以眼球追蹤方法初探高中生教科書之圖文閱讀歷程與概念理解

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(1)國立臺灣師範大學科學教育研究所碩士班碩士論文. 指導教授：楊芳瑩博士. 以眼球追蹤方法初探高中生教科書之圖文閱讀歷程與概念理解 Using the Eye Tracking Method to Explore the Relation between Reading of High-school Biology Textbook and Concept Understanding. 研究生：王又亭撰. 中華民國. 一○一. 年. 六. 月.

(2) 誌謝當自己真正完成這本論文時，才知道何謂得之於人者太多，出之於己者太少，也才稍稍體會到為何牛頓會說他是「站在巨人的肩膀上」。在我完成這本論文的過程中，給我最大支援的莫過於指導教授芳瑩教授了。謝謝教授總是在我有疑惑時給我能夠解惑的方向，讓我擁有足以解惑的資料自己探索，而非直接給我答案；也謝謝教授總是在我問了對教授而言愚蠢的問題時，仍抱著平和的心情給予我方向，若是我這篇論文還有那麼一點小小的貢獻，必全歸功於教授。謝謝我的家人－尤其是我的雙親，總是在我需要獨處時給我空間，在我需要安慰時給我雙手與懷抱，對於我偶爾的不回家總是包容與諒解，沒有你們，我必沒有今日。謝謝我的男友，在論文生成過程中難免有情緒，你總是默默的承受與包容，並適時的引導我往樂觀積極的方向走，更讓我愧疚的是論文撰寫時你進入軍中服著你的「不願役」，還讓你反過來承受我的情緒，真是對不起。謝謝研究室的長輩、學長姐與夥伴－不讓我們鬆懈太久，刀子口豆腐心的靜文姐、兼備童心與睿智的怡君學姐、帶領我們對儀器由陌生到熟悉的易儒學長、在各方面大量扶持我的堯琮、收資料期間給我大量幫助的育芬與志明、兩個可愛的學妹家綺和婉如，你們都是構成我研究生生活不可或缺的一塊。最後，我想把這篇論文獻給我的爸爸、媽媽與在天上的爺爺、奶奶和外公。謝謝爺爺、奶奶和外公，在那個貧窮的年代仍咬著牙讓爸爸、媽媽完成大學學業，謝謝這些長輩們並不因為我是女兒身而認為無才便是德，反而給我這麼多的鼓勵與支持。謝謝爸媽總是能導正我的觀念，給予我空間，並且給我這麼好的學習環境與各方面強力的支援，能身為你們的女兒是我最大的榮幸。這本論文獻給你們的同時，也代表著你們扶養我的日子正式結束，希望今後你們能真正開始享受人生，換我回報你們了！. 一.

(3) 摘要圖文兼備的教科書在現今學校教育中是教師教導與學生學習的主要依據，因此，教科書上的圖文閱讀歷程與概念理解之間是否會存在關係值得我們進一步探討。本研究主要使用眼球追蹤技術，紀錄高一學生對於高一生物教科書圖文內容的閱讀歷程，並使用研究者自編的理解測驗來測試高一學生對教科書中內含概念的理解程度，進而討論閱讀歷程與概念理解之間的關係。眼球追蹤資料經過統整後，使用 SPSS 19 軟體搭配依據理解測驗結果的分組，進行描述性統計、同質性檢定與單因子變異數分析（ANOVA）。結果發現，學生在文字部份所花費的凝視時間普遍比圖片部份高。在文字部份，高分組對於新資料區的文字花費較多的視覺注意力，同時也具有較多的回視次數；而在圖片部份，高分組普遍有對理論示意圖的凝視點數較多、圖文交互閱讀次數也較多的結果。. 關鍵字：圖文閱讀、高中教科書、眼球追蹤、閱讀歷程. 二.

(4) Abstract Textbook which with both text and graphic is the foundation stone of what teacher teach and what student learn in school. For this reason, It’s worth us to do further study about the relationship between reading text and graphic in textbook and concept understanding. In this study, we used the eye tracking method to record the process when senior high school’s freshman reading their biology textbook, and used comprehending test which compile by researcher to find out degree of student’s concept understanding. Ultimately, we combine the result of the reading process and concept understanding, and investigation the relationship between both. We used SPSS to treat the data which get trough eye tracking method. Manipulating eye tracking data, we collect the result about descriptive statistics, test of homogeneity, and one-way ANOVA by the outcome of comprehending test. In the end, we find out that student cost more fixation time in text more than in graphic. When looking in the text region, students who doing greater in comprehending test tend to cost more visual attention in zone of new data, at the same time, they also tend to have more regression times in this zone. When we comes to the graphic region, students who have higher score in comprehending test tend to cost more fixation count in the graphic which exhibit the theory, and have more saccade scanning times between text and picture at the same graphic.. Keyword: text and graphic reading, high school textbook, eye tracking, reading process. 三.

(5) 目錄誌謝..............................................................................................................................一中文摘要……………………………………………………………………………..二英文摘要……………………………………………………………………………..三目錄…………………………………………………………………………………..四圖目錄………………………………………………………………………………..七表目錄………………………………………………………………………………..八第一章緒論………………………………………………………………………....1 第一節第二節第三節第四節第五節. 研究背景與動機………………………………………………………1 研究目的與待答問題………………………………………...……….2 研究範圍與限制……………………………………………………....5 研究的重要性…………………………………………………………5 名詞解釋…………………………………………………………..…..6. 第二章文獻探討………………………………..…………………………..………9 第一節視覺注意力和訊息處理……………………………..…………..……9 一、視覺注意力與訊息處理的關係……………………………….….…..9 二、眼球追蹤技術與視覺注意力………………………………………..11 第二節閱讀理解歷程與能力的發展…………………………………..……13 一、閱讀理解相關理論…………………………………………….……..13 二、閱讀理解的認知過程與發展……………………………………..….16 第三節科學圖文內容和概念理解關係………………………………..……17 一、科學文本內容結構…………………….………………….…………17 二、科學圖表…………………………..………………………..………..18 三、科學圖文閱讀的眼動相關研究…………………………..…………22 第三章研究方法……………………..……………………………………………25 第一節研究對象………………………...…………..……………………….25 第二節研究工具…………………………...…………..…………………….27 一、硬體部份……………………………...………….…………………..27 二、閱讀材料部份………………………………….…………………….28 三、測驗部份………………………………………………………..……29 第三節研究設計…………………………………..…………………………30 一、前測……………………………………………………………..……31 二、眼動儀校正………………………………………..…………………31 三、閱讀教科書與理解測驗…………………………………………..…31 四、綜合情境測驗題……………………………………………..………32 第四節資料分析…………………………………………..…………………33 一、受試者閱讀理解結果…………………………………………..……33 四.

