閱讀理解英語短文對腦波變化率影響之案例研究

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國立臺東大學教育學系教育研究碩士班

碩士論文

指導教授：鄭承昌博士

閱讀理解英語短文對腦波變化率影響之案例研究

研究生：徐金霆撰

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國立臺東大學教育學系教育研究碩士班

碩士論文

閱讀理解英語短文對腦波變化率影響之案例研究

研究生：徐金霆撰

指導教授：鄭承昌博士

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謝誌

「上窮碧落下黃泉，兩處茫茫皆不是。」初踏學術之門，埋首案

牘，面對白茫茫的 word 檔要如何一字一句積累成數萬字的篇章，實是需要一盞明燈的指引，若胡亂投石問路，有如身處浮流中卻信手拈

來一根浮木而隨其載浮載沉，不僅徒耗時間，更消磨自我的心智。

幸而，授業恩師鄭教授承昌博士豐富的指導經驗，妥善計畫安排，並能適時解決我所遭遇之問題，才能有今日之成果；此外，要感

謝的是口試委員；王明習教授的建議，使本研究架構更簡潔明白，以落實本研究論文的可行性，口試委員；蔡東鐘教授告知我需切實注意

研究工具的信效度，以確保本實驗結果的正確性。

最後，感謝師母每次提供的點心、水果、餐點，讓我在指導教授鄭承昌老師每週不辭辛勞的耳提面命之時，能夠時時保持充盈的體力

以接受授業恩師的諄諄教誨，同時，並感謝姝瑜同學傳授文書編排的技巧，讓本研究論文整體看起來俐落乾淨，以及宸均同學、可涵學姐

的相互砥礪。

徐金霆謹誌 2010.06.29

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閱讀理解英語短文對腦波變化率影響之案例研究

作者：徐金霆

國立臺東大學教育學系

摘要

本研究旨在探討閱讀理解英語短文對腦波變化率之影響，研究者依據 TOEIC 成績與受試者訪談資料將受試者區分為英語能力精熟組與非精熟組，並藉由腦波儀蒐集受試者在閱讀不同難度英語短文之 α 和 β 波、左右腦波、前後腦波的腦波變化率數據，分析精熟組與非經熟組受試者閱讀英語短文的專注程度、第二語言的腦側化現象情形、大腦第二語言的閱讀理解處理區，進而透過主成份分析法探究大腦在閱讀不同難度的英語短文，大腦是否呈現不同的運作狀態。本研究發現：一、大腦處於專注狀態下， β 腦波功率會高於 α 腦波功率；二、第二語言左腦側化現象有待進一步研究；三、前腦為大腦認知理解思考運作區；四、閱讀英語短文之腦波變化會隨著受試者的英語能力精熟度而有差異；五、閱讀不同難度的英語短文，腦波會呈現不同的運作狀態。此外，建議後續研究者若能加入受試者眼部追蹤則能更進一步瞭解閱讀策略對閱讀英語短文腦波變化之影響。

關鍵詞：腦波、閱讀理解、傅立葉分析

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Case Study on the Effects of Relationships between English Reading Comprehension and Brainwave

Change Rates

Chin-Ting Shi

Abstract

In order to probe the effects of relationships between English reading comprehension and brainwave change rates, four adult subjects were divided into two groups based on subjects' TOEIC scores and their previous English learning experiences: high proficiency group and low proficiency group. Data were collected on three different levels of English reading tests and an electroencephalography(EEG) instrument from the four subjects. The research results indicate that: (1) when brains are in conscious state, change rates of β waves are higher than change rates of α waves ; (2) according to the analysis from the subjects of high proficiency group, cerebral lateralization for the use of a second language needs a further investigation to confirm; (3) the forebrain is the cognitive comprehension zone for understanding English reading; (4) high proficiency English readers present better β state than low proficiency English readers do as difficult English readings are assigned; (5) because brain wave clustering corresponding to different difficulty levels of English tests, readers uses different cognitive strategy to correspondingly understand the different difficulty levels of English readings. Moreover, if follow-up study can add in eyes-tracking, it can be further investigated the influence of reading strategies.

Keywords ： Electroencephalography, EEG, reading comprehension,

Fourier analysis

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第一章緒論 ... 1

第一節研究背景與動機 ... 1

第二節研究目的 ... 3

第三節名詞釋義 ... 4

第二章文獻探討 ... 5

第一節大腦與腦波 ... 5

第二節大腦與語言 ... 12

第三節英語閱讀理解與腦波 ... 18

第三章研究方法 ... 23

第一節研究架構 ... 23

第二節研究假設 ... 24

第三節研究流程 ... 25

第四節研究對象 ... 26

第五節研究環境與工具 ... 28

第六節資料的處理與分析 ... 30

第四章結果與討論 ... 33

第一節英語閱讀α與β腦波變化率分析 ... 33

第二節英語閱讀左腦與右腦波變化率分析 ... 58

第三節英語閱讀前腦與後腦波變化率分析 ... 82

(10)

第五章結論與建議 ... 115

第一節研究結論 ... 115

第二節後續研究建議 ... 119

參考文獻... 120

一、中文部份 ... 120

二、英文部份 ... 122

附錄 ... 123

附錄一 98 英語基測短文 ... 123

附錄二 98 英語學測短文 ... 124

附錄三 98 英語指考短文 ... 126

(11)

圖次

圖 2-1-1 大腦四大聯合區 ... 6

圖 2-1-2 大腦神經元 ... 9

圖 2-1-3 國際 10-20 腦波電極配置法 ... 11

圖 3-1-1 研究架構圖 ... 23

圖 4-1-1 受試者 u01 閉眼狀態之α與β腦波功率變化 ... 33

圖 4-1-2 受試者 u01 閱讀基測之α與β腦波變化率 ... 34

圖 4-1-3 受試者 u01 閱讀學測之α與β腦波變化率 ... 34

圖 4-1-4 受試者 u01 閱讀指考之α與β腦波變化率 ... 35

圖 4-1-5 受試者 u01 閱讀基測之 β 除以 α 腦波變化率比值 ... 36

圖 4-1-6 受試者 u01 閱讀學測之 β 除以 α 腦波變化率比值 ... 37

圖 4-1-7 受試者 u01 閱讀指考之 β 除以 α 腦波變化率比值 ... 37

圖 4-1- 18 受試者 u03 閱讀指考之α與β腦波變化率 ... 47

(12)

圖 4-2-1 受試者 u01 閉眼狀態之左腦與右腦波功率變化 ... 58

圖 4-2-2 受試者 u01 閱讀基測之左腦與右腦波變化率 ... 59

圖 4-2-3 受試者 u01 閱讀學測之左腦與右腦波變化率 ... 59

圖 4-2-4 受試者 u01 閱讀指考之左腦與右腦波變化率 ... 60

圖 4-2-5 受試者 u01 閱讀基測之左腦除以右腦的腦波變化率比值 ... 61

圖 4-2-6 受試者 u01 閱讀學測之左腦除以右腦波變化率比值 ... 62

圖 4-2-7 受試者 u01 閱讀指考之左腦除以右腦波變化率比值 ... 62

(13)

圖 4-3-1 受試者 u01 閉眼狀態之前腦與後腦波功率變化 ... 82

圖 4-3-2 受試者 u01 閱讀基測之前腦與後腦波變化率 ... 83

圖 4-3-3 受試者 u01 閱讀學測之前腦與後腦波變化率 ... 83

圖 4-3-4 受試者 u01 閱讀指考之前腦與後腦波變化率 ... 84

圖 4-3-5 受試者 u01 閱讀基測之前腦除以後腦波變化率比值 ... 85

圖 4-3-6 受試者 u01 閱讀學測之前腦除以後腦波變化率比值 ... 86

圖 4-3-7 受試者 u01 閱讀指考之前腦除以後腦波變化率比值 ... 86

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表次

表 2-1-1 大腦四大聯合區的位置與功能 ... 7 表 2-1-2 腦波的頻率及特徵 ... 10 表4-1-1 受試者 u01 在不同實驗處理之 α 與 β 腦波變化率相依樣本 t 檢定表 .. 36 表4-1-2 受試者 u01 在三種不同難度水準下 β 除以 α 腦波變化率比值單因子重複量

