3D 繪圖教學對學生空間能力與表徵能力影響之研究

研究生：楊謦鮫
指導教授：張玉山

中文摘要

本研究旨在探討3D 繪圖教學對學生空間能力與表徵能力的影響，
以提供日後推動3D 繪圖應用教學之參考。研究者以實驗研究法之「不
等組前後測準實驗設計」，以臺北市某高中一年級學生為研究對象，共計
二百一十五位學生，接受為期八週十六堂課的實驗課程，實驗組以3D 繪
圖教學方式授課，對照組以傳統講述式教學方式授課。
研究工具包含「空間能力量表」及「表徵能力量表」。所得到的資料
採用單因子共變數分析。本研究主要發現如下：
1. 3D 繪圖教學對學生的立體旋轉空間定位能力有正面效果。
2. 3D 繪圖教學對學生的平面旋轉空間定位能力有正面效果。
3. 3D 繪圖教學對學生的圖形對應空間視覺能力有正面效果。
4. 3D 繪圖教學對學生的表面相交線形成空間感觀能力有正面效果。
5. 3D 繪圖教學對學生圖像表徵能力有正面效果。
6. 3D 繪圖教學對學生符號表徵能力沒有正面效果。
最後，本研究根據研究發現，提出建議事項，供相關單位人員在教
學應用及後續學術研究之參考。
關鍵詞：3D 繪圖、空間能力、表徵能力。

The purpose of this research was to examine effects of 3D CAD teaching on students’ spatial ability and representational ability.
A nonequivalent quasi-experimental and pretest-posttest research design was adapted in this research. The research subjects were 215 high school students in Taipei. The teaching experiment was conducted for a period of eight weeks sixteen lesson courses. The experimental group employed 3D CAD teaching as the teaching strategy. The control group, on the other hand, had a conventional teaching method. The research instruments included ‘Spatial Ability Scale’ and ‘Representational Ability Scale’. The ANOVA was used to analyze data collected in this research. Those main findings of this research were as follows:
1. 3D CAD teaching has a positive effect on participant students’ rotating three-dimensional spatial orientation ability.
2. 3D CAD teaching has a positive effect on participant students’ plane rotation spatial orientation ability.
3. 3D CAD teaching has a positive effect on participant students’ design correspondence spatial visualization ability.
4. 3D CAD teaching has a positive effect on participant students’ forming space surface intersection line sensory ability.
According to the findings of this research, recommendations for teaching practice application and future studies were proposed as well.
Keywords：3D CAD、spatial ability、representational ability

一、中文部份
王信翔（2013）。《致幻》 3D 電腦繪圖與超現實影像之研究創作。（未出
版之碩士論文）。國立臺灣藝術大學，新北市。
吉同凱（2012）。3D 電腦遊戲玩家空間能力與尋路策略對地標使用與空
