基于心理旋轉(zhuǎn)的小學(xué)生物進(jìn)化樹(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

孔 藝,王 蕾,倪錦月

一、引言

進(jìn)化樹(shù),又稱系統(tǒng)發(fā)育樹(shù),它以樹(shù)狀分支圖的形式展現(xiàn)了地球上物種的進(jìn)化歷程以及親緣關(guān)系,[1]是達(dá)爾文共同祖先說(shuō)的直接體現(xiàn),即地球上所有現(xiàn)存物種具有共同祖先,物種之間的親緣關(guān)系體現(xiàn)為呈輻射狀串起的進(jìn)化樹(shù)。[2]讀懂進(jìn)化樹(shù)是真正理解生物進(jìn)化的必要條件。[3]小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中列出的學(xué)習(xí)生物分類、了解動(dòng)物與植物之間的相互關(guān)系以及認(rèn)識(shí)生物的多樣性等均是生物進(jìn)化的重要內(nèi)容。[4]然而生物進(jìn)化的教學(xué)內(nèi)容較為抽象,僅通過(guò)教師的講解和教材中各種實(shí)例和圖片的呈現(xiàn),很難真正幫助學(xué)生進(jìn)一步理解生物進(jìn)化。[5]引入進(jìn)化樹(shù)的教學(xué)一方面可以幫助學(xué)生組織生物多樣性的知識(shí)框架,[6]另一方面通過(guò)進(jìn)化樹(shù)這種形象和直觀的形式可以促進(jìn)學(xué)生理解生物進(jìn)化的本質(zhì),有助于學(xué)生形成科學(xué)的思維方式、樹(shù)立科學(xué)的世界觀。[7]

我國(guó)關(guān)于進(jìn)化樹(shù)教學(xué)方面的研究較少,目前已有研究者關(guān)注到解讀進(jìn)化樹(shù)需要根據(jù)共同祖先的原則,[8]呼吁重視解讀進(jìn)化樹(shù)所需要的“樹(shù)式思維”對(duì)進(jìn)化論教育的作用,[9]然而當(dāng)前我國(guó)尚未重視進(jìn)化樹(shù)在生物進(jìn)化教學(xué)中的重要作用。為幫助小學(xué)生真正理解生物進(jìn)化,依據(jù)當(dāng)前進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的研究成果,本研究制定了適用于小學(xué)階段的進(jìn)化樹(shù)教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和教學(xué)策略,并采用單組前后測(cè)設(shè)計(jì)檢驗(yàn)其教學(xué)效果,以期為小學(xué)階段開(kāi)展進(jìn)化樹(shù)教學(xué)提供參考。

二、小學(xué)進(jìn)化樹(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(一)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/h3>

本研究采用單組前后測(cè)設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)的自變量為基于心理旋轉(zhuǎn)的教學(xué)活動(dòng),因變量為學(xué)生的測(cè)驗(yàn)成績(jī)。實(shí)驗(yàn)程序分為四步:第一,對(duì)所有參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行第一次測(cè)驗(yàn);第二,對(duì)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生開(kāi)展進(jìn)化樹(shù)教學(xué),對(duì)照組學(xué)生不參與教學(xué);第三,對(duì)所有參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生采用同套測(cè)驗(yàn)卷進(jìn)行第二次測(cè)驗(yàn);第四,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,檢測(cè)基于心理旋轉(zhuǎn)的進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的教學(xué)效果。

(二)實(shí)驗(yàn)樣本

本研究選取東南部某市兩所市屬公立學(xué)校M小學(xué)和Q小學(xué)5—6年級(jí)的小學(xué)生,以班級(jí)為單位參與實(shí)驗(yàn)。為控制無(wú)關(guān)變量的影響,所選取的實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組需滿足前測(cè)成績(jī)并無(wú)顯著性差異。共計(jì)73名實(shí)驗(yàn)組學(xué)生和68名對(duì)照組學(xué)生符合實(shí)驗(yàn)要求。

