探究國中小學生科學圖解的閱讀認知歷程

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(1)正文前. 國立臺灣師範大學生命科學系 碩士論文. 探究國中小學生科學圖解的閱讀 認知歷程 A Study on Students’ Cognitive Process of Scientific Diagrams Reading.. 研 究 生:謝 欣 昀 Hsin-Yun Hsieh 指導教授:林 陳 涌 博士 Chen-Yung Lin 中 華 民 國 九十八 年 七 月.

(2) 探究國中小學生科學圖解的閱讀認知歷程. 誌. 謝. 你定意要做何事, ,必然給你成就 必然給你成就; ;亮光也必照耀你的路 約伯記 22:28 你定意要做何事 哈雷路亞~三年來的碩士生涯終於要告一段落了!感謝 神、耶 穌、鄭總會長牧師在我身心俱疲,幾乎已經對自己失去畢業的信心 時,透過台上證道牧師的口鼓勵我:一定要「堅持到底」 ,一定要「按 時去做事」。如今我得以擁有這份榮耀與喜悅,僅將這本論文獻上給 神、主,感謝祂們一路上的帶領與保守! 我要非常感謝我的指導教授林陳涌老師,自大學起結下師生緣到 現在,不只在學業進修、學術研究、論文撰寫給予豐富的指導,更是 教導我們生活及處世之道,讓我的碩士生涯有滿滿的收穫。也很感謝 林曉雯老師不辭辛苦的從屏東北上擔任我的口試委員,對論文詳細的 審閱和建議。感謝秀玉老師兼學姐,就像上帝派來的天使,一直鼓勵 我不要放棄,對論文很詳細審閱及給予建議,讓我對研究不失興趣。 感謝生物教育組的張文華老師、鄭湧涇老師在碩一、碩二的學業 及學術研究上的帶領,讓我對生物教育有更深的省思。也很感謝研究 室的助理、學長姐及伙伴們:麗蓉、輝哥、芊卉、元蘋、筱羚、家綺, 我的好朋友-志銘、惠琪、宜瑾、立琇,萬芳教會的弟兄姊妹們…(還 有好多我未列上的人名)在撰寫論文的期間給予我許多實質上和精神 上的幫助。 當然還要非常感謝我的碩士班同學兼實習老師-宗婷美女,若沒 有你幫忙我晤談學生,若沒有你幫忙我整頓導師班那群兔崽子,若沒 有你幫忙我打晤談稿,若沒有你一直加油打氣…(突然發現你變成我 廉價勞工了),這份論文真的會難產! 最後,要感謝我的家人對我無盡的包容和照顧,即使嫁人了也讓 我每天都有好吃營養的晚餐,老公識孝很闊氣又貼心的讓我留職停薪 兩年專心唸書,一肩扛起經濟的重擔,在我灰心喪志的時候不斷幫我 禱告,給我精神上很大的支持,百般容忍我的亂發脾氣。. 一本論文的誕生是結束也是開始, ,希望這本論文是我碩士生涯的 一本論文的誕生是結束也是開始 結束, ,卻能給學術研究帶來更多的開始 卻能給學術研究帶來更多的開始, ,最後 最後謝謝所有協助這本論文 結束 謝謝所有協助這本論文 產生的人。 產生的人。 欣昀 筆于 2009.07.20. 臺灣師大數位論文.

(3) 正文前. 摘. 要. 本研究旨在以認知心理學的角度,來探討學生在閱讀科學圖解時 的認知歷程,期望從歷程中瞭解概念知識及讀圖經驗的有無對學生閱 圖認知歷程的影響及探究其閱圖時遭遇困難的可能因素。進而透過了 解學生對科學圖解中的符號系統的理解情形,來了解符號及慣例使用 對其閱圖的認知歷程的影響。藉由研究結果盼能提供有關增進學生視 覺素養方面的資源、教師在進行科學圖解教學時的參照指引,及給予 製圖者設計上的建議。本研究事先擬定晤談大綱,以便利取樣方式選 取台北市國小五年級學童共 9 位及國中七年級學童共 11 位,個別進 行半結構性晤談,並輔以進行現場閱圖情形的觀察記錄,蒐集與學生 閱圖認知歷程相關的資料,深入探究學生閱讀科學圖解的認知歷程、 遭遇的困難及使用的閱圖策略。晤談結果主要採取質性研究的分析方 式,進行多重個案分析,並輔以進行描述性統計。獲得的重要結果為: (1)大多數學生選擇閱圖的起始點是受基本的視知覺控制影響,尤其是 受視覺習慣性及元素的凸顯性的影響尤大。(2)學生大多不會利用先備 知識或利用圖說文字的內容來找相關的圖進行讀圖的順序,仍較受個 人的閱圖習慣影響。(3)概念知識的具備與否是學生能否有效進行圖解 分塊的重要關鍵。(4)學生對於功能性圖示中用來顯示一些動態過程的 箭號意義,較不能夠自行從圖解中獲得瞭解。(5)五年級或八年級的中.

(4) 探究國中小學生科學圖解的閱讀認知歷程. 低成就學生在缺乏概念知識的情形下,多缺乏對幫助理解有效的閱圖 策略。. 關鍵字:科學圖解、認知歷程、視覺素養、符號. 臺灣師大數位論文.

(5) 正文前. Abstract The research is to study from the perspective of cognitive psychology the cognitive process in which students read scientific diagrams. The goal is to explore the differences in the cognitive process between student groups in five and eight grades and to find out the possible sources of difficulties that students encounter when reading scientific diagrams. Furthermore, the research is to disclose how symbols and conventions affect students' cognitive process of reading scientific diagrams by understanding students' interpretation to symbol systems in scientific diagrams. The purpose of the research is to facilitate resources for improving students' visual literacy, to provide guidance and reference to teachers for their tutoring on scientific diagram, and to offer recommendation to diagram designer for their development of diagrams. The researcher designed and conducted face to face semi-structural interviews with a convenient sample of student group consisting of nine students in five grades and eleven students in eight grades in Taipei. During the interviews, the students were provided with scientific diagrams for their reading. The researcher observed and collected data on the student readers' cognitive process while the students were reading. The interview approach allows the researcher to study in-depth the cognitive process, the difficulties and the strategies the students experience and utilize to interpret scientific diagrams.The research results involves qualitative analysis on interview output and multi-case study coupled with descriptive statistics. The primary findings are: (1) Most students chose where on a scientific diagram to begin with as a result of.

(6) 探究國中小學生科學圖解的閱讀認知歷程. their visual perception, in particular, the framing and salience of the composition. (2) Students rely on the framing of composition and personal reading habbits rather than prior knowledge or explanatory notes to determine the flow of the diagrams. (3) In lack of background knowledge, students oftentimes inappropriately partititon a scienctific diagram. Therefore, they may oftentimes read a scientific diagram in meaningless chucks. (4) Students are oftentimes unable to get the hint from the arrows in functional diagrams designed to exhibit motion processes. (5) All five grades students and all eight grades underachievers who are in lack of background knowledge are oftentimes in need of effective strategies to facilitate the understanding of scientific diagrams.. Key words: scientific diagram, cognitive process, visual literacy, symbol. 臺灣師大數位論文.

(7) 正文前. 目 第一章. 錄. 緒論……………………………………………..….…….…1 緒論. 第一節 研究背景與重要性 研究背景與重要性……………………………….………1 與重要性 第二節 研究目的與待答問題 研究目的與待答問題…………………………….………5 目的與待答問題 第三節 相關名詞釋義……………………….…………………....6 相關名詞釋義 第四節 研究範圍與限制.………………………………………... 7 研究範圍與限制 第二章 文獻探討 文獻探討………………………………………….……....… 8 第一節 何謂科學圖解 何謂科學圖解…………………………………………….8 科學圖解 第二節 科學圖解的組成及特色…………………………………13 科學圖解的組成及特色 第三節 視覺素養與科學圖解學習的關係 視覺素養與科學圖解學習的關係………………………15 關係 第四節 圖片的認知歷程…………………………………………20 圖片的認知歷程 第五節 閱圖理解…………………………………………………32 閱圖理解 第三章 研究方法………………………………………….……....…38 研究方法 第一節 研究對象…………………………………………………38 研究對象 第二節 研究流程 研究流程…………………………………………………41 流程 第三節 研究工具…………………………………………………50 研究工具 第四節 資料蒐集 資料蒐集與分析 蒐集與分析…………………………………………61 與分析 第四章 研究結果 研究結果與討論 結果與討論………………………………………….…69 與討論 第一節 學生閱讀科學圖解的認知歷程情形之分析……………69 學生閱讀科學圖解的認知歷程情形之分析.

