第一章 緒論
本研究旨在探討不同科技使用、視覺動作統整能力、空間能力對於運動力學 中拋體運動概念學習的影響。研究中使用三種不同的科技使用，並將分析科技使 用對於概念學習成效的影響，進而探討不同視覺動作統整能力及空間能力對於學 習成效的影響，以此提出使用新的科技於教學上之相關建議。本章則針對本研究 的研究動機與背景、研究目的、研究問題、研究範圍與限制以及研究中提及的重 要名詞進行釋義。
第一節 研究動機與背景
隨著科技的進步，許多科技的裝置已經可以應用於課室之中，較常見的裝置 如電腦、筆記型電腦、電子白板、平板電腦、掌上型電腦(PDA)…等，這些裝置 在教學上各自擁有不同的特性、優點、與其限制。一些資訊科技融入教學的優點 可藉由平板電腦的特性作更進一步的發揮(Frolik & Zurn, 2005)。Moore 等人(2008) 指出，平板電腦可以被視為加上了數位書寫等進階功能的筆記型電腦，可以讓人 直接在螢幕上創造資訊。此功能為平板電腦最大的特性，且在一些研究中已經提 出此種功能確實有增進學生學習成效的潛力(Li, Pow, Wong, & Fung, 2010)。因此，
平板電腦自從 2002 年之後，作為教學輔助工具的數量越來越多(Lim, 2011)，但 這些研究之中教學的概念與科目可能不同，加上平板電腦運用於教學的方式也各 不相同，因此研究的結果不見得都能類推到其他平板電腦相關的研究。但整理過 去平板電腦作為教學工具的相關研究可以發現，大部分在科學教學上使用的行動 裝置應用程式都以已開發的現成程式作為教學工具(Murray & Olcese, 2011)，或 是針對課堂管理、資源整合等功能做開發而非針對特定概念學習。故本研究特別 針對物理中的運動力學概念學習，以平板電腦本身的硬體設備搭配專為教學主題 設計的行動裝置應用程式（App），期望探討平板電腦本身、或相對於電腦的特 定性質在物理概念的學習上是否有進一部的正面意義。
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在教學中，學生的差異性肯定是重要的一個環節，而為了瞭解了解學習者的 特性是否也影響學生在不同科技使用時的運動力學概念學習成效，本研究欲加入 特定變項來進行討論。在學生的學習中，視覺動作統整（Visual-motor Integration）
被視為個體學習過程中極為重要的能力(Beery, 1997)。視覺動作統整能力已被眾 多文獻支持其與學業、閱讀能力、書寫能力、數學能力的相關性 (Barnhardt, Borsting, Deland, Pham, & Vu, 2005; Daly, Kelley, & Krauss, 2003; Goldstein &
Britt, 1994; Kulp, 1999; Sortor & Kulp, 2003)，且隨著操作任務的不同視覺動作統 整會有不同的機制且因能力高低而有不同表現(Bo, Contreras-Vidal, Kagerer, &
Clark, 2006; Johansson & Cole, 1992)。由本研究科技使用的特性觀之，不論是操 作電腦滑鼠、使用觸控螢幕、或是操作重力加速度感測器都需要相當程度的手部 操作，又因為不同科技使用的操作任務均不相同，其學習效果是否會因為操作的 能力高低而有所不同也成為本研究關注的問題之一。
另外運動力學的概念學習在過去已有許多實徵的研究發現空間能力與學習 成效有相當的關聯，因為在運動力學的概念中，往往需要想像物體移動的過程與 物體間的交互作用等動態的現象(Kozhevnikov & Thornton, 2006)。另外，不同的 科技（如多媒體等）用來融入教學時，也必須考量到空間能力的影響可能會因科 技特性的不同而有所差異(R. E. Mayer & Sims, 1994)。因此可以預期空間能力應 該會影響著學生的學習成效，但在本研究中不同科技使用方式是否會使空間能力 扮演不同的腳色，則成為本研究的研究問題之一。
總結以上論述，科技使用的演進是時代的趨勢，但在演進的同時更要小心不 同科技使用的特性對於學生是否有所助益，亦或者何種特質學生才是受益者。本 研究希望透過探討科技使用方式、視覺動作統整能力、空間能力之間對於運動力 學中的拋體運動概念的影響，以求能提供給開發者、教學者等教育工作者作為科 技使用選擇之參考。
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第二節 研究目的與問題