(三)教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容

本研究依據(jù)當(dāng)前國(guó)際上進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的研究成果,結(jié)合國(guó)內(nèi)課程標(biāo)準(zhǔn)要求及學(xué)生發(fā)展特點(diǎn)制定小學(xué)進(jìn)化樹(shù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容。Kong等人構(gòu)建了一個(gè)適用于基礎(chǔ)教育階段以及大學(xué)低年級(jí)階段的進(jìn)化樹(shù)知識(shí)體系MUET模型,[10]該模型較為全面且系統(tǒng)地介紹了讀懂進(jìn)化樹(shù)所需的知識(shí)模塊,是本研究選擇進(jìn)化樹(shù)教學(xué)內(nèi)容的依據(jù)。Halverson等人[11]建議進(jìn)化樹(shù)教學(xué)應(yīng)包含解讀單棵進(jìn)化樹(shù)和比較多棵進(jìn)化樹(shù)兩個(gè)環(huán)節(jié),同時(shí)Halverson[12]發(fā)現(xiàn)扭扭棒適合作為進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的教具,這些建議均被本研究采納。

依據(jù)我國(guó)小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求以及小學(xué)階段學(xué)生思維邏輯性和心理旋轉(zhuǎn)能力發(fā)展的具體特征,本研究選取MUET中“樹(shù)的表現(xiàn)形式”和“樹(shù)式思維”兩大知識(shí)模塊作為教學(xué)內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)單棵進(jìn)化樹(shù)的組成部分,運(yùn)用“樹(shù)式思維”的方法解讀和比較進(jìn)化樹(shù)間的關(guān)系,形成進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的目標(biāo)及內(nèi)容(見(jiàn)表1)。小學(xué)進(jìn)化樹(shù)教學(xué)包含三個(gè)教學(xué)模塊:“認(rèn)識(shí)進(jìn)化樹(shù)的組成部分”“解讀進(jìn)化樹(shù)”“比較各進(jìn)化樹(shù)之間的關(guān)系”,各模塊教學(xué)內(nèi)容之間具備階段性、關(guān)聯(lián)性與連續(xù)性,其中“解讀進(jìn)化樹(shù)”教學(xué)模塊是進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的核心。

表1 進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的目標(biāo)及內(nèi)容

2.教學(xué)策略及過(guò)程設(shè)計(jì)

(1)教學(xué)模塊一:認(rèn)識(shí)進(jìn)化樹(shù)的組成部分

A.結(jié)合生活情境,認(rèn)識(shí)進(jìn)化樹(shù)的內(nèi)涵

建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論表明,教學(xué)要將學(xué)生已有知識(shí)作為新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn),并強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的情境性。教學(xué)中可借助生活化的例子幫助學(xué)生理解抽象的進(jìn)化樹(shù)概念。通過(guò)展示人類進(jìn)化歷程和黑猩猩、大猩猩、獼猴等現(xiàn)存人類近親的圖片,設(shè)問(wèn):“什么方式既能展現(xiàn)我們?nèi)祟惖倪M(jìn)化歷程又能展示人類與黑猩猩、大猩猩、獼猴等物種之間的親緣關(guān)系呢?”用以了解學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ),并引出進(jìn)化樹(shù)的概念。這樣以學(xué)生熟悉的人類進(jìn)化歷程及其近親為例,引入進(jìn)化樹(shù)的抽象概念,使教學(xué)自然過(guò)渡到新知識(shí)的學(xué)習(xí)。

B.運(yùn)用視覺(jué)感知,認(rèn)識(shí)進(jìn)化樹(shù)的組成部分

建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)是學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)的過(guò)程。進(jìn)化樹(shù)是一種典型的視覺(jué)表征,學(xué)生需要觀察進(jìn)化樹(shù)及其組成部分,在教師指導(dǎo)下,聯(lián)系已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn),認(rèn)識(shí)和理解進(jìn)化樹(shù)組成部分及其內(nèi)涵。

教學(xué)中,教師先后展示圖1所示的兩棵進(jìn)化樹(shù),先介紹進(jìn)化樹(shù)一般由根、分支、節(jié)點(diǎn)、末端四個(gè)部分組成,再分析各組成部分的基本內(nèi)涵。圖1A所示的進(jìn)化樹(shù)展現(xiàn)了甲、乙、丙之間的親緣關(guān)系,進(jìn)化樹(shù)的末端甲、乙、丙表示現(xiàn)存物種,節(jié)點(diǎn)表示乙與丙的最近共同祖先,根表示進(jìn)化樹(shù)上所有物種的共同祖先,即甲、乙、丙的共同祖先,分支表示連接物種與節(jié)點(diǎn)及根的線段。教學(xué)中讓學(xué)生先學(xué)習(xí)圖1A再學(xué)習(xí)圖1B,通過(guò)增加進(jìn)化樹(shù)的復(fù)雜性來(lái)幫助學(xué)生深入理解進(jìn)化樹(shù)各組成部分的內(nèi)涵。

