視覺表徵之相關研究

以下分別以 2D 視覺表徵之相關研究與同時含括 3D 和 2D 視覺表徵之相關研 究進行說明。

一、2D 視覺表徵之相關研究

在學生自行發展 2D 視覺表徵作品部分，Samarapungavan 等(2008)研究中曾 以幼稚園學生飼養帝王蝶的探究活動，蒐集學生的 2D 視覺表徵資料，檢視學生 進行探究活動的能力，質性資料主要有二，一為每個單元中的作品，包括繪畫、

海報、科學筆記，二為錄影資料和逐字稿。研究指出對於某些不習慣語言表達的 學生或是寫字能力欠缺的孩子，在科學筆記中能以繪畫表徵參與課程，將所觀察 到的帝王蝶幼蟲細節畫出來。Danish 與 Phelps (2011)研究中讓學生畫出蜜蜂採蜜 的四格故事版，學生能將蜜蜂採蜜過程說得更多與說得更有深度，表徵活動幫助 學生修正錯誤並能以更細膩的科學觀點檢視所學的內容，學生能在小組中評論同 儕的表徵作品，學生有能力去創作另一個新的或是不相似的表徵活動。林玉雯、

黃台珠與劉嘉茹（2010）讓護專學生描繪血球圖形，分成真實彩色、彩色圖片和 黑白圖片，研究發現三種不同描繪血球的方式，有助於學生辨識血球圖形，並改 善低學習成效學生的認知負載。由上可知，學生自行發展生物相關之繪畫形式表 徵，可以將生物特徵、細節精緻的表徵出來，另外在 Danish 與 Phelps 的研究中 更進一步指出，學生以 2D 繪畫中的四格故事版與小組做對話、評論，學生可以 進一步創造、評量和修正自己的表徵作品，發展出更有深度的科學內容。

Adadan 等(2010)在粒子物理之學習歷程的研究，學生以小組方式進行學習，

過程中不僅讓學生口語文字表達他們對科學理解的想法，也讓學生進行繪圖表 徵，去畫出自己的心智模式，透過口語和畫畫表徵，學生發展更為一致科學進程，

研究過程中包括收集訪談、繪畫與寫作資料，將學生在粒子物理的科學概念歸出 五種學習進程：科學理解、不完整的科學理解、科學理解中含另有概念，另有概 念中含少部分科學理解、只有另有概念。Prain 等(2009)採個案研究，讓學生課室

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討論並語文中描述水的沸騰、凝結、樹木香氣散佈的現象，過程中要求個案以 2D 圖畫表徵、口語解釋、3D 手勢和 2D 標題畫配合口語訪談，研究顯示國小四年級 學生會以因果關係及自我為中心的知覺感受去做解釋，透過教師介入討論表徵作 品，學生蒸發概念的學習能適時做澄清、修正和整合，表徵作品支持學童投入更 多科學想法的理解與建構。由上述對於粒子物理上的研究可知，繪畫表徵可以具 體呈現學生心智模式、內在知覺的想法，學生透過自行繪畫以及同儕、教師的互 動中，能將不一致的想法，漸漸做出整合、修正。

Tippett (2011) 讓學生閱讀有關地球和太陽大氣結構的科學文章後，要求學生 畫出地球和太陽之大氣結構的視覺表徵，並以其表徵科學內容之豐富與精確度分 為 1 至 5 的評分等級，研究中也同時指出，學生在其繪圖形式的表徵中，加入不 同顏色之原因包括解釋不同氣層的大氣結構資訊、讓圖畫更容易閱讀、改善外觀 或是消磨時間等，圖畫中加入顏色對大部分國小高年級學生而言，能展現其對所 學科學知識之後設認知。Ehrlén (2009)的研究以 6-9 歲兒童為對象，讓兒童在 A3 紙上以蠟筆畫出其所了解的地球後做訪談，研究者在訪談後會鼓勵學生畫出另一 種形式的地球樣子，或是讓學生畫出人們會在地球的哪裡？所以每人有一至三張 的地球 2D 繪畫作品，研究中指出認知與文化會介入繪畫和文字中，即使是相似 的圖畫也可能存在著不同的科學想法，教師必須透過學生對其圖畫的語文詮釋，

才能抓住學生隱藏在繪畫中的意涵。由上述地球科學的相關研究中可知，在繪畫 形式的表徵，能表徵出學生不同的內在心智想法，但即使相似的圖畫，也必須藉 由語文詮釋才能更抓住學生的想法。

另外，蔡興國等（2010）所做的高中生力圖表徵研究，從學生的列式與力圖 表徵中，對其可能的迷思力圖與列式類型做分析，學生在做系統選取時，容易以 表徵題意情境的力圖(外在表徵)，而非腦中所想的列式力圖(內在表徵)，所以容易 在畫力圖時產生迷思概念，而學校課程重視列式過程忽略力圖表徵，因此學生容 易忽視正確力圖的繪製而產生迷思概念。Brooks (2009)的研究中，以國小一年級 的孩子在繪畫中探討他們對光的想法，學生從日常中自發性想法轉換為科學想

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法，繪畫讓孩子將內在想法化為外在的 2D 視覺表徵，孩子能在視覺空間、方向 和關係上做出詮釋與互動，當他們可以將想法發展為視覺作品時，他們將更能進 入後設認知的運作，並且在繪畫中做對話、重新審視與修正想法，學生將更有能 力去探索更複雜的想法。整理上述蔡興國等研究可知，學生忽略力圖表徵，只重 視文本中列式表徵，容易有迷思概念，Brooks 的研究進一步指出視覺表徵可以將 學生自發性的個人想法轉換為科學想法，並與空間、方向、關係等進一步做出互 動，透過後設認知的運作探索更複雜的科學想法。

