空間能力

一、空間能力基本定義

空間能力的定義由於受研究者探討的觀點、分析的角度不同，而有許多不 同的定義與解釋。Kelly（1928）認為空間能力是對幾何形式的認知與記憶，是 在心裡操作物體形狀之流暢能力。Thurstone（1938）的基本心智能力理論中提 出了七項人類的基本心理能力，其中也包含了空間與視覺化能力，認為空間能力 是能在心中記住一個空間圖像，並在腦海中扭轉、移轉或旋轉此圖像至新的位置，

再將此變動之圖像進行比對的能力。Guilford & Lacey（1947）認為空間能力是 能在心裡想像物體的旋轉，在平面上想像物體展開的平面圖或摺疊成立體圖形，

或是了解空間中物體位置改變之關係的能力。

McGee（1979）整理過去的空間能力因素研究，將空間能力分成空間視覺

（Spatial Visualization）與空間方位（Spatial Orientation）。空間視覺是 能將 2D 或 3D 的物體進行心智上的操作、轉動與翻轉的能力；空間方位是指在物 體或圖形不斷改變方位後，個體保持清晰而不混亂仍能正確辨識的能力。

Lohman（1979）的分析研究結果將空間能力的因素分為十個因素，而其中 的視覺化（Visualization）、空間方位（Spatial Orientation）與空間關係

（Spatial Relations）則是影響空間能力的主要因素。視覺化是指將平片物體 想像成立體的能力；空間方位是個體從不同角度觀察物件的能力；空間關係是個 體運用心智快速解決問題的能力。

Linn & Petersen（1985）則是將空間能力分成空間知覺（Spatial

Perception）、心智旋轉（Mental Rotation）與空間視覺（Spatial Visualization）。 空間知覺是個體力用自己身體的方位去辨識空間關係之能力；心智旋轉是個體能 想像旋轉 2D 或 3D 圖像的能力；空間視覺是個體能操作一連串複雜影像摺疊與移 動及使用解決策略之能力。

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Carroll（1993）認為空間能力是由空間視覺化（Spatial Visualization）、 空間關係（Spatial Relations）、完形速度（Closure Speed）、形狀變通

（Flexibility of Closure）及感知速度（Perceptual Speed）五個因素共同構 成的廣義概念。

路君約、盧欽銘、歐滄和（1989）認為空間能力是由視覺處理具體材料的 能力，並將空間能力命名為空間關係。蔣家唐（1995）定義空間能力是以圖像記 憶、複製、觀察、配對等認知能力為基礎，將二度空間中的平面圖像或者三度空 間中的立體圖像在腦海中想像性地轉換、辨識圖像及操控圖像的能力。李琛玫

（1996）認為空間能力是能夠正確辨識、觀察、透視與記憶圖像，然後在心理想 像，操弄、變化圖像等想像性的動態轉換能力。不僅靜態辨識、想像或記憶，更 含有移動、旋轉、摺疊與拆解圖像的能力。

許多的研究者對於空間能力有不同的定義，也認為空間能力可以分成許多 不同的因子，因此在多媒體學習的相關研究中也探討了空間能力對多媒體學習的 影響。而在多媒體學習的研究中，空間能力通常被定義為在腦海中旋轉或折疊物 件的能力，以及想像位置的改變與操作的能力（Brunken, Steinbacher, &

Leutner, 2000; Mayer & Sims, 1994）。而在這些多媒體學習的研究中發現，空 間視覺化與空間關係這兩項因素是最常被測量的，表示空間能力的這兩項因子與 多媒體學習最有關係（Hoffler, 2010）。

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二、多媒體學習與空間能力

雖然多媒體學習與空間能力的相關研究很多，但根據許多研究結果顯示，

關於多媒體學習與空間能力的關係一直沒有定論，但可以確定的是空間能力在多 媒體學習中扮演一個至關重要的角色（Blake, 1977; Hays, 1996;Large, Beheshti, Breuleux, & Renaud, 1996; Yang et al., 2003）。Mayer（2001）

也認為多媒體訊息採語言與圖形兩個管道，學習者需要能夠形成、保持和使用視 覺心智表徵的心理技能，這與空間能力的基本定義有許多相似之處，表示多媒體 學習的過程中是需要用到空間能力的。

多媒體學習與空間能力的相關研究指出，空間能力在多媒體的學習中具有 能力補償效應（Ability-as-compensator Effect），對低空間能力的學習者而言，

動畫可以支持他們學習，因為動畫提供一個過程或程序的動態化呈現方式，幫助 學習者快速建立心智模型（Mayer, 2001 ; Mayer & Sims, 1994），因此動畫對 學習者發揮了認知輔助（cognitive prosthetic）的效果（Hegarty & Kriz, 2008）。 Hays（1996）的研究結果也發現：低空間能力的學習者使用動畫與文字學習時的 能力在多媒體學習中發揮的是增強效應（Ability-as-enhancer Effect），高空 間能力學習者從良好的多媒體設計中獲益的效果優於低空間能力學習者，動畫對 低空間能力的學習者造成過大的認知負荷，因此低空間能力學習者無法在多媒體 學習中獲取有效的助益（Mayer & Sims, 1994; Hegarty, 2005）。

Mayer（2001）說明，對於設計不良的教材呈現的資訊，高、低空間能力學

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習者都難以建構同時保存於工作記憶中的圖形表徵和語文表徵，因此高、低空間 能力學習者的學習效果都不好，當呈現設計良好的教材內容，高空間能力者較容 易建構對應的圖形表徵和語文表徵，並形成合適的整合與聯結導致學習成效提升；

而低空間能力學習者消耗很多的時間與認知資源在建構和保持圖形表徵上，而沒 有足夠的資源用於形成圖形表徵和語文表徵之間的聯結，因此，高空間能力的學 習者比低空間能力的學習者更能從良好的教學訊息中獲益，空間能力增強了好的 多媒體設計效果（Mayer & Sims, 1994）。

綜觀過去的研究結果，空間能力在多媒體學習中動畫與靜態圖片呈現時所 扮演的角色目前仍有爭議，有些研究認為動畫有助於低空間能力學習者學習，因 為可以協助建立心智模型；有些研究則認為在良好的多媒體教材設計下，高空間 能力的學習者獲益較低空間能力學習者來的多；不過也有研究顯示空間能力與多 媒體學習以動靜態呈現方式的學習成效沒有交互作用，因此有待累積更多的研究 結果，以獲得更嚴謹的結論。

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