空間能力

本節將把國外學者對於空間能力的定義、評量向度與相關研究加以 歸納整理，茲分述如下：

壹、 空間能力的定義

而空間能力此一概念，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，界定出空間因素

（space factor），並提到擅長此種因素的人，特別專精於視覺空間圖像 之判斷（蔣家唐，1995）。空間能力起源於智力或稱為空間智能，為心 理學上最重要的研究問題之一，Thorndike 於 1921 年提出空間能力這個 名詞，也是最早學者提出空間能力這個名詞的學者，藉由空間能力的研 究，他定義了智力多因論，並將空間能力視為是一種可以辨識物件關係 及物理空間運作的能力(Mohler, 2008)，此後便開始有許多學者進行對空 間能力的研究。而綜觀這九十四年來各方學者對於空間能力的定義眾說 紛紜，研究者發現大家對空間的定義普遍提及此三個要素，分別是「圖 像辨識」、「心中想像與操弄」、「方位的轉換與移動」，相關的敘述 如下:

一、 定義空間能力僅提及「心中想像與操弄」這要素

認為空間能力是在思考時產生心中想像及轉化、變換心像的能力 (Lord, 1985) ；認為空間能力是個體在實境下透過心理的轉換，進而想像、

回想、翻轉形體的組合能力(Carroll, 1993) ；認為空間能力是指個體在心 中製造、操弄或修正形體的能力(McVey, 2001)。

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二、 定義空間能力僅提及「方位的轉換與移動」這要素

空間能力是個體了解形體在空間中移動之能力(French, 1951) 。

三、 定義空間能力提及「圖像辨識」、「心智想像與操弄」這兩種要素 認為空間能力乃是對幾何圖形的認知、辨識與記憶，以及在心中操 作物體形狀的能力(Kelley, 1928)；認為空間能力為一種空間與視覺的能 力，且能對圖像進行辨識、記憶與心像操作的能力(Thurstone, 1937）；

認為空間的核心能力乃是精準的辨識視覺世界，對於形體在心中想像、

修改與重建的能力(Gardner,1983)；認為空間能力是一種知覺形體與心像 操作的能力(Crawford, Chaffin & Fitton, 1995)；認為空間能力為結合心智 想像、關係、轉換以解決空間任務所需要的能力，包含解讀空間資訊、

空間轉換以及溝通空間資訊的能力(Gorgorió,1998)；認為空間能力是一種 能察覺空間關係並在心中操作視覺與非視覺形體的認知能力(Michalis, 2003）。

四、 定義空間能力提及「心中想像與操弄」、「方位的轉換與移動」這 兩種要素

認為空間能力是能夠在心中想像物體的旋轉，或是在空間中形體位 置之改變關係的能力(Guilford & Lacey, 1947)；認為空間能力分別為能對 圖像刺激物在心中進行操弄、旋轉、扭轉或翻轉的能力，以及對於形體 改變方位後，仍可保持清晰不亂的空間方位能力(McGee , 1979)；認為空 間能力乃個體將形體在心中重製、保留、提取與轉換的抽象過程，並可 加以移動及組合轉換的能力(Lohman ,1979) 。

五、 定義空間能力提及「圖像辨識」、「心中想像與操弄」、「方位的 轉換與移動」這三種要素

認為空間能力指的是由不同角度辨識同一物體、在心中想像模擬圖 象的移動或替換的能力，以及思考身體方位與空間關係的能力(Thurstone,

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L. L. & Thurstone, T. G., 1941)；認為空間能力是人類能夠辨識形體、在心 中想像形體的旋轉及了解形體在空間中改變關係的能力 (Shepard &

Metzler, 1971)；認為空間能力是一種能夠辨識空間概念與訊息，在心中 想像、類化、回憶、推理、旋轉象徵性非語言資訊及辨認空間關係的能 力 (Linn & Petersen, 1985)。

貳、 空間能力的評量向度

空間能力是一種抽象的非語文表達能力，學者們對於空間能力的分 類不盡相同，同屬一個空間種類裡的空間因素卻往往擁有不同的名稱，

為了確實掌握學者們對空間能力組成因素的詮釋，作為空間能力相關測 驗的內容制定依據，研究者發現各種與空間能力有關的評量向度普遍具 備「空間知覺(spatial perception)」、「心智旋轉(mental rotation)」及「空 間定位(spatial orientation)」三個要素，「空間知覺」指的是能夠正確辨 識並比較不同物體空間關聯的能力；「心智旋轉」則是能夠快速且正確 在心中操弄、旋轉、扭轉或翻轉形體的能力，屬於複雜的心智活動；「空 間定位」則是能觀察者觀看角度或方位改變時，仍可清楚掌握複雜空間 形體的表徵資訊，不受定位點影響，不涉及複雜的心智活動。針對不同 學者對於空間能力的評量向度，整理與下表 2-1:

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表 2-1

空間能力評量向度統計表

「空間知覺」 「心智旋轉」 「空間定位」

French (1951)

空間因素 (spatial factor)

空間視覺化 (spatialvisualization)

空間方位 (spatial orientation) McGee

(1979)

空間視覺 (spatial visualization)

空間方位 (Spatial orientation)

Lohman (1979；

1988)

視覺化

(Visualization):複雜

的心智運作 空間定位 (Spatialorientation) 空間關係

(Spatial relation) :快 速的心智運作 Linn &

Petersen (1985)

空間視覺 (spatial visualization)

心智旋轉 (mental rotation)

空間知覺 (spatialperception)

Mccormack (1988)