(6) 二、閱讀歷程分析………………………………………………..………35 三、閱讀歷程與概念理解交叉分析……………………………..………39 第五節研究流程………………………..……………………………………39 一、工具準備階段…………………………..……………………………39 二、正式施測階段……………………………….………….……………41 三、結果分析階段……………………………………..…………………41 第四章資料呈現與分析………………………………………………..…………42 第一節閱讀歷程分析……………………………………………..…………42 一、所有頁面凝視資訊……………………………………………..……42 二、文字與圖片區的凝視資訊……………………………………..……43 三、圖文交互閱讀……………………………………..…………………47 四、文章回視………………………………..……………………………48 第二節閱讀理解表現………………………………………..………………50 一、理解測驗…………………………………..…………………………50 二、綜合情境測驗…………………………………………..……………51 三、整體閱讀理解表現……………………………………………..……53 第三節閱讀歷程與閱讀理解表現之交叉分析…………………………..…54 一、單一頁面閱讀歷程與閱讀理解表現之交叉分析…………….…….55 （一）、頁面一「林耐的分類系統」………………………………55 （二）、頁面二「生物的分類和演化」……………………………61 （三）、頁面三「生物的分類和演化」……………………………67 （四）、頁面四「以化石為證據建構生命樹」……………………74 （五）、頁面五「以生物地理學為證據建構生命樹」……………80 （六）、頁面六「以蛋白質核酸序列為證據建構生命樹」………85 二、整體閱讀歷程與閱讀理解表現之交叉分析………………….….…90 三、閱讀歷程中文章回視次數與閱讀理解表現之交叉分析………..…99 四、圖片的閱讀歷程與閱讀理解表現之交叉分析…………...……….101 五、閱讀歷程中圖文交互閱讀次數與閱讀理解表現之交叉分析……104 第五章綜合討論與展望…………………………………………………………106 第一節研究結果及推論……………………………………………………106 一、閱讀歷程結果說明…………………………………………………106 二、閱讀理解表現結果說明……………………………………..…..…109 三、閱讀歷程與閱讀理解表現交叉分析……………………………….110 第二節研究問題回應與探討………………………………………………115 第三節在教育上的建議……………………………………………………118 第四節研究限制與未來可能的研究方向……………………………..…..120 一、研究限制討論………………………………………………………120 二、未來可能的研究方向………………………………...…………….121 五.

(7) 參考文獻……………………………………………………………………..……..123 附件一專家效度…………………………………………………………………130 附件二綜合情境測驗…………………………………………...……………….131 附件三施測指導語……………………………………………..………………..132 附件四受試者資料……………………………………………..………………..137 附件五閱讀教科書與進行理解測驗施測流程………………………..………..138 附件六各頁面區塊劃分…………………………………………………………140. 六.

(8) 圖目錄圖 2-1.1 圖 2-2.1 圖 2-3.1 圖 3-2.1 圖 3-3.1 圖 3-5.1 圖 4-2.1. 大腦控制的自主性眼球運動假設模型…………………….……………10 科學目的的結構……………………………………….…………………15 雙代碼理論示意圖…………………………………...…..………………21 硬體儀器架設示意圖…………………………………….………………27 正式施測流程圖………………………………..………….…..…………32 工具準備階段流程圖………………………………………….…………40 理解測驗分數分佈圖………………………………………….…………51. 圖 4-2.2 圖 4-2.3 圖 4-3.1 圖 4-3.2 圖 4-3.3. 綜合情境測驗分數分佈圖…………………………………….…………52 閱讀理解分數分佈圖………………………………………….…………54 圖片區平均凝視點時間平均數三組比較圖………………………….…58 科學解釋全凝視點百分比平均數三組比較圖……………….…………60 資料區凝視點數平均數三組比較圖………………………………….…63. 圖 4-3.4 圖 4-3.5 圖 4-3.6 圖 4-3.7. 圖片區凝視點數平均數三組比較圖…………………………………….63 全凝視時間平均數三組比較圖………………………………………….69 新資料區區域分配時間百分比平均數三組比較圖…………………….71 新資料區間內凝視時間比率平均數三組比較圖……….………………73. 圖 4-3.8 科學解釋區平均凝視點時間平均數三組比較圖……………….………76 圖 4-3.9 圖片區全凝視點百分比平均數三組比較圖………………….…………78 圖 4-3.10 圖片區凝視時間比率平均數三組比較圖……………...………………79 圖 4-3.11 理論敘述區凝視點數平均數三組比較圖………………...……………81 圖 4-3.12 科學解釋區區域分配時間百分比平均數三組比較圖………….……..83 圖 4-3.13 科學解釋區全凝視點百分比平均數三組比較圖…………..….………84 圖 4-3.14 資料區凝視點數平均數三組比較圖…………………….……………..91 圖 4-3.15 新資料區凝視點數平均數三組比較圖…………………..…………….92 圖 4-3.16 圖片區平均凝視點時間平均數三組比較圖……………………..…….94 圖 4-3.17 圖 4-3.18 圖 4-3.19 圖 4-3.20 圖 4-3.21. 科學解釋區域分配時間百分比平均數三組比較圖……………...……95 科學解釋區全凝視點百分比平均數三組比較圖……………..……….97 科學解釋區域凝視時間比率平均數三組比較圖……………..……….98 新資料區文字區回視次數平均數三組比較圖……………………….101 頁面二圖文交互閱讀次數之平均數三組比較圖………….…………105. 七.

(9) 表目錄表 2-3.1 Levin (1982) 的圖片功能分類………………………………………..…19 表 2-3.2 Reid (1990) 的圖片功能分類………………...………………………….20 表 3-1.1 研究樣本說明…………………………………………………………….26 表 3-4.1 綜合情境測驗給分標準………………………………………………….34 表 3-4.2 文字部份與圖片部份的區塊分類與定義……………………….………35 表 3-4.3 本研究分析之眼動測量指標…………………………………………….36 表 3-4.4 教科書文本內文字區塊與圖片區塊的分佈………………….…………38 表 4-1.1 表 4-1.2 表 4-1.3 表 4-1.4 表 4-2.1. 凝視點與凝視時間統計…………….……………………………………43 文字與圖片各區眼動儀數據的受試者平均值……………………...…..46 各頁面圖文交互閱讀統計值………………….…………………………48 各文字區域文章回視次數統計值……………………….………………49 理解測驗分數統計值…………………………………………………….51. 表 4-2.2 綜合情境測驗分數統計值……………………………………………….52 表 4-2.3 閱讀理解分數統計值…………………………………………………….53 表 4-3.1 頁面一全凝視時間與未凝視時間的同質性檢定與單因子變異數分析..............................................................................................................56 表 4-3.2 頁面一凝視點數的同質性檢定與單因子變異數分析.............................56 表 4-3.3 頁面一平均凝視點時間的同質性檢定與單因子變異數分析.................57 表 4-3.4 頁面一區域分配時間百分比的同質性檢定與單因子變異數分析.........58 表 4-3.5 頁面一全凝視點百分比的同質性檢定與單因子變異數分析.................59 表 4-3.6 頁面一區域內凝視時間比率的同質性檢定與單因子變異數分析.........60 表 4-3.7 頁面二全凝視時間與未凝視時間的同質性檢定與單因子變異數分析..............................................................................................................61 表 4-3.8 頁面二凝視點數的同質性檢定與單因子變異數分析.............................62 表 4-3.9 頁面二平均凝視點時間的同質性檢定與單因子變異數分析.................64 表 4-3.10 頁面二區域分配時間百分比的同質性檢定與單因子變異數分析.......65 表 4-3.11 頁面二全凝視點百分比的同質性檢定與單因子變異數分析...............66 表 4-3.12 頁面二區域內凝視時間比率的同質性檢定與單因子變異數分析.......67 表 4-3.13 頁面三全凝視時間與未凝視時間的同質性檢定與單因子變異數分析..............................................................................................................68 表 4-3.14 頁面三凝視點數的同質性檢定與單因子變異數分析...........................69 表 4-3.15 頁面三平均凝視點時間的同質性檢定與單因子變異數分析...............70 表 4-3.16 頁面三區域分配時間百分比的同質性檢定與單因子變異數分析.......71 表 4-3.17 頁面三全凝視點百分比的同質性檢定與單因子變異數分析...............72 表 4-3.18 頁面三區域內凝視時間比率的同質性檢定與單因子變異數分析.......73 表 4-3.19 頁面四全凝視時間與未凝視時間的同質性檢定與單因子變異數分八.