另外在教材方面的多重表徵，林靜雯與邱美虹（2005）研究中，以設計國小 四年級電學概念學習之多重類比教材(內含圖形表徵形式，如簡單用水系統圖形或 是障礙賽圖形)探討學生克服另有概念，並減少認知負荷的情形，研究設計之教材 包括閱讀對照組、單一類比組、相似類比組及互補類比組四種，研究結果顯示設 計良好的多重類比教材可以促進電學概念的深層理解並緩和可能的認知負荷。

綜合上述，不管是教師的教材或是學生自行發展的 2D 繪畫表徵，2D 視覺表 徵能將學生內在心智模式(內在表徵)，化為 2D 繪畫形式的視覺表徵(外部表徵) 以整合、調整與修正其既有的自發性個人想法轉化為科學想法，同時視覺表徵配 合社會性的互動，包括教師、同儕或是小組間的對話、評論，可以促其發展較為 一致的想法，並增加視覺表徵在後設認知中的運作。但上述研究並無以學校課程 發展出補充教材，讓學生探究生活中常見的昆蟲各階段之身體構造，雖

Samarapungavan 等(2008)讓學生探究帝王蝶的一生，但並無探究個案在 2D 圖畫 與語文間的連結歷程。其他領域的研究，雖以 2D 繪畫佐以語文資料，來探討學 生心智想法，但並無直接探究 2D 繪畫與語文間的可能連結歷程，因此促使本研 究想探討個案學生在 2D 繪畫表徵中與語文的連結歷程為何？

二、同時含括 2D 和 3D 之視覺表徵相關研究

Danish 與 Enyedy (2007)的研究中，讓學生以 2D 的複製畫、2D 電腦繪圖軟 體，3D 的雕刻、3D 黏土等進行花朵的授粉表徵活動，學生須注意花朵的形狀以

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配合傳播媒介，研究指出學生的表徵活動歷經複雜協商的調停中介之社會建構與 後設表徵能力，並整合兩者將學生發展視覺表徵過程分為三大表徵類型包括個人 喜好、課程內容和活動三大類型，其研究讓學生同時發展 2D 與 3D 表徵活動，

藉由表徵過程探討可能會介入學生表徵活動中的表徵協商機制。Tytler 等(2009) 以多重表徵的學習方式，探索校園棲地之動物，過程中教師讓學生建構動物之 3D 模型，如瓢蟲 3D 模型，以表徵動物之運動及禦敵方式，學生最後被要求在課堂 對特定動物之身體構造、行為以及適應棲地之生存策略，以海報、統計圖提出包 括推理與解釋之動物多樣性報告。鍾曉蘭與邱美虹（2012）以多重表徵模型進行 教學，其採用具體 3D 模型如粒子運動的動態模型，另外包括 2D 繪畫、學習單，

以及其他表徵形式如小組討論、電腦教學媒體、影片等，研究結果支持多重表徵 模型教學有助於學生持續建構更正確的氣體粒子觀。

由上述文獻可知，以學生自行發展 3D 視覺表徵的科學學習活動之研究相較 於 2D 視覺表徵更少，對於蝴蝶的一生，在各階段之身體構造以 3D 表徵模型進 行科學學習的研究有限，另外並沒有相關研究探討學生 3D 表徵與語文間的連結 歷程，但動物的身體是立體的構造，昆蟲重要的分類原則包括身體分成頭、胸、

腹部，身體背面與腹面的構造不同，且腳與翅膀在頭、胸、腹部上有其專屬的位 置關係，因此促成本研究想要探究學生在蝴蝶的 3D 視覺表徵與語文間的連結發 展歷程。

研究者將上述各領域表徵的相關研究整理如表 2-4-1 所列，從表中可知，以 表徵進行科學學習活動的研究對象不分年齡，包括幼稚園到高中生，其領域含括 了生物、物理、化學、地球科學等，另外，多重表徵在科學應用上包括教師的教 學與學生的學習兩方面。

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2010；林靜雯、邱美虹，2005；蔡興國等，2010；Adadan et al., 2010; Brooks, 2009;

Danish & Phelps, 2011; Ehrlén, 2009; Prain et al., 2009; Samarapungavan et al., 2008;

Tippett, 2011），以 3D 模型進行多重表徵學習之研究較為有限（鍾曉蘭、邱美虹，

2012；Danish & Enyedy, 2007; Tytler et al., 2009），但 3D 表徵具有方向、關係與 位置等之空間因素，在學生的空間、方向之科學學習有其重要性與必要性，學生

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昆蟲的介紹主要以小動物照片為主，學生以詮釋教科書中的表徵為主，未能自行 發展科學的表徵作品，或是學生發展部分動物作品，卻未能進一步讓視覺表徵與 語文間在科學想法上做連結與整合，因此研究者選擇以學生自行發展科學的表徵 作品探討其科學學習，而蝴蝶各階段之身體構造，具有腹面、背面等不同面向，

學生僅以 2D 視覺表徵作品進行學習，是否足夠，如能加入 3D 表徵作品的創作，

學生僅以 2D 視覺表徵作品進行學習，是否足夠，如能加入 3D 表徵作品的創作，