緒論

空間能力對於人類的學習與適應生活環境有很大的影響，透過視覺思考與心 像的運作，個體能夠更快速、便捷的在空間環境中行動自如。而兒童在方向與位 置的空間概念與辨識、應用能力，更是現行九年一貫課程所提出應達成的能力指 標，因此，本研究旨在探討國小學童視覺空間能力與方向辨識能力的現況，以及 兩者之間的相關性。本章共分為五節，第一節研究動機與目的；第二節研究問題；

第三節名詞定義。

第一節 研究動機與目的

空間概念的學習與發展起始於嬰、幼兒時期的日常生活，幼兒透過感官與動 作，累積各種空間的經驗，在空間知覺與思考的協應之下，逐漸內化為心像

（image），並透過對心像的操弄自如，慢慢形成不受知覺限制的空間概念（吳貞 祥，1978）。而空間概念是兒童發展後續高階科學概念的基礎，因此，對兒童空 間概念發展的探究，將有助於透視其對空間概念的認知、概念學習與概念發展歷 程及彼此間的關聯性（洪文東，2007）。

Fennema 與 Sherman（1977）指出空間能力能促進幾何的學習，亦是熟悉幾 何概念所需的先備技能。而後，美國數學教育學者Zalman Usiskin（1987）博士，

便倡議將視覺化（能透過心像操作活動，旋轉、扭轉或翻轉物體）、幾何繪製、

形體架構、從日常生活和自然界中探討及欣賞空間幾何之美、以及作為非視覺化 數學概念和數學關係的橋梁等，納入數學科的幾何課程中。

有鑑於空間能力的重要性，美國數學教師協會（National Council of Teachers of Mathematics，NCTM）於 1989 年，首度將空間感（spatial sense）列為學校數學 教育的重要目標。而2000 年制定的《學校數學教育的原則和標準》，提出了十項 標準，「幾何與空間感」即為標準之一，是學生應當且可能掌握的數學內容和能

力。在「幾何與空間感」主題中，明確指出國小學童必須能：（1）分析二維、三 維幾何形體的特徵與性質，及發展有關幾何關係的數學論證；（2）使用座標幾何 和其他表徵系統，來確定位置與描述空間的關係；（3）運用變換以及使用對稱的 觀念，來分析數學情境；（4）使用視覺化、空間推理及幾何模式來解題。由此可 見，在空間中幾何形體的心像變換，如：平移、旋轉、翻轉、對稱……等概念，

是NCTM 課程標準中受到相當重視的一個部分。

然而歷年來，有關空間視覺化的研究對象大多為國小高年級以上之學童，

如：劉屾壵（2007）針對國小高年級學童進行空間旋轉能力之調查研究；而後，

黃煥文（2008）以不同的教學策略來探討國小五年級學童其空間旋轉能力的學習 成效；李佳珍（2008）則針對國小五年級學童進行空間展開摺合能力之調查研究。

但是，有關國小中、低年級學童在視覺空間能力上的研究並不多，因此激發研究 者想進一步探究國小中、低年級學童，在未經過學校課程學習有關視覺空間概念 之際，其本身所具的視覺空間能力為何。

在廖焜熙（1999）的研究中顯示空間能力為學習數理學科必備的基本能力。

而在我國現行的國小課程中，數學和自然與生活科技學習領域教材，均編列了關 於空間概念與空間認知的內容。在數學學習領域「幾何」主題中，第一階段（一

～三年級）能力指標 S-1-6 能描述物體的相對位置，其內涵為能描述某物在觀察 者的前後、左右、上下及兩個物體的遠近位置；在低年級生活學習領域「認識周 圍環境」主題中，必須學會辨識地點、位置、方向，並能運用模型代表實物；而 自然與生活科技學習領域的能力指標也顯示空間能力應用在生活中的重要性，第 二階段（三、四年級）能力指標 2-2-4-2 觀察月亮東昇西落的情形，以及長期持 續觀察月相，發現月相盈虧，具有週期性。在次主題215 運動與力中，細目指標 指出必須能以座標、距離、方向等資料來表達物體的位置。由此可知，辨別各種 方向、位置等空間要素，並指出物體（主體和客體）間相對空間位置，為國小中、

低年級學童學習的重點。

在許民陽、鄧國雄、卓娟秀、李崑山、殷炯盛（1994）的研究中指出國小學 童在方向及位置兩空間概念的認知發展過程中，「上下前後」基本空間概念的認 知，低年級已可達成，但「左右」、「光影相對物置」、「東西南北」等空間概念，

中年級始達相當水平。而陳埩淑（2003）在其研究中發現，國小一年級學童在第 一學期學習數學課程「在哪裡」的單元時，通常會產生學習困擾，尤其是在左、

右空間位置的辨識上，感到特別吃力，這種現象並不是發生在一個班級，而是普 遍常見在一般的國小新生數學課堂上。由此可見，有關方向及位置的空間概念學 習對學童來說是一大挑戰，也明確的顯示出學童學習空間概念的重要性。

基於此，研究者希望藉由自編之視覺空間能力測驗與方向辨識測驗兩項研究 工具，探討國小一、三年級學童「視覺空間能力」與「方向辨識能力」的現況，

及兩者之間的相關性，進而提供教師相關之建議，並重視學童視覺空間能力與方 向辨識能力的發展。

第二節 研究問題

藉由研究者編製的視覺空間能力測驗與方向辨識測驗，本研究問題如下列陳 述：

一、視覺空間能力測驗與方向辨識測驗之信、效度為何？

二、不同背景變項的學童在視覺空間能力測驗與方向辨識測驗的表現是否具有差 異性？

三、國小一、三年級學童的視覺空間能力與方向辨識是否具相關性？

第三節 名詞定義

為能更清楚了解本研究之用語，將本研究所使用之相關特定名詞定義說明如 下：

一、視覺空間能力

本研究所言之視覺空間能力，係指學童透過視覺思考來操弄刺激物旋 轉、翻轉或摺合之能力。研究者所編製之視覺空間能力測驗包含「具象積木 旋轉」、「摺出立體盒子」、「抽象積木旋轉」三個分測驗，各分測驗內容如下 所述：

（一）具象積木旋轉：將實體積木拍攝之圖形，作心像的旋轉或翻轉。

（二）摺出立體盒子：將展開圖作心像的摺合，使之成為一個正方體。

（三）抽象積木旋轉：將線條繪製之積木圖形，作心像的旋轉或翻轉。

二、方向辨識能力

本研究所指的方向辨識能力，係指學童於研究者所編製之方向辨識能力 測驗上的表現。此測驗包含「上下辨識」、「前後辨識」與「左右辨識」三個 分測驗，各分測驗內容如下所述：

（一）上下辨識：能辨識主體與客體間相對的上、下位置關係。

（二）前後辨識：隨著主體的改變，能轉換及辨識主體與客體間的前、後位 置關係。

（三）左右辨識：能跟隨主體改變位置，並清楚辨識主體與客體間的左、右 位置關係。