數ANOVA 摘要表... 38 表4-1-3 受試者 u01 在三種不同難度水準下 β 除以 α 腦波變化率比值事後比較表 ...39 表4-1-4 受試者 u02 在不同實驗處理下之 α 與 β 腦波變化率相依樣本 t 檢定表 .. 42 表4-1-5 受試者 u02 在三種不同難度水準下 β 除以 α 腦波變化率比值單因子重複量

數ANOVA 摘要表... 44 表4-1-6 受試者 u02 在三不同種難度水準下 β 除以 α 腦波變化率比值事後比較表 ...45 表4-1-7 受試者 u03 在不同實驗處理下之 α 與 β 腦波變化率相依樣本 t 檢定表 .. 48 表4-1-8 受試者 u03 在三種不同難度水準下 β 除以 α 腦波變化率比值單因子重複

量數ANOVA 摘要表... 51 表4-1-9 受試者 u03 在三不同種難度水準下 β 除以 α 腦波變化率比值事後比較表...51 表4-1-10 受試者 u04 在不同實驗處理下之 α 與 β 腦波變化率相依樣本 t 檢定表....54 表4-1-11 受試者 u04 在三種不同難度水準下 β 除以 α 腦波變化率比值單因子重複

量數ANOVA 摘要表... 57 表4-1-12 受試者 u04 在三不同種難度水準下 β 除以 α 腦波變化率比值事後比較表....57 表 4-2-1 受試者 u01 在不同實驗處理之左腦與右腦波變化率相依樣本 t 檢定表... 61 表 4-2-2 受試者 u01 在三種不同難度水準下左腦除以右腦波變化率比值單因子重

複量數ANOVA 摘要表... 63 表 4-2-3 受試者 u02 在不同實驗處理之左腦與右腦波變化率相依樣本 t 檢定表.... 66 表 4-2-4 受試者 u03 在不同實驗處理之左腦與右腦波變化率相依樣本 t 檢定表 ... 73 表 4-2-5 受試者 u03 在三種不同難度水準下左腦除以右腦波變化率比值單因子重

複量數ANOVA 摘要表... 75 表 4-2-6 受試者 u04 在不同實驗處理之左腦與右腦波變化率相依樣本 t 檢定表.... 78

(15)

表 4-2-7 受試者 u04 在三種不同難度水準下左腦除以右腦波變化率比值單因子重

複量數ANOVA 摘要表... 81

表 4-2-8 受試者 u04 在三種不同難度水準下左腦除以右腦波變化率比值事後比較表...81

表 4-3-1 受試者 u01 在不同實驗處理之左腦與右腦波變化率相依樣本 t 檢定表 ...85

表 4-3-2 受試者 u01 在三種不同難度水準下前腦除以後腦波變化率比值單因子重複量數ANOVA 摘要表... 87

表 4-3-3 受試者 u01 在三種不同難度水準下前腦除以後腦波變化率比值事後比較表...88

表 4-3-6 受試者 u02 在三種不同難度水準下前腦除以後腦波變化率比值事後比較表...94

表 4-3-9 受試者 u03 在三種不同難度水準下前腦除以後腦波變化率比值事後比較表..100

表 4-3-10 受試者 u04 在不同實驗處理之左腦與右腦波變化率相依樣本 t 檢定表..103

表 4-3-12 受試者 u04 在三種不同難度水準下前腦除以後腦波變化率比值事後比較表.. 106

表 4-4-1 受試者 u01 腦波變化率主成份分析表 ... 107

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第一章緒論

本研究將不同英語精熟度的受試者依序閱讀不同難度的英語短文，探究受試者閱讀英語短文之腦波變化情形，期能透過腦波的變化區分不同英語精熟度的受試者，以提供學校實施英語教學活動之參考。本章共分為三節，分別是研究動機與背景、研究目的及名詞釋義。

第一節研究背景與動機

具有生命的語言，存在於某特定時空環境之下，會隨著使用環境生長、變化，

否則就走向生命的盡頭，僅存於歷史典籍之中。本節先敘說研究問題的背景，從台灣目前的英語學習環境為起點，再審視各國第二語言學習政策，最後回歸本研究問題的動機。

一、研究背景

（一）台灣的英語學習環境

台灣不是講英語的國家，英語在台灣只是外國語（Foreign language），不是第二語言（second language），更不是官方語言（official language）（楊懿麗，2001）。

可知，台灣學習英語的環境是屬於EFL（English as foreign language），而不是 ESL

（English as second language）（楊懿麗，2001；蘇復興，1998；張葶葶、洪蘭和李俊仁，2005），在英語為第二語言的教學環境裡（ESL），不僅在教室裡接受正式英語教學，走出教室外亦可隨時獲取英語學習的機會，進行耳濡目染的學習方式，

相對英語為外國語的教學環境（EFL），學習英語需要在特定的場所，如學校、補習班等，若是離開此特定場所，則幾乎無使用英語的機會（楊懿麗，2001），由此觀之，可知ESL 與 EFL 的英語學習環境，最大的差異點在於學習者日常生活中是否有經常使用英語學習的機會。

(17)

個人身處不同的英語學習環境下，對於英語會有不同的學習動機，根據Gardner 及Lambert 的研究，將外語學習動機分為工具性（instrumental）與整合性（integrative）

（周中天，1993）。目前，英語在台灣只是一個工具，是學生升學，部份人士獲得升遷管道的機會（楊懿麗，2001），對台灣大多數民眾而言，不會使用英語仍然可以過活，但在英語為第二語言的環境裡則不同，出門在外需時時使用英語與人溝通，否則無法獲得日常生活的滿足，根據Maslow 的需求層次論，滿足生活是人們最基本層次的需求，Spencer 於其《教育論》之篇首論及什麼知識最有價值？指出與直接保己的相關活動是個人最迫切需要的（歐陽教，1973；張春興，1991），因此，在英語為外國語（EFL）的台灣實施英語教學，學生學習英語的學習動機遠不如英語為第二語（ESL）的學生，且 EFL 的環境之下接觸英語的機會亦比 ESL 的環境更少，上述不同英語學習環境因素，或許可解釋為何在台灣學習英語多年的學生仍無法使用流暢的英語與外國人溝通。

就各國第二語言的教育政策觀之，廖美玲（2007）提出外語學習普遍受到各國的重視，並將之納入國民義務教育之中，各國平均實施外語教育的年齡為8 至 9 歲，

與我國目前相仿，鄰近的韓國甚至將英語教育全面下降至國小一年級開始實施。

二、研究動機

受到資訊科技、航太工業的影響，全球化的趨勢已儼然形成，時至今日，英語能力的良窳已被視為增進個人福祉、培養就業技能，及具備開拓學生國際觀和袪除我族中心主義的功能（蘇復興，1998）。

「別讓孩子輸在起跑點」，此概念深植台灣為人父母的心中，父母都希冀子女將來能成龍成鳳，佔有社會一席之地，光耀門楣，出人頭地；因此，父母親在子女小時候就送至各大補習班學習英語，深怕子女在未來升學考試身落人後，輸在起跑點上，但在升學考適中取得高分，就代表個人英語能力已達精熟，能在國際英語檢定

(18)

教學歷程中，首重學習者的起點行為，若能瞭解學習者的起點行為則此教學已然成功了一半，傳統上僅就英語紙筆測驗的分數評斷一位學生的英文程度，但研究者高中英文算不錯，大學聯考英文分數也幾達高標，多年來仍無法與英語人士對談，甚或聽懂對方交談內容，因此興起對英語能力程度佳者與差者之間究竟存有何種差異？且本研究透過對大腦生理訊號的腦波偵測，直接解析大腦閱讀英語短文當下的運作狀態，更能精確瞭解個人英語能力程度的差異何在。

第二節研究目的

本研究透過分析受試者在閱讀英語短文的腦波變化，瞭解腦波變化與英語閱讀的關聯性，並進一步探究不同英語能力精熟度在閱讀不同難度的英語短文腦波變化的關聯性與差異性。因此，本研究目的與問題如下：