(8) 探究國中小學生科學圖解的閱讀認知歷程. 第二節 學生對符號使用意義的理解之分析…………..………108 學生對符號使用意義的理解之分析 第三節 學生的閱圖策略之分析………………………………..130 學生的閱圖策略之分析 第四節 學生在閱圖歷程中遭遇困難之分析………..…………136 學生在閱圖歷程中遭遇困難之分析 第五章 結論與建議………………………………………….……..150 結論與建議 第一節 結論………………………………………….………....150 結論 第二節 建議………………………………………….…………157 建議 參考文獻………………………………………………………….......162 參考文獻 一、中文文獻…………………………...…………………….……...162 中文文獻 二、英文文獻…………………………...…………………….……...168 英文文獻 附 錄………………………………………….………………………173 附錄一 研究工具-科學圖解 ...………….173 研究工具 科學圖解………………………….. 科學圖解 附錄二 科學圖解的認知歷程之晤談大綱 ………………….…….175 附錄三 符號使用意義的評量準則 ……………………………..…177. 臺灣師大數位論文.

(9) 正文前. 圖目錄. 圖 2-1 訊息處理模式的階段……………………………….…………..22 訊息處理模式的階段 圖 2-2 二元編碼理論示意圖……………………………….…………..31 二元編碼理論示意圖 圖 3-1 研究流程……………………………….…………...……….…..42 研究流程.

(10) 探究國中小學生科學圖解的閱讀認知歷程. 表目錄 表 3-1 研究對象基本資料……………………………….…………….40 研究對象基本資料 表 3-2 晤談大綱的設計……………………………….………………52 晤談大綱的設計 表 3-3 圖解一、 圖解一、圖解二的內容與學校正式課程內容的關聯性比較..54 圖解二的內容與學校正式課程內容的關聯性比較 表 3-4 圖解二的箭號 圖解二的箭號編號及意義…………………….……………….57 編號及意義 表 3-5 圖解的繪畫方式及關聯文字………………….……………….60 圖解的繪畫方式及關聯文字 表 3-6 圖解符號系統的箭號使用…………………….……………….60 圖解符號系統的箭號使用 表 3-7 圖解符號系統的用色、 圖解符號系統的用色、線條、 線條、放大表示法….……………….60 放大表示法 表 3-8 圖解的版面配置…………………….………………………….61 圖解的版面配置 表 3-9 晤談資料的編碼原則與舉例………………….……………….67 晤談資料的編碼原則與舉例 表 3-10 晤談大綱次主題的分析方式 ………………….…………….68 表 4-1 學生讀圖起始點位置的人數分布情形………….…………….75 學生讀圖起始點位置的人數分布情形 表 4-2 學生讀圖起始點選擇理由類型 學生讀圖起始點選擇理由類型的人數分布情形 類型的人數分布情形.…………….77 的人數分布情形 表 4-3 學生在 學生在讀圖順序表現層次的人數分布情形 讀圖順序表現層次的人數分布情形…….…………….81 數分布情形 表 4-4 學生讀圖順序的理由之人數分布情形………….…………….91 學生讀圖順序的理由之人數分布情形 表 4-5 學生進行圖解一的分塊方式之人數分布情形….…………….97 學生進行圖解一的分塊方式之人數分布情形 表 4-6 學生進行圖解二的分塊方式之人數分布情形….……………100 學生進行圖解二的分塊方式之人數分布情形 表 4-7 學生判斷圖解主題的方式之人數分布情形…….……………106 學生判斷圖解主題的方式之人數分布情形 表 4-8 學生對「 學生對「將物體放大」 將物體放大」箭號的理解類型之人數分布情形…110 箭號的理解類型之人數分布情形 臺灣師大數位論文.

(11) 正文前. 表 4-9 學生對「 學生對「將物體的剖面放大」 將物體的剖面放大」箭號的理解類型 之人數分布情形…………………….………………………...112 之人數分布情形 表 4-10 學生對表示「 學生對表示「移動方向」 移動方向」箭號的理解類型之 人數分布情形…………………….…………………..……...113 人數分布情形 表 4-11 學生對說明「 學生對說明「位置的改變情形」 位置的改變情形」箭號的理解類型 之人數分布情形………………….…………………..……...115 之人數分布情形 表 4-12 學生對「 學生對「方框+ 方框+箭號的放大表示法」 箭號的放大表示法」中的箭號理解類型 之人數分布情形………………….…………………..……...117 之人數分布情形 表 4-13 學生對「 學生對「方框+ 方框+背景色的放大表示法 背景色的放大表示法」 中的方框理解類型 的放大表示法」中的方框理解類型 之人數分布情形…………………….…………………..…...118 人數分布情形 表 4-14 學生對「 學生對「方框+箭號的放大表示法 方框 箭號的放大表示法」 箭號的放大表示法」中的方框理解類型 中的方框理解類型 之人數分布情形(以 之人數分布情形 以收縮圖的方框為例)…………..……….119 收縮圖的方框為例 表 4-15 學生對「 學生對「將物體拉出來放大」 將物體拉出來放大」的虛線理解類型 之人數分布情形………………….…………………..…..…120 之人數分布情形 表 4-16 五年級與八年級學生對圖解一及圖解二各符號理解差異 的顯著性考驗(Wilcoxon-Mann-Whitney test) …..…….... 121 的顯著性考驗.

(12) 第一章 緒論. 第一章. 緒論. 第一節 研究背景與重要性. 在資訊發達的二十一世紀,觸目所及之處充滿視覺的刺激,廣 告、電視、電影、海報、網路、書報…等等都是民眾經常獲得視覺學 習的來源。學校教育當然也不例外,在教師教學與學生學習上,不論 是教科書、課室教學或是作業評量,都增加了許多視覺表徵的使用, 而其中教科書仍是目前老師最常使用的教學媒體及學生學習新知重 要的來源之一(王彩芬, 2004; 李冠樺, 2007)。我國中小學教科書中包 含了大量的圖形(許良榮, 1996),在國內推行九年一貫教育以來,教科 書已全面開放給民間編輯,各版本的國中與自然生活科技教科書中的 圖表更是豐富(曾郁庭, 2004)。這意味著教科書編輯者應認為圖片對於 學生學習科學具有正面的效益,並且大部分的學生應能順利透過圖片 進行視覺學習。過去國內外有關圖片教學的相關研究裡確實發現在某 些條件下,某種形式的圖片可使得有些人學習效率增加,Reid (1984) 將這種情形稱為圖片優勢效益(picture superiority effect, 簡稱 PSE)。 Holliday, Brunner 和 Donais (1977)的研究曾使用圖片-文字型圖解 (picture-word diagrams)與文字方塊型圖解(block-word diagrams)做為. 1.

(13) 探究國中小學生科學圖解的閱讀認知歷程. 高中生物教學教材,發現這兩種圖解比只使用文本教材的效果好,尤 其圖片-文字型圖解對低語文能力者的生物概念學習較有助益。國內 科學教育的研究者(蔡佩貞, 2003; 藍嘉淑, 2000)也認為某些學習的內 容只有在圖片呈現之後才能使學習真正的發生,例如遺傳基因中 DNA 及 RNA 的結構圖,可見圖片被認為是教導科學的重要工具,並 且大多數科學教師也經常在教學中使用圖片。 雖然科學教學經常使用圖片,教科書也有許多圖片,但是學生卻 很少被教導如何有策略的進行閱圖,並且許多國內外的實徵研究已發 現許多學生在閱讀科學課本上的圖片時會感到困難,並在詮釋圖片時 可能存在另有概念(李美滿, 2002; 卓明慧, 2003; 張玉枝, 2002; 陳秋 萍, 2004; 游淑媚, 2005; 蔡佩貞, 2003; 藍嘉淑, 2000; Pintó & Ametller, 2002)。為何圖片蘊含的訊息不是如此容易且正確的傳達給 學習者呢?原因在於視覺語言(visual language)如同文字語言有自己 的規範和結構,若錯誤使用會影響圖片意圖傳達的概念,學習者缺乏 視覺語言的知識也可能阻礙其對圖片的解釋 (Pintó & Ametller, 2002)。 然而,教科書中的科學圖解(scientific diagram)比起日常生活接觸 的視覺資訊形式又更為複雜和難理解。學習者對科學圖解描述的內容 多不熟悉,設計者在繪製圖解內容時又常使用專門的繪圖慣例及抽象. 臺灣師大數位論文. 2.