(10) 表 4-3.20 表 4-3.21 表 4-3.22 表 4-3.23 表 4-3.24 表 4-3.25 表 4-3.26. 析............................................................................................................74 頁面四凝視點數的同質性檢定與單因子變異數分析.........................75 頁面四平均凝視點時間的同質性檢定與單因子變異數分析.............76 頁面四區域分配時間百分比的同質性檢定與單因子變異數分析.....77 頁面四全凝視點百分比的同質性檢定與單因子變異數分析.............78 頁面四區域內凝視時間比率的同質性檢定與單因子變異數分析.....79 頁面五全凝視時間與未凝視時間的同質性檢定與單因子變異數分析……………………………………………………………………….80 頁面五凝視點數的同質性檢定與單因子變異數分析..........................81. 表 4-3.27 頁面五平均凝視點時間的同質性檢定與單因子變異數分析..............82 表 4-3.28 頁面五區域分配時間百分比的同質性檢定與單因子變異數分析......83 表 4-3.29 頁面五全凝視點百分比的同質性檢定與單因子變異數分析..............84 表 4-3.30 頁面五區域內凝視時間比率的同質性檢定與單因子變異數分析......85 表 4-3.31 頁面六全凝視時間與未凝視時間的同質性檢定與單因子變異數分表 4-3.32 表 4-3.33 表 4-3.34. 析………………………………………………………………………..86 頁面六凝視點數的同質性檢定與單因子變異數分析...........................87 頁面六平均凝視點時間的同質性檢定與單因子變異數分析...............87 頁面六區域分配時間百分比的同質性檢定與單因子變異數分析.......88. 表 4-3.35 頁面六全凝視點百分比的同質性檢定與單因子變異數分析...............89 表 4-3.36 頁面六區域內凝視時間比率的同質性檢定與單因子變異數分析.......89 表 4-3.37 整體凝視點數之變異數的同質性檢定與單因子變異數分析...............91 表 4-3.38 整體平均凝視點時間之變異數的同質性檢定與單因子變異數分析...93 表 4-3.39 整體區域分配時間百分比變異數的同質性檢定與單因子變異數分析………………………………………………………………………..95 表 4-3.40 整體全凝視點百分比之變異數的同質性檢定與單因子變異數分析...96 表 4-3.41 整體區域內凝視時間比率變異數的同質性檢定與單因子變異數分析………………………………………………………………….…….98 表 4-3.42 各文字區塊文章回視次數的同質性檢定與單因子變異數分析.........100 表 4-3.43. 圖片的眼動指標在各概念理解分數分組之平均值與 ANOVA 分析 F 值………………………………………………………………………103 表 4-3.44 各頁面圖文交互閱讀次數的同質性檢定與單因子變異數分析.........105 表 5-1.1 文字區域中各區眼動儀數據的受試者凝視點與區域分配時間百分比平均值........................................…………………………………………107. 九.

(11) 第一章緒論本章節將簡略描述本研究的「研究背景與動機」、「研究目的與待答問題」、「研究範圍及限制」以及「研究的重要性」，以便於讀者大致理解本研究的主要框架與限制，並於「名詞解釋」一節中解釋說明與本文所使用的相關關鍵詞，並闡述此關鍵詞在本研究上的定義。. 第一節. 研究背景與動機. 閱讀對於人類學習的重要性幾乎是不言自明的。舉凡生活中學習家用品操作的說明書、吸收社會上最新資訊的報章雜誌、瞭解大眾交通運輸的搭乘方法… 等，都需要透過閱讀才能將資訊確實掌握。對於在學的學生而言，閱讀更是重要的學習工具與學習途徑。學生不僅要在語文課中咀嚼不同文體的文章，更要在不同的科目中，學習不同領域文本的閱讀方式，以求能夠藉由閱讀來累積各個領域知識的深度與廣度。現今的學校學習中，教科書是教室裡師生互動的主要依據，更決定了大部分將在課堂中被教導的主題和概念。在許多的學校課堂中，教科書的內容幾乎完全是教師課堂內容的依據以及學生學習的全部 (Bell ＆ Feiman-Nemser, 1988) 。美國研究機構EPIE（Educational Products Information Exchange, 1976）以及Harms & Yager (1981) 的研究結果都顯示，教室內的活動中約有60～90％的教學時間集中在教科書的使用；Pepin與Haggarty (2000) 研究數個國家教師對教科書的使用也發現，在教室中廣泛使用教科書幾乎是全世界共通的現象。由上述可知教科書對於師與生在教與學上都具有一定的重要性。既然學生於學校學習中的紙本知識來源主要是為教科書，那麼學生在閱讀教科書後是否能夠. 1.

(12) 理解教科書內所欲傳達的內容，就是一個大問題了。簡單的看一本教科書的內容會發現，現今的教科書不論科目，大多在一面的內容中，都有圖與文兩個元件存在。國內研究者李美滿（2002）研究本國三個版本的高中生物課本，發現平均每一頁就會有 1.18 張的圖片，教科書上的圖片數量可見一斑。對於自然科學科目而言，教科書上的圖與一般語文或者社會科學科目教科書上所有的圖片相較，更具有傳達知識、傳達概念、解釋概念，甚至是解釋理論意義的功能。正所謂一張圖道盡千言萬語（A picture paints a thousand words.），對於學生而言，閱讀教科書上的文字概念內容時，如果能夠同時閱讀教科書上所附的圖片，應該對於一個概念的理解有更大的幫助。然而，現今國內教科書的圖文內容是否能幫助學生概念理解之問題，需要進一步實證研究。而傳統對於閱讀的研究，大多需要研究的受試者放聲思考，亦即受試者一邊閱讀一邊告訴研究者我現在正在讀哪邊。近年來，由於科技的進步，對於人們「如何閱讀」有了更明確且有效的研究方式，亦即用眼球軌跡追蹤技術來觀察閱讀者的視覺注意力分配。眼球軌跡追蹤技術是透過眼動儀來蒐集受試者眼睛凝視點的資料，經由這些資料的蒐集可以瞭解受試者閱讀歷程的凝視軌跡。Cook、Carter 與 Wiebe (2006) 在一項比較專家與生手對 DNA 複製過程之視覺表徵的研究上，同時使用了眼動儀以及訪談。事後發現訪談資料顯示與眼動儀的所紀錄的眼球軌跡十分吻合，因此證明了眼動儀在研究上的可信度。現今，許多認知心理學上的研究也常以眼球追蹤技術作為研究工具研究受試者的認知過程。因此，本研究目的是透過眼球追蹤技術探討高中生於閱讀生物教科書時的視覺歷程與概念理解。. 第二節. 研究目的與待答問題. 本研究之研究目的有二，其一為透過眼球追蹤的技術探討高中學生於閱讀生物教科書時，對於教科書內容的整體視覺注意力分配的歷程，亦即本文所謂的閱. 2.

