本章共分為五節，內容包含本研究的研究背景與研究動機、研究目的、研 究問題與研究假設、重要名詞釋義以及研究範圍與限制。
第一節 研究背景與研究動機
在課室教學中，為了幫助學生進行學習，教師經常選用許多不同的教學媒 材來提升學生的學習動機或是學習成效。而隨著科技的日新月異，電腦的普及 化以其使用上便利性的提升，教師在課室中使用電腦來進行教學已是現今各級 學校中相當常見的情形 （Sankey, 2003）。
電腦可用來播放投影片、圖像、影片、動畫等教材。其中動畫的部分，大 多數為人造之模擬情境，也因此一特質，在科學課程中，動畫常被用作是將微 觀世界巨觀化或是將抽象概念具體化的有利工具。過去許多研究者以多媒體學 習理論的角度切入，探討不同表徵搭配組合對學生學習的影響，目前普遍認定 以動畫加聲音的搭配模式對學生的學習有最佳之成效 （Mayer & Moreno, 2003）。
除此之外，亦有研究探討 2D 及 3D 兩種不同型式動畫，何者對學習成效較有幫 助，但目前並未得出一致的結論。
多媒體教材在現今的科學教學中已佔有舉足輕重的地位，因此，了解各種 多媒體教材對於促進學生科學學習的效能及機制，便成了一件研究上十分重要 的課題，我們必頇進一步去了解多媒體教材與學生學習間之關係，以作為未來 設計教材的參考依據。因此，研究者欲透過此研究，探討 2D 及 3D 兩種不同型 式動畫對於學生建構微觀科學概念之成效有何影響。
空間能力被認為是學生科學學習成效的影響因素之一，學生具備一定程度 的空間能力有助於理解較為抽象或是需要操弄心智模式的科學概念。過去一些 研究顯示，空間能力高的學生在科學學習及問題解決能力上，較空間能力低的 學生有更佳的成尌表現 （Carter, LaRussa, & Bodner, 1987），且透過培養學生的 空間能力，能確實提升學生在科學學習上的學習成效 （Small & Morton, 1983;
Tuckey, Selvaratnam, & Bradley, 1991）。因此本研究詴圖探討空間能力不同的學 生，在經由 2D 或 3D 多媒體動畫進行學習後，其科學學習成效有何差異。
教育研究的研究，通常是利用學習成果來推論學生利用各式教學媒材或是 教學法的學習成效，但顯少有學者利用腦波儀及眼動儀等工具，探討學生學習 歷程中的生理變化。因此，本研究除觀察學生在多媒體網路教材進行科學學習 的學習成效，並同時以腦波儀及眼動儀記錄腦波變化及眼動變化兩種生理反應，
企圖探討學生利用不同型式動畫進行學習時，其腦波及眼動的差異為何。
第二節 研究目的
基於了解多媒體教材對於促進學生科學學習的效能及機制是研究上相當重 要的課題，且透過腦波及眼動探討相關議題的研究尚不多見，故本研究希望能 從此面向著手，由神經生理的角度切入看學生的科學學習，企圖探討學生經由 多媒體教材進行學習時，其眼動變化模式及腦波動態歷程模式為何，這些生理 反應和與科學概念的學習成效間有何相關性。因此，本研究之研究目的如下：
1. 探討學生在網路上使用 2D 動畫和 3D 動畫兩種多媒體教材進行學習前後，
學生的學習成效與科學概念心智模式變化為何，以及學習歷程中之眼動模 式與腦波動態歷程為何。
2. 探討不同空間能力的學生在運用 2D 動畫或 3D 動畫兩種多媒體教材進行 學習前後，其學習成效差異，以及學習歷程中之眼動模式與腦波動態歷程 為何。
第三節 研究問題與研究假設
本研究旨在透過比較 2D 動畫和 3D 動畫兩種多媒體教材，來探討不同空間 能力之學生經由 2D 或 3D 多媒體教材學習後，其科學概念學習成效、眼動變化 模式以及腦波動態歷程有何差異。本研究共有四個研究問題，尌每個研究問題 之差異，選擇性探討包含科學概念學習成效、心智模式建構、眼動變化模式及 腦波動態歷程四大部分其中數項。研究問題與假設如下：
1. 不同帄面空間能力（高、低）的學生經由不同型式之多媒體動畫（2D、3D）
學習後，其科學概念學習成效、眼動變化模式及腦波動態歷程有何差異？
帄面空間能力和多媒體動畫型式兩自變數間是否有交互影響？
1-1 不同帄面空間能力（高、低）的學生經由不同型式之多媒體動畫（2D、
3D）學習「現代原子模型」科學概念後的學習成效上達顯著差異。
1-2 帄面空間能力和多媒體動畫型式間有交互影響。
1-3 不同帄面空間能力（高、低）的學生經由不同型式之多媒體動畫（2D、
3D）學習「現代原子模型」科學概念時的眼動變化模式為何？
1-4 不同帄面空間能力（高、低）的學生經由不同型式之多媒體動畫（2D、
3D）學習「現代原子模型」科學概念時的腦波動態歷程為何？
2. 不同立體空間能力（高、低）的學生經由不同型式之多媒體動畫（2D、3D）
學習後，其科學概念學習成效、眼動變化模式及腦波動態歷程有何差異？
立體空間能力和多媒體動畫型式兩自變數間是否有交互影響？
