空間能力

美國心理學家瑟斯頓（Thurstone）在1938年提出人類基本心理能力 論，一共有語文理解、語詞流蝪、數字、記憶、空間關係、歸納推理、

知覺速度等七個項目，如圖2-1。空間關係是其中一個項目，在當時，空 間能力這一項，較少受到學者的觀注。到了近三十年才有較多學者在做 空間能力的相關研究和發表。因為空間能力也是認知能力中的一項，空 間能力高的人不管在學習能力、邏輯推理及創造力均較傑出之表現，並 且在學習態度上普遍上也較為主動積極，且自我挑戰性高（戴文雄，

1992）。

圖2-1

本節針對空間能力的意涵、空間能力的類型與特性、空間能力相關 研究進行分析歸納，以做為討論本研究之研究目的基礎。

一、 空間能力的意涵

空間能力（spatial ability）一詞其實是個抽像複雜的概念；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、空間 定位能力（Allen, 1999）等；空間能力即在於能準確對空間的感覺及視 覺，並將知覺到的色彩、線條、形狀、空間與彼此間關係的敏感性表現 出來（康鳳梅，2006）。空間能力亦是大腦內在抽象認知過程（潘玉華, 2003）；而 Gorgorio (1998) 指出空間能力是不同空間轉換、解讀空間資

24

訊以及溝通空間資訊的能力的組合；學者韓承靜、洪蘭與蔡介立（2000）

指出將物體轉化成圖形顯現於腦海當中，並能映射出物體之正確形狀、

大小與位置，以及在腦海中操弄此物體旋轉的能力，就是空間能力（曾 俊豪，2005）。學者鄭兆明（2006）指空間能力是與生俱來的一種能力，

對物體在腦海中位置、方向的改變、旋轉、扭曲與展開有其獨特之影像 判讀的能力，並能透過記憶與邏輯將心象中物體自如的在動態、靜態與 二維、三維中轉換的一種思考與對應關係之能力。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）。

魏春蓮（2005）認為空間能力類型包含空間視覺化和空間方位兩種 能力。在面對一個圖像刺激物時，能在心中操弄、旋轉、扭轉、翻轉和 拆解的能力，即空間視覺化能力（Spatial visualization）。當大腦面對一 個外在影像或物件刺激而進行心理圖像的平移、旋轉、翻轉，以及對一 個物件在空間中改變方位或角度，仍然可以清楚掌握空間關係而不會混 淆的能力，即為空間定位的能力（Spatial orientation）。

空間能力係立基於一般的認知能力之上，對外在刺激產生內在達到 心像之統整，促進問題解決之能力。簡而言之，空間能力係指個體能夠 正確觀察、辨識與解讀任何形式的物件，並根據視覺所接收到的的圖像 記憶於腦中，且進一步透過大腦的理解辨識，在 2D 平面與 3D 立體之間 任意的移動、旋轉、翻轉或轉換，展現出再確認、保留與回憶圖像的思 考能力（鄭海蓮、陳世玉，2007）。

康鳳梅（2002）研究將空間能力指標歸納建構為空間定位能力、空 間關係能力、空間感觀能力、空間視覺能力、空間組織能力五項。空間 定位能力定義為受試者能從不同角度想像物體或圖形在空間的旋轉變 化，並且對改變方向之物體或圖形保持清晰，而能迅速和精確想像其以

25

2D 或 3D 旋轉的能力。空間關係能力定義為受試者能想像在不同空間之 物體面互相關連起來，並想像操弄物體摺合、展開或旋轉組合與分解的 能力。空間感觀能力定義為受試者能正確辨識物體相接合所形成的線，

且對所觀看的物體能形成精確影像的能力。空間視覺能力定義為能夠由 心理旋轉、移動而將相對位置改變的物體操作或轉換其空間能力模式的 能力。空間組織能力定義為受試者能經由組織觀察物體不同方向之空間 影像，而揣想另一方向影像或空間能力（莊振中，2004）。

綜上所述，空間能力就是在面對外在事物，能在大腦快速形成內在 之心像，並能對此心像做移動、旋轉、翻轉之能力，換言之能從任何角 度及方位來正確觀察一物件之能力。並且能輕易在 2D 平面與 3D 立體 之間做對應轉換之能力。另一方面就是處在空間之中，不因旋轉、翻轉 仍能清楚掌握方向之能力，謂之空間能力。

