根據Piaget(1960)的理論，兒童的空間概念是一種整體認知發展能力的表現，並非特定教材的學習效果。Piaget認為，兒童的二維空間概念發展可分為五個概念階層：階層I&IIA、IIB、IIB/IIIA、IIIA、IIIB等，其中階層IIIB為最高的認知層次，代表成熟的直角坐標系概念。皮亞傑認為兒童約在九歲左右達到概念階層IIIB。根據廖德富(民86)的研究指出，九歲左右的兒童仍有相當高的比例，沒有達到概念階層IIIB，與皮亞傑等學者所提出的年齡有些差距。因此，研究者將進一步以國民小學學生為研究對象，針對該項群測工具進行效度與信度的檢驗。現行國小自然課本第五冊中有介紹平面坐標的單元「指出位置來」，根據教學指引的說明，該單元的教學目標是指導兒童利用直角坐標來描述物體的位置。因此，研究者認為有必要針對國民小學三年級的學生對於該單元的學習進行研究，以瞭解該單元的教學與二維空間概念的關係。
本研究包括兩部份：(1)以個別晤談的方式，進一步檢定二維空間概念群測工具(黃湘武提供；廖德富，民86)的效度。(2)利用二維空間概念群測工具和另行設計的單元學習成就評量，分析三年級學生在「指出位置來」單元的學習成效與二維空間概念的關係。在第二部份的研究中，學生分為實驗組及控制組參與教學實驗，實驗組學生接受「指出位置來」單元的教學，並實施二維空間概念及單元學習成就評量的前、後測。控制組學生僅實施二維空間概念的前、後測，未參與學習活動。實驗組與控制組學生的前、後測實施間隔均約為三個星期。
個別晤談的對象包括國小一至六年級的學生，共41人。參與教學實驗的對象為國小三年級學生，兩組學生各約120人。
研究的主要發現有：(1)「指出位置來」單元教學對於概念階層IIB/IIIA的學生有明顯的改變效果，對於其他概念階層的學生，則無明顯的改變效果。(2)學生的起始二維空間概念，影響其「指出位置來」單元學習的效果，概念階層較高的學生，學習成效明顯優於概念階層較低的學生。(3)本研究所採用的二維空間概念群測工具，具有良好的效度與不錯的信度，能有效判斷學生的二維空間概念階層。