一、研究目的

（一）

探究閱讀英語短文時，α波與β波的腦波變化。

（二）

探究閱讀英語短文時，左腦與右腦的腦波變化。

（三）

探究閱讀英語短文時，前半腦與後半腦的腦波變化。

（四）

探究閱讀難易程度不同的英語短文時，大腦的腦波變化。

二、研究問題

（一）

閱讀英語短文時，α波與β波的腦波變化率為何？

（二）

閱讀英語短文時，左右腦的腦波變化率為何？

（三）

閱讀英語短文時，前後半腦的腦波變化率為何？

（四）

閱讀難易程度不同的英語短文時，大腦的腦波變化情形為何？

(19)

第三節名詞釋義

本節針對本研究重要的名詞簡略加以說明，至於詳細的說明則留待後文中進一步交待。

一、腦波

腦是神經元的集合體，其活動伴隨著帶電現象，因此，若在大腦頭皮上安裝電極則能偵測出神經元的活動狀態，會記錄到+30～-50 μV左右微弱且頻率不同的電現象。此種記錄而得的電活動稱為腦電圖，一般俗稱為腦波，與呼吸、心跳無關，可作為探索大腦功能與神經網絡運作的解讀工具，現今更廣泛應用於探究大腦在進行心智活動時的運作機制。

二、腦波變化率

研究者將受試者閱讀英語短文之腦波功率，以每 2 秒擷取出一個腦波功率平均值，而後此腦波功率平均值再除以其本身閉眼狀態20 秒的腦波功率平均值，則此兩腦波功率平均值的比值即為本研究後續進行統計分析之腦波變化率比值，本研究透過此分析方式可降低個體間的差異性，增進研究結果的正確性。

三、傅立葉分析

傅立葉（Fourier）發現一個波如果是週期波，不管它多麼複雜，都可以分解成很多的簡單波。傅立葉分析是基於傅立葉變換來解析各種波的性質的數學方法，可應用在聲紋分析、圖像檔壓縮、心電圖及核磁共振等的訊號處理。在本研究中透過傅立葉分析來取得受試者閱讀英語短文之α波與β波的腦波變化率，透過腦波變化率的分析，以瞭解受試者閱讀英語短文時之大腦運作狀態。

(20)

第二章文獻探討

本章將分成三節依序進行探討，從大腦皮質的結構及其功能闡述大腦在不同的狀態下會產生何種類型的腦波，其次，探討大腦與語言習得的關係，說明母語言習得與第二語言學習之間的差異性，最後，回顧腦波與英語閱讀理解之關連性。

第一節大腦與腦波

一、大腦皮質的結構與功能

腦可區分為大腦、小腦與腦幹等三部份；大腦可分為左右大腦半球，由胼胝體作溝通連結，擁有 140 億個神經細胞，而神經細胞無法單獨運作，必須伸出軸突，與對方之神經細胞的突觸相結合而構成神經迴路，才能發揮大腦的機能。

大腦皮質覆蓋在大腦外層，僅有數毫米的厚度，是大腦最重要的結構，大腦皮質外觀看來是不平整、有皺摺的，此些不平整的部份稱為腦回（gyrus），皺摺處稱為溝（sulcus），若將人類大腦皮質攤平，面積大約是五十公分見方，由顏色區分可分為皮質表面正下方的灰白質，再下方為白質，由形狀和功能不一的神經細胞構成層狀構造，可細分為六層，每一層皆互相決定腦的哪一部分會與軸突（axon）

相結合（楊大和、饒怡君譯，2003；高淑珍譯，2008）。

由大腦皮質功能來看，大腦皮質可粗分為四個聯合區；額葉（frontal lobe）、

顳葉（temporal lobe）、頂葉（parietal lobe）和枕葉（occipital lobe）是人類高度認知機能的基礎（游婷雅譯，2004），圖 2-1-1 是一位臉朝向左邊，拿掉頭蓋骨後的大腦皮質側面圖。

(21)

圖 2-1-1 大腦四大聯合區（引自：wikipedia, 2010）

額葉的主要功能，黑谷亨指出為能注意外界的動態，接收刺激加以分析，

並推論出不足的訊息，針對這些刺激從多種選項中選出最具效果的回應的意志作用（高淑珍譯，2008）。森昭雄在研究中亦發現，額葉能將記憶中的事物相互組織並創造新的東西，並負責把理性、注意力、思考、意念及情緒轉換成行動，此外，任性的態度、沒常識的措辭或暴力行為等是代表前額葉功能低落（張麗瓊譯，2005）。

顳葉，前端與額葉相隔，後端與頂葉、枕葉相隔，不僅執掌聲音的處理，顳葉前方的細胞會對特定的視覺刺激反應，譬如：臉、動物的種類。頂葉位於額葉後方，與額葉被中央溝方開，以自我為中心點認知自己的身體或周遭的物體在何處，此部位受損的患者會出現半側空間忽視（unilateralspatial neglect, USN）的症狀，主掌感覺功能，特別是觸覺及視覺。枕葉位於頂葉的後下方，整個大腦皮質的最後端主要功能為視覺處理、空間工作記憶（高淑珍譯，2008；楊大和、饒怡

(22)

表 2-1-1 大腦四大聯合區的位置與功能

結構位置相關功能

額葉 frontal lobe

腦皮質的最前方，位於額頭部位左右。

能注意外界的動態，接收外界刺激，從多種刺激選項中選出最具效果回應的意志作用，與特定的口語及閱讀能力有關，並能核對記憶中的事物而相互組織創造新的東西，為人格之所繫，任性的態度、沒常識的措辭或暴力行為則代表前額葉功能低落。

顳葉 temporal lobe

腦皮質的側邊，位於耳朵及頭兩側的部位。

執掌聲音的處理，顳葉前方的細胞會對特定的視覺刺激反應，譬如：人臉、動物的辨識。

頂葉 parietal lobe

腦皮質上後方的部位。以自我為中心點認知自己的身體或周遭的物體在何處，此部位受損的患者會出現半側空間忽視（unilateralspatial neglect, USN）的症狀，主掌感覺功能，

特別是觸覺及視覺。

枕葉 occipital lobe

腦皮質後方，位在頭後側部位。

視覺處理、空間工作記憶

資料來源：研究者整理

因此，個人在閱讀一篇文章，與之核對自我記憶中舊有的事物而能從文章探究作者欲告知讀者何種訊息，此時腦部主要的運作區域是在大腦額葉區。

(23)

二、腦波

（一）腦波的發現

1875 年，Richard Caton 最先從兔子的大腦皮質發現動物腦波的存在，直至 1929 年，Hans Berger 才正式發表人類首次的腦波紀錄（陳威宏，2004）。腦部是神經元的集合體，其活動伴隨著帶電現象，因此，若在大腦頭皮上安裝電極則能偵測出神經元的活動狀態，會記錄到+30μV～-50μV 左右微弱且頻率不同的電現象。此種記錄而得的電活動稱為腦電圖，一般俗稱為腦波，與呼吸、心跳無關，可作為探索大腦功能與神經網絡運作的解讀工具，現今更廣泛應用於探究大腦在進行心智活動時的運作機制（張春興，1991；張麗瓊譯，2005；Wikipedia, 2009）

（二）腦波－大腦皮質神經元的活動

腦部神經細胞中的神經膠質細胞（glial cells），其主要的功能為穩固大腦的結構、形成神經細胞軸突上的髓鞘（myelin sheath），以促進傳導速度、作為神經細胞的支架、吸收或移除神經突觸間傳送的神經傳導物質，另一則為負責傳遞訊息的神經元（neurons）神經元的形狀主要由細胞本體（cell body soma）、樹突

（dendrites）、軸突（axon）等三部份所構成，其中細胞本體有細胞核，本體的外膜向外伸展形成如樹枝狀的部份稱為樹突，由其他神經元延伸而來的軸突與此樹突連接的部份就構成接收訊息的突觸（synapse）（楊大和、饒怡君譯，2003；游婷雅譯，2004；高淑珍譯，2008），如圖 2-1-2 所示。

(24)