(14) 第一章 緒論. 的圖表元素。因此,Lowe (1989)指出科學圖解的理解對學生可能是 一個高要求的任務,要成功做好這任務可能需要特定的技能和背景知 識。但 Pintó 等人(2002)的研究卻發現大部分的科學教師對學生閱讀 圖解的困難察覺程度很低,或許是因為科學教師已經精熟這些技能, 他們忽略了學生在理解圖解時可能有的困難(Lowe, 1989)。因此在視 覺資訊豐富的時代,學生必須經常要面對大量視覺訊息的挑戰,視覺 素養(visual literacy)被認為是 21 世紀重要的生活技能之一,也是今日 科學和科技教育必要的技能,然而有關這方面的學習被老師相當忽 視,目前有關幫助科學教師去發展學生的視覺素養的資源很有限,對 於更進一步去發展實際的教學策略和資源的工作有很大的需求(Lowe, 2000)。 過去研究對於圖片認知歷程的瞭解遠不如語文認知歷程。圖片認 知的迅速、有效率及不太需要學習的特性(Biederman, 1987),使一般 人容易低估圖片認知歷程的複雜性。但 Reid (1990a, 1990b)認為若要 增進圖片優勢效益(PSE),圖片編輯者必須瞭解視覺的知覺理論才知 如何改進圖片。Salomon (1989)也認為課文與圖片對學習的影響,不 純粹是訊息刺激的表面特性,而是跟圖文在認知上的功能、學習者特 性、作業性質、情境等方面都有關。因此從認知心理學的角度來看, 即使是良好設計的圖片也無法保證可以獲得輔助學習效果。綜觀過去. 3.

(15) 探究國中小學生科學圖解的閱讀認知歷程. 有關圖片的實徵研究,大多較著重在瞭解課文傳達的訊息是否會因附 上圖片而有所增損,因此圖片經常被認為是課文的附屬物。 Weidenmann (1989)認為這種把圖片當做有特定功能或角色的研究 法,圖片會被分析為有促進功能是因為促進了學習者對課文的注意、 瞭解和記憶,並且研究中的作業著重在課文傳達的資訊,而將圖片才 有的資訊排除在外。這樣偏重於課文的實徵研究,並不足以了解圖片 在認知上的功能。Weidenmann (1989)的觀點是圖片對於學習的效果應 重視的是學習者的特性、課文本質、作業需求、圖片特性之間互動的 關係,應分析學習者如何使用圖片及對圖片及作業的知覺,這樣才銜 接了認知心理學的研究。 基於上述背景,雖然科學教育研究已指出視覺表徵是溝通科學概 念和增進概念理解的重要資源,然而學生在缺乏視覺素養及概念知識 的情況下,在理解科學圖解時可能會遭遇比我們最初假設更多的困 難。如果學習者沒有接收到製圖者意圖要傳達的資訊,圖解就不能被 視為可以促進學習者的主動認知處理。因此,從認知心理學的角度去 探索學生在面對不熟悉的科學圖解時會如何處理、進行理解及如何從 圖解中學習,過程中會面臨什麼困難,都成為要發展學生視覺素養及 促進其有效科學學習不可或缺的重要議題。對於以上議題目前的研究 甚少,因此,本研究選取已有科學圖解閱讀經驗的八年級學生及在學. 臺灣師大數位論文. 4.

(16) 第一章 緒論. 校課程中尚未學習過科學圖解的五年級學生為研究對象,透過比較這 兩群學生閱圖認知歷程上的異同性,盼能提供有關增進學生視覺素養 方面的資源、教師在進行科學圖解教學時的參照指引,及給予製圖者 設計上的建議。. 第二節 研究目的與待答問題. 根據前述的研究背景,研究者提出下列的研究目的與研究問題: 一、 研究目的 本研究的目的是想探討國中及國小學生在閱讀科學圖解時的認 知歷程,並期望從歷程中瞭解概念知識及讀圖經驗的有無對學生閱圖 認知歷程的影響及探究其閱圖時遭遇困難的可能因素。進而透過了解 學生對科學圖解中的符號系統的理解情形,來了解符號及慣例使用對 其閱圖的認知歷程的影響。. 二、 待答問題 基於以上的研究目的,本研究的待答問題如下: 1. 學生閱讀科學圖解時,其認知歷程情形為何? 2. 圖解中的符號對學生閱圖的認知歷程有何影響? 3. 學生閱讀科學圖解時,使用的閱圖策略為何? 5.

(17) 探究國中小學生科學圖解的閱讀認知歷程. 4. 學生閱讀科學圖解時,其遭遇的困難為何?. 第三節 相關名詞釋義. 以下悉針對本研究中所涉及的重要名詞進行定義及解釋: 一、 科學圖解: 科學圖解 本研究中所說的科學圖解是指圖解內容含有科學概念且具教育 目的,並以圖繪及符號的方式來顯示照片無法顯示的物體功能或組成 和表徵不能拍照的抽象概念或過程。. 二、 視覺素養: 視覺素養 本研究中所說的視覺素養是綜合各領域學者提出的定義,將視覺 素養定義為一處理視覺資訊的綜合能力、包含了能夠讀、協商、詮釋、 運用、鑑別、理解及創造。. 三、 認知歷程: 認知歷程: 概念型定義:本研究是從認知心理學來探討視覺訊息的處理,以 資訊處理觀點視人類為主動的訊息處理者,將認知分析為一系列連續 的階段來加以理解,每一階段都有獨特歷程在進行。最後的反應就被 假設為這些階段和操作系列的結果。. 臺灣師大數位論文. 6.

(18) 第一章 緒論. 操作型定義:由於認知為一系列的連續階段,彼此又有交互關 係,不容易清楚分隔,因此本研究根據多位學者(李賢輝, 1997; Cooper, 1980; Nelson, 1994; Winn, 1993)提出的視知覺理論相關研究,將學生 的認知歷程切成幾個主題來觀察、分析及詮釋,例如注意力選擇點及 順序、知覺組織及分塊方式、理解方式等。. 四、 讀圖經驗: 讀圖經驗: 本研究中所說的讀圖經驗一詞是專指閱讀科學圖解的經驗,不包 括閱讀照片、表格、廣告、未含科學概念的圖解等視覺訊息的經驗。. 第四節 研究範圍與限制. 本研究限於研究者所處之地理位置及人力因素,選擇以台北市國 小五年級學生及國中八年級學生為對象族群進行取樣研究。研究材料 取自高中生物課本及普通生物學課本的科學圖解,部份圖解並經過研 究者重新繪製。在施測時只呈現圖解,沒有提供課本的正文,故學生 只能從圖解本身獲取訊息,結論與讓學生直接觀看課本上的圖解可能 有所不同,宜注意推論的限制。故本研究之結論若需推論至其他種類 的圖片,其他學科,所有年級或其他地區的學生,應相當審慎。. 7.

(19) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 第二章. 文獻探討. 本研究的目的是欲對學習者的閱讀科學圖解的認知歷程有更多 瞭解,以利提供未來發展學生視覺素養的相關研發參考。本章共分四 節,首先第一節說明何謂圖解與科學圖解;第二節介紹科學圖解的組 成及特色;第三節說明視覺素養與科學圖解學習的關係、重要性及相 關研究;第四節簡述圖片認知歷程的相關知覺理論及心理學上的實徵 研究;最後於第五節說明閱圖理解的理論,並彙整與科學圖解理解相 關的研究。. 第一節. 何謂科學圖解 何謂科學圖解. 一、 圖解的定義 牛津當代大辭典(傅一勤、魏叔倫, 1989)中對圖解的定義是「表示 事物的概要、輪廓、部分等之圖形」 。最新漢英辭典(梁實秋, 1987) 中 對圖解的定義是「具教育目的之圖表和插圖」 。林品章(2000)認為圖解 的解釋非常廣泛,圖表與地圖是表現空間與時間的問題,但圖表容易 聯想為表格、統計圖表,而地圖易於聯想為交通路線圖與觀光地圖。 有些在科學上的微觀與巨觀的事物、肉眼看不到的世界、人們心中所 想的事件、說明事情的原理與構造、創作者的思想或想像的事物,不 臺灣師大數位論文. 8.

(20) 第二章 文獻探討. 論現實與非現實,也能透過空間的表現顯示出來,由於是以圖繪或記 號的方式呈現,所以稱為圖解一詞較易於了解。王秀如與陳俊宏(1996) 也曾蒐集相關文獻將各式圖表分類,其中把圖解定義為「以圖來輔助 或代替文字說明,用以真實呈現內容或物件構造等,常具有教育或明 示之意義」 。江淑卿(1999)則指出圖解是一種結合空間與語文的表徵, 其運作歷程和二元編碼理論中指出的語文系統和非語文系統互動的 情形一致,因此閱讀者可透過語文系統獲得意義和訊息,更可以從空 間系統的心像表徵,快速接觸知識和提取訊息,故有助理解。有策略 的圖解設計可以幫助閱讀者建構新基模,或是提供線索引發既有的基 模,所以閱讀後儘管忘記文章的某些細節,可透過基模,重新建構原 有的訊息,進而提昇理解力。而本研究中使用圖解一詞,乃是因為採 用最新漢英辭典之圖解定義(見 p.6),以圖解一詞來區分廣泛的圖片使 用目的。 二、 圖解的分類 圖解的分類 關於圖解的分類方式,許多學者皆曾提出過其分類法,簡述如下: 杉山久仁彥(1991)在其書中提出圖解的種類: 1. 單純說明圖-使用照片或插圖的形式表現,有時為使說明更容易 了解,所以將特徵以簡單化描繪,以求欲傳達之訊息更容易了解。 2. 構造說明圖-將看不到的內部構造,以斷面的圖解形式表現。. 9.

