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        大學(xué)生對進(jìn)化樹的常見誤解

        2018-06-02 17:14:06李菲
        教師·中 2018年4期
        關(guān)鍵詞:進(jìn)化樹

        李菲

        摘 要:進(jìn)化是生命科學(xué)的核心,是每一位生物學(xué)大學(xué)生必須理解和透徹掌握的課題。然而,進(jìn)化的幾個核心方面并非與人們的直觀感覺一致。許多研究表明,學(xué)生對微觀進(jìn)化中的關(guān)鍵概念,如自然選擇等,持有錯誤觀念。文章討論了大學(xué)生對進(jìn)化樹的常見錯誤觀念,并提出了教學(xué)過程中應(yīng)注意的問題。

        關(guān)鍵詞:進(jìn)化樹;概念誤解;教學(xué)注意事項

        中圖分類號:G642.0

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        收稿日期:2017-12-31

        作者簡介:李 菲(1985—),男,山東曲阜人,貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教師,講師,研究方向:進(jìn)化生態(tài)學(xué)。

        在過去的一年里,我們建立了一個名為EvoBeaker的模擬軟件,其可以通過模擬實驗向?qū)W生教授進(jìn)化生物學(xué)。我們在軟件包中建立了宏觀進(jìn)化的實驗?zāi)P停密浖锏倪M(jìn)化實驗?zāi)P?,我們能夠找出在大學(xué)生中最容易出現(xiàn)的錯誤觀念。在這里,我們重點闡述了大學(xué)生對進(jìn)化樹理解的最常見的誤解,以及在教學(xué)過程中應(yīng)對這些誤解需要注意的地方。

        一、研究方法

        1.發(fā)現(xiàn)和收集學(xué)生對進(jìn)化樹的誤解

        (1)我們反思了在教授進(jìn)化樹方面的經(jīng)驗,并且列出了在大學(xué)生中普遍存在的錯誤觀念的初步清單。

        (2)利用這個清單,我們開發(fā)了可能會引起這些誤解的書面問題。為了充分激發(fā)學(xué)生的思維過程,設(shè)計的問題大都是開放式的、自由回答的問題,每個問題都要求學(xué)生繪制圖表,撰寫簡短的論文,或者提供他們答案的書面解釋。

        (3)我們向華中師范大學(xué)的一些專家(進(jìn)化生物學(xué)家)提交了草擬的書面測試版本,征求他們的意見。

        (4)為了改進(jìn)和充實學(xué)生誤解的清單,我們對34名貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院大學(xué)生進(jìn)行了初步的開放式問題的試點測試。

        (5)學(xué)生答復(fù)被用來修改測試問題和誤解清單。

        (6)另外募集10名大學(xué)生,要求他們解答不同版本的測試問題。筆試結(jié)束后,我們立即對這些學(xué)生進(jìn)行采訪,并要求他們用自己的話重述問題。利用新收集的學(xué)生們的反饋和信息,我們精簡了誤解清單的列表,添加或刪除了筆試中的問題。因為新的、未曾預(yù)料的想法總是來自學(xué)生,而且在這個過程中,我們能夠觀察到哪些問題更容易引起學(xué)生的誤解。

        (7)根據(jù)學(xué)生的書面答案和口頭解釋,我們選取??了常見的誤解和常用的理據(jù)和措辭,構(gòu)建了多種選擇答案,這些答案反映了學(xué)生在回答每個問題時所表達(dá)的不同誤解。

        2.驗證和數(shù)據(jù)收集程序

        完成測試問題的設(shè)計之后,我們招募了來自貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的124名學(xué)生(以下簡稱“本地學(xué)生”)參加問題的回答,回答過程大約需要20分鐘。在開始預(yù)測試之前,參與的本地學(xué)生可以閱讀一本經(jīng)典的生物學(xué)教科書中關(guān)于進(jìn)化樹的描述。在閱讀這些資料后,學(xué)生在閉卷的條件下開始單獨進(jìn)行測試。我們還招募了來自貴州省九所院校的教師對班級的學(xué)生進(jìn)行測試。我們共收到286名學(xué)生(以下簡稱“遠(yuǎn)程學(xué)生”)的測試結(jié)果。與本地學(xué)生一樣,遠(yuǎn)程學(xué)生在測試前進(jìn)行了預(yù)先閱讀,考試不由學(xué)生的教授打分,成績也不計入正式成績。參加這項研究的所有學(xué)生都必須至少參與一次關(guān)于進(jìn)化生物學(xué)的大學(xué)水平的講座。

        為了給特定的進(jìn)化樹錯誤概念匹配測試答案,進(jìn)行了大部分初始學(xué)生訪談的一位研究者使用了10名學(xué)生的書面答案和試點訪談中的筆記,將具體的測試答案與特定的誤解匹配起來。為了驗證這些配對的答案和概念誤解,另一位具有研究和教授進(jìn)化生物學(xué)(Herron)經(jīng)歷的同事獨立地將答案與概念誤解配對。這位同事曾經(jīng)參與過測試構(gòu)建,但沒有參加學(xué)生訪談。然后這兩位作者討論他們間的差異,并達(dá)成共識。

