一、表徵的定義與分類
「表徵」能代表某種事物，並傳遞其事物的部份或全部訊息（藍治帄、簡秀 玲、張永達，2002），而 Ainsworth（2006）(Ainsworth 2006) 根據 Palmer（1977）
提出外在表徵所構成的要點：
參考物的世界
表徵的世界
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參考物世界被表徵的層陎
表徵世界所做的模擬層陎
參考物與表徵的一致性
這五大要點顯示，表徵的好壞是取決於呈現參考物時，表徵所傳遞的訊息是 否符合參考物的特性，以圖 2-2-1 為例，左圖中真實筆記型電腦屬於參考物的世 界，右圖的表徵世界中，以卡通化或文字的筆記型電腦來表徵左圖的真實筆記型 電腦。像是卡通化的圖片模擬出真實筆記型電腦的外型、文字形式的筆記型電腦 表徵真實筆記型電腦的意涵，表徵物能夠適當的表徵出參考物某個特性時，即是 達到兩個世界的一致。當有兩種以上不同類型的表徵欲呈現同一個參考物時，像 是同時使用右圖卡通化及文字型式的筆記型電腦兩種不同類型的表徵，來表徵左 圖的真實筆記型電腦時，則稱為多重表徵。本研究的表徵主要以語音、文字、圖 片、動畫等四種形式承載某些訊息，具體地呈現參考物。
圖 2-2-1 參考物的世界與表徵的世界之範例
表徵可依不同的觀點切劃出許多不同的分類方式，下列將舉出四種常見的分 類方式：
（一）認知的觀點
布魯納為較早提及表徵的代表人物之一，他認為人類對環境中周遭事物，經
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知覺而將外在物體或事件轉換為內在心理事件的過程，稱為認知表徵（cognitive representation），在 1964 年將認知表徵分為三個階段（引自張春興， 2006）：
1. 動作表徵（enactive representation）：
指三歲以下的孩童是透過動作來認識周圍的世界、獲得知識。
2. 形像表徵（iconic representation）
指經由對物體知覺留在記憶中的心像（mental image），或靠照片圖形等來 獲得知識。
3. 符號表徵（symbolic representation）
指運用符號、語言文字為依據的求知方式。
以認知的觀點而言，隨著時間的不同，使用不同階段的表徵類型；且表徵是 內心用來學習外在事物的媒介物。
（二）記憶儲存的觀點
Paivio 則是利用記憶儲存的角度，他認為儲存記憶的方式是由兩個獨立系統 運作，一個是文字表徵系統（如文字、聲音），另一個為非文字表徵系統（如圖 片、動畫），兩系統間由參照性連結（referential connections）所聯繫；稱為雙碼 模式（dual-coding model）（Mayer, 2003）。但 Schnotz 和 Bannert（2003）認為記 憶的儲存方式並非能將文字與非文字表徵完全劃分開來，而是整合的方式儲存，
因此他認為多重表徵應為分為描繪型（depictive）與描述型（descriptive）表徵 兩種；前者提供具體的資訊能夠馬上被理解，後者則是傳達較抽象的訊息，能夠 解釋較廣泛的內容。此觀點的特點，也是把表徵視為指外在知識傳遞給內心時，
作為承載資訊的媒介。
（三）表徵外顯化與否的觀點
Hiebert 和 Carpenter （1992）將表徵分為外在表徵（external representation）
與內在表徵（internal representation）兩大類，下列為其定義（引自彭嘉妮，
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2007）：
1. 內在表徵：只存在個人心中或腦海裡而他人無法直接觀察的心智表徵；
如心像。
2. 外在表徵：人與人溝通需要利用語言、符號或具體物的形式將內在表徵外 在化；如圖、文字、聲音、符號、動作、符號等。
此觀點對於表徵的涵蓋範圍大，把表徵視為內心承載知識的媒介外，同時 也是作為溝通的媒介物。本研究所採用的表徵定義為此觀點的外在表徵。
（四）外在表徵的類型
根據 Tsui（2003）所整理的表徵的類型，可將外在表徵分為語言－文字、數 學符號、視覺－圖像、動作－操作四大類，然而 Tsui 所呈現的數學符號缺少次類 型，故使用丁斌悅（2001）、左台益、蔡志仁（2001）作增添，整理後如表 2-2-1 所示。