(21) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 3. 圖解流程圖-將成長的過程,製作物的過程等形態變化,用插圖 或相片所表現的流程圖。 4. 機能說明圖-將物之機能,製作出典型的模型,使其圖形化而成 的說明圖。 Levin (1982)依據圖片在文本裡的功能提出插圖五類論: 1. 裝飾類(decoration):與教學的訊息不具有直接關聯的插圖,用以 修飾、美化課文。 2. 表徵類(representation):內容與課文相重疊,用圖示代表課文內 容,增加學習的機會與資源。通常是與教材有關的圖像或照片, 將抽象教學的內容具體的呈現。 3. 組織類(organization):提供課文內容的巨觀架構的訊息或將課文 包含的主要概念的關係用較有組織的結構性或步驟性的圖片呈 現。此類圖包含有地圖、結構圖、程序圖等,可以用來呈現物體 或事件的相關位置、地位,或者是用以說明某個過程中的各個步 驟(單文經, 1996)。 4. 解釋類(interpretation):將課文中不易了解或讀者不熟悉的概念, 以圖片加以說明。例如以類推、譬喻的圖解方式來解說抽象的或 難懂的教材。 5. 轉化類(transformation):將文字轉換為圖片,把教學訊息變換成. 臺灣師大數位論文. 10.

(22) 第二章 文獻探討. 具體容易記憶的形式,可以提供幫助記憶的功能。此類插圖不直 接涉及教學內容,但卻提供學習者線索或暗示,來促進認知的過 程(單文經, 1996)。 黃雅彬(2004)將國中生物教科書中出現的視覺表徵共分為五種: 1. 類比圖像:以圖像表徵呈現出來的類比。 2. 實物圖像:圖片所表徵出來的內容,其真實性和想要表達的概念 完全相符。 3. 示意圖:將要表達的概念以模擬的方式來表示,其圖片的真實性 並不完全相符。 4. 流程圖:藉由濃縮一連串的口語符號,呈現出一科學路徑或循環 的基模。 5. 表格:以二向度的編排方式呈現概念及其屬性,可表現出各概念 中各屬性間的階層關係。 Henderson (1999) 將科學教學中常使用的圖片,依照使用目的簡 單分為照片(pictures)及圖解(diagrams)兩類型。他認為以現代的製造技 術,照片可以看起來非常像真實的東西,而圖解的共同功能則是可以 呈現有關構造(structure)和過程(processes)的新資訊。根據設計目的不 同,圖解又可細分成兩類型,一類是用來顯示一個物體(object)的功能 或組成,被用來提供與它們表徵的事物作連結,需要使視覺的元素. 11.

(23) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. (elements)寫實,使用這種圖解的目的是因為可以顯示照片或物體本 身無法顯示的事情,另一類是用來表徵不能拍照的抽象概念或過程, 例如流程圖(flow chart)、V 型圖(Venn diagram)、地圖。 綜合上述圖解的定義及功能性分類,本研究中所說的科學圖解是 指圖解內容含有科學概念且具教育目的,並以圖繪及符號的方式來顯 示照片無法顯示的物體功能或組成和表徵不能拍照的抽象概念或過 程。在以往圖解的實徵研究中最常被引用的是 Levin (1982)的分類方 式,若依照其分類法,本研究所選取的兩張科學圖解皆屬於組織類的 圖解。但該種分類的觀點是注重在圖解所表徵的內容,而非圖解本身 的表徵結構(呂宏修, 2007)。然而不論是哪種預設的認知功能的圖解, 圖解本身的表徵結構能夠影響該圖解被詮釋的方式。此外,Lowe (1988)認為以 Levin 方式說明圖解的實徵研究,大多容易把焦點放在 素材(matter)上,然而,學習者本身對科學圖解的認知處理相對而言 仍是較被忽略的。許良榮(1996)認為即使是同一個圖解對不同能力層 次、不同先備知識或不同認知層次的學習者之促進效果也會有所差 異。因此本研究是以不同表徵結構的科學圖解為研究工具,參考認知 心理學的理論與相關文獻,來探討學生閱讀科學圖解時認知處理之歷 程。. 臺灣師大數位論文. 12.

(24) 第二章 文獻探討. 第二節 科學圖解的組成及特色 科學圖解的組成及特色 一般圖片的組成通常包含繪畫的成分和關聯的文字。理想上,圖 片繪畫的和文字的資訊應該一起運作來幫助學生建立整體看來適當 的圖片理解(Lowe, 1993a)。科學圖解的組成類似於一般的圖片,也是 有繪畫成分(graphic components)和關聯的文字,但還具有符號系統 (symbol systems)。這裡所謂圖片關聯的文字包含了圖解的標題 (caption)、當作繪畫成分附屬物的標籤(label)及註解文字(explanatory notes),不包括正文(text)的文字。 科學圖解常是高度特化的,有特別的特色和我們日常生活看到的 一般繪圖形式不相同。例如照片能很詳細描述物體,但科學圖解中的 流程圖常將物體減至簡略的資料,或甚至圓圈,最簡單的幾何形狀, 抽象元素。科學圖解內常是濃縮的資訊,並且主要特色是有時會故意 地或不小心地誇大某些資訊。此外,特定形式的科學圖解畫法上常包 含使用的慣例(convention),但這些慣例的使用並沒有統一,甚至在相 同類別的圖解裡也不一致(Henderson, 1999)。以箭號的使用目的為 例,不同圖解中的箭號代表的意義既廣泛且抽象,甚至在同一張圖解 內的箭號意義也可能不只一種。Schollum (1983)舉出了科學圖解中六 種箭號不同的使用意義,包含:當作標籤(label)、當作力(force)或其 他向量的分量、為了測量(measurement)、說明關係(relationship)、表 13.

(25) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 示化學反應的改變、為了時間/空間的順序。 本研究選取的科學圖解皆是來自生物科教科書,並且圖解內容皆 會涉及到生物知識。Wandersee, Fisher 和 Moody (2000)指出生物知識 具備下列五種特性:統整性(integration)、廣泛性(vastness)、界線模糊 (fuzzy edges)、次領域(subdomains)、獨特性(uniqueness),所以生物學 與物質科學的特性非常不同,其中最被大家提及的就是「統整性」。 所謂統整性就是指生物知識是由很多概念整合而成的網狀結構,我們 大腦會以影像、例子或類比的方式儲存。Aleixandre, Amir, Brody, Tamir 和 Tomkiewicz (1996)也提及生物是由很多概念集合而成,而且 需要其他科目的知識。生物知識因為有此特性,學生學習更顯困難。 許多生物老師都認為生物在科學類的知識中,是非常需要「視覺化」 的學科,許多概念都必須藉助圖解的具象傳達(陳明鴻, 2006)。生物學 的元素主要有二,其一是物體(object),另一是過程(process),由此可 知生物知識涉及的內容不僅僅是強調生命世界的組成元素,也包括各 元素之間的相互關係,不但包括了巨觀的知識,也有很大部份是微觀 的知識,亦即屬於過程性。因此生物知識可分成兩大類,一類是構造 性知識,一類是功能性知識。構造性知識是指一知識系統內結構組成 的部份,各部份之間具有空間關係,通常是具體的實體;功能性知識 則是包括某一知識所扮演的角色、一連串的步驟或改變、造成此行為. 臺灣師大數位論文. 14.

(26) 第二章 文獻探討. 的機制,這通常是抽象的實體(黃雅彬, 2004)。 綜合上述文獻來分析生物教科書中的科學圖解(簡稱生物圖解), 其內容也是集合很多概念而成,要理解生物圖解中的內容知識不僅需 要生物學的知識,也可能需要有其他科目的知識,因此生物圖解與物 質科學類的科學圖解的特性可能不能等同視之。再者,由於生物知識 有構造性及功能性知識兩大類,學生在生物教科書中會接觸到的科學 圖解類型中,有些圖解是單純用來顯示結構組成的部份,即以視覺化 方式提供構造性知識;有些圖解則是只用來顯示一連串的步驟、改變 等過程,即以視覺化方式提供功能性知識;亦有圖解同時包含兩類知 識。在本研究中所選取的兩張科學圖解的內容知識,皆為在一張圖中 就同時涵蓋上述兩類知識,研究者欲藉此來瞭解當以視覺化方式提供 這兩類知識,學生的閱圖認知歷程是否會受圖示知識性質不同而有影 響。. 第三節 視覺素養與科學圖解學習的關係 視覺素養與科學圖解學習的關係. 一、 視覺素養的定義 對於 visual literacy 一詞,國內目前無共通的譯名,自 1969 年, 第一屆「國際視覺素養年會」 (International Visual Literacy Conference) 匯集學者研討相關議題以來,視覺素養的定義紛紛出現。大多數的定 15.

