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(gè)核心方面并非與人們的直觀感覺(jué)一致。許多研究表明,學(xué)生對(duì)微觀進(jìn)化中的關(guān)鍵概念,如自然選擇等,持有錯(cuò)誤觀念。文章討論了大學(xué)生對(duì)進(jìn)化樹(shù)的常見(jiàn)錯(cuò)誤觀念,并提出了教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:進(jìn)化樹(shù);概念誤解;教學(xué)注意事項(xiàng)
中圖分類號(hào):G642.0
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
收稿日期:2017-12-31
作者簡(jiǎn)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(guò)去的一年里,我們建立了一個(gè)名為EvoBeaker的模擬軟件,其可以通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)向?qū)W生教授進(jìn)化生物學(xué)。我們?cè)谲浖薪⒘撕暧^進(jìn)化的實(shí)驗(yàn)?zāi)P停密浖锏倪M(jìn)化實(shí)驗(yàn)?zāi)P?,我們能夠找出在大學(xué)生中最容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤觀念。在這里,我們重點(diǎn)闡述了大學(xué)生對(duì)進(jìn)化樹(shù)理解的最常見(jiàn)的誤解,以及在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)對(duì)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(duì)進(jìn)化樹(shù)的誤解
(1)我們反思了在教授進(jìn)化樹(shù)方面的經(jīng)驗(yàn),并且列出了在大學(xué)生中普遍存在的錯(cuò)誤觀念的初步清單。
(2)利用這個(gè)清單,我們開(kāi)發(fā)了可能會(huì)引起這些誤解的書(shū)面問(wèn)題。為了充分激發(fā)學(xué)生的思維過(guò)程,設(shè)計(jì)的問(wèn)題大都是開(kāi)放式的、自由回答的問(wèn)題,每個(gè)問(wèn)題都要求學(xué)生繪制圖表,撰寫(xiě)簡(jiǎn)短的論文,或者提供他們答案的書(shū)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(shū)面測(cè)試版本,征求他們的意見(jiàn)。
(4)為了改進(jìn)和充實(shí)學(xué)生誤解的清單,我們對(duì)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(kāi)放式問(wèn)題的試點(diǎn)測(cè)試。
(5)學(xué)生答復(fù)被用來(lái)修改測(cè)試問(wèn)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(cè)試問(wèn)題。筆試結(jié)束后,我們立即對(duì)這些學(xué)生進(jìn)行采訪,并要求他們用自己的話重述問(wèn)題。利用新收集的學(xué)生們的反饋和信息,我們精簡(jiǎn)了誤解清單的列表,添加或刪除了筆試中的問(wèn)題。因?yàn)樾碌?、未曾預(yù)料的想法總是來(lái)自學(xué)生,而且在這個(gè)過(guò)程中,我們能夠觀察到哪些問(wèn)題更容易引起學(xué)生的誤解。
(7)根據(jù)學(xué)生的書(shū)面答案和口頭解釋,我們選取??了常見(jiàn)的誤解和常用的理?yè)?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(gè)問(wèn)題時(shí)所表達(dá)的不同誤解。
2.驗(yàn)證和數(shù)據(jù)收集程序
完成測(cè)試問(wèn)題的設(shè)計(jì)之后,我們招募了來(lái)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(jiǎn)稱“本地學(xué)生”)參加問(wèn)題的回答,回答過(guò)程大約需要20分鐘。在開(kāi)始預(yù)測(cè)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(shū)中關(guān)于進(jìn)化樹(shù)的描述。在閱讀這些資料后,學(xué)生在閉卷的條件下開(kāi)始單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試。我們還招募了來(lái)自貴州省九所院校的教師對(duì)班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行測(cè)試。我們共收到286名學(xué)生(以下簡(jiǎn)稱“遠(yuǎn)程學(xué)生”)的測(cè)試結(jié)果。與本地學(xué)生一樣,遠(yuǎn)程學(xué)生在測(cè)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(jī)也不計(jì)入正式成績(jī)。參加這項(xiàng)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(shù)錯(cuò)誤概念匹配測(cè)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(shū)面答案和試點(diǎn)訪談中的筆記,將具體的測(cè)試答案與特定的誤解匹配起來(lái)。為了驗(yàn)證這些配對(duì)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(dú)立地將答案與概念誤解配對(duì)。這位同事曾經(jīng)參與過(guò)測(cè)試構(gòu)建,但沒(méi)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(shí)。