間知識之影響。（未出版之碩士論文）。國立交通大學，新竹市。
何縕琪、林清山（1994）。表徵策略教學對提升國小低解題正確率學生解
題表現之效果研究。教育心理學報，27，259-279。
何曜名（2008）。3 D 建模方式在鋼結構施工圖製作之應用。（未出版之
碩士論文）。國立高雄應用大學，高雄市。
余淳銘（2007）。網路繪圖留言板應用於國小電腦繪圖之教學策略研究
---以OekakiBBS 網路繪圖留言板為例。（未出版之碩士論文）。國
立新竹教育大學，新竹市。
吳育昇（2001）。電腦輔助建築製圖能力本位訓練教材－電腦繪圖軟體介
紹。中華民國職業訓練研究發展中心（編號：SCD-A2D0902），取自
http://www.vtu.wda.gov.tw/admin/abilityFront.do?act=load&materialId
=null&countName=pdf&countId=5994&attName=uploadFile/material/
5994/902.pdf
呂美惠，趙世範、荊溪昱（2011）。3D電腦輔助繪圖應用於國小生活科
技課程之可行性研究，工業科技教育學刊，4，33-40。
李宏鎰（2009）。認字困難學童之文字表徵。中華心理衛生學刊，22（1），
51-66。
李金泉 (1993)。SPSS/PC 實務與應用統計分析。臺北市：松崗。
李思欣、趙品灃、陳貞妤（2010）運用創造力教學進行電腦繪圖創作歷
91
程之初探。立德學報，7（2），24-38。
周立倫（2008a）。造形描述科技與創意設計。生活科技教育。41（1），
1-1。
周立倫（2008b）。推薦一個適合於中學生活科技課程學習及使用的 3D
繪圖軟體-Rhinoceros 4.0。 生活科技教育，41（1），2-11。
周長發（譯）（2005）。計算機圖形學幾何工具算法詳解-Geometric Tools
for Computeric Graphic（原作者：P. J. Schneider 與D. H. Eberly）。
臺北市：雄師圖書股份有限公司。（原著出版年：2002）
孟慶東（2012）。國中視覺藝術課程進行電腦繪圖教學之個案研究。（未
出版之碩士論文）。國立彰化師範大學，彰化市。
林俊宏（2003）。投影幾何之電腦輔助教學設計與成效研究。（未出版之
碩士論文）。大同大學，臺北市。
林義斌（2007）。電腦輔助設計實體建模表現與空間能力關係之研究。（未
出版之碩士論文）國立臺灣師範大學，臺北市。
林漢裕、李玉琇（2010）。空間短期記憶，空間工作記憶與空間能力對
圖學表現的影響。設計學報，15（4），1-18。
林漢裕、李玉琇、陳垣長（2012）。探討指長比和空間能力的關係。設
計學報，17(1)，25-40。
林輝鐸、莊桓綺、陳怡琴、羅珮妤、鄭郁蝶（2010）。3D 動畫學習環境
-以電腦程式語言學習對比學習時間與學習成效之研究。全球商業經
營管理學報，2，45-54。
洪明顯（2014）互動式 3D 電腦輔助教學應用於正投影視圖。（未出版之
碩士論文）。國立臺中科技大學，臺中市。
翁崇基、鐘世凱（2009）。電腦繪圖中 3D 建模技術之可塑性分類-以造
形藝術中立體造形形式為例。藝術論文集刊，12，29-59。
92
康鳳梅（2002）。高工學生空間能力指標建構之研究。行政院國家科學委
員會補助專案研究計畫報告（編號: NSC-91-2516-S-003-007），未出
版。
康鳳梅（2003）。高工學生空間能力指標建構之研究。行政院國家科學委
員會補助專題研究計畫（編號：NSC91-2516-S-003-007），未出版。
康鳳梅（2006）。高中職學生空間能力提昇之研究。行政院國家科學委員
會專題研究計畫成果報告（編號：NSC 94-2516-S-003 -006-），未出
版。
康鳳梅、戴文雄、李金泉、吳煥昌、簡慶郎、陳憲章（2001）。機械製圖
交線與展開提昇學生空間能力之研究。第十六屆全國技術及職業教
育研討會論文，313-322。
康鳳梅、鍾瑞國（1998）。我國大學機械相關系學生工程圖學剖視圖解題
歷程之研究。行政院國科會補助專題研究計畫，未出版。
康鳳梅、簡慶郎、詹秉鈞（2003）。工程圖交線電腦化創意教材提昇學生
空間能力之研究。師大學報，48（2），225-238。
張哲豪（2011）。桃園縣國中學生二度空間能力之研究－以平移、對稱、
旋轉、縮放為例。（未出版之碩士論文）。中原大學，桃園市。
張國徵（2004）。數位造形於視覺傳達設計之應用研究。（未出版之碩士
論文）。國立臺灣師範大學，臺北市。
張熙明（2003）。國小五年級學童分數表徵教學之研究。（未出版之碩士
論文）。國立嘉義大學，嘉義市。