(27) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 義是為了個別領域的需求而給予界定。以下為部份學者對視覺素養的 定義: 1. “visual literacy”一詞最早是 1969 年由 Jone Debes 提出,其定義 為:視覺素養指一個人透過觀看並與此同時產生其他感覺,並 將觀看和其他感覺經驗整合起來的一類視覺能力(Avgerinou & Ericson, 1997)。 2. 一個有視覺素養的人能辨別和解釋在他環境中遇到的可看見 的自然或人工的動作、事物、符號、(The International Visual Literacy Association, http://www.ivla.org/org_what_vis_lit.htm)。 3. 從視覺影像建構意義的能力(Giorgis, C., Johnson N.J., Bonomo A., Colbert C., Connor A., Kauffman, G. & Kulesza, D., 1999)。 4. 了解和製造視覺影像的能力(http://teachers.ash.org.au) 。 5. 可解釋為「圖影素養」或稱為「圖影識讀能力」,前者之使用 在於陳述圖影素養的意涵,而後者則強調應具備的能力。而圖 影的範圍可包括靜態之圖、畫、相片與動態之影像 (吳翠珍, 1996)。 6. 視覺素養就是瞭解及使用圖像的能力,並能夠以圖像的方法進 行思考及學習,例如視覺化的思考(think visually)。而視覺語 言(visual langugae)則是視覺思考(visual thinking)與視覺學習. 臺灣師大數位論文. 16.

(28) 第二章 文獻探討. (visual learning)的關鍵因素(Hortin, 1980)。Hortin 認為圖像與 影像如同語言和文字一般,有特定的文法與結構,而所謂具有 視覺素養的人,應該能夠:(1)瞭解圖影,具有「閱讀」視覺 語言的能力;(2)能使用視覺符號,從事「寫(創)作」圖影 的能力;(3)能以視覺化的方式處理訊息,並能從事視覺化思 考。Hortin 的主要論點在於強調解碼與編碼二種能力同等重 要。 綜合上述定義,本研究將視覺素養定義為一處理視覺資訊的 綜合能力、包含了能夠讀、協商、詮釋、運用、鑑別、理解及創 造。在視覺素養中,包含了三個次分類,即(1)視覺思考(visual thinking),指視覺對認知處理的重要貢獻;(2)視覺學習(visual learning),指透過視覺得到、理解和保留資料;(3)視覺溝通(visual communication),指利用視覺思考和視覺學習去創造視覺化設計的 文件來傳達訊息。. 二、 視覺素養與科學圖解的學習 由於視覺素養的提升能夠幫助學習者對於圖像、符號系統、空 間的概念形成,因此發展學生的視覺素養應能幫助學生去詮釋專門化 的科學圖解。可惜的是目前有關幫助科學教師去發展學生的視覺素養 的資源很有限(Lowe, 2000)。令人質疑的是,為何學校教育給予學生 17.

(29) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 視覺素養方面的練習如此不足?部分的原因是因為一般相信視覺素 養是自然發展,不用經過特別的教導。但是 Sless(1984)指出了事實上 低階的視覺素養技巧的確是可能自然習得,而高階的技巧則必須經由 教導才有可能習得。此外,部份原因可能來自於一般人容易低估圖片 認知歷程的複雜性,也傾向不認為圖片認知是一種可以代表智慧的心 智能力(汪曼穎、王林宇, 2006)。但 Gardner(1993)提出的多元智慧觀 點,提醒世人以多面向的角度來看待人類的思維能力,認為代表智慧 的心智能力範疇不應侷限於語文與數學,而運用空間圖像與心像表徵 進行思考與問題解決的視覺-空間智慧,其實應該也是多元智慧其中 的一個系統。 Lowe(1988)認為解釋科學圖解可以視為一個問題解決任務,要 成功做好這任務可能需要特定的技能和背景知識。舉例來說,特定形 式的科學圖解畫法上常包含使用的慣例,因此解釋這樣的圖片上需要 對慣例有適當的了解(Henderson, 1999)。以符號使用為例,Kress 和 van Leeuwen (1999)以社會符號學(social semiotics)的角度提出其觀 點,認為箭號的變化會影響到敘述性的圖解中過程的意義。例如,彎 曲的箭號涵蓋了圓形的象徵價值,能將過程表現得「自然」且「有生 命」。把箭頭弄小或把它放在線的中央而不是線的前端,可能降低箭 號的「衝擊」與「鎖定」效果,並讓箭號的意義轉向單純連接的方向。. 臺灣師大數位論文. 18.

(30) 第二章 文獻探討. 箭號關係可用較粗的箭號來放大,表現出「流通量」的某種密度,或 利用多個箭號來表現過程發生的頻率或倍數。但遺憾的是這些慣例的 使用沒有統一,甚至在相同類別或同一張圖解裡也不一致。這原因可 用符號互動論(symbolic interactionism)的觀點來解釋,因為符號(sign) 有三個基本特質:(1)符號的發展是社會性的,是經由互動過程以符號 表達意念、價值和思想;(2)符號的意義與運用並非完全一致的,它是 由使用者隨意而定;(3)當互動方式改變時,符號定義在運用上也可能 會改變(Charon, 1989)。因此對設計者來說符號的安排是一種創造的活 動,但解讀卻是一個發生在讀者和符號的協調或互動之間的發現意義 的過程(Kress et al., 1999)。 慣例的分辨並不只限於符號,教科書中的圖解各有不同的目的, 使用不同的慣例,為了要理解每一個目的可能需要不同的概念知識和 圖片閱讀技能,因此這對初學者很不利,他們需要有不同的策略來解 釋。以生物課本中常見的手繪剖面圖為例,學生必須先能判斷「此圖 片是我們對生物體進行怎樣的切開方法」及「哪些部分是被誇大或簡 化的」,才能解釋或理解剖面圖所要闡述的內容。因此教師必須要發 展學生的視覺素養,使其有能力來理解和適當地詮釋專門化的視覺資 訊。有些學者(Lowe, 2000; Yore, Anthony & Tippett, 2008)認為應該直 接明確的在課室中教導學生圖解的閱圖策略,例如水循環圖解的閱讀. 19.

(31) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 策略是(1)閱讀標題(title);(2)研讀圖片;(3)閱讀圖片說明;(4)確定有 沒有起始點;(5)跟隨著箭頭;(6)排除非必要的特徵。林玉雯、劉嘉 茹和黃台珠(2006)的研究則建議培養學生圖解思考,將所想的東西畫 在紙上來思考,反而能達到多次元思考的效果。 有關如何發展學生視覺素養來促進科學圖解學習的相關文獻目 前甚少,大多數的視覺素養相關研究仍以視覺藝術設計為主,故盼藉 本研究結果能提供有關科學圖解學習方面的視覺素養資訊。. 第四節 圖片的認知歷程. 一、 視覺訊息的處理模式 圖片對人而言是一種視覺的刺激,當有來自環境中的視覺訊息 時,我們的視覺感觀可以分為三個層次,首先是感覺層次(sensation stage),光線投射到視網膜上,我們感覺「看到了東西」 ;然後是知覺 組織層次(perceptual organization stage),我們開始感覺物件在這個空 間下的物理度量,如長、寬、深、大小、高度;最後是認知層次 (identification and recognition process),我們開始認得出這件是什麼東 西及其意義。本研究是從認知心理學來探討視覺訊息的處理,也就是 以資訊處理觀點來研究認知活動。所謂資訊處理觀點就是將人腦看做 類似於電腦的資訊處理系統,因此又可稱做資訊處理心理學(王甦、 臺灣師大數位論文. 20.

