GIS 與空間思考

關於 GIS 與空間思考的關係從 National Research Council (2006) 提出由於空 間思考未在正式課程中教授，主要原因為沒有一個良好的支持工具能幫忙輔助 教學，因此提出 GIS 雖然並非唯一但應能作為一個良好的教學工具，因其可以 呈現資料的空間性並協助解決空間問題。

Golledge et al. (2007) 支持 GIS 應納入正式課程輔助空間思考的觀點，但同 時提出 GIS 操作在中學課程中常常淪為僅是按鈕教學即學生只知道點選按鍵而 不知道其操作內涵，因此應該先讓學生在使用 GIS 工具前對於空間概念要有先 備的認識。Madsen and Rump (2012) 實證分析中學老師教授 GIS 導論課程與學 生學習過程的研究發現三點：一、GIS 作為教學工具如同學生學習數學時使用 計算機一樣，其能夠做為個人促進空間思考的輔助工具。二、學生若不瞭解使 用 GIS 操作下的空間概念，只像參考食譜一個指令一個動作的操作手冊並不是 一個良好的學習工具，學生只會專注於操作 GIS 而非地理本身的空間意涵。

三、關於操作 GIS 能否提升空間思考能力的討論應從空間概念詞彙的解釋與操

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作工具上著手。從文獻中發現 GIS 可作為輔助學生空間思考的教學工具，而使 用 GIS 融入課程前除了應先讓學生對於教材內容中的空間觀點有所認識外，教 學的輔助教材也很重要，這也和先前研究討論應該學習 GIS 相關知識(learning about GIS)還是使用 GIS 學習(learning with GIS)提出一個實證。

關於 GIS 與提昇空間思考能力研究的開端，Lee and Bednarz (2009) 提出有 別於心理計量學者測量空間思考能力的量表處理小尺度問題，針對地理空間概 念來編製大尺度量表並進行教學實驗。研究結果顯示學生在修習 GIS 課程後在 空間思考能力測驗分數上和其他學生有顯著的差異。但此研究存有一些問題如 學生分組時未採用隨機分派(random assignment)，因此空間思考上的進步可能並 非實驗效果(treatment)造成而可能為願意修 GIS 課程的學生特質差異。再者，本 研究的樣本過小可能會造成統計檢定力上的不足，因此可能需要做效果量的檢 驗。Bodzin (2011) 研究以資訊科技輔助地理空間概念的課程是否能使學生了解 土地利用變遷概念並提昇空間思考能力，研究結果顯示使用遙測影像圖能有效 幫助學生了解土地上地物的變遷情況並提昇其空間思考能力。此研究顯示空間 思考能力是能被教學培養的，其能在正式課程中授予不同程度的學生，並且適 當設計的輔助工具對於提昇學生空間思考上是有幫助的，而這樣的研究結果與 National Research Council 提出的觀點相符合。Kim and Bednarz (2013) 討論 GIS 學習與空間批判能力的發展關係，研究顯示 GIS 的學習對於提升學生批判性空 間思考能力是有幫助提升功用的。學生的空間思考能力是藉由 GIS 課程中培養 的，而這個研究結果也和先驗研究發現 GIS 能提升學生高層次思考技巧的結果 相符合，如在課程中學生必須不斷思考資料來源的可信度與時常分析資料。學 生也必須親自操作解決問題，如在畫圖時需要思考使用的資料層級與單位等是 否能達到目的等。目前關於 GIS 與提昇空間思考能力的實證研究文獻相當少，

而多數研究都有樣本數不足的問題，但從中可了解空間思考能力能被教授與培 養，並且兩者間存有影響關係，因此本研究欲從此基礎上進行一個樣本數足夠

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並能符合實驗效果(treatment)的研究。本研究除了實驗 GIS 在提昇空間思考能力 上的影響外，還針對地理教育上的教學與教材做出檢討分析。

Golledge et al. (2008) 提到建立地理空間概念架構最終的目的有三點: (一)藉 由提供學生個案學習的環境才能提昇學生的空間思考能力並累積地理空間知 識；(二)以空間概念的辨認與基礎地理空間的推理過程來促進學生地理空間概 念；(三)建立良好的教學輔助模組來增進學生地理知識的獲取。而這個地理空 間概念的架構也能幫助重新審視美國中學地理課綱上的老舊內容與編排順序錯 誤。從此研究的最終目的上，本研究欲建立一個以基本空間概念詞彙來解析高 中地理教材的教學模組，並以 GIS 教學工具輔助融入課程教學後探討其是否對 學生的空間思考能力有影響。

二、Google Earth 和空間思考

Patterson (2007) 提到許多學校開始將科技融入課程當中，但仍未有豐富的 課程，Google Earth 正可作為一個平易近人的教學軟體。 GIS 過去沒有被多多 利用的原因不外乎是教學時數不足、教學設備不足、缺乏相關知識人才與教學 活動設計。Google Earth 可以處理與分析空間資訊，儘管它的許多空間分析功 能和完整的 GIS 仍有一段的差距，但卻適合在每一個年齡層的教室中被學生與 老師所應用。它的功效其實就如完整的 GIS 軟體一般不但能支持學生進行空間 思考更能使學生發展批判性的思辨能力。Google Earth 縱然有許多限制如需要 在有網路的環境、需要事先準備材料且空間分析並不是完整的 GIS 軟體，儘管 是付費的專業版也有許多空間分析的功能不及完整的 GIS 軟體。但 Google Earth 卻可以提升學生動機、展示視覺化的教學成效，並讓學生身臨其境能將學 習成效做外在推衍，比學生看地圖集還要更具動態效果，而最大的優點莫過於 相對於完整的 GIS 軟體(如 ArcMap 等)來說，它簡單操作並且不需要花時間做 事前的學習可達到省時的功效。

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使用虛擬地球(virtual globe)是一個輕易進入 GIS 軟體的途徑，而 Google Earth 正是最普遍的軟體而且具有提升各年齡層學生空間思考能力的潛能，誠如 National Research Council 提到空間思考是在真實世界或想像心境中描述、解 釋、預測物體關係、解構與功能的一個動態的過程，Google Earth 能使學生不 僅探究這是什麼(asking what)，而可以讓學生去解答為什麼會在這裡？哪裡有什 麼？(ask what is where and why)等(Schoning et al. 2008)。

舉凡對空間資料進行各種處理、應用、分析的系統均可統稱為 GIS，而回 顧以上 Google Earth 在空間思考上的文獻後可得知 Google Earth 雖然並非完整 正規的 GIS 軟體，其功能上有許多的限制，但卻有省時、簡易操作的特性且有 助於提升學生進行空間思考，因此本研究使用 Google Earth 作為輔助學生學習 的工具。