三維列印設計在產學界的推廣日增，除了應用於大學及高中職課程外，更以實驗性質被帶入國小課程中；但在課程操作前，應具備認知與空間概念的基礎，方能勝任相關學習，國小學童由於認知發展不同於成人，空間概念的表現更因個人發展或性別而異；因此，此類課程是否適宜全面性讓學童應用學習，實為值得探討的問題。本研究以國小高年級學童手繪空間表現及三維設計能力為觀察向度，進行手繪圖的空間表現實驗，再輔以其三維設計作品加以量化統計分析，以探究兩者之相關性。研究結果顯示：1.手繪空間表現各觀察要項「重疊法、非折疊法、不同基底線、非X光法」彼此皆呈現顯著相關性，並與其整體能力達相關顯著，然以「重疊法」最具觀察代表性；2.三維設計能力各觀察要項「聯集差集交集、放樣、三維環轉、契合」亦彼此呈現相關顯著，並與其整體能力達顯著相關性，其中以「聯集差集交集、三維環轉、契合」能預測三維設計整體能力；3.手繪空間表現整體能力確實能顯著預測學童的三維設計整體能力；4.性別不為影響學童在手繪空間表現及三維設計能力優劣之關鍵因素。本研究希冀此結果，能切實提供教學者未來實施三維設計課程前的能力衡量參考，以利三維設計課程之向下推展。