圖 2-1-2 大腦神經元（引自：wikipedia, 2010）

若是神經細胞的興奮性突觸開始活動，突觸後細胞膜電位（-70 μV）會呈現去極化，若此大小若超過閾膜電位，該神經細胞就會產生帶有固定振幅的動作電位（+30μV ～ -50 μV），而神經細胞則把此種動作電位的電訊號於突觸部位轉換成化學訊號，再傳送至下一個突觸，此神經細胞後突觸電位變化的紀錄即為腦波（高淑珍譯，2008）。

(25)

（三）腦波的頻率

大腦皮質所紀錄的腦波頻率為具有規律活動的瞬時電流，依其頻率可分為 Delta 波、Thea 波、Alpha 波、Beta 波及 Gamma 波等（Wikipedia, 2009；陳威宏，

2004；陳烜之，2007）。以下表 2-1-2 說明解釋各個腦波的頻率及其代表的特徵：

表 2-1-2 腦波的頻率及特徵

類型頻率特徵

Delta 0 ～ 3 Hz 具有最高的振幅和最低的波長，一般情況下在成人睡眠的第3 階段會被發現。

Thea 4 ～ 7 Hz 通常會在幼童身上發現，或處於警覺狀態下的兒童。

Alpha 8 ～ 12 Hz

最先被發現的腦波，存在於閉眼、放鬆的狀態，但會隨著張眼、進行心智活動、情緒緊張等狀態受到抑制而減少，此波可讓大腦在不工作時處於休息的狀態，暫時關閉訊息的閘門，使大腦隨時處於可立即工作的狀態。

Beta 12 ～ 30 Hz 振幅較小，頻率較快與警覺性思考和活動專注相關聯。

Gamma 26 ～ 100 Hz

呈現不同神經元數量的神經網絡為了執行特定認知或某種運動功能。

資料來源：研究者整理

由上述腦波的頻率與其特徵觀之，可發現腦波頻率在12 Hz 以下時，大腦當下處於放鬆狀態，而腦波在頻率在12 Hz 以上時，大腦則處於專注的狀態。

（三）腦波的測量方法

腦波的生理電位通常很微弱，大約在5 μV～30 μV 左右，型態屬於 0.5～60 Hz 的交流訊號。作腦波測量測時必須按照「國際10-20 腦波電極配置法」操作標準黏貼電極，如圖2-1-3，操作標準黏貼電極流程如下（阮致維，2005）：

(26)

1. 頭部縱線以鼻根（nasion）和枕骨隆突（inion）之間作為劃分，將兩位置間的全部距離定為10%、20%、20%、20%、20%、10%共6個部分（5個電極配置點），名稱依序為Fpz、Fz、Cz、Pz、Oz。

2. 頭部周線以鼻根（nasion）和枕骨隆突（inion）之間作為劃分，分為左半部與右半部周線。將兩位置間的全部距離各定為10%、20%、20%、20%、20%、

10%共6個部分（5個電極配置點），以右半部來看從鼻跟至枕骨隆突間的5個電極配置點依序為Fp2、F8、T4、T6、O2，左半部則依序為F p1、F7、T3、

T5、O1。

3. 頭部橫線以左右兩耳的耳前點（pre-auricular）之間作為劃分，將兩位置間的全部距離定為10%、20%、20%、20%、20%、10%共6個部分，由左而右名稱依序為T3、C3、Cz、C4、T4。

圖 2-1-3 國際 10-20 腦波電極配置法（Malmivuo ＆ Plonsey, 1995）

此系統確保各個腦波實驗室電極名稱的一致性，透過貼附於頭皮上電極的不同輸入功率的放大器及濾波器，將腦部產生的生理訊號轉換為可見的波形變化。

腦波的量測方式分為單極誘導（monopolar derivation ）與雙極誘導（ bipolar derivation）兩種類型。單極誘導使用一個探查電極（C3 或 C4）和一個參考電極黏貼固定於頭皮表面，使用探查電極與參考電極之相對值作為比較，故能獲得最大

(27)

的腦波振幅。雙極誘導使用兩個探查電極（C3 與 F3 或 P3）和一個參考電極黏貼固定於頭皮表面，兩探查電極皆能反映腦波訊號，故腦波振幅較小（阮致維，

2005），本研究腦波儀採用雙極誘導進行英語閱讀測量腦波變化。

第二節大腦與語言

從語言習得理論切入母語習得與第二語言學習之間的差異性，探究大腦與語言習得的關連，最後論述大腦進行心理學習活動時，腦部所產生的腦波頻率與其所代表的心理活動特徵。

一、人類語言習得的相關理論

（一）語言習得理論

語言習得涉及的心理機制，不同學派的心理學者提出不同的理論看法，以下茲提出近代心裡學派對語言習得的相關論點（黃宣範譯，2006）。

行為主義著重人類外顯行為的觀察，視語言為一種行為，認為幼兒是經由模仿、增強作用、類比（analogy）學習等過程來學習語言。模仿，幼兒藉由聆聽身旁人的說話，然後模仿所聽到的語音；增強作用，當幼兒學習語言發出合乎語言的語音、聲調、語法的字詞和句子時，就會受到成人的後效強化，反之，幼兒就會受到成人的糾正，產生負增強作用，減少其錯誤的語言行為；類比，幼兒依據對照和比較的方式將字詞組合成片語和句子。

就模仿而言，學者提出幼兒無法模仿完全正確的成人語句，怎能學會正確的語句；增強作用，Brown，1973 在親子互動的研究報告指出增強作用並不常出現；

類比，無法完全解釋幼兒如何習得正確的語法內在結構。

天賦說，指出人們最後習得的語言知識遠超過個人所處環境中所聽到的語言範例；幼兒雖然會聽到許多成人的話語，但它們多半是不完整、吵雜且凌亂的語言，因此，Chomsky 認為人類天生具有語言學習器官。

(28)

此外，Krashen 指出照顧者用語（caretaker）對幼兒學習語言的重要性。學者業已發現接觸簡化語言（motherese）輸入的兒童習得第二語言時比沒有接觸簡化語言輸入的兒童習得第二語言的速度更快。

（二）語言習得關鍵期是否存在

關鍵期（critical period）的研究始自奧國生物學家 Lorzen 在 1937 年發表的「鳥類感情世界」中運用銘印（imprinting）一詞來解釋動物的社會行為，Lorzen 發現雁鵝在出生後數小時內會尾隨著眼前最先出現會移動的東西，並把此會動東西視為母親（張葶葶、洪蘭和李俊仁，2005）。其後，Lenneberg 從研究腦傷病患的母語現象發現人類母語學習能力的發展有一定的期限，此期限即是從個體出生至青少年階段，一旦在青春期之後學習語言，語言學習的容量就會受到阻礙（張葶葶、

洪蘭和李俊仁，2005；黃宣範譯，2006）。

西元1920 年，在印度發現兩名自小與狼群生活的小孩，被稱為野孩子，其完全無語言的能力，之後在1970 年，在科學報導中被稱為 Genie 的小孩，從 18 個月開始前後約14 年之久，被以人為刻意的方式斷絕一切與外界的接觸，其在重返社會後，不會說話更不懂語言。雖然Genie 在經過語言學習之後，學會了相當多的詞彙，但她的句法及構詞能力一直無法習得（黃宣範譯，2006）。

根據上述文獻可知語言的習得具有關鍵期的存在，且在人類青春期之前的一段時期之內，若錯過此時期學習語言，不但況日費時，更無法獲得完整的語言能力。

（三）EFL 的語言習得與母語習得的差異

對於母語並非英語，但英語成為學習的語言，稱為 EAL（ English as additional language），其又可分為ESL 與 EFL，台灣的英語學習屬於後者（EFL）

（張葶葶、洪蘭和李俊仁，2005）。

McLaughlin，1978 依據個體習得語言的時序將語言的學習區分為母語的學習、雙語的學習及第二語言（外語）的學習。母語的學習並不需要特別的教導，

(29)

雙語的學習如同母語的學習，讓幼兒自然暴露在語言的學習環境下，語言自然就能習得，惟雙語的學習是在幼兒開始學習說話之時，約在兩歲左右，同時進行兩種語言的學習，至於外語的學習則是兒童在已能掌握其母語時，約在三、四歲右之後，才開始第二語言的學習（鄭昭明，2004）。

