空間認知的意涵與理論

一. 空間認知與空間知識

（一） 空間認知

在環境空間中所表現出來的行為是一種外在的空間行為表現，他牽涉到我們對環境 所產生的空間認知（spatial cognition）。有關空間認知的理論，已發展出多種不同的模式。

人類經由感官接受環境訊息的過程，稱為識覺。人類不可能同時接受來自環境的所有訊 息，只能選擇性地接收部分訊息，否則會產生訊息超載的現象(information overload)。再 者，每個人感官發展的狀況不一，因此每個人對於實質環境的識覺是不盡相同的。當環 境訊息經由感官為人類所接收後，再經過大腦的處理、組織，與人類既有的知識與價值 系統融合，乃建立空間認知，產生心像(mental image)。心像亦即認知圖，由於歷經兩次 篩選與組織，已與實質環境有所差距，並非實質環境的照相(Haynes，1980，引自賴進貴，

2005)。

（二） 空間知識

空 間 知 識 的 類 型 有 三 種 （ Golledge， 1991 ）： 第 一 種 為 陳 述 性 知 識 （ Declarative Knowledge），即人所賦予物體或地點的名稱或意義，例如某地位置、面積、人口等；第 二種為程序性知識（Procedural Knowledge），又稱為路徑性知識，建構在陳述性知識的基 礎上，進而了解物體或地點間的空間關聯；第三種為結構性知識（Configurational Knowledge）它像是圖像式的知識，具有接近平面幾何的特質，例如進行距離或方向的 估測。張育傑（2009）表示程序性知識的獲得須經由親身經驗的感官來認識周圍的地理 空間與環境，而這些訊息會在心裡面形成意象，提供個體認識環境並與空間互動的線 索，兒童在騎自行車找路的過程中會得到路徑知識，並與課本或地圖中的敘述性知識結 合而轉化成結構性的知識。

危芷芬（1995）指出空間知識可以概分為路徑知識與俯瞰知識，前者亦稱探路，意 指個人在環境中的一連串活動，依靠經驗產生；後者類似於地圖所呈現，傳達地點之間 的整體關係，可以靠研讀地圖而獲得。研究更近一步顯示，直接由環境中學習之經驗比 來自地圖圖面之空間訊息更能產生彈性之空間知識，而地圖本身是難以改變個人對環境 的觀點和定向。

Google Earth衛星空照圖提供了直觀、實景的瀏覽方式，雖然使用者未親臨現場，但 其對於了解物體或地點間的空間關聯的助益，效果同於得到路徑性知識，本研究即試圖 利用此軟體協助兒童增進其空間認知的能力，並以手繪認知圖的方式，檢視是否能將上 述內容轉化成為結構性知識，並加以分析其效果。

Mark（1993）認為，空間知識的建構不一定要透過陳述性知識和程序性知識的歷程，

透過地圖的學習是可以直接跳到結構性的知識。從多重來源（直接接觸環境和非直接接 觸環境）整合空間資訊，是空間資訊研究的一個重要部份（Montello and Frcundschuh，

1995）。隨著科技的日新月異，地圖的載體也從傳統的紙本，演變為今日多元的呈現方 式，如網路電子地圖、3D實境、衛星空照圖、數碼城市、虛擬實境、街景視圖等，本研 究即要探討Google Earth軟體整合以上各種資訊圖資，對兒童空間認知的影響。

二. 兒童認知發展理論

賴進貴（1999）表示國外學者Downs and Stea在「Image and Environment」一書中討論 到認知地圖、空間行為與態度、個人獲得的空間環境資訊如何影響其行為，以及國內學 者石慶得等（1992）在探討兒童地圖認知時，都認為認知發展是影響學生使用地圖的關 鍵。

認知發展是教育心理學研究上的重點之一。這一領域的知名學者包括瑞士的發展心 理學家皮亞傑（J.Piaget）及美國教育心理學家布魯納（J.S.Bruner），前者提出階段論（stage theory），後者提出表徵系統論（systems of representation theory），分別和地圖能力發展有 關。

（一）皮亞傑的認知發展理論

瑞士心理學家J.Piaget 的研究中，自兒童期開始，對空間關係的理解須通過一連串 可預測的四個發展階段：1.動作感覺期；2.直覺期或運思前期；3.具體運思期；4.形式運 思期（危芷芬，1995）：

1、 動作感覺期（Sensorimotor Period）出生至2歲，兒童完全以自己的身體來定義空 間和物體的位置；對兒童來說，空間的世界完全是自我中心的。

2、 直覺期或運思前期（Period of Intuitive or PreoperationalThought）2 歲至7 歲，兒 童仍是自我中心的，而且難以建立與自己身體分離之地方的複雜心象。僅能夠 對直接環繞在四周之環境形成粗略的表徵。

3、 具體運思期（Concrete Operations Period）7 歲至11 歲，兒童開始打破自我中心，

而將地方和物體是為與自己身體分離之概念，並且開始利用地標作為物體和方 向的參考點。

4、 形式運思期（Formal Operations Period）11 歲至成年，是J.Piaget 模型的最後一 個階段。從青春期開始，個體可以輕鬆的利用符號和羅盤方向等抽象概念，而 且開始形成比以往更大、更統合的認知圖。