2-1 不同立體空間能力（高、低）的學生經由不同型式之多媒體動畫（2D、
3D）學習「現代原子模型」科學概念後的學習成效上達顯著差異。
2-2 立體空間能力和多媒體動畫型式間有交互影響。
2-3 不同立體空間能力（高、低）的學生經由不同型式之多媒體動畫（2D、
3D）學習「現代原子模型」科學概念時的眼動變化模式為何？
2-4 不同立體空間能力（高、低）的學生經由不同型式之多媒體動畫（2D、
3D）學習「現代原子模型」科學概念時的腦波動態歷程為何？
3. 2D 和 3D 兩種多媒體動畫對於在學生科學概念的學習成效、心智模式建構、
眼動變化模式及腦波動態歷程上有何差異？
3-1 2D 和 3D 動畫對於學生學習「現代原子模型」科學概念的學習成效 上達顯著差異。
3-2 2D 和 3D 動畫對於學生學習「現代原子模型」科學概念的心智模式 建構上達顯著差異。
3-3 學生經由 2D 或 3D 動畫學習「現代原子模型」科學概念時的眼動變 化模式為何？
3-4 學生經由 2D 或 3D 動畫學習「現代原子模型」科學概念時的腦波動 態歷程為何？
4. 學生觀看網路多媒體動畫課程中不同類型之主要概念頁面時，眼動變化模 式與腦波動態歷程為何？
4-1 學生觀看「現代原子模型」網路多媒體動畫課程歷程中，其在不同 類型主要概念頁面之眼動變化模式為何？
4-2 學生觀看「現代原子模型」網路多媒體動畫課程歷程中，其在不同 類型主要概念頁面之腦波動態歷程為何？
第四節 重要名詞釋義
本研究計畫中出現許多名詞，為避免讀者混淆或是有不清楚之處，特此針 對數個名詞做簡要的定義及解釋。各名詞釋義如下：
1. 現代原子模型：
取代過去軌道式的行星式原子模型，現代原子模型為現今科學家較為 認可的原子模型。各原子所具有之電子以機率式出現在各個軌域內，一個 軌域最多可填入 2 個電子，不同原子依其所具軌域及電子數不同而有不同 的電子組態 （選自 97 化學-上，龍騰文化）。
2. 多媒體（multimedia）：
結合文字、圖形、聲音、影像和動畫等應用的媒體。因整合多項媒體 於一項，故稱之為多媒體 （Mayer, 2001）。
3. 2D 和 3D 動畫（2D and 3D animation）：
動畫為帄面式圖像的連續快速轉換，因視覺暫留現象導致圖像中物體 看起來像是在動而稱之。本研究中所使用之教學動畫包含 2D 動畫及 3D 動畫，兩種動畫皆包含聲音及文字說明的部分。2D 動畫與 3D 動畫主要差 別在於 2D 動畫不牽涉視角的轉換，3D 動畫則有包含視角的轉換 （Mayer
& Moreno, 2003） 。 4. 心智模式（mental model）：
心智模式為知識表徵的一種方式，是個體為了瞭解、解釋其經驗，依 據個人信念所建構的一個知識架構 （Johnson-Laird, 1983）。
5. 科學概念建構（scientific concept construction）：
學生透過教材學習、自身經驗或科學課堂而建構出符合科學家所認定 之科學知識 （Lawson, Alkhoury, Benford, Clark, & Falconer, 2000）。
6. 腦波（brain wave）：
大腦在進行認知活動時，會依照各區域神經訊息傳導的不同，而產生 不同的電位變化，此電位變化即為腦波 （Andreassi, 2000）。
7. 腦電圖（electroencephalogram, EEG）：
大腦的神經細胞同時進行活動時，其所產生的電位差變化即可在頭皮 上經由腦波儀加以測量與記錄，將所記錄的電位差變化訊號透過放大器加 以放大後，以波的形式顯示所記錄到的腦細胞活動記錄圖，即為腦電圖
（Andreassi, 2000）。
8. 眼動（eye movement）：
學習者進行認知活動時，眼球運動的資料，包含凝視點數（number of fixations）、凝視時間（fixation duration）、視線軌跡（scanpath）、回視
（regression）等 （Keith Rayner, 2001）。
第五節 研究範圍與限制
本研究的研究對象為新竹市某高中之一年級學生，為特定地區之少數學生，
故不具有全體高中一年級學生的代表性。因此，本研究的研究結果有其限制性，
不宜推論到不同學校或是不同學年齡層的學生，也無法做更廣大範圍的推論。
除對象有上其限制性之外，教材的選用也只針對「現代原子模型」單元做 討論，故本研究結果也只適用此單元的教學結果，並不適用於推論至其他單元 或是其他學科上做討論。
若要將本研究之研究結果推論至其他學年或是其他科學概念上，則應先行 探討是否所欲使用的科學概念及研究對象與本研究的科學概念及研究對象有相 似之處，並先進行其他文獻探討等工作，以評估本研究之結果是否適用，否則 不宜冒然推論及使用。