圖1 進(jìn)化樹(shù)及其組成部分

(2)教學(xué)模塊二:解讀進(jìn)化樹(shù)

A.創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,引發(fā)學(xué)生的深度思考

建構(gòu)主義的學(xué)生觀認(rèn)為,在知識(shí)學(xué)習(xí)和問(wèn)題探究中,學(xué)生間的交流與質(zhì)疑是重要的學(xué)習(xí)資源。學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗(yàn)不同,一個(gè)問(wèn)題可能會(huì)引出各種不同觀點(diǎn),進(jìn)而激發(fā)學(xué)生思考與交流。教師提供一棵展現(xiàn)鯨、人與魚(yú)親緣關(guān)系的進(jìn)化樹(shù),并提問(wèn)鯨與誰(shuí)的親緣關(guān)系更近。有學(xué)生根據(jù)鯨和魚(yú)的外形相似,認(rèn)為鯨和魚(yú)的親緣關(guān)系比鯨和人的親緣關(guān)系近,還有學(xué)生根據(jù)鯨與人都屬于哺乳動(dòng)物而持相反的觀點(diǎn)。教師引導(dǎo)學(xué)生在尊重他人觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行辯論,這有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心,引發(fā)學(xué)生深度思考,同時(shí)也可鍛煉學(xué)生在民主的氛圍下與他人相處的能力。

B.關(guān)注前概念的影響,通過(guò)認(rèn)知沖突促進(jìn)科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變

“前概念”也稱“前科學(xué)概念”,是學(xué)生在日常生活中對(duì)客觀世界中自然現(xiàn)象產(chǎn)生的看法,認(rèn)識(shí)和合理地運(yùn)用學(xué)生的“前概念”是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論運(yùn)用于科學(xué)教學(xué)的重要原則之一。[13]教師在教學(xué)中首先使用甲、乙、丙、丁等來(lái)代替進(jìn)化樹(shù)上具體的物種,這樣可以排除前概念帶來(lái)的干擾。然后引入姐妹群和外群的概念。姐妹群是指進(jìn)化樹(shù)上親緣關(guān)系最近的兩個(gè)物種,外群是指進(jìn)化樹(shù)上與其他物種親緣關(guān)系最遠(yuǎn)的物種。教師以圖1B為例,引導(dǎo)學(xué)生識(shí)別丙與丁為姐妹群、甲為外群,并引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)物種之間最近的共同祖先來(lái)解讀進(jìn)化樹(shù)上物種之間的親緣關(guān)系遠(yuǎn)近。最后,教師再次展示體現(xiàn)鯨、人與魚(yú)親緣關(guān)系的進(jìn)化樹(shù),讓學(xué)生依據(jù)最近共同祖先、姐妹群和外群等概念重新解讀三者之間的親緣關(guān)系。同時(shí)教師讓學(xué)生帶入自己的前概念,例如,“鯨與魚(yú)都生活在水里”“鯨與人都屬于哺乳動(dòng)物”等,再次解讀進(jìn)化樹(shù),引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,通過(guò)新、舊知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)之間的相互作用,促進(jìn)學(xué)生從前概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變,形成正確解讀進(jìn)化樹(shù)的能力。

(3)教學(xué)模塊三:比較各進(jìn)化樹(shù)之間的關(guān)系

A.通過(guò)動(dòng)手操作,獲取分支旋轉(zhuǎn)的知覺(jué)經(jīng)驗(yàn)

由于小學(xué)生正處于形象思維向抽象思維發(fā)展的階段,在理解抽象概念和意義時(shí)需要借助直接經(jīng)驗(yàn)。教學(xué)中使用合適的工具為學(xué)生提供將進(jìn)化樹(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)世界中可操作的事物,讓學(xué)生獲取知覺(jué)經(jīng)驗(yàn),為學(xué)生利用心理旋轉(zhuǎn)在頭腦中想象出進(jìn)化樹(shù)分支旋轉(zhuǎn)的過(guò)程及結(jié)果打下基礎(chǔ)。教師首先展示教具扭扭棒(如圖2A),將其類比為展現(xiàn)蛇、鱷魚(yú)、鳥(niǎo)、雞親緣關(guān)系的進(jìn)化樹(shù),讓學(xué)生知道每個(gè)顏色代表的物種,然后向?qū)W生展示分支旋轉(zhuǎn)的方法,即分支繞節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)(預(yù)期成果如圖2B)。教師要求學(xué)生按照分支旋轉(zhuǎn)的方法,手動(dòng)旋轉(zhuǎn)扭扭棒,用黑筆在白紙上畫(huà)出分支旋轉(zhuǎn)后的進(jìn)化樹(shù)的表現(xiàn)形式,并挑選學(xué)生在黑板上分享自己所畫(huà)的進(jìn)化樹(shù),力求黑板上呈現(xiàn)進(jìn)化樹(shù)的各種不同表現(xiàn)形式。

