空間能力

本節探討空間能力之定義與內涵，並針對空間能力進行分類與分析，最後對 心像旋轉能力進行定義與說明。分述如下：

一、 空間能力之定義

空間能力已發展成一個明確的研究領域 (Sorby, 1999)，但各個學者仍對空間 能力有不同的定義及看法。

部分學者較注重於是否能夠將物體或影像於腦中進行旋轉及操弄，例如 Thurstone (1938)所提出七項人類的基本心理能力中，包含了空間視覺化 (spatial visualization)。他認為空間能力是能在腦中記住一個圖像，並在腦中進行扭轉及旋 轉等動作。 Kelly (1928)認為是一種視覺形式的認知與記憶，並且具有操作心像 的能力。 Sorby (2007)則將空間能力解釋為能夠在腦中視覺化物體及其狀態，並 對該影像進行操作。

也有學者較著重於辨識空間中物體的形狀以及空間中物體之間的關係等。例 如李琛玫（民 85）認為空間能力是準確的辨識與觀察圖形的能力。張秋燕（民 97）表示空間能力是能夠辨認出物體在改變方位後仍能辨認出物體之特性、能從 特定視角辨認出該物體之特性及成像，以及能在心像上察覺物體的整體性與局部 性結構。Newcombe 和 Shipley (2012)認為空間能力為能夠辨識物體的形狀，了解 該物體進行放大與縮小等變形後之狀態，及了解物體在空間中之關係，在物體移 動後仍能清楚了解物體彼此之間的關係。

還有學者認為空間能力包含對空間的邏輯或推理等其他認知功能。例如康鳳 梅（民 95）認為空間能力包含感觀、記憶、邏輯思考以及創造性空間思考能力。

Linn 與 Petersen (1985)則解釋空間能力是一種空間知覺、概念、表徵以及推理之

Metzler

透視圖像變化。

Petersen

一種空間知覺、概念、表徵以及推理之轉換能力。

2012 Newcombe

& Shipley

辨識物體的形狀並了解該物體進行放大與縮小等變形後

不同視角之成像等關係，並且能夠在腦海中對二維及三維物體進行旋轉、扭轉、

放大縮小等操弄之能力。

二、 空間能力之分類

學者在定義空間能力的同時，也對空間能力進行分類，以便更精確的了解空 間能力的不同面向。

Piaget (1952)將空間能力發展分為能夠辨識物體間遠近及物體間排序等關係、

能夠視覺化三維物體並認知到不同角度觀看物體時成像之不同，以及針對面積、

體積及距離進行旋轉或映射之動作三個階段。Linn 和 Petersen (1985)將空間能力 分為 (1)空間感知 (spatial perception)：辨別自己與空間關係的能力， (2)心像旋 轉 (mental rotation)：二維與三維的心像旋轉，及 (3)空間視覺 (spatial

visualization)：分析多步驟且複雜的空間資訊。

Tartre (1990)將空間能力分為空間視覺以及空間定位兩者。前者為能在心裡移 動物體，後者代表能夠在心裡移動自己的視角。Maier (1994)則將空間能力分成 5 個元素，分別為空間感知、空間視覺、心像旋轉、空間關係 (spatial relations)及 空間定向 (spatial orientation)。宋嘉恩（民 96）則分為四個面向進行討論： (1) 空間移動旋轉能力：能夠辨識二維及三維空間之圖形， (2)空間視覺想像能力：

利用推理能力想像或透視圖形的特性與關係， (3)空間方位辨識能力：能夠辨識 基本的方位與物體的相對位置， (4)空間方位應用能力：能夠解決日常生活中空 間方位的問題。

針對上述各個學者對空間能力之分類，歸納整理如表 2-2：

表 2-2

Petersen

空間感知：辨別自己與空間關係的能力。

Yoon, 2013)。人類生活中也經常應用到心像旋轉能力，例如地圖與方位的判讀、

物品的擺放、拼圖、俄羅斯方塊、樂高積木堆疊以及魔術方塊等，都是心像旋轉 能力的應用（劉屾垚，民 96）。然而，每個人的心像旋轉能力不同，有些人可以 容易的「轉動」腦海中的影像；有的人則在稍微複雜的圖形擺在眼前時，只要有

