間能力的三種分類中，亦包含了空間定 向與視覺化。所以基本上，可以看出目前空間能力普遍受到認可的，大 略是空間定向(spatial orientation)與視覺化(visualization)兩大類。同時，

這兩種類別已經具備完整量表，足以測量(Ekstrom, 1976；McGee, 1979；Lohman, 1988；Miyake 等, 2001)。

24

空間定向與視覺化在定義上經常有混淆不清的情形。所謂的空間定 向，是以心智(mentally)來變更或移動視覺刺激(visual stimuli)，而不會 讓自己跟其他刺激物間之關係被擾亂，依然能夠將這些刺激物作為空間 中參考物的能力(Ekstrom, 1976)，也就是將空間定向定義為對於一個空 間圖案被改變方位之後，依然不被混淆的能力(French, 1951)。Michael 等人(1957)指出，空間定位的重要性在於受測者以自身為準來觀察、瞭 解刺激物，是一種將自我作為一個參考點的視角旋轉能力 (Waller, 2000)。

視覺化能力則是在空間中操作(manipulate)或改變(transform)圖形 排列方式的一種能力(Ekstrom, 1976)。空間定位與視覺能力的相同之 處，在於兩者皆需要短期的視覺記憶(short-term visual memory) (Carroll, 1974)，不過就感知速度(perceptual speed)與測驗難度而言，空間定位較 為困難或缺乏練習。

此外空間定向僅依賴較簡單且快速的心像旋轉能力，而視覺化還需 實際進行多次的操作(Zimmerman, 1954；Werdeline & Stjernberg, 1969；

Werdeline & Stjernberg, 1971)，強調的是解題的正確性而非速度(鄭海 蓮, 2007)。所以空間定向與視覺能力雖然是很相近的概念，不過空間定 向 將 整 個 圖 形 視 為 整 體 ， 而 視 覺 化 需 要 把 圖 形 做 心 智 上 的 重 組 (restructure)，區分為多個部件，再進行後續動作。因此心智旋轉能力應 屬於空間定位，若是旋轉或重組問題則應包含於視覺化能力的範圍當 中。欲了解先天空間能力的高低區別，有賴諸多學者針對空間定向與視 覺化兩個面向所開發的測量方法，下節將進一步說明。

根據以上的討論可以了解到，空間能力並不是一個單一的構念 (Voyer, Voyer, & Bryden 1995)。然而早期運用在環境探索上的空間能 力卻鮮少在過往的研究裡頭出現，推測有部分的原因是基於困難度。這 個困難度來自於：空間能力、尋路行為的研究最早都是源自於建築設計 與都市規劃的觀點(Lynch, 1960)，所以若要控制真實環境，以設計出 一個實驗的難度相當高。不過從 Cutmore 等人的論點來看，尋路任務所 需要的，是蒐集與運用相關空間資訊的能力(Cutmore, Hine, et. al, 2000)。從生理觀點來看，基於大腦右半球發達的人，通常擅於執行跟空 間能力相關的任務(Lezak, 1995)，故而空間能力高的人，空間知識的獲 取也比較完整，在尋路任務的表現上也會比較好。

附帶一提，從性別來看空間能力差異對尋路策略的影響也可以發 現，男性在心像旋轉能力與空間感知能力兩個項目上的表現比較好(Linn and Peterson, 1985)。由於要能夠指出空間中未見的地點(unseen locations)

25

的能力與心像旋轉能力呈現正向關係(Bryant, 1982)，所以男性在探索 空間（或尋路）的過程中的策略比較偏向使用縱覽知識，以辨別方向（如：

找出北方）來解決尋路問題。而女性偏好的策略則是使用路徑描述(route description)的方式(Lawton, 1994)。除了可以看出個人差異在其中扮演 的角色，也再次佐證研究尋路策略的分類依據，確實是將傾向於發展地 標知識與路徑知識的受測者視為一個類別，而將傾向於使用縱覽知識受 測者視為另一個類別。