莊振中（2004）。製圖科學生應用 3D 電腦繪圖軟體學習立體圖在空間
能力表現之研究。（未出版之碩士論文）。國立臺灣師範大學，臺北
市。
郭春在、卓素慧（2008）。從認知發展觀點探討幼兒教具設計原則之研究。
93
應用藝術與設計學報，3，27-36。
陳大鋼（2004）。神工鬼斧-3D 模型的最佳化建立。中國北京市：機械工
業出版社。
陳李綢（1984）。表徵方式與教學策略對國小學生認知發展的成就研究。
（未出版之碩士論文）。國立臺灣師範大學，臺北市。
陳李綢（1985）。布魯納理論應用於中小學生認知學習的成效研究。教育
心理學刊，18，191-228。
陳李綢（1986）。國中學生認知能力與創造力的關係研究。教育心理學報，
19，85-104。
陳怡君（2005）。電腦繪圖課程網路教學現況及相關問題之研究。（未出
版之碩士論文）。國立高雄師範大學，高雄市。
陳俊良（2008）。電腦繪圖競賽平臺之應用。（未出版之碩士論文）。國
立臺東大學，臺東市。
陳奕翰（2013）。樂高積木教學對國小五年級學童提升空間能力之相關研
究。（未出版之碩士論文）。國立臺灣藝術大學。新北市。
陳偉民（2010）。不同空間能力學生使用 3D 繪圖軟體對創意表現影響
之研究。（未出版之碩士論文）。國立臺灣師範大學。臺北市。
陳雪美（譯）（1999）。快速3D 繪圖演算法-Fast Algorithms for 3Dgraphics
（原作者：G. Glaeser）。臺北市：和碩科技。（原著出版年：1995）
陳霈頡、楊德清（2005）。數學表徵應用在教學上的探究。（未出版之碩
士論文）。國立嘉義大學。嘉義市。
陳霈頡、楊德清（2005）。數學表徵應用在教學上的探究。科學教育研究
與發展季刊，40，48-61。
曾俊豪（2005）。空間能力、視角以及情緒因素對3D 電腦遊戲玩家於尋
路行為中認知資源分配之影響。（未出版之碩士論文）。國立交通
94
大學，新竹市。
傳粹馨(2002)。信度、Aplha 係數與相關議題之研究。教育學刊，18，163-
184。
楊志偉（2013）。以Google SketchUp 進行國中正投影圖學學習成效之研
究。（未出版之碩士論文）。國立臺灣師範大學。臺北市。
楊凱翔、葉淑珍、寧君譚（2014）。建立立體心像教學活動之國小體積課
程設計本位研究。人文社會學報，10（3），225-252。
詹秉鈞（2002)。以電腦輔助教材進行交線與展開圖教學對學生學習表現
之研究。（未出版之碩士論文）。國立臺灣師範大學，臺北市。
詹婉約（2010）。中學生的視覺表徵能力與分子概念理解之探究。（未出
版之碩士論文）。國立臺灣師範大學，臺北市。
廖于翔（2013）。不同顯示介面下,不同學科背景的高中生之空間能力差
異研究。（未出版之碩士論文）。國立高雄師範大學，高雄市。
趙世範（2012）。基於圖學原理量化心像旋轉空間維度之實徵研究。（未
出版之博士論文）。國立高雄師範大學，高雄市。
劉伊祝（2007）。從認知發展理論淺談小五因數與倍數單元之學習策略。
國教之友，60（1），54-59。
劉冠吟（2004）。3D 動畫角色造形設計運用於視覺構成之表現與研究。
（未出版之碩士論文）。國立臺灣師範大學，臺北市。
歐勝文、涂永祥（2009）。電腦輔助設計軟體之教學問題研究－以
Pro/ENGINEER 為例。（未出版之碩士論文）。大同大學，臺北市。
潘玉華（2003）。電子遊戲專家與生手之表現差異研究。（未出版之碩士
論文）。國立交通大學，新竹市。
蔡宛君（2013）。應用樂高LDD 軟體教學對國小高年級學童空間旋轉能
力學習之研究。（未出版之碩士論文）。開南大學，桃園市。
95
蔡婉琪（2009）。電腦繪圖教學課程設計對國小學童數位視覺藝術創作之
影響。（未出版之碩士論文）。嶺東科技大學，台中市。
蔡須全（2003）。高職學生室內設計3D 電腦繪圖作品評量指標建構之研
究。（未出版之碩士論文）。國立臺北科技大學，臺北市。
鄧成連（2009）。平面設計教育之電腦繪圖教學研究。設計學報，2（2），
21-36。
鄭兆明（2006）。3D 視覺模型在國中生活科技圖學教學成效研究。（未
出版之碩士論文）。國立高雄師範大學，高雄市。
鄭海蓮、陳世玉（2007）。標準化空間能力測驗之建模與驗證。教育研究
與發展期刊，3（4），181-215。
鄭海蓮、陳世玉（2007)。標準化空間能力測驗之建模與驗證。教育研究
與發展期刊，3(4)，181-216。
遲銘仁（2013）。運用Google SketchUp 提升學童學習複合形體體積「切
割」與「填補」能力之行動研究。（未出版之碩士論文）。國立臺
東大學，臺東縣。
戴文雄（1992）。高工學生認知型認態與空間觀念對機械製圖學習成效與