然而，外語的學習往往缺乏母語的學習環境，只能從課堂中學習（鄭昭明，

2004；楊懿麗，2001；蘇復興，1998），缺乏外語言學習的環境，因此，個體在日常生活的演練與使用的機會不足，導致學後容易遺忘。觀之台灣英語教學，

強調語言規則的指導與使用，此種語言規則的練習易使外語學習者產生過度類化（overgeneralization）情況（鄭昭明，2004），此外，基礎差異論（fundamental）

的學者提出第二語言的學習者，通常會有詞序上錯誤的情形，並有化石化

（fossilize）的現象，尤其在學習第二語言的初期，以及語法性別及格位標誌等構詞上的問題（黃宣範譯，2006）。

另一個外語學習的特徵是外語學習難以避免母語習慣的介入。Hakuta 與 Cancino 研究指出外語的特徵或屬性是否容易學會需視學習者母語是否有相類似的性質（鄭昭明，2004），例如：外語的學習者常借用母語的語法規則，尤其在音韻方面，此研究領域的學者亦同意此一觀點，並發現音韻的學習有越早學越好的現象，但外語音韻能力是否對於外語閱讀理解有正面的影響，仍有待進一步的研究釐清（林慧麗、張欣戊和張顯達，2006；黃宣範譯，2006；張顯達，

2006；鄭昭明，2004）。

（四）第二語言習得的相關理論

人類的語言習得（language acquisition）與一般學習（general learning）並不完全相同，擁有許多文法知識，並不代表具備相當的閱讀與聽講能力，Krashen，1987 主張，有意識的學習文法知識，並不會自動的成為語言能力的習得（吳慶學，1993）。

(30)

Terrel 和 Krashen，1983 提出第二語言習得理論架構，主張外語的習得主要是基於以下五個理論架構（吳慶學，1993）：

1. 習得與學習說（the acquisition-learning hypothesis）；此假說認為成人有兩種方式發展第二語言能力，第一種方式是經由習得獲得語言，是個體實際運用語言與他人真正溝通的學習方式，是在自然的學習環境下發展語言能力。另一種方式是藉由學習，是個體在刻意安排的學習情境下進行語言的聽、說、讀寫得訓練；

2. 自然順序說（the natural order hypothesis）；Brown，1973 發現以英語為母語的兒童，先學會英語中的進行式、複數，而後才學會第三人稱單數及所有格，當中進行式與複數的習得順序，會因個別差異而略有不同，但不會先學會第三人稱單數而後才獲得複數的概念。至於以英語為第二外語的兒童亦顯示此相同的自然習得順序（Dulay & Burt, 1937, 1974, 1975）；

3. 監察說（the monitor hypothesis）；認為刻意的學習只有訂正的功能，如：

寫作或準備講稿的情況下，且此功能會阻礙說話的流暢性；

4. 語言資料輸入說（the input hypothesis）；主張聽、讀是語言習得的重心，

說、寫的能力會繼聽、讀後而具備，且輸入的語言資料必須讓學習者產生困而不挫的心理狀態，即認知心理學的加 1 原則，才能讓學習者逐步取得第二語言的能力；

5. 情意慮網說（the affective filter hypothesis）；此說認為態度上的差異直接以想第二語言的習得，有好得動機和良好自我形象的學習者通常會有較好的第二語言習得表現。

上述五個有關語言習得假說中，以輸入說與第二語言的習的關係最顯重要。

認為個體在習得某一語言能力前，之所以會產生語言的靜默期是因個體藉由聽和閱讀累聚語言能力，當語料足夠時，個體自然會具備說的能力（張湘君，1999）。

(31)

二、大腦與語言習得

過往，語言的學習主要圍繞在心理學的範疇；近來，由於腦造影（brain imaging）

技術利用精密的儀器，如EEG、PET、MRI、FMRI 等，檢查腦波和腦血液流量的變化，因此，研究人類語言學習不再侷限於心理學層面，而是佐以腦神經學研究的發現，使原先心理學的語言學習理論更具有根據（楊懿麗，2001）。

（一）心理學的觀點

認知心理學家認為人類獲得資訊的機制分為三個部份：知覺儲存（sensory store）、

短期／工作記憶（short term or working memory）、長期記憶（long term memory）；相對於腦神經學的角度，在知覺儲存階段，當訊息透過感官輸送，將會產生電流刺激大腦皮質裡的腦神經元（neuron），腦神經元經啟動後透過突觸（synapse）將此波動再傳遞給其他神經元，但腦神經元的啟動，時間非常短暫，因此訊息很快就會流失，為了防止重要訊息流失，個體即會運用注意不斷使腦神經元啟動，將訊息存放在短期記憶裡，而後若是多加溫習與演練，此訊息即會進入長期記憶中（楊懿麗，2001）。

連結論（connectionism）學者，Frenald 認為個體提取儲存於長期記憶中訊息的良窳，取決於訊息間彼此的聯繫，如紅色與玫瑰的連結就會比香蕉來的緊密，

此訊息與訊息的連結，以腦神經學的角度而言，即可比擬為腦神經元間的突觸；

然而，突觸增加與減少的歷程，純由基因所決定，但卻與嬰兒的發展有著密切的關聯，尤其是語言的發展（黃宣範譯，2006）。

（二）腦神經學的發現

大腦不同皮層職司不同的語言功能，如1864 年，Broca 發現， Broca’s area，

主要負責發音與文法的功能，損傷會導致患者說話費力、字彙檢索、詞序混亂等困難，另在 1874，Wernicke 發表的論文中，揭示 Wernicke’s area，主要負責語意的功能，損傷會導致患者用詞上的錯誤，在理解話語上也會產生困難，Buffalo 在

(32)

皮質的活動量與活動區域均不相同，但此些活動都作用在大腦左半部，此皆提供大腦語言功能局部化（localization）在左腦的證據（黃宣範譯，2006）。

近來，醫學上腦造影技術的進步，我們亦可以運用核磁共振造影（MRI, magnetic resonance imaging）來指出活體人腦損傷的部份，正電子放射電腦斷層掃描（PET, positron emission tomography）偵測大腦活動時，血液流量的變化，腦波

（EEG, Electroencephalogram）探知大腦活動時，腦部放電的情形（陳烜之，2007）。

大腦皮質層有兩種細胞與語言功能有關，一是，錐體細胞（pyramidal cells）

與語言發音有關，出生時就存在於大腦中，較早成熟，其突觸的聯繫在六至八歲間就已經相當完備；另是，星狀細胞與高層次的語言和認知功能有關，如語意、

句法、字彙及事物關係等得處理，到成人階段還會不斷地發展（謝國平，1991）。

然而，學習第二語言（外語）是否有關鍵期的現象？在腦神經造影研究中，

Kim 等人，1997 運用 FMRI 檢驗使用受試者在使用母語與第二語言的腦部代謝變化，發現雙語的受試者與第二語言的受試者在Broca’s area 呈現不同的激發狀態，

Chee 等人，2001 的研究中，六歲開始學習英語與十二歲後進行英語學習的大腦血氧變化，發現早學和晚學無差異存在，Perain 等人，1998 以 PET 掃描受試者聽母語與第二語言的故事實驗中，將受試者分為熟練的早學組、熟練的晚學組（十歲）

及不熟練的晚學組，發現只有在晚學不熟練組出現聽母語與第二語言時，大腦功能運作上的不同（張葶葶、洪蘭和李俊仁，2005），綜合上述文獻結果可知，起始學習年齡對大腦處理第二語言的現象並未一致；因此，學習第二外語是否有關鍵期存在或只是學習者對第二語言熟練度的差異而已，仍有待進一步的研究。

本研究採用腦波（EEG）的測量方式，因腦波只是紀錄大腦自體所產生的放電活動，並無施加其他外在因素予受試者，對受試者本身不會帶來任何附加影響，

其次，腦波訊號直接反應了神經元電位活動變化，透過EEG 的測量即可獲得腦部初始反應，再則，EEG 具有高時間解析度，可達一毫秒以內，是目前已知腦神經造影技術中最高的（陳烜之，2007）。