(13) 讀歷程；其二，探討這樣的閱讀歷程與高中學生閱讀後對閱讀內容中概念的理解是否具有相關性。由於所選取之生物教科書內容包含了文字內容與圖片之呈現，因此在學生的閱讀歷程中，本研究主要著重於探討中學生視覺注意力分配於教科書內的圖、文的狀況。根據前述的研究目的可知，「了解高中學生在閱讀教科書時的圖、文閱讀歷程為何」，並且針對「這樣的圖、文閱讀歷程與概念理解的關係」做探討，是為本研究中的兩大主要目的，因此本研究針對此兩個目的提出三個研究問題，敘述如下： 1. 學生於閱讀生物教科書時，其視覺注意力於圖、文的分配狀況為何？ 2. 學生於閱讀生物教科書時，其視覺注意力於圖、文間是否有交叉來回的部份？ 3. 學生的生物概念理解和其教科書圖文閱讀過程中的視覺注意力分配是否有關？根據上述的研究問題，本研究提出的研究假設如下： 1. 學生於閱讀自然科目教科書時，其視覺注意力於圖片較少、於文字較多。先前的研究者在研究受試者的閱讀歷程中，大多發現若圖片與文字共存於一個閱讀材料中時，受試者多半會將視覺注意力集中於文字。如 Hegarty (1992) 利用眼動儀紀錄受試者觀看搭配說明文字的滑輪機械圖形，發現受試者普遍會對文字部份有較多的視覺注意力時間。Hughes、Wilkens、Wildemuth 和 Marchionni (2003) 利用眼動儀的研究也發現，在閱讀時受試者看文字的時間明顯高於看圖片的時間。因此，針對「學生於閱讀生物教科書時，其視覺注意力於圖、文的分配狀況為何？」的問題，根據前人的研究，我們做出「學生於閱讀自然科目教科書時，其視覺注意力於圖片較少、於文字較多」的假設。. 3.

(14) 2. 視覺注意力於自然科目教科書上圖、文間交叉閱讀次數較多的學生，有較好的概念理解表現。 Hegarty 和 Just (1993) 利用物理中定滑輪與動滑輪的題目測試學生，發現同時閱讀文字與圖示的學生，並且整合文字與圖片中意義的學生，其表現較單單閱讀文字或圖示其中一種的學生優秀。Hannus 與 Hyönä (1999) 也經由研究學生閱讀生物文章的過程得知，高能力的學生對於圖文的整合較低能力學生好。其他的研究者 (Mayer and Gallini, 1990; Holsanova, Holmberg, and Holmqvist, 2008) 也經由各種不同的研究方式，發現圖片與文字共存時，受試者會有較好的閱讀理解表現。而在眼動資料中，視覺注意力在圖片與文字間交叉出現的歷程被認為和整合圖片與文字間的意義有關。因此，針對「學生於閱讀生物教科書時，其視覺注意力於圖、文間是否有交叉來回的部份？」的問題，根據前人的研究，我們做出「視覺注意力於自然科目教科書上圖、文間交叉閱讀次數較多的學生，有較好的概念理解表現」的假設。 3. 學生教科書圖文閱讀過程中，單以圖的比較時，視覺注意力分配於圖上較多者，生物概念理解較好。 PaivioPaivio (1986) 提出的雙代碼理論（dual-code theory）認為我們會將理解的資訊以處理文字的語文系統（verbal system）和與處理圖片、動畫的視覺系統（visual system）兩個系統相互交錯來儲存意義。他的實驗研究證明：當學習者回想之前的內容時，對文字加圖片的回想能力優於只有文字的回想。隨後， Hannus 和 Hyönä (1999) 使用眼球追蹤技術對國小學生在科學教科書的學習進行研究，結果發現當教科書的內容圖文並茂時，圖片常具有可以幫助學生學習的特性。因此，針對「學生的生物概念理解和其教科書圖文閱讀過程中的視覺注意力分配是否有關？」的問題，根據前人的研究，我們做出「學生教科書圖文閱讀過程中，單以圖的比較時，視覺注意力分配較高者，生物概念理解較好」的假設。. 4.

(15) 第三節. 研究範圍與研究限制. 由於受到研究對象以及所設計之研究工具與研究方法的限制，本研究之研究成果在推論上將受到某些條件的影響。茲將本研究的限制範圍列舉如下： 1. 本研究的眼球追蹤方法是指以眼動儀紀錄眼球凝視點的軌跡，本研究所使用的眼動儀為雙攝影機、單紅外光源器並搭配 FaceLab 4.5 作校正、眼動資料蒐集軟體 GazeTracker 呈現文本資料並紀錄，因此若要重複驗證此研究的結果，在儀器上需侷限於相似的儀器設定與操作流程。 2. 本研究是以新北市某國立高級中學一年級學生為研究對象。考量不同地區學生由於城鄉差距，以及入學時經過各種篩選，因此閱讀能力與習慣恐有不同，故此研究成果不宜推論至在不同閱讀理解能力階段的受試者。 3. 本研究所使用之教科書是以坊間流通，通過國立編譯館審定，符合教育部於民國九十七年頒布，九十九年正式施行之「普通高級中學課程綱要」的高中基礎生物（上）兩個版本的教科書中，「3-2 生命樹」之內容為材料，故此研究成果不宜過度推論至不同學科、不同內容屬性之教科書上。 4. 本研究所使用的閱讀材料為生物科教科書，而科學文章的敘述、解釋自然現象和有關事物的方式和一般文學作品、小說、故事的敘述方式不同 (Yore and Shymansky, 1991) ，因此本研究的結果並不適合推論到其他形式閱讀材料。 5. 本研究所指稱的圖為通過教科書中，扣除各章節的習題、補充知識、實驗活動、科學家小傳、討論教室外的圖片，不包含表格部份。. 第四節. 研究的重要性. 5.

(16) 本節中將針對研究所使用的文本內容、文本形式、施測對象等方面探討本研究之重要性。 1. Hodson (1998) 認為，學生藉由說、讀、寫來學習科學。同時，學生也需要藉由觀摩他人「由說、讀、寫來學習科學」的過程來學習如何改善自己「由說、讀、寫來學習科學」的過程。本篇研究旨在理解學生對於科學文本的圖文閱讀歷程，藉由這樣的理解，能夠提供學生他人如何「讀」科學文本學習科學的範例。 2. 現行九九課綱的「基礎生物（上）」的教材綱要主題，大部分均與九五課程暫綱之「基礎生物」和必修科目「生物」之主要內容相同。但是本研究所使用的概念「生命樹」為新加入的新興主題，因此研究受試者對於此部份的教科書閱讀歷程，應該有助於教師瞭解學生的閱讀困難處與可著力的方向。 3. 本研究主要針對符合現行高中九九課綱的市售教科書高一基礎生物版本內容進行研究，研究對象也選擇一個國立高中未學習高一基礎生物的高一學生進行研究，因此在教育上極有可能可以反應高一學生真實閱讀教科書的閱讀歷程。因此本研究的研究結果若能夠應用在教育現場上，應該對未來的科學教育有所助益。 4. 本研究對於受試者的閱讀歷程有眾多的探討與比較，在教育現場中的教師與學生若能夠對高分組的閱讀歷程有所理解，應該對課室中科學課程的教與學有所幫助。. 第五節. 名詞解釋. 1. 視覺注意力. 6.

