空間能力（Spatial ability）起源於心理學，而 Gardner (1983)指出人類的多元智能論
（theory of multiple intelligence）中，分別為：語文、邏輯、空間、肢體、音樂、人際、
內省等七項，空間能力是人類的基本智能，亦會影響人們學習成效。然而現今許多學者 將空間能力與科學學習做連結，同時顯示高空間能力的學生，其科學學習成就也較高（曾 永祥、許瑛玿，2006；Load, 1985）。以上顯示學生的空間能力對於科學學習具有重要影 響。學者們對於空間能力的定義眾多紛紜，本文整理些許學者對空間能力的定義，如表 2-3-1。
綜合以上學者研究可知，雖對空間能力定義不一，但大多數學者均說明空間能力是 一種辨別物體空間方位，進而以不同方式操作（例如：旋轉、組合等）物體的心智歷程。
而本文將空間能力特指能辨別二維、三維空間物體方向的能力，用以協助學生了解題目 中有關物體運動方向等相關訊息。
表 2-3-1 各家學者對空間能力的定義
學者 空間能力定義
Mcgee (1979) 將視覺刺激於腦中呈現的能力，不會受方位影響而干擾，
並於腦中操作、旋轉、反轉，以理解視覺接受的刺激 Lohman (1979) 平面二維空間與立體三維空間兩者彼此移動、轉換或旋
轉的過程
Gardner (1983) 在腦中描繪事物（picturing things in the head）並操作它 的能力，例如：旋轉、摺疊等操作，並有能力辨別不同角 度觀看物體
Linn 及 Petersen (1985) 一種關於空間感知、概念及推理能力，並分為空間知覺、
空間視覺化、心理旋轉三種
(續下頁）
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表 2-3-1(續前頁）
學者 空間能力定義
Load (1985) 人們於思考時，對所見的物體將產生心智模型，而操作 此心智模型之能力為空間能力
Tartre (1990) 人們於視覺所得到特徵物的表徵後，在心裡重新調整空 間方位，以獲得與特徵物表徵一致的能力
Schofield 及 Kirby (1994) 一種關於空間關係的能力，能在心智模型中進行三度空 間的旋轉，包含三維空間轉換為二維空間的能力
Gorgorio (1998) 於內心進行空間方位運算的能力，以解決遭遇到的空間 方位問題
二、 空間能力的構成因素
因學者們定義的空間能力不盡相同，學者對各自定義的空間能力其構成因素亦不相 同，許多學者利用因素分析法探討空間能力的影響因素，發現空間能力可能由兩種以上 因素構成 (Load, 1985；Mcgee, 1979)，關於空間能力的因素，以下介紹較為大眾廣泛引 用的因素。
Mcgee (1979)將空間能力分為兩個主要因素─空間方位（Spatial orientation ability）
與空間視覺化（Spatial visualization），而這種定義受到學者的支持（左台益、梁勇能，
民 90）。
(1) 空間方位：將外在刺激內化成心智圖像，並可清楚了解其相關方位，不會因改 變方位而混淆
(2) 空間視覺化：在心智模型中操控、旋轉及二維與三維之間的轉換。
Load (1985)則提出空間能力有三個因素─空間方位（Spatial orientation）、 空間視覺 化（Spatial visualization）及封閉的靈活性（Flexibility of closure）
(1) 空間方位：察覺空間關係與圖像守恆
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(2) 空間視覺化：於操作二維或三維心智圖像
(3) 封閉的靈活性：從環境中建立心智圖像並忽略額外的訊息。
Lohman (1988)亦提出影響空間能力的三種因素─空間關係（Spatial relations）、空間 方位（Spatial orientation）、 空間視覺化（Spatial visualization），並說明空間能力因素的 測驗方式。
(1) 空間關係：平面二維與立體三維兩空間彼此的移動過程，可藉由心像旋轉
（mental rotation）測得。
(2) 空間方位：能從不同角度觀看物體的能力，例如平面二維空間與立體三維空間 兩者間的轉動，可藉由鏡像測驗測得。
(3) 空間視覺化：接收視覺刺激後，於心智模型中建立心像，並能操作此心像，以 進行平面二維與立體三維兩者間的旋轉，可藉由摺紙測驗（Paper Folding）或方塊設計
（Block Design）測得。
上述學者針對空間能力所提出的影響因素數量不一，但可發現空間能力因素中，有 兩項重複的因素分別為：空間方位、空間視覺化。但學者們對重複的因素其定義並不相 同，例如 Load 提出的空間視覺化涵蓋範圍較 Lohman 提出的空間視覺化範圍大，後續 也有許多學者提出空間能力的影響因素，仍不能脫離這兩項重要因素（康鳳梅等人，
2006）。本文較贊同 Mcgee (1979)所提出的影響因素，空間能力的空間方位係指於腦海 中形成心智圖像，空間視覺化則是於心智模型中操作此心智圖像。
三、 空間能力與問題解決的關聯
Gardner (1983)說明空間能力為人們多元智力的其中一種智力，而許多研究顯示高 空間能力的學生其科學學習的成就較高（左台益、梁勇能，2001；曾永祥、許瑛玿，2006；
Adeyemo, 1993；Load, 1985；Tambychik, 2010）。尤其數學教育領域做了許多空間能力 與問題解決兩者間的研究（吳文如，2004；Blatto-Vallee et al., 2007； Casey et al., 2008；
Garderen, 2003；Tambychik, 2010）。其中吳文如（2004）說明國中生的空間能力與數學
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學習成就呈現中度相關；在化學領域，Carter、LaRussa 及 Bonder (1987)研究顯示，學生 的空間能力與其化學學習成就兩者間相關係數在 0.1~0.37 之間。以上所說的學習成就皆 屬測驗後的結果，而問題解決屬於高度的認知活動，故若要檢驗學生的學習成就，檢驗 學生的問題解決能力是較為直接且明顯的。當許多研究者將空間能力與科學學習做連結 時，自然有部分的研究聚焦於空間能力與問題解決的關聯 (Adeyemo, 1993；Boonen, 2013；Tambychik, 2010)。Casey et al. (2008)更指出學生的空間能力在執行數字運算與推 理過程扮演相當重要的角色。然而 Blatto-Vallee 等人 (2007)同樣在數學教育研究領域，
卻發現學生的空間能力沒辦法完全解釋學生的問題解決，幾乎只有 20%的解釋量。雖然 空間能力無法完整解釋問題解決的關鍵要素，但問解解決牽涉到許多能力，空間能力仍 是考慮的關鍵因素。
在物理解題方面，Pallrad 及 Seeber (1984)研究指出，可以成功解決物理問題的學 生，學生的空間能力也較高。Kozhevnikov、Hegarty 與 Mayer (2002a)說明學生對於不同 的運動學的物理問題，需要不同的空間能力。 Kozhevnikov、Motes 及 Hegarty (2007)針 對運動學解題研究顯示低空間能力的學生容易傾向只理解座標圖的意思，較無法轉換物 理架構，且較無法成功結合運動學中的兩種向量。雖然上述說明高空間能力的學生，其 解題成就較高，但無法得知學生的解題取向。在物理範圍中，運動學概念為向量導向；
能量守恆概念為純量導向。本文認為 Kozhevnikov 等人似乎暗示低空間能力學生使用運 動學進行解題較為困難。故本研究欲探討學生的空間能力是否會影響學生的解題取向。