        二、結(jié)論

        1.關(guān)于進(jìn)化樹的主要誤解

        通過書面的問答,在檢測后進(jìn)行面談,我們發(fā)現(xiàn)了四個常見的學(xué)生對進(jìn)化樹的誤解。下面列出了這些錯誤,以及來自參與者的書面或口頭答復(fù),以便展現(xiàn)這些錯誤概念的典型例子。

        2.對進(jìn)化樹時間流的理解

        許多學(xué)生對進(jìn)化樹上時間流的空間表示感到困惑。在閱讀垂直方向的進(jìn)化樹、時間從下到上流動的時候,學(xué)生們常常認(rèn)為,現(xiàn)存物種橫向排列的順序是有含義的,并假設(shè)較古老的物種在左邊,而較新的物種在右邊。學(xué)生也經(jīng)常認(rèn)為樹被錨定在左上角的物種上,并假定這個物種是樹上其他物種的共同祖先。學(xué)生被要求在進(jìn)化樹上畫出表示時間流逝的箭頭(圖b顯示了正確的繪圖)。例如,當(dāng)被問及圖a中節(jié)點種類(P,C,W,N)的生存順序時,一名學(xué)生說:“古老的動物在頂端?!绷硪幻麑W(xué)生說:“最近的是哺乳動物, 是在N,P,C,W之后出現(xiàn)的分支。”當(dāng)被要求在進(jìn)化樹上畫一個代表時間的箭頭(問題8)時,許多學(xué)生從左到右畫了一個水平的箭頭(圖c),其他的畫了一個從上到下箭頭,還有學(xué)生畫了一個與其中一個外部分支箭頭平行的箭頭(圖d)。有些學(xué)生甚至畫了兩個箭頭,一個從左到右,另一個從上到下。同樣,當(dāng)被要求畫箭頭來顯示尖端和結(jié)點之間的時間方向時,許多學(xué)生從左上角向下畫箭頭,然后向后向右移動(圖c和d)。

        3.節(jié)點計數(shù)

        有些學(xué)生認(rèn)為,在樹上的兩個物種之間一個路徑的交叉點的數(shù)量表明了它們之間的密切關(guān)系。例如,看圖a的樹,學(xué)生會說海龜與哺乳動物的關(guān)系比鱷魚更密切,因為海龜和哺乳動物之間只有兩個節(jié)點(W和N),而龜和鱷魚之間有三個(W,C ,P)。在學(xué)生回答這些問題的時候,我們觀察到他們在計算節(jié)點的數(shù)目,他們的解釋也會提到節(jié)點計數(shù)。一名學(xué)生解釋說:“龜?shù)淖嫦龋╓)與哺乳動物的祖先相連,而鳥類的祖先則由另一個祖先(C)隔開?!?/p>

        4.直線等于無變化

        通常,進(jìn)化樹會以一條直線起始。這條直線從樹上的一個共同祖先延伸到其中一條尖端,其他物種從這條直線上分叉。這是繪畫的一個漏洞,很多學(xué)生把它理解為直線尖端的物種是其他分支的祖先??丛囶}(10—14)的目標(biāo)樹,對鱷魚和鳥類之間的關(guān)系有一個共同的解釋是“鱷魚從鳥類進(jìn)化”或“鳥后,鱷魚出現(xiàn)了”。如果切換鳥類和鱷魚在圖中的位置,但保留所有的進(jìn)化關(guān)系,學(xué)生會說,這顯示出不同的樹,因為鳥類現(xiàn)在是從鱷魚演化而來,而不是鱷魚從鳥類演化而來。

        5.討論

        本研究中的大多數(shù)學(xué)生通過書面材料、講座,或兩者都接觸過進(jìn)化樹的相關(guān)知識。因此,我們在這里確定的關(guān)于進(jìn)化樹的錯誤觀念可能會相當(dāng)廣泛地存在。同樣,學(xué)生缺乏閱讀和重建進(jìn)化樹所需的技能,通過中學(xué)和中學(xué)后的大學(xué)生物學(xué)教學(xué)仍然存在,這些誤解是理解進(jìn)化如何運作的基本障礙,因此,教師探索教授樹思維的工具是非常需要的。

        參考文獻(xiàn):

        [1]Anderson DL,F(xiàn)isher KM,Norman GJ.Development and evaluation of the conceptual inventory of natural selection[J].Journal of Research in Science Teaching,2002,39(10):952-978.

        [2]Baum DA,Smith SD,Donovan SS.Evolution.The tree-thinking challenge.[J].Science,2005,310(5750):979-980.

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