點角度不同，就分辨不出來（韓承靜、洪蘭、蔡介立，民 99）。

施幸玟（民99）在擔任國小高年級的授課老師時也發現，孩童樂於接觸空間 旋轉相關的遊戲，包含拼圖及魔術方塊等玩具，且這類的遊戲經驗對於孩童的心 像旋轉能力以及空間能力都是有幫助的。但是在課程中卻缺乏相關的指導，因此 國小高年級孩童在空間旋轉能力上所具備的能力與表現是值得探究的議題。

接下來整理各學者對心像旋轉能力之不同的定義並進行分類說明。部分學者 著重在是否能夠於腦中進行影像的操弄，例如Shepard與Metzler (1971)將心像旋轉 定義為物體在心中作連續性的轉變歷程，故心像旋轉是一種在空間中想像物體旋 轉的能力。陳薇如、莊昀芳與陳敏生 (2013)將心像旋轉視為一種在腦海中進行物 體旋轉的能力，意即如何將視覺捕捉到的圖像進行自行想像和旋轉的過程。其中，

更解釋心像旋轉是旋轉腦海中的圖像能力。Maeda與Yoon (2013)認為心像旋轉能 力是一個藉由空間視覺在腦海中旋轉和轉換平面影像以及立體物體的一個認知 過程。

有學者特別針對空間中二維及三維的影像及物體進行說明，如施幸玟（民99）

認為該能力包含將一個二維及三維的物體依照特定的中心軸進行特定角度的旋 轉，因此將心像旋轉能力定義為能夠透過在腦中操弄二維及三維圖像的旋轉或翻 轉、能夠辨識旋轉後的二維或三維圖像，並且能夠在腦中想像由不同視角觀察立 體圖像的視圖。李建璋（民100）表示心像旋轉能力是一種在腦中對物體作想像 性的旋轉能力，也就是能夠在腦中對二維平面圖型以及三維立體物體進行旋轉、

翻動以及移動的能力。

針對上述各個學者對心像旋轉能力之分類歸納整理如表2-3：

表 2-3

心像旋轉能力之定義

年分 姓名 定義 1979 Shepard 與

Metzler

針對物體的在腦中作連續性的轉變歷程，故心像旋轉是一

針對心像旋轉能力之處理過程，Shepard與Metzler (1971)的研究認為心像旋轉 過程可分為四階段，分別是將圖像進行編碼、在腦中進行旋轉影像、將看見的影 像與腦中轉換過後的影像進行比對，以及最後做出反應。

Copper (1975)認為心像旋轉能力的心像運作過程分為兩階段，受試者先對一 個參考軸進行簡單的旋轉，接著再依圖形各個部份相對於參考軸的相對空間關係

表 2-4

心像旋轉作業

年份 姓名 說明

1971 Shepard 與 Metzler

心像旋轉作業過程可分為四階段，分別是將圖像進行編 碼、在腦中進行旋轉影像、將看見的影像與腦中轉換過 後的影像進行比對，以及最後的做出反應。

1975 Copper 心像旋轉能力的心像運作過程分為兩階段，先對一個參 考軸進行簡單的旋轉，接著再依圖形各個部份相對於參 考軸的相對空間關係重新建構出來。

民 99 韓承靜、洪蘭 與蔡介立

心像旋轉作業定義為比較角度不同的兩個物體是否為相 同的物體。

民 101 趙世範 心像旋轉作業是測量人們在想像空間中物體旋轉到不同 定位的所需時間，並將所需時間與物體旋轉角度進行分 析。

根據上述學者對心像旋轉的處理過程，本研究將其歸納為先對空間中物體進 行觀察及分析，進行單軸或雙軸的旋轉，比對腦海中旋轉過後的影像及做出反 應。

綜觀以上學者針對空間能力之定義與空間能力之分類後可發現，即使定義尚 未取得一致之方向，但是否能夠在腦中進行影像之操作無疑是空間能力重要的指 標之一。學者針對心像旋轉能力進行定義與流程分析後，了解到心像旋轉能力不 僅針對二維影像進行檢驗，更進一步分析是否能夠在腦中進行三維影像之操作。

本研究透過提供學習者三維物體旋轉的過程，期望能培養學習者在腦中進行心像 旋轉的能力。