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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