目前的表徵分類方式百家爭鳴，化學教育中的化學結構已有大致上被接受的 分類類別（Urhahne、Nick & Schanze, 2009），但生物教育內的各類表徵卻尚未有 一個令眾人皆認同的分類標準。Ainsworth（2006）提出八種表徵的特性，可依 其特性來對表徵進行分類，如下所示：
接收表徵的感官通道（the sensory channel of the representation）
表徵的形式（the modality of the representations）
表徵的類型（the type of representation）
抽象的層次（the level of abstraction）
表徵的特性（the specificity of representations）
表徵的整合呈現（integrated presentations of representations）
動態或靜態表徵（whether representations are static or dynamic）
維度（dimensionality）
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表 2-2-1 多重表徵的類型
類型 次類型
語言－文字（Verbal-textual）
數學符號（Mathematical） 符號物件（symbolic object）
數學式（formula），如：代數式、
方程式
文氏圖（arrow diagram）
有序數對集合（sets of ordered pairs）
視覺－圖像（Visual-graphical） 圖表（graphs）
符號（icons）圖示／圖標
相片（pictures）
流程圖（process diagrams）
結構圖（structure diagrams）
表格（tables）
手勢或表情（gestures）
動作－操作（Actional-operational） 模型（physical models）
實物（demonstrations）
動手活動（hands-on activities）
實驗（experiments）
根據 Ainsworth（2006）提出八種表徵特性中的接收表徵的感官通道、表徵 的類型和靜態或動態表徵的三個特性，以及 Tsui（2003）表徵的語言－文字與視 覺－圖像類型，本研究使用圖片、文字、動畫與語音的四種表徵可依三個特性、
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兩種類型做分類，如表 2-2-2 所示。
表 2-2-2 本研究的表徵類型分類
語音 動畫 圖片 文字 接收表徵的
感官通道
聽覺
視覺
表徵的類型
語言－文字
視覺－圖像
動態或靜態 表徵
靜態
動態
二、靜態表徵與動態表徵
靜態表徵最典型的代表有圖形、文字、符號等，有鑑於圖形教學有許多優點，
故過去在教學現場中，圖片是最常被用來作為教學的教具之一，下列為許良榮
（1996b）(許良榮 1996)(許良榮 1996)(許良榮 1996) 整理自 Levin（1982）與 Hegarty 和 Just（1989）提出圖形所具有的功能：
圖形可以補充文字所不足的訊息。
圖形可作為文字的表徵功能。
圖形可組織文字表徵的訊息，以結構化方式呈現，使文字的訊息更精緻 化。
圖形可以描繪事物的空間與視覺上的性質。
圖形可幫助文字表徵不易了解的概念降低抽象化。
將文字轉換為圖形，幫助記憶的功能。
用以美化、修飾課文的圖形。
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雖然使用圖形、文字有許多優點，但相對的也有不足或是產生學習困難的問 題。如圖片常加以文字輔助推測或理解，但 Mayer（1994）的研究結果顯示，有 時學習者產生問題的原因，是因為無法連結圖像與文字的訊息（引自 Lewalter，
2003）；此外，圖片只能透過陰影與箭頭，讓學習者自己去推測和想像立體結構、
動作的方向或改變，相較於動畫則能夠提供完整的立體空間結構以及動態過程
（Lewalter， 2003）。Tversky、Morrison 與 Betrancourt （2002）提出相似原則