(17) 注意力是一種可以將有限的心理資源在某一個時間點上專注於某個訊息的能力，其中視覺注意力是專指當眼睛自主移動時，將注意力集中於視野中出現的物體上 (Findlay & Gilchrist, 2003) 。 2. 生物教科書本研究所指的生物教科書，系指通過教育部於民國九十七年頒布，九十九年正式施行之「普通高級中學課程綱要」（又稱九九課綱）的高中基礎生物（上）的教科書。本研究中為了呈現教科書內容的敘述一致性且顧及所附圖片之內容，僅選則市售七個版本（南一書局、翰林出版、龍騰文化、康熹文化、三民書局、全華圖書、泰宇出版）之其中兩個版本搭配作為給受試者閱讀之生物教科書內容與圖片來源。 3. 圖（片）圖可以泛指各種的圖像，包含實際照片、繪圖、簡圖、示意圖、插圖、圖解、圖表、曲線圖、數據圖甚至地圖…等。本研究中所指稱的圖為通過教育部於民國九十七年頒布，九十九年正式施行之「普通高級中學課程綱要」（又稱九九課綱）的高中基礎生物（上）的教科書中，扣除各章節的習題、補充知識、實驗活動、科學家小傳、討論教室外的圖片，不包含表格部份。 4. 閱讀理解閱讀理解可以分為三個層面 (Pearson and Johnson, 1978) ：字義理解、推論理解、綜合理解。第一層面的字義理解主要是直接閱讀文章所陳述的內容，根據文字上陳述的字義內容而取得資料；第二層面的推論理解，指讀者除了理解文章字義外，需由文章提示的線索進行更深層的推論，經由推論過後對文章的整體理解；第三層為綜合理解，此部份必須就個人的先備知識與經驗和閱讀文章後的推論理解做整合，理解的內容在文章中並不會明確提到。本研究所指稱的閱讀理解，限於所研發之測驗工具的內含，著重於前兩個層次，意即字義理解與推論理 7.

(18) 解的層次，並不包含綜合理解的層次。 5. 閱讀歷程本研究所探討的閱讀歷程是指受試者在閱讀研究者由市售通過教育部於民國九十七年頒布，九十九年正式施行之「普通高級中學課程綱要」的高中基礎生物（上）的教科書中所節錄編列的文本時，經過本研究架設之雙攝影機、單紅外光源器並搭配 FaceLab 4.5 作校正的眼動儀所紀錄下來的視覺注意力於不同圖文區域的時間與分配狀況。 6. 凝視點雙眼在閱讀時的注意力位置，便稱為凝視點。蔡介立（2006）認為紀錄眼球凝視的時間與位置，便可以反映出大腦對於該資訊的選擇以及處理時間。研究顯示一般人平均的凝視點時間為 200~250 毫秒 (Rayner, 1998) 。為求謹慎起見，本研究將採取的凝視點標準為 150 毫秒。 7. 圖文交互閱讀本文所指的圖文交互閱讀，意即在閱讀的過程中有前一個凝視點落在文字上，下一個凝視點落在圖片上即稱為一次的圖文交互閱讀。反之，若在閱讀過程中有前一個凝視點落在圖片上，下一個凝視點落在文字上，也稱為一次的圖文交互閱讀。 8. 文章回視本文所指的文章回視並不包含圖文的交互閱讀，意即，本文所指的文章回視只單看文字內容。文字依照內容屬性分區後，每一區按其於文章中出現的順序排序，若凝視點隨著閱讀歷程有跳回前面的文字屬性分區凝視的狀況，即記為一次的文章回視。研究認為，回視這種向前移動的凝視狀態，通常代表著閱讀者對於此部份資訊的整合或是重新解釋語意的歷程 (Rayner, 1998) 。 8.

(19) 第二章. 文獻探討. 提綱. 本研究所探討的問題主要為科學文本的圖文閱讀歷程與概念理解的關係，並且以眼動儀紀錄視覺注意力的資訊來做研究，因此在文獻回顧分為三大部分，一是視覺注意力和訊息處理的關係、二是閱讀理解與能力的發展，三是科學文本的圖文與概念理解的關係。在第三部份內又將細分描述科學文本結構、科學圖表以及科學圖文閱讀的眼動相關研究。. 第一節視覺注意力和訊息處理本節中研究者將針對視覺注意力與訊息處理分為兩個部份進行文獻探討。首先在第一部份先針對視覺注意力和訊息處理的關聯，以及訊息處理的理論進行文獻上的探討；第二部份則將眼睛、眼球追蹤技術與視覺注意力的關係進行探討，並且敘述眼球追蹤技術應該注意的資料。一、視覺注意力與訊息處理的關係注意力是一種可以將有限的心理資源在某一個時間點上專注於某個訊息的能力，其中視覺注意力是專指當眼睛自主移動時，將注意力集中於視野中出現的物體上 (Findlay & Gilchrist, 2003) 。雖然知識與資訊傳遞的型式並非只能由眼睛接收，但是日常生活中我們通常以視覺閱讀資訊佔較大的訊息接收。當我們在閱讀的時候，視覺的資訊必須由眼睛接收而進入大腦，再由大腦進一步的做資訊的處理。Hoffman & Subramaniam (1995) 認為當我們要執行眼球運動時，注意力其實已經早眼球運動一步，到達特定位置，以促進對該事件的知覺，因此在閱讀時. 9.

(20) 眼球運動和注意力有密切相關性。此外，Krauzlis (2005) 指出，眼睛正在看什麼的同時，也決定了之後要注視的目標。先前眼睛所看的東西經過大腦一連串的內在認知系統（包含注意力、知覺、記憶…等）處理，會形成一種選擇（decision making）或者是驅動力，靠著這樣的機制，大腦控制著眼睛進行自主式的眼球運動－掃視（saccade）與追看（pursuit），來使眼球運動以看到所選擇看到的下一個目標物。圖 2-1.1 透漏訊息輸入與眼球運動的關係。. 圖 2-1.1：大腦控制的自主性眼球運動假設模型。（譯自 Krauzlis, R. J.(2005). p.134.）而根據 Atkinson 和 Shiffrin 所提出的訊息處理論 (1986) ，當外界訊息的輸入時，首先經感官登錄－也就是被各種生物學所稱的「受器」接收，接著會傳入短期記憶。訊息在短期記憶中短暫停留，此時資訊會與從長期記憶中所提取、搜尋出來的訊息在運作記憶運作處理。如果長期記憶裡的資訊和新進資訊相似，這個新資訊就會和原本長期記憶中搜尋出的相似資訊一起被輸出並儲存到長期記憶中。長期記憶裡沒有的新訊息便會被遺忘。心不在焉時，感官往往會忽視訊息而不予登錄，造成「視而不見，聽而不聞」的現象。. 10.