圖2 進(jìn)化樹(shù)教具扭扭棒的旋轉(zhuǎn)實(shí)例

B.運(yùn)用心理旋轉(zhuǎn),比較各進(jìn)化樹(shù)之間的關(guān)系

心理旋轉(zhuǎn)是人在頭腦中對(duì)表象進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的過(guò)程,[14]利用心理旋轉(zhuǎn)能力可以在頭腦中對(duì)進(jìn)化樹(shù)的分支進(jìn)行旋轉(zhuǎn),為比較不同進(jìn)化樹(shù)間的關(guān)系打下基礎(chǔ)。通過(guò)上一階段的動(dòng)手操作,學(xué)生獲得一定的知覺(jué)經(jīng)驗(yàn),本階段需要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用心理旋轉(zhuǎn)能力,想象進(jìn)化樹(shù)的分支旋轉(zhuǎn)的過(guò)程和結(jié)果,從而能夠理解分支旋轉(zhuǎn)后進(jìn)化樹(shù)的親緣關(guān)系不變的概念。從上一階段學(xué)生分享的進(jìn)化樹(shù)中,教師任意挑選其中兩棵(如圖3A和圖3B),并請(qǐng)學(xué)生描述圖3A轉(zhuǎn)換成圖3B的分支旋轉(zhuǎn)過(guò)程,引導(dǎo)學(xué)生從表現(xiàn)形式和親緣關(guān)系兩個(gè)角度,比較這兩棵進(jìn)化樹(shù)間的異同,分析并得出“分支旋轉(zhuǎn)后進(jìn)化樹(shù)展現(xiàn)的親緣關(guān)系不變”的結(jié)論。在學(xué)生已掌握一種類型進(jìn)化樹(shù)的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)遷移能力,解讀其他表現(xiàn)形式的進(jìn)化樹(shù),從而理解進(jìn)化樹(shù)有多種表現(xiàn)形式。教師展示圖3C和圖3D,請(qǐng)學(xué)生比較這兩棵進(jìn)化樹(shù)間的異同,再引導(dǎo)學(xué)生觀察黑板上所有的進(jìn)化樹(shù),得出“黑板上所有的進(jìn)化樹(shù)都表達(dá)了相同的物種親緣關(guān)系”的結(jié)論,幫助學(xué)生理解進(jìn)化樹(shù)有多種表現(xiàn)形式來(lái)展現(xiàn)相同的物種親緣關(guān)系。

圖3 展現(xiàn)蛇、鱷魚(yú)、雞與鳥(niǎo)親緣關(guān)系的進(jìn)化樹(shù)的多種表現(xiàn)形式

(四)評(píng)價(jià)工具

1.測(cè)驗(yàn)卷的編制

本研究采用終結(jié)性評(píng)價(jià)的方式,在課后采用自編測(cè)驗(yàn)卷對(duì)學(xué)生的進(jìn)化樹(shù)認(rèn)知水平進(jìn)行測(cè)驗(yàn),進(jìn)化樹(shù)測(cè)驗(yàn)卷命題內(nèi)容的選擇和題目分值的確定以進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的目標(biāo)及內(nèi)容為依據(jù),并根據(jù)安德森修訂的布魯姆認(rèn)知教育目標(biāo)[15]確定測(cè)驗(yàn)內(nèi)容的3個(gè)考查目標(biāo)層次:理解概念性知識(shí)、分析概念性知識(shí)、應(yīng)用程序性知識(shí),最終形成10道測(cè)驗(yàn)題,包含判斷題、簡(jiǎn)答題和作圖題3個(gè)類型,總分24分。其中“認(rèn)識(shí)進(jìn)化樹(shù)的組成部分”考查分值為4分,占總體分值的16.67%;“解讀進(jìn)化樹(shù)”考查分值為12分,占總體分值的50%;“比較各進(jìn)化樹(shù)之間的關(guān)系”考查分值為8分,占總體分值的33.33%。