一、 研究目的
根據上述的研究背景可以知道，科技使用的不同可能會造成學生學習運動力 學中之拋體運動概念學習成效差異。而視覺動作統整能力與空間能力又可能影響 科技使用與概念學習成效之間的關係。故本研究目的為：「探討不同科技使用、
視覺動作統整能力、空間能力對高一學生運動力學概念學習成效之關係」。且由 於欲更深入探討這些變項如何影響概念學習成效，因此在討論過整體概念學習成 效後將依概念認知層次將學習成效分為記憶認知層次概念學習成效與高階認知 層次概念學習成效（包含理解、應用、分析認知層次），並分別討論各概念認知 層次學習成效與各變項之關係。其中除了科技使用變項會單獨討論外，因為本研 究主要並非為單獨探討空間能力與視覺動作統整能力對概念學習成效的影響，而 是為探討視覺動作統整能力與空間能力在不同科技使用下對概念學習成效的影 響，因此將分別討論視覺動作統整能力與空間能力與科技使用變項間的交互作用 並以此進行後續分析。最後，本研究亦分析概念評量開放性問答題中之另有概念 於各變項的差異，以不同面向健全研究之結果與推論。
二、 研究問題
基於上述研究目的，本研究的研究問題如下：
（一）：不同科技使用、空間能力、視覺動作統整能力的學生，於教學活動前後 對拋體運動概念理解是否有組內的進步？
（二）：科技使用的不同是否會造成拋體運動概念學習成效的組間差異？
（三）：視覺動作統整能力在不同科技使用的教學下，是否會影響拋體運動概念 學習成效？
（四）：空間能力在不同科技使用的教學下，是否會影響拋體運動概念學習成效？
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第三節 研究範圍與限制
本研究以高一學生為主要研究對象，受限於研究內容、研究時間與研究參與 者本身影響，其研究結果推論有以下限制
1. 本研究以苗栗市某私立高中一年級學生為研究對象，且此私立高中家庭 社經地位大部分屬中上階級，因此研究結果受地區與研究樣本特性的限 制，不宜推論至所有高中一年級學生，而只適用於相似情境之學生進行 推論。
2. 研究之課程乃是針對物理運動力學概念中之拋體運動相關內容設計，故 此結論不宜推論至其他學科或物理其他不盡相似之領域。
3. 本研究僅探討科技使用、視覺動作統整能力、空間能力對於概念學習的 影響，而無討論性別、社經地位等其他因素。
4. 本研究所述之「科技使用」，特指電腦模擬動畫、平板電腦的觸控功能與 重力加速度感測器等功能，故研究結果不宜推論至其他種不同的科技輔 助載具或運用不同平板電腦特性之教學。
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第四節 名詞界定
一、 科技使用
本研究之科技使用指使用資訊科技融入科學教學時，所牽涉到之軟、硬體特 性與其使用方式。包含了載具本身的選擇（如本研究中之電腦或平板電腦）及使 用到該載具之特性（如本研究中之感測器使用與否），因此相同的載具也可能因 目的不同而採取不同的科技使用方式。本研究指涉之科技使用包含使用電腦搭配 電腦動畫之電腦組、使用平板電腦搭配使用觸控特性 App（應用程式）之觸控組、
及使用平板電腦搭配使用觸控與動感特性 App 之動感組。
二、 視覺動作統整能力
視覺動作統整能力指視知覺與手指－手部動作之間協調的良好程度，著重於 視覺與動作之間的連結機制，生理上可能與腦下皮質層（Subcortically）及腦幹 有關。在抄畫、抓取（Reaching）、指向（Pointing）等動作均需要視覺動作統整 能力之作用，且於六歲後漸至發展成熟。本研究指涉之視覺動作統整能力可能運 用在電腦滑鼠操控、平板電腦觸控操作、平板電腦感測器操弄等手部任務。
三、 空間能力
空間能力是一種心智運作的能力，知覺二度或三度空間的物體進而使用對其 使用各種心智功能（如辨別、操弄、轉化、邏輯推理)的能力。本研究指涉之空 間能力特指其中之空間感觀能力與二度空間旋轉能力向度。
四、 另有概念
另有概念指在某特定科學概念組織中，對某事件或某現象，所持有的一些有 別於目前科學公認的想法。此種概念通常由日常生活經驗形成，用以解釋日常生 活現象如何及為何運作。本研究之另有概念特指學生對於拋體運動教學單元中不 同於現行科學家理論的想法。
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