態度之研究。高雄市：復文書局。
戴文雄（1998）。不同正增強回饋刑事電腦輔助學習系統對不同認知型態
與空間能力之高工學生機械製圖學習成效之研究。行政院國科會補
助專題研究計畫（編號：NSC86-2516-S018-010-TG）。未出版。
韓承靜、洪蘭、蔡介立（2000）。心像旋轉中之心智表徵特性－探討圖形
複雜度與整合性的影響。教育心理學報，41（3），551-578。
簡瑞榮、張億涵（2004）。3D MAYA 軟體在藝術與設計之應用與教學
之研究。數位藝術教育網路期刊，6。取自
http://www.aerc.nhcue.edu.tw/journal/journal6/3D.pdf
96
魏春蓮（2005）。科技融入國小四年級學童立體展開圖學習之研究。（未
出版之碩士論文）。國立臺北教育大學，臺北市。
羅逸文（2012）。不同的輔助教學方式對 [電腦輔助設計與製造] 課程教
學之學習成效探討。（未出版之碩士論文）。國立成功大學，臺南
市。
97
二、英文部份
Allen, G., L. (1999). Spatial abilities, cognitive maps, and wayfinding: bases
for individual differences in spatial cognition and behavior. In R. G.
Golledge (Ed.), Wayfinding Behavior: Cognitive Mapping and Other
Spatial Processes (pp. 46-80). Baltimore, MD: Johns Hopkins Press.
Ault, H. K. (2003). A comparison of solid modeling curriculum approaches.
In American Society for Engineering Education Annual Conference and
Exposition conference proceedings. Retrieved September (Vol. 14, p.
2005).
Baki, A., Kosa, T., & Guven, B. (2011). A comparative study of the effects of
using dynamic geometry software and physical manipulatives on the
spatial visualisation skills of pre‐service mathematics teachers. British
Journal of Educational Technology, 42(2), 291-310.
Black, A. A.（2005）. Spatial ability and earth science conceptual
understanding. Journal of Geoscience Education. 53(4), 402-414。
Bruner, J. S. (1966). Toward a theory of instruction. Cambridge, MA: Harvard
University.
Bruner, J. S. (1970). Structures in Learning, In Hass, G. et al. (Ed.), Readings
in Curriculum, 0, Boston: Allyn and Bacon.
Contero, M., Naya, D., Company, P., & Saorín, J. L. (2006). Learning
supporttools for developing spatial abilities in engineering design.
International Journal of Engineering Education, 22(3), 470–477.
Dewey, J. (1986). How we think. In J. Dewey (Ed.), The later works, 1925-
1953(8). Carbondale & Edwardsville: Southern Illinois University Press.
Gay, L. R. (1992). Educational research competencies for analysis and
application. NY: Macmillan.