(21) Land (2007) 認為視覺注意力和訊息處理的關係有兩個重點：其一為視覺注意力會專注於所欲處理的物件；另一為當視覺注意力專注於某一物件上時，也同時監控我們對此物件的操弄。這兩個重點可以用 Land、Mennie 以及 Rusted (1999) 對泡茶工作中的視覺注意力研究來清楚解釋。他們這項研究主要在觀察當一個人執行「泡一壺茶」的工作時的視覺注意力所在，結果發現，視覺注意力的所在，幾乎只專注於被處理的物件上，例如當要打開水槽旁水龍頭，以便在茶壺中加入水時，視覺注意力幾乎只會落在水龍頭的開關上，而不會落在水槽邊、窗台前，水槽下的櫃子上等其他地方，甚至極少落在茶壺上或水龍頭的出水口上。當水龍頭的水打開後，視覺注意力才會接著注意水龍頭的出水口和茶壺壺口。這解釋了 Land (2007) 提到的第一個重點：視覺注意力會專注於所欲處理的物件上。而泡茶工作的研究中同時也觀察到，當視覺注意力在水龍頭開關上時，同時可以觀察到手對水龍頭開關的操弄動作，例如扭開水龍頭或扭緊水龍頭；當視覺注意力在茶壺上時，也可觀查到手對茶壺的操弄動作，例如傾斜茶壺以便將茶壺口對準水龍頭出水口流出的的水。這也解釋了 Land (2007) 提到的第二個重點：當視覺注意力專注於某一物件上時，也同時監控我們對此物件的操弄動作。因此，我們可以知道，當我們的視覺注意力集中於某一物件上時，通常可以象徵著我們正在處理著這一個物件的資訊。二、眼球追蹤技術與視覺注意力眼球軌跡追蹤技術是透過眼動儀來蒐集受試者眼睛凝視點（fixation），代表訊息處理，以及掃視（saccade），代表眼球活動與計畫擇取訊息位置的資料。 Reichle (1998) 等人整理視覺在閱讀過程裡的角色發現，眼睛會利用短暫的注意力停留時間接受外界訊息，並且不斷移動以掌握完整的視覺資訊。蔡介立（2006）在其研究中指出從眼球凝視的位置和停留時間，大致可以反映出大腦對資訊的選擇與處理的時間。因此，經由眼動資料的蒐集，我們可以瞭解受試者在閱讀歷程中注意力集中點位置與時間的變化，也就是說，透過眼動儀蒐集的凝視點移動與 11.

(22) 變化，也就是凝視的軌跡，我們可以瞭解受試者的整個閱讀歷程與可能的訊息處理模式。Cook(2006)等人在一項比較專家與生手對DNA複製過程視覺表徵的研究指出，眼動儀所紀錄的眼球軌跡與研究者對受試者進行的事後訪談資料十分吻合，這個研究證明了眼動儀所蒐集的資料在研究上的可信度。一般而言，當眼動儀紀錄到穩定的靜態視線表現時，會紀錄成凝視點（fixation）。凝視點的時間根據工作的不同，如打字、看樂譜、閱讀都會有不同的凝視點時間 (Rayner, 1984) 。一般的凝視點大概會在同一字內五到九個不同點上持續 100 到 500 ms，閱讀中對文字的大部分凝視點時間會在約 200 到 350 ms 之間（Reichle, E. D. et al, 1998），而閱讀中對圖片的凝視點時間則落在 250 到 330 毫秒之間 (Rayner, 1984) 。由於中文與英文的文字結構不同，閱讀文字在中文與英文間也存在著差異，蔡介立（2000）的針對中文的閱讀做出研究，發現中文的文字閱讀平均擬視時間約為 220 到 230 毫秒。平均凝視時間可反應出閱讀內容對閱讀者的難易程度，越困難的閱讀內容平均凝視時間就愈長，Rayner (1998) 對於以眼動儀資料研究視覺注意力與訊息處理方面做了更進一步的探討。他的研究指出，在我們的閱讀過程中，對於一些艱澀的字詞 (Rayner & Duffy, 1986) 以及一些不連貫的文句 (Ehrlich & Rayner, 1981) 會有較長的凝視時間（fixation duration）。因此 Rayner 認為較長的凝視時間可能暗示了閱讀過程中較大量的閱讀處理過程。另外，從發展的方面來看也可以發現，相對於成人，幼童的平均凝視時間較長 (Kowler & Martins, 1985) 。至於眼動儀紀錄在閱讀時出現的不穩定動態視線表現會紀錄為掃視（Saccade）。掃視一般被認為是視線由前一個凝視點移動到下一個凝視點之間的動態過程，在掃視的過程中幾乎沒有任何資訊會被擷取 (Wolverton & Zola, 1983) ，但先前已進行的訊息處理仍會繼續。因此，一般在利用眼動儀資料審視閱讀歷程時主要著重於凝視點的資料。Rayner (1998) 建議眼動研究者在利用眼動追蹤技術研究閱讀時，凝視點數（number of fixations）、平均凝視時間（mean fixation duration）與總視時間（total inspection time）等眼動參數都應該被探討。 12.

(23) 綜合以上的研究，我們可以知道眼動儀所紀錄的眼球軌跡具有研究上的可信度，一般而言，在探索閱讀歷程中資訊與閱讀的關係時，通常以凝視點為主要需要注意的資料。. 第二節閱讀理解歷程與能力的發展在本節中研究者將針對三個部份進行文獻探討：第一個部份為閱讀理解歷程，此部份將揭示前人對於閱讀歷程的理解，包含前人對於閱讀歷程步驟的想法，以及對於閱讀歷程所提出的理論與假設。在第二部份則將對於學生閱讀能力的發展過程、發展階段進行文獻探討。第三個部份則特別針對科學理解的歷程進行文獻探討。一、閱讀理解相關理論為解釋閱讀與概念理解的關係，Carver (1973) 將閱讀的歷程區分為四個層次： 1. 將字解碼（decoding），決定這些字在句子中的意義。 2. 將一些個別字的字義串連以瞭解句子。 3. 瞭解段落與段落所隱含的主旨、原因、結果、假設、含義。 4. 評價各種觀念，包括邏輯、證明、真實性與價值判斷。（林清山，民 80）上述這四個層次說明了讀者必須先要有視覺的注意力注意到「字」，將此字的訊息由眼睛傳送到大腦後，才能由大腦將字解碼，以進行隨後一連串的閱讀理解歷程。 Anderson (2009) 針對語言理解的過程也提出了三個類似的歷程步驟，包含知覺（perceptual）、分析（parsing）與應用（utilization）。其中知覺是將語句做. 13.

(24) 解碼、解讀，隨後會進入分析的階段。在這個階段會將前一階段知覺到的語句中語意表徵出來，形成對閱讀者而言有意義的概念。最後，在應用的階段，閱讀者可以針對這個意義概念做出執行、儲存、回答或者遵守…等等的利用。Anderson 同時也認為，這三個步驟雖然大致上會按照順序進行，但是也常常會有部份的重疊，意即，在對前一個句子作應用時，可能同時在分析下一個句子。 Barsalou, Simmons, Barbey 和 Wilson (2003) 認為當人們理解一個句子之後，會對這個句子的意義建構出一個感官的理解。Barsalou 等人對於這個假設找了許多證據，其中 Stanfield 與 Zwaan 的研究很具有代表性。Stanfield 與 Zwaan (2001) 的研究先讓受試者看一個描述關於釘子被釘在牆上或地板上的句子，隨後呈現一張釘子垂直或水平釘入物體表面的圖片，詢問人們這個圖片是否符合剛才句子所提及。結果發現閱讀的句子描述內容為釘子被釘入牆上者，能夠快速認出水平的釘子圖片為正確；閱讀的句子描述內容為釘子被釘入地板上者，能夠快速認出垂直的釘子圖片為正確。這樣的結果暗示了當我們讀懂句子時，這個句子在我們心中的表徵應該不只有文字意義，也還有圖像意義的存在。在認知神經科學上我們也可以發現，一般在閱讀單一的句子時，大腦的語言區如韋尼克氏區（Wernicke’s area）與布洛卡區（Broca’s area）會活化。在閱讀一篇文章時，大腦活化的區域除了語言區外，還包含其他諸如統合監控區、空間圖像處理區也會被活化 (Mason and Just, 2006) 。由以上的文獻我們可以看出，閱讀一篇文章的歷程要比閱讀一個句子來的複雜的多，因此，也更值得我們探討。至於科學的閱讀理解理論，心理學研究並沒有單純針對這一部份做探討，一般研究者仍依循一般文字閱讀理解的過程做些詮釋。然而科學文字與一般日常生活文字極為不同，許多研究雖然指出學生的科學理解與其語言能力有關，但也無法完全解釋複雜的科學概念理解。科學概念與理論的形成有其歷史背景，在眾多科學學習研究中，學者們不斷提到理解科學知識發展過程為科學理解的重要項目 (Duschl,1990; Lucas & Roth, 1996) ，因此對科學教育研究而言，科學概念的深度 14.