2.評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的制定

該套自編測(cè)驗(yàn)卷的簡(jiǎn)答題和作圖題以SOLO分類評(píng)價(jià)理論作為依據(jù)。SOLO分類評(píng)價(jià)理論表明學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展具有5個(gè)水平,即前結(jié)構(gòu)、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)、抽象拓展。根據(jù)SOLO認(rèn)知發(fā)展階段研究,[16]5—6年級(jí)的學(xué)生正發(fā)展多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平,因而在評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置中達(dá)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平及以上的學(xué)生可獲得滿分。當(dāng)學(xué)生所處的SOLO結(jié)構(gòu)水平越高,其聯(lián)系的相關(guān)知識(shí)就越多,得分就越高。具體來(lái)講,在簡(jiǎn)答題中,處于前結(jié)構(gòu)水平得0分,處于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)及以上水平的學(xué)生依據(jù)答案的完整性可得1—2分。

三、小學(xué)進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(一)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的前后測(cè)成績(jī)比較

通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組前后測(cè)成績(jī)發(fā)現(xiàn):實(shí)驗(yàn)組后測(cè)成績(jī)(M=16.62,SD=3.234)顯著高于前測(cè)成績(jī)(M=11.27,SD=3.660)(t=-10.163,p=0.000<0.01),對(duì)照組前后測(cè)并無(wú)顯著變化(t=0.769,p=0.444>0.05)。這表明進(jìn)化樹(shù)教學(xué)能顯著提高學(xué)生的進(jìn)化樹(shù)認(rèn)知水平。

通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)前后測(cè)各教學(xué)模塊的成績(jī)發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)組各個(gè)教學(xué)模塊的后測(cè)成績(jī)均顯著高于前測(cè)成績(jī),而對(duì)照組各教學(xué)模塊的前后測(cè)成績(jī)無(wú)顯著變化(見(jiàn)表1)。這表明進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的各教學(xué)模塊均能有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。其中,實(shí)驗(yàn)組在“認(rèn)識(shí)進(jìn)化樹(shù)的組成部分”教學(xué)模塊前后測(cè)表現(xiàn)中,平均分和標(biāo)準(zhǔn)差均有較大變化,學(xué)生的平均成績(jī)提高了,但是學(xué)生的成績(jī)分布相對(duì)來(lái)說(shuō)更加離散,這表明學(xué)生對(duì)認(rèn)識(shí)進(jìn)化樹(shù)各組成部分的認(rèn)知存在差異性。

表1 實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組前后測(cè)各模塊成績(jī)比較(M±SD)

(二)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生不同認(rèn)知目標(biāo)層面的前后測(cè)成績(jī)比較

通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在不同認(rèn)知目標(biāo)層面的前后測(cè)得分情況發(fā)現(xiàn),學(xué)生在理解概念性知識(shí)認(rèn)知目標(biāo)層面的后測(cè)成績(jī)均顯著高于前測(cè)成績(jī)(t=-12.244,p=0.000<0.001),在分析概念性知識(shí)認(rèn)知目標(biāo)層面的后測(cè)成績(jī)均顯著高于前測(cè)成績(jī)(t=-3.892,p=0.000<0.001),在應(yīng)用程序性知識(shí)認(rèn)知目標(biāo)層面的后測(cè)成績(jī)均顯著高于前測(cè)成績(jī)(t=-5.680,p=0.000<0.001),即學(xué)生在各認(rèn)知層面均有提升。理解概念性知識(shí)認(rèn)知目標(biāo)層面以簡(jiǎn)答題作為考查類型題目,依據(jù)SOLO分類評(píng)價(jià)理論的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),學(xué)生所處的進(jìn)化樹(shù)學(xué)習(xí)結(jié)果的結(jié)構(gòu)層次越高,其得分越高。因此,實(shí)驗(yàn)組后測(cè)成績(jī)顯著高于前測(cè)成績(jī)表明,經(jīng)過(guò)教學(xué)干預(yù),實(shí)驗(yàn)組學(xué)生中處于前結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生減少,處于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)及以上水平的學(xué)生增多,這表明更多的學(xué)生已經(jīng)掌握了進(jìn)化樹(shù)的基本概念并形成了解讀進(jìn)化樹(shù)的能力。