(32) 第二章 文獻探討. 汪安聖, 2004)。認知心理學的主要理論架構是「訊息處理模式」,這 個模式視人類為主動的訊息處理者,探討人類憑感官接受訊息、貯存 訊息以及提取、運用訊息等不同階段發生的事。訊息處理模式是假設 認知可以分解為一系列的階段,輸入的訊息就在這些階段中進行某些 獨特的操作,最後的反應就被假設為這些階段和操作系列(如知覺、 訊息編碼、從記憶中提取訊息、形成概念、判斷和產生語言)的結果(李 賢輝, 1997)。圖 2-1 呈現的是最常被研究者包括在訊息處理模式中的 幾個階段。在這裡簡單的以視覺訊息處理來說明。來自環境中的視覺 訊息,經由感官(眼睛的視網膜)接收,做短暫的圖像貯存(iconic storage),稱為感官貯存或感官記憶(sensory memory)。這階段會保留 訊息的原始形式,亦即信號(signal)。根據早期的一些研究指出,圖像 貯存的容量估計約在 250 毫秒中,最多可以接受九項信號。感官記憶 可以貯存大量的訊息,但若訊息沒有引起個體的注意,則很快就會消 失,被後面的訊息所取代(李賢輝, 1997; 鄭麗玉, 1993)。因此,要進 一步「注意」、作「圖樣辨識」(pattern recognition),選擇需要的感官 信號做進一步的處理。經過注意和圖樣辨識的訊息會送到短期記憶系 統編碼(encode)儲存。短期記憶的特色是維持的時間很短,而且容量 有限。短期記憶的訊息經過重覆或與舊有記憶發生關聯,而進入長期 記憶。長期記憶是一般所說的記憶,容量無限,且具有相當的永久性。. 21.

(33) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 這些被記憶下來的刺激會被大腦做進一步的分析轉換,並且與過去的 經驗互相比較,經過推理與決策的過程,產生語言做出反應。. 圖 2-1:訊息處理模式的階段(李賢輝, 1997). 二、 視知覺理論及相關研究 1. 「視覺空間注意力」 視覺空間注意力」的選擇與導引 Neisser 認為 “觀者能看見什麼,取決於他如何分配注意力,也就 是說取決於他的預期和他的知覺探測” (引自范景中、楊思梁、徐一維 譯, 2000, p.109)。在人類處理訊息能力有限的情況下,只有選擇性的 注意某些訊息再加以處理。近二十年來,探討人類的注意力機制是以 何種方式投注其訊息處理的資源,而達成選擇目的的議題上,可概分 成以下三種不同的看法: (1)以「物體」為選擇基礎的理論:Neisser (1967, 引自葉素玲, 1999) 的理論是以「物體」為選擇基礎,他將知覺歷程區分為前注意 (preattentive)階段及注意力階段。前者指的是注意力尚未作用的階 段,依 Neisser 的看法此時視覺系統運用一些基本區隔物體的原 臺灣師大數位論文. 22.

(34) 第二章 文獻探討. 則,如相似性、位置接近、相似運動、平滑程度等,先整體大略 地區分不同的物體(或區分圖形與背景),經過這樣的區隔之後,在 注意階段再將注意力作用在被區隔出來的物體或圖形上,作更一 步的分析處理。物體為基理論不認為外界空間具有特殊性,強調 注意力的選擇應該是以物體的表徵為基礎。此派理論接受完形心 理學的立場,認為辨識出物可由知覺組織律來決定,而只要是同 一物體,視覺系統即選擇此物體以便做一步的處理(張曉玨, 2001)。 (2)以「空間」為選擇基礎的理論:此派學者則主張注意力是以空間位 置因素作為選擇的基礎,強調所有物體必佔據外界空間,當注意 力在開始作用時,是以外界空間的特定範圍來對刺激做取捨、促 進或抑制的工作,在這空間範圍之外的刺激會被忽略或過濾掉, 而在這空間範圍內的刺激會受到較精細的處理(李仁豪、葉素玲, 2004)。這派學者認為注意力具有探照燈的特性,在可事先預期目 標出現的位置的情況下,注意力會先移至其位置,並進行目標的 偵測及辨識。因此空間為基的選擇理論認為只要出現在注意力的 焦距範圍下的訊息均能受到處理,而非侷限於單一物體範疇內的 訊息才能接受處理。 (3)以「特徵」為選擇基礎的理論:此一概念主要的觀點在於認為注意 力是以知覺系統中的特徵分析器(analyser)為主要的選擇對象,由. 23.

(35) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 於每種特徵分析器各自負責處理不同類型的特徵,如色彩、形狀、 方位等,所以當系統需要辨別的刺激分別屬於不同的特徵分析器 時,辨別會顯得較容易;當刺激所具備的特徵需要同一類的分析 器時,因為兩者必須競爭同一個分析管道,因此會產生較大的干 擾,而增加反應的困難(陳上文, 1998)。該理論認為當目標物的特 徵屬性可辨識力越高時,注意力的表現越好。 究竟注意力以何種理論為其選擇基礎,目前仍有爭議。某些學者 認為影響注意力以空間或物體為選擇的主要因素,似乎會因作業類 型、需求及受試者的行為目標而有不同的選擇(李仁豪, 2000)。此外, 郭文瑞(1993)在其研究中提出構圖的導引方式是影響觀者注意力在視 覺空間中移動的重要因素。所謂的引導效果(priming effects)是指個人 在資訊處理行為上,會受到外在刺激,以致於影響其訊息處理的偏好 或優先順序,進一步影響其決策判斷或行為(王凱, 2001)。因此構圖所 採取的引導策略運用應可影響觀者瀏覽視覺作品時的觀看模式,以及 進一步對其內容訊息進行認知判斷。設計者在構圖的形式上除講求美 感外,需使構圖具備良好的引導效果,使觀者在進行視覺掃瞄時能以 “恰當的系列順序” 將圖像連貫起來尋求意義的理解(范景中, 2001)。 視覺搜尋是集中注意力最主要的方式之一(李素卿譯, 2003) 。 Solso(1994)提出視覺注意力會受觀者意圖、興趣、知識、動態及背景. 臺灣師大數位論文. 24.

(36) 第二章 文獻探討. 等因素影響,而 Solso 所指出的這些因素也是形成觀者觀看經驗的來 源。因此觀者在進行視覺搜尋作業時,這些經驗因素的作用是在整合 觀者的知覺,使搜尋作業的處理較有系統化,以有效的增進搜尋的效 率。 此外,視覺元素的呈現方式及位置也是影響觀者視覺搜尋的重要 因素。吳嘉寶(1977, 引自林佳音, 2003)的研究發現在平面圖像中的視 覺掃瞄順序,是以(1)位居畫面中央;(2)所佔面積最大;(3)與背景間 呈反差、變化最大的明暗、色彩、尺寸、行進方向、間距;(4)焦距清 晰;(5)質感清楚的景深之中;(6)造型完整;(7)有對稱構圖;(8)呈 18% 灰度的;(9)共同意識中等具有特殊意義的視覺元素,進行其視覺掃瞄 順序。 根據西方文化的視覺習慣,在無構圖的狀況下,觀者的視線是由 左而右,由上而下的去做 Z 字型的搜尋路徑為主(Nelson, 1994)。 Around 也提出觀者的視線會首先自然落在左上角的位置,形成一個 主要的視覺區域(引自 Wheildon, 1995)。但在葉政鑫(2002)以簡單幾何 圖形作為實驗樣本的研究中發現,中間區域是人們最常作為視覺搜尋 作業的啟始範圍。 上述的相關文獻所研究的圖像皆是不含科學概念的構圖,目前對 於學生觀看科學圖解的注意力選擇及視覺搜尋的方式是否也會受作. 25.

(37) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 業類型、需求、視覺元素的呈現方式、位置、構圖的導引及受試者的 行為目標、個人經驗等種種因素而影響,並不甚清楚。因此,本研究 會針對學生的閱圖認知歷程中其注意力選擇及視覺搜尋的方式做探 討。. 2. 知覺組織(perceptual organization)與視知覺分塊 與視知覺分塊(chunking) 知覺組織 與視知覺分塊 Henderson (1999)綜合多位研究者的結果,認為當人第一次看科 學圖解這樣的視覺刺激時,一定會發生知覺組織的過程。Winn (1993) 認為看科學圖解時的知覺組織包含了兩個過程,一個過程是知覺的區 辨(perceptual discrimination),亦即讀者會察覺符號(symbols)之間的相 似性和相異性。另一個是知覺的結構(perceptual configuration),讀者 會根據符號自然的接近性(proximity)、藉由線段的連接,或是包含在 一輪廓區域內,將它們歸為一群。Winn 的說法似乎與 Neisser(1967, 引 自葉素玲, 1999)的「物體」 選擇的注意力理論及完形理論家 Wertheimer 所提出的群化法則(law of grouping)相呼應。在群化法則中提到群化作 用的形成是受視覺元素(element)間的相似性、接近性、閉合性、連續 性等因素影響。這些因素彼此之間也會互相影響而產生群化作用,例 如接近性因素會受相似造型間所形成的相似性而產生群化作用,因此 有時只憑物體距離的接近性,並不容易產生組織的力量,當物體的形 狀或其他特質接近時會產生拉引作用,因而將其歸類為同屬性的物 臺灣師大數位論文. 26.