（congruence principle）指出動畫可以依時間順序或因果呈現事件，使學習者不 需要再進行任何的表徵轉換，只需要將所呈現的架構真實地記憶（引自凌久原，
2007）；動畫的這項優點，能夠補足單使用圖片與文字學習的缺點。而動態表徵 與靜態表徵最大的不同處是，動態表徵所呈現的訊息內容隨時間改變，靜態則不 會（Ainsworth & VanLabeke, 2004），根據此定義，本研究的動態表徵為動畫與語 音，靜態表徵為圖像與文字。Ainsworth 與 VanLabeke（2004）依據時間的角度把 動態表徵分為三種類型：
1. 時間連續（time persistent representation，T-P）: 表現出至少一個變數與時 間的關係，同時顯示「當下」與「之前」的數值，提供時間的改變。此類型 的動態表徵相似於靜態表徵，唯一不同於靜態表徵之處為，資訊的呈現會隨 著時間增加而累積，以簡諧運動為例（如圖 2-2-2 所示），擺盪的過程以振 幅來表示，時間不停的流逝，但振幅的波形會不斷反覆；靜態則一開始就提 供完整的資訊。雖然此類型的動畫不會增加新的資訊，但會讓某些特徵的資 訊更突顯；同樣以簡諧運動為例，振幅的波形雖然只是不斷的反覆，但隨時 間的增加，能獲得簡諧運動的規律性。時間序列圖（time-series graph）即為 T-P 動態表徵類型最典型的代表之一。
2. 時間不明（time implicit representation，T-I）：T-I 也是顯示時間與變數的關 係，此類型的動態表徵雖然會隨時間改變，增加訊息量，但表徵中沒有提供 時間改變的訊息，時間的尺度唯有在動態時才能被感知，數值改變的速率只 有在動態時，才能被看到；因此 T-I 類型在動態與靜態時提供的資訊並不相
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同；如圖 2-2-3 為例，某一酵素在不同的溫度下，其活性不同。
3. 單一時間（time singular representation，T-S）：T-S 在一個時段下只出現一個 狀態，呈現一個以上的變量，而之前出現的數據等資訊並不會被記錄，因此 T-S 類型的動畫通常為高度複雜的資訊，並伴有多個相互作用的元件。當 T-S 動畫靜止時，呈現的資訊非常有限，畫陎中並無前一刻所出現過的資訊，故 對於內在過程的需求更高，學習者需要自行與之前所呈現的資訊相整合，所 以工作記憶的負荷量較大；如圖 2-2-4 所示，不同的階段的心跳週期，心瓣 的開合與心臟內的血液含量不同。此外，T-S 也不讓學習者控制片段的向前 或向後，學習者需要依內心表徵數值的改變來感知改變速率。
在這三種動態類型中，能提供學習者最多的資訊依序為 T-P 類型，T-I 次之，
T-S 則最少。因此 T-P 類型能夠轉譯成 T-I 類型的表徵，但 T-I 類型無法轉成 T-P 類型的表徵。本研究的動態表徵屬於第三類型，然而當學習者的學習速度跟不上 動畫的速度時，動畫對學習者將會是一個負擔（Holzinger，Kickmeier-Rust & Albert，
2008），因此本研究工具中的動畫可供學習者自行反覆播放與定格。
圖 2-2-2 簡諧運動
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圖 2-2-3 酵素活性與溫度之關係圖
圖 2-2-4 人體心跳與血液循環之範例圖
資料來源：http://video.about.com/heartdisease/How-the-Heart-Functions.htm
除以「隨時間改變」的特性作為分類準則外，Lowe（2003）提出動畫改變 的類型也常用來作為動畫的分類方式，動畫通常為其圖形的變化，此變化主要可 分為三種類型：
1. 形變（Form changes），指的是圖形的顏色、大小或形狀改變；又稱「轉換」
（Transformations）。
2. 位移（Position changes），指整個圖形改變位置；又稱「轉譯」（Translations）。
3. 質變（Inclusion changes），指圖形中的某些元件出現或消失；又稱「轉化」
3. 質變（Inclusion changes），指圖形中的某些元件出現或消失；又稱「轉化」