同時皮亞傑又將兒童空間認知發展分為三個階段如下：（石慶得等，1992）

1. 拓撲（Topological）空間概念時期：為三歲六個月至四歲之間，此一時期兒童的

空間概念有五個特性，包括接近性、分離性、順序或空間的連續性、包圍性、

線和面的連續性。如此的空間概念使得這一時期的兒童對於空間物體的大小、

形狀、角度、曲折等特性並不清晰，而較能掌握物體間的接近與遠離，圖形中 的封閉與開放以及內、外的關係。

2. 投影幾何學（Porjection geometry）時期：約四歲至七歲之間，屬於前運思期及 具體運思期。此時期的兒童能以透視的觀點，在不同的位置觀察以瞭解物體的 出現。

3. 平面幾何學（Euclidean geometry）時期：約七歲至十一歲間，屬具體運思期。

此一階段兒童對空間物體的瞭解，已能掌握長短、距離、角度、面積等空間特 性，開始能正確而完整地尋找地點間相互的關係。

（二）布魯納的認知結構學習階段

根據布魯納的研究，人類的認知表徵方式是跟隨著年齡而發展，布魯納將認知表徵 的發展分為以下三個階段（張愛卿，2001）：

1、 動作表徵階段（enactive representation）兒童最初的認知結構是動作表象，大約 五歲以前的兒童都處於這個階段，他們「從動作中認知」，其認知多數是透過行 為而產生，他們的表徵與手足的直接動作聯繫在一起，此種認知結構是刺激和 反應的直接聯結。

2、 映象表徵階段（ikonic representation）這一階段大約是處於六、七歲到十歲兒童 的認知發展狀況，以內在意象為基礎，處於映象表徵階段的兒童，只須看一眼 即可答出蘋果數量，不像動作表徵階段須要具體地數一數。布魯納認為這是映 象表徵簡約了動作表徵的緣故，換言之，這是一種比動作表徵更為複雜的認知 現象。

3、 符號表徵階段（symbolic representation）符號表徵是以抽象的、任意的和更靈活 的思想體系為基礎的階段，依靠語言符號來表徵事物的認知方式。語言將圖像 簡潔地符號化，可以隨時自由地從大腦裡存取，此階段的兒童能夠把握事物的 本質，並理解事物之間的邏輯關係，是最高級的認知階段。

本研究第二階段的對象為國小六年級學童，年齡為11歲到12歲之間，對照皮亞傑與 布魯納的認知發展階段論，分別屬於具體運思期準備進入形式運思期，及映象表徵階段

準備進入符號表徵階段，此階段學童除了可以將地方和物體是為與自己身體分離之概 念，並且開始利用地標作為物體和方向的參考點，也開始嘗試利用符號和羅盤方向等抽 象概念，而且開始形成比以往更大、更統合的認知圖。

三. 認知地圖

（一） 認知地圖的形成

認知地圖是一種個人化的內心活動的結果，而內心活動的過程是無法觸及的形上活 動，人們創造的認知地圖存在記憶中，認知地圖是我們建構週遭環境的心智重現。這些 地圖由我們所接收的持續流通資訊構成，經由我們在很長時間的經驗建立，認知地圖是 個人一般知識的基本部分，我們一再地使用它（de Blij，1996，引自白子祐，2001）。認 知地圖包括空間資訊、屬性的價值及意義，被個人的技巧及知識限制，認知地圖提供被 感知資訊及行為之間的介面機制（陳彥任，2001）。

空間認知發展階段利用認知圖在環境中探路的能力，由嬰兒期到成年期之間有重大 的變化。心理學家對於空間認知發展之模型有如下三點之共識（危芷芬，1995）：

1. 兒童對空間環境的暸解會經過一連串可預測的發展階段。

2. 感覺動作的「探路」技能都早於更抽象的認知繪圖能力。

3. 地標是最早學會的環境向度，接著是通道網路，最後才形成整體環境的心理結構。

趙小菁（2006）表示認知圖（cognitive map）就是人們心智上的地圖，用來組織生活 四周的環境，對它作出反應，認知圖形塑了人們對地方的看法，因此認知圖也提供了研 究者了解研究對象的空間認知的能力或影響其發展的現實因素。透過所畫地圖的分析，

可循線探索繪圖者的內心對空間組織或空間形象的感受。地圖本身是一種空間知識的傳 播方式，其特色為圖形式的傳播，主要功能為個人空間知識的呈現與讓讀圖者產生空間 知識。

認知地圖雖可以為個人提供環境認知之模型，然模型必然只是部分訊息的呈現。儘 管認知地圖被認為只萃取有用的部份訊息提供建立環境的認知圖和現實不同，然無論認 知地圖是詳盡或概略的；範圍可能大到整個地球或小至後院。無論如何，認知地圖可以 如個人所相信那樣去呈現世界（危芷芬，1995）。因此，個人對於環境訊息之抽取以及 注意、知覺和回憶錯誤之落差都會使得認知地圖之呈現與現實有所不同。

地圖本身不僅是地理資訊的儲存工具，而且每一幅地圖繪製的目的、呈現的內容及

地圖本身不僅是地理資訊的儲存工具，而且每一幅地圖繪製的目的、呈現的內容及