二、結(jié)論
1.關(guān)于進(jìn)化樹(shù)的主要誤解
通過(guò)書(shū)面的問(wèn)答,在檢測(cè)后進(jìn)行面談,我們發(fā)現(xiàn)了四個(gè)常見(jiàn)的學(xué)生對(duì)進(jìn)化樹(shù)的誤解。下面列出了這些錯(cuò)誤,以及來(lái)自參與者的書(shū)面或口頭答復(fù),以便展現(xiàn)這些錯(cuò)誤概念的典型例子。
2.對(duì)進(jìn)化樹(shù)時(shí)間流的理解
許多學(xué)生對(duì)進(jìn)化樹(shù)上時(shí)間流的空間表示感到困惑。在閱讀垂直方向的進(jìn)化樹(shù)、時(shí)間從下到上流動(dòng)的時(shí)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(shù)被錨定在左上角的物種上,并假定這個(gè)物種是樹(shù)上其他物種的共同祖先。學(xué)生被要求在進(jìn)化樹(shù)上畫(huà)出表示時(shí)間流逝的箭頭(圖b顯示了正確的繪圖)。例如,當(dāng)被問(wèn)及圖a中節(jié)點(diǎn)種類(P,C,W,N)的生存順序時(shí),一名學(xué)生說(shuō):“古老的動(dòng)物在頂端?!绷硪幻麑W(xué)生說(shuō):“最近的是哺乳動(dòng)物, 是在N,P,C,W之后出現(xiàn)的分支?!碑?dāng)被要求在進(jìn)化樹(shù)上畫(huà)一個(gè)代表時(shí)間的箭頭(問(wèn)題8)時(shí),許多學(xué)生從左到右畫(huà)了一個(gè)水平的箭頭(圖c),其他的畫(huà)了一個(gè)從上到下箭頭,還有學(xué)生畫(huà)了一個(gè)與其中一個(gè)外部分支箭頭平行的箭頭(圖d)。有些學(xué)生甚至畫(huà)了兩個(gè)箭頭,一個(gè)從左到右,另一個(gè)從上到下。同樣,當(dāng)被要求畫(huà)箭頭來(lái)顯示尖端和結(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間方向時(shí),許多學(xué)生從左上角向下畫(huà)箭頭,然后向后向右移動(dòng)(圖c和d)。
3.節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)
有些學(xué)生認(rèn)為,在樹(shù)上的兩個(gè)物種之間一個(gè)路徑的交叉點(diǎn)的數(shù)量表明了它們之間的密切關(guān)系。例如,看圖a的樹(shù),學(xué)生會(huì)說(shuō)海龜與哺乳動(dòng)物的關(guān)系比鱷魚(yú)更密切,因?yàn)楹}敽筒溉閯?dòng)物之間只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(W和N),而龜和鱷魚(yú)之間有三個(gè)(W,C ,P)。在學(xué)生回答這些問(wèn)題的時(shí)候,我們觀察到他們?cè)谟?jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)目,他們的解釋也會(huì)提到節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)。一名學(xué)生解釋說(shuō):“龜?shù)淖嫦龋╓)與哺乳動(dòng)物的祖先相連,而鳥(niǎo)類的祖先則由另一個(gè)祖先(C)隔開(kāi)。”
4.直線等于無(wú)變化
通常,進(jìn)化樹(shù)會(huì)以一條直線起始。這條直線從樹(shù)上的一個(gè)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(huà)的一個(gè)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(shù),對(duì)鱷魚(yú)和鳥(niǎo)類之間的關(guān)系有一個(gè)共同的解釋是“鱷魚(yú)從鳥(niǎo)類進(jìn)化”或“鳥(niǎo)后,鱷魚(yú)出現(xiàn)了”。如果切換鳥(niǎo)類和鱷魚(yú)在圖中的位置,但保留所有的進(jìn)化關(guān)系,學(xué)生會(huì)說(shuō),這顯示出不同的樹(shù),因?yàn)轼B(niǎo)類現(xiàn)在是從鱷魚(yú)演化而來(lái),而不是鱷魚(yú)從鳥(niǎo)類演化而來(lái)。
5.討論
本研究中的大多數(shù)學(xué)生通過(guò)書(shū)面材料、講座,或兩者都接觸過(guò)進(jìn)化樹(shù)的相關(guān)知識(shí)。因此,我們?cè)谶@里確定的關(guān)于進(jìn)化樹(shù)的錯(cuò)誤觀念可能會(huì)相當(dāng)廣泛地存在。同樣,學(xué)生缺乏閱讀和重建進(jìn)化樹(shù)所需的技能,通過(guò)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(yùn)作的基本障礙,因此,教師探索教授樹(shù)思維的工具是非常需要的。
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