Gorgorio, N. (1998). Exploring the functionality of visual and non-visual
98
strategies in solving rotation problems. Educational Studies in
Mathematics, 35, 207-231.
Kurtulus, A. (2011). Effect of Computer-aided perspective drawings on spatial
orientation and perspective drawing achievement. Turkish Online
Journal of Educational Technology-TOJET, 10(4), 138-147.
Lesh, R. (1979). Mathematical learning disabilities: Considerations for
identification,diagnosis, and remediation. In R. Lesh, D. Mierkiewicz, &
M. G. Kantowski (Eds.). Applied mathematical problem solving.
Columbus, 111-180. OH: ERIC/SMEAC.
Lien, J. M. (2008). Covering Minkowski sum boundary using points with
applications. Computer Aided Geometric Design, 25(8), 652-666.
Lohman, D. F. (1988). Spatial abilities as traits, processes and knowledge. In
R. J. Sternberg (Eds.), Advances in the psychology of human intelligence
(pp. 181-248). Hillsdale, NJ: Erlbaum.
Martin-Dorta, N., Sanchez-Berriel, I., Bravo, M., Hernandez, J., Saorin, J. L.,
& Contero, M. (2014). Virtual Blocks: a serious game for spatial ability
improvement on mobile devices. Multimedia Tools and Applications,
73(3), 1575-1595.
Martín‐Dorta, N., Saorín, J. L., & Contero, M. (2008). Development of a fast
remedial course to improve the spatial abilities of engineering students.
Journal of Engineering Education, 97(4), 505-513.
Martín-Gutiérrez, J., Saorín, J. L., Contero, M., Alcañiz, M., Pérez-López, D.
C., & Ortega, M. (2010). Design and validation of an augmented book
for spatial abilities development in engineering students. Computers &
Graphics, 34(1), 77-91.
Marunic, G., & Glazar, V. (2013). Spatial ability through engineering graphics
education. International Journal of Technology and Design Education,
23(3), 703-715.
99
McGarr, O., & Seery, N. (2011). Parametric Pedagogy: Integrating parametric
CAD in Irish post-primary schools. Design and Technology Education:
an International Journal, 16(2).
Nadeau, D. R. (2000). Volume scene graphs. In Proceedings of the 2000 IEEE
symposium on Volume visualization (pp. 49-56). ACM.
Onyancha, R. M., Derov, M., & Kinsey, B. L. (2009). Improvements in Spatial
Ability as a Result of Targeted Training and Computer‐Aided Design
Software Use: Analyses of Object Geometries and Rotation Types.
Journal of Engineering Education, 98(2), 157-167.
Rafi, A., Anuar, K., Samad, A., Hayati, M., & Mahadzir, M. (2005). Improving
spatial ability using a Web-based Virtual Environment (WbVE).
Automation in construction, 14(6), 707-715.
Sorby, S. A. (2009). Developing 3-D spatial visualization skills. Engineering
Design Graphics Journal, 63(2).
Sternberg, R. J. (2009). Cognitive Psychology (5th ed). Belmont,
CA: Wadsworth.
Thurstone, L. L. (1938). Primary mental abilities. Chicago, IL: University of
Chicago Press.
Tsai, P. S., & Huang, L. L. (2014). Usability Analyses of Interactive Children’s
iPad StoryBook. In HCI International 2014-Posters’ Extended Abstracts
(pp. 643-648). Berlin Heidelberg: Springer .
Yu, H., Noordin, S. A., Mokhtar, S. A., & Abrizah, A. (2010/2011). Integrating
informationliteracy instruction (ILI) through resource-based school
projects: An interpretive exploration. Education for Information, 28(2/4),
247-268.
Zhang, D.（2012, January）. Application Research on Computer Aided
Design of Environmental Art Design Teaching. In Advanced Technology
in Teaching-Proceedings of the 2009 3rd International Conference on
100
Teaching and Computational Science (WTCS 2009) (pp. 317-322).
[Adobe Reader XI]. Retrieved from
http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-11276-8_40