空間感觀

（spatial perception）

空間記憶

（spatial memory）

邏輯空間思考

（logical spatial thinking）

創造性空間思考

（creative spatial thinking）

測驗例題

Embedded Figures Test

選出具有上方目 標圖形的選項

Shepard-Metzler Mental Rotation 辨別立體圖形的異

同

Chair Window Test 從不同方位辨別物 體在該視角的成像 測驗例題引用自: Linn & Petersen (1985)藏圖測驗、Lohman (1979；1988)

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參、 與本研究有關的空間研究

空間能力的性別與能力差異是過去許多研究者所探究的議題，對於 心智旋轉這種較為複雜困難的空間能力表現，一般社會上普遍存在男性 表現優於女性的刻板印象，然而，空間能力是否存在性別差異至今未有 一致的看法，有研究結果顯示出空間能力是存在性別差異，亦有研究持 相反觀點。以下為與空間能力有關之國內外文獻:

一、 不同空間能力學生會有不同的答對率、答題時間及解題策略 在答對率的部分，可發現高空間能力的科學概念成就測驗成績與低 空間能力學生之間的測驗分數達顯著差異，且高空間能力的學生的成績 顯著高於低空間能力的學生（蕭米珊，2011）；數學幾何成就低、中、

高組學生在空間能力量表之表現有顯著差異，且無論是空間能力總分或 是在立體旋轉及方位景象的得分，得分表現由高而低分別為高組、中組、

低組學生(馮雅惠，2006)。

在答題時間的部分，空間測驗分數與測驗時間在各種分組情形下皆 顯示正相關，表示得分越高者，所需時間越多（劉俊甫，2012）；心智旋 轉測驗表現優劣的關鍵，不在於旋轉歷程，差別在於學生對圖形的編碼、

重建與視覺空間記憶的歷程，而學生在「先呈現圖形參考軸的部件」的 答題時間比「先呈現圖形的方塊部件」的時間短(韓承靜，2008)。

在解題策略的部分，國小學生在處理心智旋轉的過程中，有些學生 會使用搭配手部動作去模擬旋轉積木、轉動頭部來改變視角、利用手勢 去細數和比對積木細節等解題策略(劉俊甫，2012)；若將 3D 多角力方塊 圖 比 擬 為 扭 曲 的 人 體 時 ， 可 以 提 升 學 生 的 答 對 率 及 降 低 答 題 時 間 (Amorim, Isableu & Jarraya, 2006)；空間訓練的練習效果無法遷移到新的 圖形上，對於空間能力不佳的學生，可以引導其瞭解不同參考軸及其部 件之間的空間方位，以降低學生的心智負荷量 (韓承靜，2008)。

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二、 題型複雜度會對不同空間能力學生產生影響

心像旋轉的時間與答對率只和旋轉的角度有關，不受圖形複雜度影 響（Cooper, 1975）；圖形的複雜度愈高，需要更多的時間來重建片段式 旋轉的心像，當學生遇到熟悉的圖形答題時間較短(Folk & Luce, 1987) ； 觀看有意義的圖形時，學生習慣採用片段式旋轉策略，因此答對率隨複 雜度及角度差異增加而降低，當圖形是無意義時，學生習慣採用整體式 旋轉策略，因此答對率不受複雜度及角度差異的影響(Smith & Dror, 2001)；發現圖像整合性會影響心智旋轉的反應時間與角度差異的線性關 係；圖像的複雜度會影響學生在答題的反應，圖像越複雜，反應的時間 就越長； 題數越多、難度越高，答題的正確率就下降；不同結構題型的 得分顯著高於鏡像題型的得分，進行鏡像題型的解題顯著需要更好的空 間能力(李志謙，2012)。

當圖像的關鍵部位越不易確定時，學生遇到複雜圖形時，必須仰賴 容易對應出圖形中其他部件的參考軸來重建整個圖像結構，若圖像複雜 到沒有一個適合做為參考軸的關鍵部位，容易出現失誤或錯認的情形，

因此，低心智旋轉能力學生當圖形越複雜且空間關係不明確時，容易因 心智負荷過大導致表現下降，而在教學上，則可引導學習者標示輔助線 確定適當的參考軸位置與結構，當圖形過於複雜時，則以簡單的代號取 代，藉以降低視覺空間記憶的負荷，將注意力投注在必要的運作歷程中，

且學生會依據刺激圖形的不同，而微調片段式或整體是這兩種解題策略 的比重，在簡單且整合性高的圖形，部件的相對位置明確，因此不需參 考軸就可直接進行重建，多採用整體式旋轉的解題策略，而複雜且僅需 判斷圖形間的微小差距時，則習慣採用片段式的心像旋轉策略，且複雜 度的提高，學生的答對率會下降，且反應時間會增加(韓承靜，2008) 。

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三、 二維空間與三維空間能力的關聯

「空間聯對」是將二維及三維的空間畫面進行連結的心智能力，可 從片段的影像資訊中建立完整的空間心像，也是進行空間設計的基本能 力，藉由經驗累積可提升空間聯對能力，而熟練的「空間聯對」運作常 被視為設計思考的重要技能(陳乃鳳，2006)；在 2D 對照 3d 的「空間聯 對」中，發現學生解題時會根據題性複雜度及難度使用整體式及分割式 的解題策略，在簡單的題型使用整體式的解題方式，在困難及複雜的題 型則是用分割式的解題策略(Cooper, 1988)。

四、 空間能力具有性別差異

在空間認知能力上已被證明具有明顯的性別差異，具有男性優勢的

在空間認知能力上已被證明具有明顯的性別差異，具有男性優勢的