(38) 第二章 文獻探討. 件。Winn (1993)的研究亦發現,每個學生對同一個圖片的知覺組織的 結果並不相同,因此教師在教學上不能設想學生都會和老師的知覺組 織相同,也不能假設所有學生知覺組織都會相同。Henderson (1999) 認為知覺組織會受到概念知識的影響,當學習者要理解圖解時,必須 非常依靠現存知識。Winn(1994)說“圖片是依據觀看者已經知道的知 識,以他們期望這圖片的用意來解釋”,因此若學生有迷思概念或缺 乏先前概念知識可能會以非預期的方式來解釋圖解,或因為不理解而 忽略。 此外,Cooper (1980)提出視知覺還包含了“分塊”的處理,亦即觀 者會把整個圖片分割成一定數量的主要子組成(subcomponents),每一 個子組成可能依序包括把某一類型的較低層次的元素(elements)做編 組。完形心理學派曾提出一系列有實驗佐證的知覺組織法則,稱作完 形組織法則(Gestalt principles of organization)。他們認為個體會自然的 組織或分斷訊息,而知覺是個體對刺激「整體結構」或「完整型態」 的認識。由 Cooper 提出的分塊過程看似是受到非語義的限制事物控 制,例如那些由完形理論者提出的完形組織法則。但是 Lowe (1988) 認為分塊過程中有更多的領域特定的語義限制事物在運作著。Lowe (1988, 1993b)的研究發現,將各種片段拼成圖片時,對有專門知識的 學生和沒有專門知識的學生而言,持有不同的意義,並且這兩群學生. 27.

(39) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 的知覺組織的差異,不只是因為有專門知識的學生知道較多圖片標題 提供的學科內容,也是因為他們對圖片內容的呈現能較有結構化和有 組織等級的看法,有比較多精緻化的方法可以來處理這些圖片。從 Lowe (1993b)的研究中發現,其中一個精緻化的方法就是有經驗的學 生比起沒有經驗的學生會放較多注意力於圖片中使用的慣例,並且有 經驗的學生也會較注意圖片內部各小部分之間的關係(relationship), 將圖片視為整體。Lowe (1993b)的研究亦發現,沒有專門知識的人沒 有高階層的概念知識來引導組織的原則,無法將圖片分組成有意義的 分塊。 Cooper (1980)認為複雜的圖解的知覺還包含了整體(global)與局 部(local)的處理問題,當讀者持續進行觀看時,為了要處理片刻的作 業要求,這兩種性質不同的處理是以彈性的方式在持續的互動。. 3. 知覺處理理論的取向 由上小節可知,完形組織法則是強調刺激中影響知覺的層面。很 多其他解釋知覺的理論也是先考慮知覺到的物理刺激,接著往上解高 層次的認知歷程,像是組織的原則和概念(Sternberg, 2003),採取這種 取向的理論稱為「由下往上的處理」 (bottom-up processing),又稱數 據驅動處理(data-driven processing)。此種由下往上的取向理論是由 Gibson(1975)所提出,根據其直接知覺(direct perception)理論的說法, 臺灣師大數位論文. 28.

(40) 第二章 文獻探討. 在個人感覺接受器上的訊息,包括訊息的脈絡,是所有知覺事物所需 要的,亦即知覺不需要既有的信念或更高層次的推理思考歷程(游世 賢, 2005)。但另有許多理論偏好「由上往下的處理」(top-down processing),又稱概念驅動處理(conceptually-driven processing),指的 是依據個人期望或對知覺對象的假設,幫助我們詮釋不完整的感官輸 入。這種期望或假設影響著處理的所有階段。由上往下的取向,是屬 於一種建構的知覺(constructive perception),根據建構論,在知覺的過 程中,個人會根據所感覺到的資料,儲存在記憶中的知識、個人能使 用的高階認知歷程(如推論),快速的形成和檢驗各種知覺的假設 (Sternberg, 2003)。例如,當開車進入一條死路時,看到被樹枝擋住一 部份的號誌上寫著 “ST_P”,這時很有可能會從個人的知覺經驗中建 構出一個 STOP 的號誌的知覺。 目前一般都承認閱讀圖解的知覺過程包含上、下行歷程同時發生 的情形,而非前面兩種只考慮單向的處理過程。但是在不同的情況 下,知覺過程對這兩種處理也可能有不同的側重。Eysenck (1984, 引 自王甦、汪安聖, 2004 )指出在良好的知覺條件下,知覺主要是自下而 上的處理,而隨著條件惡化,自上而下的處理參與將逐漸增多。以科 學圖解為例,為避免造成觀者的認知負荷過大,通常描繪上會省略某 些細節,可能因此使得圖解的整體情境喪失,觀者若要理解圖解必須. 29.

(41) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 非常依靠其現存知識(Henderson, 1999)。. 三、 圖像編碼的理論 當有圖像呈現成為我們視覺刺激的來源,這些圖像的資訊進入腦 中後如何被組織呢? 如何被貯存於人類的記憶中呢? 有關圖像與文 字訊息處理過程的認知理論主要有三種:二元編碼(dual coding)、單 一編碼(single coding)及中庸模式。三種模式都認為文字與圖像是屬於 不同訊息的刺激,但是對中央處理系統如何進行訊息編碼及訊息會以 何種方式儲存在記憶系統中有不同的看法。目前的實徵研究較支持 Paivio(1986)提出的二元編碼理論,他認為人有兩種獨立但互相連結 的訊息處理系統,一種為「語文表徵系統」用來處理及儲存文字或語 言方式陳述的資訊,另一種為「非語文表徵系統」即為圖像(image) 表徵系統,用來處理圖像方面的訊息(以空間、圖像、心像等方式陳 述的資訊)。 Paivio (1986)指出學習者對於語文及非語文資料(如圖像)主要有 三種不同的連結方式:a.表徵的連結(representational connections):指 語文與非語文表徵系統對外界刺激所引發的記憶表徵。b.指示性連結 (referential connections):指語文與非語文表徵系統之間文字元 (logogens)和意象元(imagens)的連結。c.關聯性連結(associative connections):指語文表徵系統內的各文字元或非語文表徵系統內的各 臺灣師大數位論文. 30.

(42) 第二章 文獻探討. 意象元的連結。(如圖 2-2 所示). 圖 2-2:二元編碼理論示意圖(改自 Paivio, 1986). 依據此理論,在圖像與文字資訊的處理過程中,文字處理是存取 於腦中語文系統(verbal system),而圖像則是存取於心像系統(imaginal system),但同時又會進入語文系統關聯,所以圖像會有兩次貯存過 程,一次是圖片(表)本身,一次為所搭配的文字說明,學習者經過兩 次的編碼過程,在學習過程及記憶的成效上自然會增強(Paivio, 1983, 引自王亦欣, 2003)。因此二元編碼理論可以做為圖文搭配的教材有助 於學習成效的佐證之理論基礎。 汪曼穎和王林宇(2006)研究指出,當圖片與文字在學習階段混合 出現或者圖片的辨認需要處理局部的知覺屬性時,注意力才會被導向. 31.

(43) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 到圖片的知覺層面並引發知覺編碼(encoding);當圖片的辨認不需處 理局部屬性且圖文形式沒有在受試者內產生對照時,沒有圖片知覺編 碼的證據。他們的研究是採用一些代表常見物體或生物的簡單圖片, 結果其知覺編碼都無法自動達成,而會因學習脈絡特性而異。因此研 究者. 推論,當學習者處理概念更複雜的科學圖解時,其對整體及局. 部的知覺處理有可能更趨複雜,而會對於圖解作出選擇性、而非完整 的編碼。. 第五節 閱圖理解. 一、 閱圖理解理論 目前一般都相信當在閱讀圖解時,觀看者會從圖中的一部分來 詮釋整體(由下往上),或者也會從所知的概念去推論此圖中的任一小 部分存在的原因(由上往下),而理解整個圖,此過程正如同前一節所 介紹的「由上往下」及「由下往上」的歷程交互作用進行。但是由於 大部分科學圖解的特性是非常簡潔、情境資訊相當貧乏、含特定的使 用慣例,及符號系統具有廣泛意義,因此讀者必須相當依賴他對類似 圖解已經知道的部分來使圖解的理解具有意義。因此一個有先備知識 及熟悉慣例使用的讀者,可以利用先備知識及讀圖技巧搜尋並獲得圖 解所要表達的主要目的,並由此可找到更多的資訊,並從零碎的資訊 臺灣師大數位論文. 32.

