大学生对进化树的常见误解

李菲

摘 要：進化是生命科学的核心，是每一位生物学大学生必须理解和透彻掌握的课题。然而，进化的几个核心方面并非与人们的直观感觉一致。许多研究表明，学生对微观进化中的关键概念，如自然选择等，持有错误观念。文章讨论了大学生对进化树的常见错误观念，并提出了教学过程中应注意的问题。

关键词：进化树；概念误解；教学注意事项

中图分类号：G642.0

文献标识码：A

收稿日期：2017-12-31

作者简介：李 菲（1985—），男，山东曲阜人，贵州师范大学生命科学学院教师，讲师，研究方向：进化生态学。

在过去的一年里，我们建立了一个名为EvoBeaker的模拟软件，其可以通过模拟实验向学生教授进化生物学。我们在软件包中建立了宏观进化的实验模型，利用软件包里的进化实验模型，我们能够找出在大学生中最容易出现的错误观念。在这里，我们重点阐述了大学生对进化树理解的最常见的误解，以及在教学过程中应对这些误解需要注意的地方。

一、研究方法

1.发现和收集学生对进化树的误解

（1）我们反思了在教授进化树方面的经验，并且列出了在大学生中普遍存在的错误观念的初步清单。

（2）利用这个清单，我们开发了可能会引起这些误解的书面问题。为了充分激发学生的思维过程，设计的问题大都是开放式的、自由回答的问题，每个问题都要求学生绘制图表，撰写简短的论文，或者提供他们答案的书面解释。

（3）我们向华中师范大学的一些专家（进化生物学家）提交了草拟的书面测试版本，征求他们的意见。

（4）为了改进和充实学生误解的清单，我们对34名贵州师范大学生命科学学院大学生进行了初步的开放式问题的试点测试。

（5）学生答复被用来修改测试问题和误解清单。

（6）另外募集10名大学生，要求他们解答不同版本的测试问题。笔试结束后，我们立即对这些学生进行采访，并要求他们用自己的话重述问题。利用新收集的学生们的反馈和信息，我们精简了误解清单的列表，添加或删除了笔试中的问题。因为新的、未曾预料的想法总是来自学生，而且在这个过程中，我们能够观察到哪些问题更容易引起学生的误解。

（7）根据学生的书面答案和口头解释，我们选取??了常见的误解和常用的理据和措辞，构建了多种选择答案，这些答案反映了学生在回答每个问题时所表达的不同误解。

2.验证和数据收集程序

完成测试问题的设计之后，我们招募了来自贵州师范大学生命科学学院的124名学生（以下简称“本地学生”）参加问题的回答，回答过程大约需要20分钟。在开始预测试之前，参与的本地学生可以阅读一本经典的生物学教科书中关于进化树的描述。在阅读这些资料后，学生在闭卷的条件下开始单独进行测试。我们还招募了来自贵州省九所院校的教师对班级的学生进行测试。我们共收到286名学生（以下简称“远程学生”）的测试结果。与本地学生一样，远程学生在测试前进行了预先阅读，考试不由学生的教授打分，成绩也不计入正式成绩。参加这项研究的所有学生都必须至少参与一次关于进化生物学的大学水平的讲座。

为了给特定的进化树错误概念匹配测试答案，进行了大部分初始学生访谈的一位研究者使用了10名学生的书面答案和试点访谈中的笔记，将具体的测试答案与特定的误解匹配起来。为了验证这些配对的答案和概念误解，另一位具有研究和教授进化生物学（Herron）经历的同事独立地将答案与概念误解配对。这位同事曾经参与过测试构建，但没有参加学生访谈。然后这两位作者讨论他们间的差异，并达成共识。

二、结论

1.关于进化树的主要误解

通过书面的问答，在检测后进行面谈，我们发现了四个常见的学生对进化树的误解。下面列出了这些错误，以及来自参与者的书面或口头答复，以便展现这些错误概念的典型例子。

2.对进化树时间流的理解

许多学生对进化树上时间流的空间表示感到困惑。在阅读垂直方向的进化树、时间从下到上流动的时候，学生们常常认为，现存物种横向排列的顺序是有含义的，并假设较古老的物种在左边，而较新的物种在右边。学生也经常认为树被锚定在左上角的物种上，并假定这个物种是树上其他物种的共同祖先。学生被要求在进化树上画出表示时间流逝的箭头（图b显示了正确的绘图）。例如，当被问及图a中节点种类（P，C，W，N）的生存顺序时，一名学生说：“古老的动物在顶端。”另一名学生说：“最近的是哺乳动物， 是在N，P，C，W之后出现的分支。”当被要求在进化树上画一个代表时间的箭头（问题8）时，许多学生从左到右画了一个水平的箭头（图c），其他的画了一个从上到下箭头，还有学生画了一个与其中一个外部分支箭头平行的箭头（图d）。有些学生甚至画了两个箭头，一个从左到右，另一个从上到下。同样，当被要求画箭头来显示尖端和结点之间的时间方向时，许多学生从左上角向下画箭头，然后向后向右移动（图c和d）。

3.节点计数

有些学生认为，在树上的两个物种之间一个路径的交叉点的数量表明了它们之间的密切关系。例如，看图a的树，学生会说海龟与哺乳动物的关系比鳄鱼更密切，因为海龟和哺乳动物之间只有两个节点（W和N），而龟和鳄鱼之间有三个（W，C ，P）。在学生回答这些问题的时候，我们观察到他们在计算节点的数目，他们的解释也会提到节点计数。一名学生解释说：“龟的祖先（W）与哺乳动物的祖先相连，而鸟类的祖先则由另一个祖先（C）隔开。”

4.直线等于无变化

通常，进化树会以一条直线起始。这条直线从树上的一个共同祖先延伸到其中一条尖端，其他物种从这条直线上分叉。这是绘画的一个漏洞，很多学生把它理解为直线尖端的物种是其他分支的祖先。看试题（10—14）的目标树，对鳄鱼和鸟类之间的关系有一个共同的解释是“鳄鱼从鸟类进化”或“鸟后，鳄鱼出现了”。如果切换鸟类和鳄鱼在图中的位置，但保留所有的进化关系，学生会说，这显示出不同的树，因为鸟类现在是从鳄鱼演化而来，而不是鳄鱼从鸟类演化而来。

5.讨论

本研究中的大多数学生通过书面材料、讲座，或两者都接触过进化树的相关知识。因此，我们在这里确定的关于进化树的错误观念可能会相当广泛地存在。同样，学生缺乏阅读和重建进化树所需的技能，通过中学和中学后的大学生物学教学仍然存在，这些误解是理解进化如何运作的基本障碍，因此，教师探索教授树思维的工具是非常需要的。

参考文献：

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