二、 空間能力相關研究

空間能力是人類基本心理能力（Thurstone, 1938）的七個項度之一，

因此它對人類來講是很重要的一項能力，因此空間能力相關研究一直是 學者們相當有興趣的研究主題，以下舉幾個國內外研究案例做說明：

蔡宛君（2013）研究旨在應用樂高『LDD』軟體作為科技學習工具，

對於國小五、六年級學童進行空間旋轉能力學習的探討。研究結果發現：

1. 學童在三度空間旋轉測驗表現優於二度空間旋轉的表現；2. 在繞軸 軌跡旋轉測驗中，六年級表現顯著優於五年級，不同性別未有顯著差異；

3. 而與軸密接表現顯著優於與軸分離；4. 旋轉角度和方向顯著影響著 學童的表現。

Black（2005）的研究結果發現專注於空間能力或空間方面的概念可 以改善地球科學概念解能力。

林漢裕、李玉琇（2010）研究中發現，空間能力直接影響圖學表現，

26

空間工作記憶和空間短期記憶並沒有直接對圖學表現產生影響。因此，

空間能力是影響圖學表現的重要因素，如果在設計訓練的過程中，能加 強對空間能力訓練的話，對圖學表現就會產生影響。

Kurtuluş (2011)研究的目的是探討計算機輔助透視圖教學對小學八 年級學生在空間定位和透視圖的成就影響。研究結果發現，計算機輔助 透視圖教學能增加學生在空間定位和透視性的成就。

吉同凱（2012）研究發現地標型策略的 3D 電腦遊戲玩家常用節點 類地標，縱覽型策略者則常用地區類地標。無論何種尋路策略的玩家，

低空間能力者都較高空間能力者注重地標的視覺性。研究另結論：個人 空間能力顯著影響地標使用種類，而尋路策略傾向則顯著影響注意的地 標性質。故 3D 遊戲環境設計上，路徑規劃複雜化、區域之間的視覺差 異模糊化、路徑的交叉點最小化，可使空間能力不同者感受難度差異。

林漢裕、李玉琇、陳垣長（2012）研究探討指長比和空間能力的關 係，主要是以空間能力因素來進行，研究發現，男性左手的指長比愈低，

空間因素的表現就愈好，男性右手的指長比愈低，同樣發現空間想像和 空間關聯因素的表現也愈好，但右手指長比與視覺空間感知速度無關。

對女性而言，不管是左手或右手的指長比，都和空間能力表現無關。

廖于翔（2013）所做的研究為探討不同科系背景的高中職學生的空 間能力，在不同的顯示介面下進行測驗，是否會因介面的不同而影響空 間能力表現的差異，並進一步探討性別、介面、科系之間對空間能力及 生心理的影響與關聯性。研究結果發現：

1. 男女在空間能力表現及生心理指標上均無顯著差異。

2. 紙本介面的空間能力作業績效優於平板電腦介面，而紙本介面的 偏好度也高於平板電腦，且平板電腦會產生較多腕部不適。

3. 性別與介面具有交互作用，男性在傳統紙本上的空間能力表現較

27

佳，而女性在平板電腦的空間能力表現較佳。

4. 空間能力測驗中的各項空間作業績效之間具有正相關性，而身體 疲勞程度與空間能力績效表現也具正相關性。

張哲豪（2011）的研究主要是以問卷調查法探討國中學生二度空間 能力的現況，並據以瞭解不同學校規模、級別、性別、電腦電動經驗頻 率與身份別的國中學生在二度空間能力表現的差異情況。研究工具採用 自編的二度空間能力測驗，其中包括平移、對稱、旋轉、縮放、綜合等 五個子測驗，根據測驗所得資料利用 SPSS 進行分析，本研究發現如下：

1. 中、大型學校規模的學生在二度空間能力測驗的表現顯著優於小 型學校規模的學生。

2. 高年級學生的空間能力優於低年級學生。

3. 國中男學生在二度空間旋轉、綜合能力測驗表現顯著優於國中女 學生。

4. 電腦電動經驗低頻率的學生在二度空間能力測驗的表現顯著優 於電腦電動經驗中、高頻率的學生。

5. 一般學生在二度空間能力測驗的表現顯著優於原住民、新移民學 生。

在陳奕翰（2013）年的研究中，學童於「樂高積木教學課程」教學 前後，在空間能力的整體表現上有何差異，其研究之主要研究結果如下：

1. 接受「樂高積木教學課程」之學童在空間能力整體認知表現上顯 著優於未接受樂高積木教學課程學童。

2. 接受「樂高積木教學課程」之學童在空間學習的整體表現上均能 符合空間能力量表之各向度分量指標。

28

以上是學者們針對空間能力從事相關之究，本研究者針對上述研究 做以下整理。

1. 有研究是為了解不同學齡學生、不同規模大小之學校學生空間能 力表現以及電玩經驗對空間能力之影響（蔡宛君，2013；張哲豪，

2011）。

2. 空間能力對於對於學科理解上的影響（Black，2005）。

3. 空間能力對於工程圖學之表現及 3D 遊戲之影響（林漢裕、李玉 琇，2010；吉同凱，2012）。

4. 人體結構比例和空間能力的關係（林漢裕、李玉琇、陳垣長，2012）。 5. 空間能力的好與壞往往會受到環境、教具、姓別、背景、疲勞等

諸多因素影響（林漢裕、李玉琇、陳垣長，2012）。

6. 透過教學活動前後，來觀察學生空間能力的變化，來了解所運用 之教學活動或教學法對學生空間能力的提昇是否有幫助（陳奕翰，

2013）。

綜合上述研究發現，空間能力是目前教育界相當重視的議題，因為

綜合上述研究發現，空間能力是目前教育界相當重視的議題，因為