(25) 理解，應從科學知識發展歷程來切入。Duschl (1990) 在探討科學知識結構時，提出了一個科學目的的結構（圖 2-2.1）來做解釋科學界如何達到對自然現象的科學理解。他認為不論是任何科學學科的理論，都應該建立於搜尋各種解釋現象的資料中。當然，這些理論會因為新資料的發現、新儀器的發明而更強化證據或做出修正。當科學理論形成後，科學家會利用這些科學理論為依據，試著去對其他的相關現象做出合理的科學解釋。 Duschl 認為這個科學目的結構恰可反應科學學習目的。簡單來說，科學學習開始於理解概念間的關係，而科學學習的最終目的就在於科學理解。為了達到科學理解的目的，須先由資料著手，由這些資料觀察出一定的模式，並建立出可能的科學理論，因為科學的知識必須包含「瞭解、解釋現有的現象為何會發生」與「瞭解這樣的現象是如何發生的」。而有了合理的科學解釋後，最終才能產生科學理解，所以科學概念理解理應歷經這樣的歷程。本研究將嘗試利用這樣的歷程來詮釋科學閱讀理解的過程與表現。. 圖 2-2.1：科學目的的結構。（譯自 Duschl, R. A. (1990). p.149.）. 15.

(26) 二、閱讀理解的認知過程與發展 Gagn’e、Yekovich 和 Yekovich (1993) 將國中生的閱讀理解分為三個部份 1. 字面文義的理解（literal comprehension）：這是指閱讀時能知道字彙的意義，並能理解字彙與字彙串連形成的意義；2.推理理解（inferential comprehension），這裡指的是經由理解字句意義後，能夠更深入了解文章中的內涵，這樣的內含通常是超越字面意義所能理解的；3.理解的監控（comprehension monitoring），是指讀者在閱讀時監控自己，注意在每一個部份或字句是否能理解閱讀的內容。其中包含閱讀目的的設定、閱讀策略的選擇，以及補救方式的尋求。 Gunning (1996) 綜合許多學者的研究，將閱讀理解能力的發展分為閱讀萌芽期（emergent literacy）、開始閱讀期（beginning reading）、獨立閱讀期（independent reading）、由閱讀中學習期（reading to learn）與抽象閱讀期（abstract reading）五個階段。其中，國中生以上的讀者皆屬於最後一個階段：抽象閱讀期，在這一個時期的讀者常能夠經由閱讀獲得新的概念、知識。而和之前的幾個階段有所不同的是，他們已經不再只是依賴背誦、記憶的方式吸收知識，而是開始由閱讀的內容中理解事、物的組織、原則和系統，並且在閱讀時做出不同的假設，考量更多不同的觀點。根據上述的說法，國中以上學生應該可以透過閱讀文章內容的方式去理解文章中重要概念和字彙意義，並且應該具有對文章內容的邏輯推理或分析預測的能力。 Just 和 Carpenter (1980) 在閱讀者的視覺注意力資料中發現，對於不常見的單字，閱讀者的視覺注意時間越長。相較於此，一些較常出現的單字、介係詞，閱讀者的視覺注意的時間就會縮短許多。因此，Just 和 Carpenter 便提出兩個假設來說明視覺注意力與閱讀歷程的關係。第一個假設為立即性假設（immediacy assumption）。這種假設認為閱讀時的當下對於視覺凝視點上的文字，大腦會立即做出語言處理（包含字詞的編碼解碼，字彙接觸，或是語態的決定等）；第二個假設為眼－心假設（eye-mind assumption），這個假設認為，閱讀者在處理文字的 16.

(27) 過程當中，眼睛會維持凝視在該文字出現的位置，因此大腦處理文字的時間會直接且完全等於視覺凝視的時間。在這兩個假設下，我們可以解釋，對於不常見的單字，由於大腦需要花費較長時間處理此單字，因此就「眼－心假設」而言，必須花費較常凝視時間，又由於「立即性假設」，閱讀者在當下對於此不常見單字的視覺注意時間就會較長。雖然近來的一些研究指出，大腦對於文字的處理時間可能延後反應在隨後的數個凝視位置的凝視時間上，但是 Just 和 Carpenter 所提出的這兩個假設，基本上已經提供了基本的法則與解釋原則，讓我們能夠運用視覺凝視時間與視覺注意力停留位置來審視並且推理閱讀者的閱讀歷程。. 第三節科學圖文內容和概念理解關係科學的圖文閱讀和概念理解的關係複雜，本部份的文獻回顧將著重於三個部份：科學的文本內容結構、科學的圖表內容、閱讀理解能力的發展。最後並回顧幾篇科學圖文閱讀理解成效的實徵研究。一、科學文本內容結構 Yore 和 Shymansky (1991) 認為科學文章的敘述、解釋自然現象和有關事物的方式和一般的文學作品、故事、小說的敘述方式有明顯的不同。科學文章中會經常性的出現科學詞彙與專有名詞；在科學文章中的文句之間的陳述，也比一般的文章注重前後的邏輯關係以及句子與句子之間的因果關係，這些都是科學文章所特有的性質。對於科學文章的型式，Kameenui 和 Simmons (1990) 依據文章的目的曾經將所有的文章區分為兩種型式，一個是敘述性（narrative）文章；一個為說明性（expository）文章。其中，他們認為科學文章大多是以說明性文章來呈現。說明性文章主要目的在「告知」與「教」讀者新的訊息，一般學科性文章如科學、社會、歷史…等學科的文章常常都以此種型式呈現，主要功能是在呈現或解釋理 17.

(28) 論、事實、通則、資料（許良榮，民 83；洪文東，民 86）。另外，文獻上還可見反駁式文體（refutation text），這種文章通常包含兩個部份：首先會呈現學生錯誤的舊有迷思概念（misconception），再來會呈現解釋為何迷思概念不對並同時呈現當前科學界所認同的新概念 (Guzzetti, 2000) 。因為這樣的文章呈現出學生先備知識與新概念的差別，反駁式文章通常被認為可以讓學生對自己舊有的迷思概念產生不足，進而產生概念的轉變 (Alvermann & Hague, 1989) 。雖然如此，教科書內通常只含有非常少的反駁式文章 (Guzzetti et al., 1992)。 Mallow (1991) 將科學文章分為四種不同層次，分別是大眾刊物、大眾科學刊物、科學教科書與科學研究文章。大眾刊物的科學文章通常標題鮮明、用字遣詞較為通俗，因此閱讀這類文章的速度與閱讀非科學文章的速度相當。大眾科學刊物內容比大眾刊物的科學文章更為深奧，用詞出現較多的專有名詞，因此閱讀速度比較慢。如果要理解科學教科書的內容，在閱讀時必需要具有較多的背景知識，閱讀速度常仔細而緩慢。科學教科書不只有告知新訊息或概念的功能，同時有協助、促進讀者理解的目標。科學研究文章則是由科學家所寫，是十分專業的科學文章，每個科學領域有特定的寫作格式，其內容必須詳細說明研究過程及結果。通常要讀懂這類的文章，閱讀時的速度必須很慢，一般非科學專業的人員很難理解此類型文章。二、科學圖表（一）、圖片功能圖片具有非常多的功能。Levin (1982) ，則將圖片依照認知的功能分為四類：表徵（Representation）、組織（Organization）、解釋（Interpretation）以及轉化（Transformation），以表格（表 2-3.1）簡述如下：. 18.