(33)

第三節英語閱讀理解與腦波

本節從英語閱讀理解理論分析專家與生手的英語閱讀理解運作狀況，其後探討腦波與英語閱讀理解之相關研究。

一、英語閱讀理解的相關理論

語文的閱讀與理解不僅是學生所需要的知識本身，更是學從事其他學習與知識吸收所不可或缺的主要工具與媒介（鄭昭明，2004），最終目的及是在賦予文本意義，即閱讀文本者對文本的理解。Dickinson 等人研究發現，閱讀是一種複雜、

動態的心智活動的問題解決認知歷程，此歷程包括知覺歷程、認知知識和後設認知的交互作用。（林寶貴、錡寶香，2000）。

因此，從認知心理學的觀點，閱讀是介入認知歷程的一項高度複雜能力，Benton 和 Kiewra 區分此歷程大致包含解碼（decoding）與理解（comprehension）兩個，

而 Gagn'e 則將其分為解碼、文字上理解（literal comprehension）、推論上理解

（inferential comprehension）及理解監控（comprehension monitoring）等四個階段

（陳密桃，1992）。

基模理論認為閱讀理解不但是讀者期望與文章內訊息之間的互動作用，而且也是讀者在新舊訊息間建立一座橋樑的認知歷程（陳密桃，1992）；Bransford 和 Johnson，1973 的研究，唸一段文章給予不同實驗處理水準的成人聽，其後再測試不同水準下成人對此文章的理解與回憶量，發現在唸讀之前告知此文章主題的受測者對文章的理解與回憶量顯著高於未事先告知成人與事後告知成人的受測者，

Bartlett，1932 及 Chiesi、Spilich 和 Voss，1979 研究指出若讀者對於閱讀的文章內容較為熟悉則對於此篇文章的內容具有較佳的理解能力（林寶貴、錡寶香，2000）。

1970 年至 1908 年代間，美國依利諾大學閱讀研究中心與 Rumelhart 的研究都認為基模是認知的建造磚（the building blocks of cognition）（陳密桃，

(34)

中，注意力的集中程度，以及在檢索的階段中，記憶的搜尋情形（陳密桃，1992；

林寶貴、錡寶香，2000；許淑玫，2003）。

近年來，第一語言與第二語言的閱讀研究中，發現閱讀理解並非是單一的線性過程，也非是僵化的刻版活動，而應是讀者在閱讀過程中能調整閱讀策略與監控理解，此即為閱讀後設認知的觀點。誠如上述文獻，可知閱讀理解是一個建構的歷程，介入了讀者的現存知識與文章中所包含的新訊息的互動；換言之，若讀者不能知覺其自身理解狀態或採取何種有效閱讀策略，則讀者產發生閱讀理解上的困擾（呂羅雪、林宛瑩，2006）。

國內外相關研究均發現，後設認知對於閱讀理解具有決定性的影響；Myers 和 Paris 的研究結果發現，較年長的兒童比年幼的兒童更能覺知閱讀的各種影響變項，

且能運用理解策略，郭靜姿（1992）則發現後設認知與閱讀理解具有高相關，Askov 和 Otto，1985 則更進一步的指出後設認知不僅幫助讀者連貫地陳述文章的意義，

並在其閱讀過程中彈性作調適或修改，以達到閱讀理解的目的（陳密桃，1992）。

二、閱讀理解的模式

早期，閱讀理解的模式被塑造成由下而上模式（bottom-up model），閱讀材料導向，訊息資料首先由較低層次的視覺進行處理，而後至較高層次的編碼，但若較低層次的識字處理發生瑕疵，則會影響讀者對於文意理解的錯誤；另一模式為由上而下（top-down model），閱讀者導向，讀者只是為了證實心中既存的假設和預測，藉由抽取文章訊息印證其自身的先備知識來瞭解文意（陳密桃，1992；許郁鈞，2007）。

Samuel 和 Kamil，1984 認為此互動模式（interactive model）中的訊息來源是同時提供的，而不是一系列單一方向的順序作用，Rumelhartb 亦指出閱讀是多種知識的來源應用，資料訊息流動是彼此交互為用的，此外，Stanovich，1980 提出交互補償模式（interactive-compensatory model），主張任何層次的處理過程能夠補償其他任何層次的不足（陳密桃，1992；許郁鈞，2007）。

(35)

三、專家與生手在英語閱讀理解上的運作狀況

許素卿（2003）以問卷調查法發現台灣國中學生在閱讀英文文章時，主要遇到的困難是缺乏字彙、文法知識及其使用的閱讀策略。

Davis，1971 在第一和第二外國語言的研究中，指出字彙發展在閱讀理解的重要性，在閱讀的過程中若沒有足夠的字彙知識讀者將無法目視去獲得線索，

以預測或猜測文章內容的意義，Laberge 和 Samuels，1974，認為有限的字彙知識不僅會打斷讀者閱讀的進行，亦會干擾理解，因讀者需不斷地停下來辨識不熟悉的字彙，此現象也可能將使他們忘記先前閱讀過得文章內容。perfetti 和 Samuels，1985 研究主張認字不僅正確即可，更重要的是認字效能的高低，即認字效能要達到自動化的水準，在閱讀歷程中讀者則相對具有較多的心力放在文句或段落的理解上（蘇宜芬，2004）。

Singer，1990 研究指出文章訊息的解釋或是命題的整合，讀者需要處理語法，

胡志偉等人，1991 比較讀者在閱讀是否按照語法結構切割文章的研究結果顯示，

閱讀按照語法結構切割的文章，閱讀速度較快；另在語意的研究中，發現語意能力與年紀較大的讀者具有較高的正相關（林寶貴、錡寶香，2000）。

根據基模理論，閱讀理解是讀者與文章脈絡交互作用下的產物，當進行文章理解時，讀者所持有的基模有助於處理出現在文章中的新訊息，此凸顯出個人擁有的知識足以影響其對新訊息的解讀；然而，Rumelhart，1980 指出有三種情況閱讀理解的過程可能會招致失敗：讀者沒有合適的基模印證文章的內容、

文章內容本身無法提供足夠的線索引發讀者本身具有的基模及讀者無意會作者寫作此篇文章真正的主題（陳密桃，1992）。

(36)

後設認知能力對於閱讀理解的影響是：監督與控制整個閱讀理解的過程，

影響讀者能否覺知讀懂與讀不懂的感覺；若讀者意識到無法理解文章內容時，

讀者是否能發現文章內容哪部份造成其閱讀理解的障礙，並能運用是當方法加以解決（許郁鈞，2007）。Woolfolk，1990 指出在閱讀理解方面，專家與生手主要的差別在於不同的後設認知技巧；Forrest 和 Waller，1980 的研究結果顯示，

年長和閱讀能力高的學生更能在閱讀過程中調整所使用的策略，Raphael 和 Pearson，1985 也提出後設認知知覺與理解的關係，可以藉由後設認知的訓練而逐漸獲得改善（呂羅雪、林宛瑩，2006）。

根據上述的文獻，可知具有較佳英語閱讀能力的讀者，具有較佳的英語字彙量與知識，能對英文字彙達到識字能力的自動化；對於文章內容具有較佳的先備知識，能夠將文章內的訊息嵌入讀者既存的基模缺口（slot），使文章內訊息得以具象化，有利於貫串文章前後的脈絡；能發覺自我對於文章內容不明瞭的部份，並運用適當的閱讀策略解決。

四、英語閱讀理解與腦波的相關研究

物體與字彙在大腦是如何儲存、編碼、提取的；命名假說（propositional hypothesis），假定有一個主要的、抽象的、非整全的普通知識系統來統整之，Paivio，

1990 提出雙碼假說（dual code hypothesis）；主張知覺概念的屬性會以圖像的方式儲存，但抽象、功能性的特徵會以字彙的方式儲存；因此，此假說認為圖像系統與字彙系統是分別共同存在的，彼此互不干涉，Potter 和 Kroll，1984 融合上述兩說，提出整合性的看法，認為圖像和字彙是一種具體情態（modality）的編碼，為較高層次的詞彙通道系統，以用來結合字彙與圖像，Harmony 等人（2001）透過腦波（EEG）