(44) 第二章 文獻探討. 中重新建構一個完整資訊。但是初學的學生沒有概念知識引導,必須 非常依賴已有知識(existing knowledge)與日常經驗,因此在其缺乏概 念知識或有迷思概念的情況下,可能造成他們以非預期的方式解讀圖 解,或是因為圖解對他們沒有意義就乾脆忽視它。 Roth(2005)也有相似的看法,認為即使科學家也可能在詮釋不 熟悉的圖解時經歷困難,並且明顯地根據知覺的立場作出推論而非概 念的立場。此外,即使高度訓練的個體也可能發現自己在沒有把圖連 結到某些外部的指示對象(referent)的情況下,在仔細分析一個圖時在 知覺上會卡住。因此不管年紀多大和訓練如何,能夠清楚明確的閱圖 的人,他們把這些圖解看待成猶如它們能提供直接進入某些現象 (phenomena)或處境(situation)的機會。能有清楚明確的閱讀,總是在 過程中有廣泛的經歷符號系統、現象,來回的在符號和現象之間轉譯 (translation),和慣例調整著符號的使用的結果。 目前有關閱讀策略的研究很多,但在閱圖策略方面的理論及研究 卻甚少。根據各家學者所提出的閱讀策略,可概分為一類是與文章內 容理解相關的策略,另一類是對閱讀歷程的理解監控策略。同時也發 現不管是閱讀歷程中的哪一個階段,都有兩、三種以上的策略,只有 一種策略似乎不足,且策略的使用並非一成不變,在實際運作上會依 照讀者所遭遇的狀況來決定策略的運用(吳惠琪, 2005)。由於國內外目. 33.

(45) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 前對學生閱圖策略的研究闕如,所以本研究參照著閱讀理解策略的文 獻,期望能從學生的閱圖歷程中,初探其使用到的閱圖策略,包括與 圖解內容理解相關的策略及對閱圖理解監控的策略。. 二、 圖解理解的相關研究 Stylianidou, Ormerod 和 Ogborn (2002)的研究指出,學生對無法聚 焦的圖解,有些會傾向解釋其中個別的元素,有些會嘗試連結不同的 元素作解釋。張菀真(2007)的研究也指出,高能力的學生在閱讀科學 文本中的插圖時,不僅會注意到插圖內部的細節,同時也會閱讀搭配 插圖的相關文字;而低能力的學生,較無法對應文字及相關的插圖內 容,所以顯得較廣泛性地閱讀插圖,少注意到插圖內部的細節,且會 因插圖色調的顯著性而著重看某區域。Peeck (1987)和林菁 (1994)有 類似的看法,認為年紀越小的兒童越無法集中注意於圖片中的重要部 份,也無法有效地或有系統地掃描圖片,並且容易把注意力集中於圖 片的某一特定區域,年齡較大者才能以整體性來觀看圖片。 林玉雯、劉嘉茹和黃台珠(2007)針對國中心臟循環系統的圖解進 行訪談,發現低學業成就的原住民學生與一般學生建立圖形表徵整體 性概念時,常因不理解當中的意義而捨棄圖解的內容,改以強迫記憶 文字敘述的方式。另外,若學生慣用圖解內物件的相對位置及將圖解 內容分割成幾個局部和整體兩個層面的思考模式,在生物學習的成就 臺灣師大數位論文. 34.

(46) 第二章 文獻探討. 上有良好的表現,是屬於比較思考型的學生,會使用科學名詞,再去 詮釋所看到的圖解。 林美秀(2006)研究學生閱讀「感應起電」示意圖時,發現高、低 成就者的九年級學生大多以圖片標題為主要先著眼位置,並且學生認 為標題有助加強了解圖片的意義,因此圖片的標題對學生學習應該是 很重要的。在其研究中亦發現,大部分學生會先閱讀文字再看圖,並 主要以讀圖片旁邊的文字說明來瞭解圖片所含的意義。上述結果在陳 明鴻(2006) 針對國中生物老師在教授遺傳知識時,圖解的使用對其教 學影響為主題進行晤談的研究中有類似的發現。訪談過程中,生物老 師均認為圖解中文字意義的正確性和易讀性於學習上很重要,並且認 為多數學生了解圖解意義的方式是利用圖像旁的文字說明。但藍嘉淑 (2000)的研究發現,雖然圖片中的任何文字的提示是學生看圖的線 索,但即使圖片列出圖示的說明,有些學生可能因圖示說明與圖示位 置有距離,依舊無法適當聯結圖示與其所代表的意義。在卓明慧(2003) 的研究中也發現有學生不會去看圖像旁的文字敘述或是看了文字敘 述卻仍看不懂其文字意涵。會善用圖旁的文字敘述的學生,文字敘述 對其在圖解內容理解上有實質幫助,但不使用或無法理解文字敘述的 學生,則傾向以先前概念或直覺來解釋圖解內容。 Pintó 等人(2002)統整四個歐洲國家(法、義、西、英)的學生讀科. 35.

(47) 探究國中小科學圖解的閱讀認知歷程. 學圖解發生困難的可能原因包括下列幾點:(1)設計上突顯了某個不是 意圖強調的元件導致學生誤解;(2)有些繪畫元件需要適當的符號閱 讀,包含符號的同義和一詞多義;(3)繪畫元件在真實世界的日常角色 或功能會傳達到圖解中,因此元件被當作比喻物加了言外之意;(4) 學生要建立圖解中的文字和圖示之間的關係很困難;(5)圖解的組成結 構呈現過於複雜或不夠小心;(6)對物體呈現的繪圖方式沒有知識背 景,阻礙圖解理解。 綜合上述研究可知,科學圖解的理解對許多學生而言是有困難 的。圖解教材的設計目的理論上應該是為了增進學習的輕鬆度,也就 是考慮學生在沒有老師教導的情況下,應要能自行觀看便能理解為 主。在過往的研究中較常採取量化測驗,例如問卷調查、紙筆測驗或 口頭詢問,來瞭解學生對特定單元的圖解所產生的另有概念及其理解 困難的原因,這樣的缺點是研究者沒有給予學生較真實、不限制時間 的閱圖情境,而學生的回答是否吻合其真實閱圖情境下的經歷不得而 知。 此外,近年來有些視覺訊息處理的認知歷程研究會利用眼動儀 (eye tracker)來瞭解閱讀歷程中不同的訊息處理機制,眼動儀的好處是 可以精確記錄眼睛凝視的位置和停留時間,持續記錄受試者閱讀視覺 訊息時的眼球運動,觀看其視覺軌跡及注意力分布(蔡介立, 2000)。然. 臺灣師大數位論文. 36.

(48) 第二章 文獻探討. 而,眼動儀在測試過程中易受干擾,可進行測試的對象有限,如不能 戴眼鏡、頭不能晃動、不能嘻皮笑臉,且測試前需要複雜的設置過程 及校對,使實驗花費時間長(趙新燦、左洪福、任勇軍, 2006),而且單 由眼動儀的數據無法提供學生自己的想法,其關注點呈現出的數據意 義也較難解釋。綜合上述原因,因此本研究仍是採取傳統認知心理學 的研究法,由受試者外顯的行為表現來推論內在的認知歷程,透過直 接讓學生閱讀科學圖解的方式,並給予充足時間,研究者在旁進行外 顯行為的觀察,並同時進行晤談來瞭解學生的想法,觀察其閱圖歷程。. 37.

(49) 探究國中小學生科學圖解的閱讀認知歷程. 第三章. 研究方法. 本研究主要是以認知心理學的角度來探究國中、小學生閱讀科 學圖解的認知歷程,期望透過與學生深入的晤談,能瞭解其認知歷程 的特性與異同,並探究其閱圖時遭遇困難的可能因素。過去有關學生 對科學圖解的理解的相關研究多偏重於問卷調查,但由於量的研究是 與具體情境相分離,比較適合於宏觀層面的大規模的調查與預測,無 法深入暸解真實情境中發生的細微層面的動態過程。為了能收集到學 生較為真實、細微的想法及發生的認知歷程,因此本研究採取質的研 究方法,研究者以科學圖解與學生進行半結構式晤談,輔以外顯行為 的觀察,分析及詮釋訪談內容。 本章一共分為四節,第一節介紹研究對象;第二節說明研究的過 程;第三節是研究工具的介紹;第四節為描述資料的蒐集與分析方式。. 第一節. 研究對象. 本研究的對象是國小五年級與國中八年級學生,選擇是基於以下 兩點考慮:第一,概念知識及讀圖經驗的有無,皆可能影響學生理解 圖解的情形(Henderson, 1999; Lowe, 1988; Winn,1994),而目前國小沒 有專門講述生物的課程,相關課程為五、六年級的自然科,但自然科 臺灣師大數位論文. 38.

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參考文獻