(29) 表 2-3.1. Levin (1982) 的圖片功能分類. 分類名稱. 功能. 表徵. 此類圖片通常是與文章內容相關的圖片、照片或繪圖，內容. （Representation）. 與文章重疊，使文章更具體。. 組織. 此類圖片常利用步驟性或結構性的圖片呈現，可以將文章中. （Organization）. 看似鬆散的元件組織成一個連貫的架構。. 解釋. 此類圖片常以類比或隱喻的圖解方式將文章中較抽象的概. （Interpretation）. 念以較具體的方式呈現說明。. 轉化. 此類圖片大多是將文章中的文字訊息轉為具體而易於記憶. （Transformation）的圖片，可幫助記憶文章中的關鍵訊息。. 而另一位學者 Reid (1990) ，則將科學文章中的圖片依照其功能分為三類：知覺（Perceptual）、認知（Congnitive）以及教育（Pedagogic），以表格（表 2-3.2）簡述如下：. 19.

(30) 表 2-3.2. Reid (1990) 的圖片功能分類. 分類名稱. 功能. 主要原則. 知覺. 吸引. 吸引讀者的注意. （Perceptual）. 指導. 引導讀者閱讀圖片中的某個部份. 引起動機. 吸引讀者對所讀內容產生興趣並繼續閱讀. 重複. 重複文字的說明. 認知. （Congnitive）表徵. 教育. 將概念具體化. 組織. 將文章內容整合以便於理解. 解釋. 透過圖的呈現可以幫助文章內容的理解. 轉化. 以另一種新的形式表達文章中所欲傳遞的訊息. 補救. 為學習能力低的讀者設計而能輔助其理解. （Pedagogic）. Martins (2002) 認為圖片功能包含：定向，即指示內容的形象；動機，即引起讀者興趣或好奇心；顯示事物如何處理；說明觀念或論點；將一般知識與特殊例證連結；將宏觀描述轉移至微觀；建立真實世界與抽象科學間的關係。（二）、圖片能輔助文字理解圖片的功能如此多，在教科書上若是能夠利用圖片來輔助，是否能夠使得學生的更容易理解教科書上文本內容？Paivio (1986) 曾經就人類的記憶與資訊處理提出一個雙代碼理論（dual-code theory），他認為我們會將理解的資訊以語文系統（verbal system）和視覺系統（visual system）兩個系統相互交錯來儲存意義，其中語文系統專門處理與語文相關的資訊，包含所見文字與所聽敘述，並且形成語文的心理表徵，也就是語文編碼來儲存此類訊息意義；而視覺系統則專門處理視覺影像相關的資訊，例如圖片與動畫，並且形成視覺的心理表徵，也就是視覺 20.

(31) 編碼來儲存此類訊息的意義。由於此兩個系統可以交錯儲存意義，因此當訊息處理完畢後，即使其中一個系統的編碼有所遺漏，另一個系統仍然可以將訊息的意義記住（圖 2-3.1）。. 圖2-3.1. 雙代碼理論示意圖（改繪自Mayer & Sims, 1994）. Paivio的實驗研究證明：當學習者回想之前的內容時，對文字加圖片的回想能力優於只有文字的回想。這兩個系統並沒有那一個必定比較好，而是當我們在接收訊息的當下，較能夠被我們注意的，在往後會更容易被記住而不遺忘。在認知神經科學上的研究說明了Paivio的想法並非空穴來風。Gabrieli (2001) 統整許多認知神經科學上研究後，認為大腦前額葉和閱讀理解有關連，而其中語意資料取得處理容易活化左前額葉，視覺資訊取得處理容易活化右前額葉。 Hegarty和Just (1993) 利用物理中定滑輪與動滑輪的題目測試學生，發現同時閱讀文字與圖示的學生，其表現相較於單單閱讀文字或圖示其中一種的學生優秀。同時，兩位學者也提出，同時閱讀文字與圖示的學生在心智模式上，會有整合文字中意義與圖示中意義的過程。Mayer和Gallini (1990) 以科學教科書為教材，發現將圖片與文字同時整合在同一頁上呈現，受試者會有較佳的學習效果。隨後Mayer和Sims (1994) 也發現以「圖文整合同時呈現」的教學媒體，學生學習效果較佳，相似的，Holsanova、Holmberg和Holmqvist (2008) 利用眼動儀資料說. 21.

(32) 明當圖文同時出現在同一個頁面中時，受試者能夠經由圖、文同時敘述同一個概念形成由下而上（Bottom-up）的觀念建立，而此觀念會由上而下（Top-down）的引導受試者隨後的閱讀過程。Hannus與Hyönä (1999) 也經由研究學生閱讀生物文章的過程得知，高能力的學生對於圖文的整合較低能力學生好。雖然如此， Mayer (1993) 也提出單獨只看圖片時，常常容易對圖片所欲表達的意義產生誤解。他認為原因有三，其一是圖片常常不包含或省略去說明的部份；再者，圖片也常常缺少因果關係的呈現；最後，學生的先備知識不足，也容易造成圖表的誤解。 Alexander 和 Kulikowich (1994) 曾指出物理文章包含了很多數學或科學的符號、圖片與公式，需要和一般語文不同的認知處理，所以具有雙語文的（bilingual）特性；一個是符號系統（如數學式、化學式與圖片），一個是語言系統。由此可知科學文本的閱讀的認知歷程相當複雜，因此科學圖表於閱讀理解的角色須進一步釐清。而國內學者黃秀英（1999）曾以「細胞分裂與染色體」為研究材料來探究國中生物科的文本與學生閱讀理解的關係，其中他認為學生產生閱讀理解困難原因可能是文本中的專有名詞過多、文本圖片說明不足而失去輔助閱讀的功能。Chen 與 Yang (2011) 分析台灣高中地科課本之圖表分配發現，多數圖表落於真實圖片、實驗圖片、數據圖及資訊圖四類，而內容上則以概念解釋為主，較少針對概念間關係以及理論模式做圖像詮釋，這是否也因而影響整體科學理解，需進一步研究探討。三、科學圖文閱讀的眼動相關研究早期的眼球運動研究如Yarbus認為，當閱讀者觀看圖片時，視覺的注意力並不是隨機分佈的，而是受到任務的驅使 (Yarbus, 1967) 。Yarbus的研究是讓受試者看一幅畫作，並在受試者觀看畫作時紀錄期眼球運動情形。發現當受試者在觀看觀看圖片時會依據施測者提供的問題不同，如，人物的年紀如何？誰正要離 22.