在字彙與圖像間轉換的實驗研究結果支持整合說，發現若它們被儲存或使用在認知作用上，外部的物體或事件會被轉換成內部編碼，並且在工作記憶當中，這些已被儲存的概念是經過有意識的處理被讀取（read）出（Thalia Harmony, et al., 2001）。

(37)

Vaid，1983 提出影響雙語腦側化的假定，一是特殊語言的因素；思考模式、

母音的見解、音調變化、字母系統，二是獲致的因素（acquisitional factors）；

正式非正式的獲取態度（manner）、獲取或整全的狀態、學習（acquire）語言時的年齡。Doona 以腦波測量同時會使用印第安語與英語的印地安人，讓其分別閱讀印第安語與英語的文章，以探究母語與第二語言在閱讀處理上是否有腦側化的傾向，研究結果指出印第安語在閱讀的過程上完全為左腦側化，英語上，

則先呈現右腦傾而後轉為左腦傾的現象，但就整體腦波的功率而言，語言的處理皆為左腦傾向（Doona，1985）。

Rohm 等人（2001）探討 theta 波與 upper alpha 波在人類語言閱讀理解的擺動（oscillation）變化研究中，指出 upper alpha 波在受試者處理較高層次概念的語意作業（semantic task）中，在腦波功率上有顯著的增加，而 theta 波則無變化，Keith 和 Charles（2009）審視 EEG 及 ERP 的研究，歸結閱讀（reading）

和說（speech）在認知運作的覺知處理是快速的且會逐步累增，並提出閱讀是需要技巧的，需要師長給予外力的建構，讀者在閱讀英文字彙時，會產生ｎ＋1 的作用，將每個字母在幾乎同一時刻串連成具有意義的英文字彙，讀者並可針對文章內容不清晰的部分再做檢視，以求瞭解文意。

歸結上述英語閱讀理解與腦波的文獻，字彙與圖像是透過較高層次詞彙通道系統將之結合處理，以讓讀者可以將其概念透過意識的作用理解讀出，母語與第二語言大致呈現左腦側化，但不同語言間仍可能會受到語言本身的文化思考模式與獲致語言的因素影響，在閱讀理解上，較高頻率的腦波會有較高的功率產生，

然而，高頻率波則與警覺性思考、活動專注及執行特定認知等功能有關。

(38)

第三章研究方法

本研究選取四位受試者作案例分析，將受試者分為程度佳者與程度差者，而後依序讓受試者閱讀不同難度之基測、學測、指考的英語短文，其難易度依次為易、中、難，藉此分析受試者閱讀英語短文時之腦波變化率比值。本章內容共分為六節，分別說明本研究所採取之研究架構、研究流程、研究假設、研究對象、

研究環境與工具，最後一節說明此研究資料的處理與分析。

第一節研究架構

本研究架構根據研究的背景、動機與文獻探討擬定如圖3-1-1 所示。

腦波變化率 1.α 波與 β 波差異組別實驗處理 2.左腦波與右腦波差異

3.前腦波與後腦波差異 98 英語基測短文

98 英語學測短文 98 英語指考短文

腦波主成分析 1.英語能力精熟者

(程度佳者) 2.英語能力未精熟者

(程度差者)

1.α 波與 β 波 2.左腦波與右腦波 3.前腦波與後腦波圖 3-1-1 研究架構圖

(39)

第二節研究假設

依據第二章的文獻分析及本研究的研究架構，研究者臚列出以下假設：

假設一：受試者處於專注狀態之β 腦波變化率顯著高於 α 腦波變化率。

假設二：受試者閱讀英語短文之左腦波變化率顯著高於右腦波變化率。

假設三：受試者處於閱讀理解狀態之前腦波變化率顯著高於後腦波變化率。

假設四：英語能力未精熟者腦波變化率運作隨著英語短文難度的不同而有顯著差異。

4-1 英語能力未精熟者，β 腦波與 α 腦波的變化率比值隨著英語難度提升而下降。

4-2 英語能力未精熟者，左腦波與右腦波的變化率比值隨著英語難度提升而下降。

4-3 英語能力未精熟者，前腦波與後腦波的變化率比值隨著英語難度提升而下降。

假設五：英語能力精熟者腦波運作隨著英語短文難度的不同而有顯著差異。

5-1 英語能力精熟者，β 腦波與 α 腦波的變化率比值隨著英語難度提升而升高。

5-2 英語能力精熟者，左腦波與右腦波的變化率比值隨著英語難度提升而升高。

5-3 英語能力精熟者，前腦波與後腦波的變化率比值隨著英語難度提升而升高。

假設六：受試者閱讀不同難度英語短文，腦波的變化率運作呈現不同的趨向。

(40)

第三節研究流程

以下分述研究流程及各階段準備的工作與項目。

一、聚焦研究主題

收集腦波研究相關文獻，瞭解腦波的頻段類型與其相對應的個體生心理狀態，初步聚焦本研究主題－閱讀理解英語短文的腦波變化，並進一步閱讀英語閱讀理解相關文獻。

二、決定英語閱讀試題

本研究依據大學入學考試中心編纂之《高中英文參考詞彙表》決定採用98 年國中基測入學考試基測及98 學年度大學入學考試中心的學測、指考的試題以將英語短文分為難中易等三個水準。

三、選定研究對象

本研究透過對受試者的訪談分析進行瞭解受試者英語學習能力概況，採取立意取樣，將TOEIC 測驗到達 750 分以上，為英語能力精熟受試者的標準；非英語能力精熟的受試者，為大學聯考或指考低於15 分以下者，並未參加過類似 TOEIC 英文檢定測驗。

四、進行英語閱讀實驗處理

進行英語閱讀理解腦波實驗處理前告知受試者：

1. 本研究將英語短文分為難（指考）中（學測）易（基測）等三個水準，並將英語閱讀短文與英語閱讀試題卷分別列印在兩張空白A4 的紙上。

2. 研究者告知受試者待研究者說：1、2、3 開始，受試者才能翻開英語短文進行閱讀，而後受試者以說好的方式告知研究者其已閱畢英語短文，此時，研究者再告知受試者待研究者說：1、2、3 開始，受試者始能翻開英語閱讀試題卷進行作答。

(41)

3. 進行英語閱讀實驗處理當下，受試者同時戴上電極帽，本實驗以受試者左右兩耳陲作為腦波測量之參考電位，紀錄大腦頭皮上16 個電極點的腦波功率。

4. 研究者告知受試者此實驗處理為一被動式偵測，並不會造成受試者身體上的任何傷害，塗抹在電極點上的為醫用傳導膠，目的是便於偵測大腦皮質活動，腦波實驗結束後以洗髮乳即可洗去。

五、分析處理研究資料

本研究對受試者閱讀英語短文之腦波變化率比值做個體內的量化分析，並參酌其英語閱讀試題答對題數和實驗處理時影像輔助詮釋量化分析的結果。

六、撰寫論文

撰寫研究結果與討論接續結論與建議，以完成本研究論文。

第四節研究對象

本節研究者以訪談的方式記錄受試者英語學習歷程的背景，並對照每位受試者在基測（易，共3 題）、學測（中，共 4 題）、指考（難，共 4 題）等三種不同難度之英語短文中所答對的測驗題數。

一、英語能力非精熟受試者

（一）受試者 u01

受試者u01 年齡 30 歲，右手利，左眼為優勢眼，在閱讀英語短文測驗中，基測短文花費145 秒，答對 1 題、學測短文花費 187 秒，答對 0 題、指考短文花費 243 秒，答對 2 題，以上閱讀英語短文所花費的時間均不含英語作答時間。受試者 u01 國中時，始接觸英文，平均學習英語的時間每星期 1~2 小時，至高中時，每星期 3~4 小時，大學時，修過大一英語（上）（下），共兩學期，在學習英語的過程

(42)

（二）受試者 u02

受試者u02 年齡 23 歲，右手利，無優勢眼，兩眼視力差不多，在閱讀英語短文測驗中，基測短文花費157 秒，答對 2 題、學測短文花費 319 秒，答對 0 題、

指考短文花費 363 秒，答對 1 題，並認為學測的英語短文最為困難，以上閱讀英語短文所花費的時間均不含英語作答時間。受試者u02 國小六年級時接觸英語課，

因其就讀的學校為實驗小學，認為自己國小、國中英語並不好，國中時，英語下課就不再碰觸英文課本，至高中時，稍好一點，每星期有去補習班上課約3 小時，

大學修過英語（上）（下），共兩學期，沒有出國、遊學的經驗，在求學考試的過程中，指考4 分，申請入學為 6 或 7 級分（滿分 15 級分）。

二、英語能力精熟受試者

（一）受試者 u03

受試者u03 年齡 24 歲，右手利，兩眼視力，右眼 1.0，左眼 0.6，在閱讀英語短文測驗中，基測短文花費103 秒，答對 3 題、學測短文花費 155 秒，答對 4 題、

指考短文花費 171 秒，答對 3 題，以上閱讀英語短文所花費的時間均不含英語作答時間。受試者 u03 國小三年級曾參加過芝麻街美語，學習過程重口語、發音，

並從遊戲中學習，因其家庭信仰關係，此時就曾與外國人接觸，但受試者 u03 印象中，皆與其用普通話交談，認為自己國中英語能力不錯，歸功於國中英語老師的教學，重視發音，且文法講解仔細，自己課後並無再花額外時間讀英語，至高中時，英語普通，而現在英語能力好得原因是自己曾在國外唸書三年半，且在大學求學的過程中，多與外國人相處，多益成績950，補過 1 個月的托福。

(43)

（二）受試者 u04

受試者u04 年齡 26 歲，右手利，無優勢眼，兩眼視力差不多，在閱讀英語短文測驗中，基測短文花費79 秒，答對 3 題、學測短文花費 231 秒，答對 4 題、指考短文花費 241 秒，答對 4 題，以上閱讀英語短文所花費的時間均不含英語作答時間。受試者u04 國小三年級在教會學過兒童美語，一班約 10 人左右，在升上國中之前，補過短期的英語，國高中時，就沒再補過英語課程，受試者 u04 認為自己在國中與高中時的英語能力不錯，大學修過英文（上）（下），共兩學期，曾出國遊學，舊金山1 個月左右，多益成績 875。

第五節研究環境與工具

一、研究環境

本研究實驗環境位於本校教學大樓三樓之教學科專屬教室，採取中央空調溫度舒適、安靜，研究者位於受試者右方操控電腦紀錄腦波功率，受試者位於研究者前方，實驗進行時，嚴禁手機聲響及外來因素干擾受試者進行英語閱讀理解腦波紀錄。

二、研究工具

（一）腦波儀

本研究採用16 個頻道的腦波儀紀錄腦波，腦波儀上之電極位置採用國際 10-20 系統（international 10-20system）之標準安置，在國際 10-20 系統中，F 代表額葉區（frontal）、C 代表中央區（central）、P 代表頂葉區（parietal）、T 代表顳葉區

（temporal）、O 則代表枕葉區（occipital），本研究採用的16 的電極點，額葉：Fp1、

FP2、F3、F4、F7 、F8；顳葉：T3、T4、T8、T6；頂葉：P3、P4；枕葉：O1、

O2；中央溝：C3、C4。透過數位訊號產生器模擬腦波頻率範圍之正弦波，並以兩

(44)

個輸入端，再一次從訊號產生器模擬腦波頻率範圍之正弦波，從腦波分析軟體觀察輸入訊號是否與訊號產生器所示之頻率與波形一致，以確認腦波儀的儀器效度‧

（二）英語閱讀短文

本研究依據大學入學考試中心編纂之《高中英文參考詞彙表》決定英語閱讀短文難度的標準，採用 98 年國中基測入學考試基測及 98 學年度大學入學考試中心的學測、指考的英語閱讀短文，將英語閱讀短文分為難中易等三個難度水準。

（三）快速傅立葉軟體

本研究採用快速傅立葉轉換（Fast Fourier transform）軟體，以將大腦皮質所產生的腦波訊號轉換成α 腦波和 β 腦波成分的腦波功率，在使用本實驗之快速傅立葉轉換軟體解析不同的腦波訊號前，研究者已確認過傅立葉分析軟體解析腦波頻率正確無誤。

（四）電腦

連接腦波儀之個人電腦1 台，CPU，Intel Core（TM）2，1.86GHz、RAM，2G，

作業系統為Windows XP Professional SP3。

（五）攝影機

進行英語閱讀實驗時，同步進行攝錄，以輔助詮釋個體腦波運作的狀態。

閱讀理解英語短文對腦波變化率影響 之案例研究

國立臺東大學教育學系 教育研究碩士班

碩士論文

指導教授：鄭承昌 博士

閱讀理解英語短文對腦波變化率影響 之案例研究

研 究 生： 徐金霆 撰

國立臺東大學教育學系 教育研究碩士班

碩士論文

閱讀理解英語短文對腦波變化率影響 之案例研究

研 究 生： 徐金霆 撰

指導教授： 鄭承昌 博士

謝 誌

閱讀理解英語短文對腦波變化率影響之 案例研究

作 者 ： 徐 金 霆

摘 要

Case Study on the Effects of Relationships between English Reading Comprehension and Brainwave

Change Rates

Chin-Ting Shi

Abstract

Keywords ： Electroencephalography, EEG, reading comprehension,

Fourier analysis

目 次

第一章 緒 論 ... 1

第二章 文獻探討 ... 5

第三章 研究方法 ... 23

第四章 結果與討論 ... 33

第五章 結論與建議 ... 115

參考文獻... 120

附 錄 ... 123

圖 次

表 次

第一章 緒 論

第一節 研究背景與動機

一、 研究背景

（一）台灣的英語學習環境

二、研究動機

第二節 研究目的

一、研究目的

（一）

（二）

（三）

（四）

二、 研究問題

（一）

（二）

（三）

（四）

第三節 名詞釋義

一、腦波

二、腦波變化率

三、 傅立葉分析

第二章 文獻探討

第一節 大腦與腦波

一、大腦皮質的結構與功能

二、腦波

（一）腦波的發現

（二）腦波－大腦皮質神經元的活動

（三）腦波的頻率

（三）腦波的測量方法

第二節 大腦與語言

一、人類語言習得的相關理論

（一）語言習得理論

（二）語言習得關鍵期是否存在

（三）EFL 的語言習得與母語習得的差異

（四）第二語言習得的相關理論

二、大腦與語言習得

（一）心理學的觀點

（二）腦神經學的發現

第三節 英語閱讀理解與腦波

一、英語閱讀理解的相關理論

二、閱讀理解的模式

三、專家與生手在英語閱讀理解上的運作狀況

四、英語閱讀理解與腦波的相關研究

第三章 研究方法

第一節 研究架構

第二節 研究假設

第三節 研究流程

一、聚焦研究主題

二、決定英語閱讀試題

三、選定研究對象

閱讀理解英語短文對腦波變化率影響之案例研究

國立臺東大學教育學系教育研究碩士班

指導教授：鄭承昌博士

閱讀理解英語短文對腦波變化率影響之案例研究

研究生：徐金霆撰

國立臺東大學教育學系教育研究碩士班

閱讀理解英語短文對腦波變化率影響之案例研究

研究生：徐金霆撰

指導教授：鄭承昌博士

謝誌

閱讀理解英語短文對腦波變化率影響之案例研究

作者：徐金霆

摘要

目次

第一章緒論 ... 1

第二章文獻探討 ... 5

第三章研究方法 ... 23

第四章結果與討論 ... 33

第五章結論與建議 ... 115

附錄 ... 123

圖次

表次

第一章緒論

第一節研究背景與動機

一、研究背景

第二節研究目的

二、研究問題

第三節名詞釋義

三、傅立葉分析

第二章文獻探討

第一節大腦與腦波

第二節大腦與語言

第三節英語閱讀理解與腦波

第三章研究方法

第一節研究架構

第二節研究假設

第三節研究流程

第四節研究對象

第五節研究環境與工具