在分析概念性知識(shí)認(rèn)知目標(biāo)層面,學(xué)生僅在判斷不同類型進(jìn)化樹(shù)表達(dá)的親緣關(guān)系的后測(cè)表現(xiàn)比前測(cè)表現(xiàn)有了顯著提高(t=-4.964,p=0.000<0.001),而在“解讀進(jìn)化樹(shù)”教學(xué)模塊和判斷同一類型分支旋轉(zhuǎn)前后進(jìn)化樹(shù)表達(dá)的親緣關(guān)系的前后測(cè)表現(xiàn)并無(wú)顯著變化(p>0.05)。由此可見(jiàn),本次教學(xué)干預(yù)對(duì)分析相同類型進(jìn)化樹(shù)上物種親緣關(guān)系的認(rèn)知水平并無(wú)顯著提高,但是對(duì)分析不同類型進(jìn)化樹(shù)上物種親緣關(guān)系的認(rèn)知水平有顯著提高。這可能與學(xué)生使用已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)答題有關(guān)。例如,在判斷海獅、海豹、熊三者親緣關(guān)系時(shí),學(xué)生基于自己已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)也能準(zhǔn)確判斷出物種間的關(guān)系。

學(xué)生在“應(yīng)用程序性知識(shí)”認(rèn)知目標(biāo)層面成績(jī)顯著提高(t=-5.680,p=0.000<0.001),但學(xué)生的整體平均分較低。這表明處于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)和多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的學(xué)生數(shù)量有所增加,部分學(xué)生能夠在正確讀懂進(jìn)化樹(shù)的基礎(chǔ)上畫(huà)出進(jìn)化樹(shù),能理解各種不同表現(xiàn)形式的進(jìn)化樹(shù)之間的關(guān)系,具備繪制進(jìn)化樹(shù)的能力。部分未得分學(xué)生可能未理解題意或者混淆了進(jìn)化樹(shù)與真實(shí)的樹(shù),即學(xué)生對(duì)題目的錯(cuò)誤理解和學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)可能是影響學(xué)生答題表現(xiàn)的因素。

四、總結(jié)與討論

本研究利用學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)向?qū)W生介紹進(jìn)化樹(shù)的概念及其基本組成部分,通過(guò)合理利用學(xué)生的前概念幫助學(xué)生科學(xué)地認(rèn)知進(jìn)化樹(shù)上物種的親緣關(guān)系,經(jīng)歷動(dòng)手操作和心理旋轉(zhuǎn)的過(guò)程使學(xué)生理解了不同表現(xiàn)形式的進(jìn)化樹(shù)之間的關(guān)系。采用傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)卷的方式用于評(píng)價(jià)進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的效果,幫助教師了解學(xué)生的進(jìn)化樹(shù)認(rèn)知水平。單因素等組前后測(cè)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),依據(jù)本研究的進(jìn)化樹(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)能顯著提高小學(xué)5—6年級(jí)學(xué)生的進(jìn)化樹(shù)認(rèn)知水平,這為學(xué)生進(jìn)一步理解生物進(jìn)化打下了基礎(chǔ)。

雖然該進(jìn)化樹(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)可顯著提升學(xué)生的進(jìn)化樹(shù)認(rèn)知水平,但是在教學(xué)實(shí)踐中仍存在一定問(wèn)題。第一,教具的使用問(wèn)題。教學(xué)工具扭扭棒的使用激發(fā)了學(xué)生參與課堂的熱情,學(xué)生卻很難將分支正確圍繞節(jié)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn),不能準(zhǔn)確地畫(huà)出分支旋轉(zhuǎn)后進(jìn)化樹(shù)的表現(xiàn)形式。因此,教具的使用不能僅注重學(xué)生的親身參與和體驗(yàn),還應(yīng)建立起教具和教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)一步聯(lián)系,以幫助小學(xué)生正確理解進(jìn)化樹(shù)的教學(xué)內(nèi)容。第二,教學(xué)目標(biāo)中對(duì)進(jìn)化歷程重視不足。從學(xué)生的課堂和測(cè)驗(yàn)表現(xiàn)來(lái)看,出現(xiàn)了表示現(xiàn)代物種的進(jìn)化樹(shù)末端并未繪制在同一水平線上的問(wèn)題,這可能與教學(xué)忽視了物種之間的進(jìn)化歷程有關(guān)。因此教學(xué)不僅要重視進(jìn)化樹(shù)上物種之間親緣關(guān)系的解讀,還應(yīng)注重解讀物種之間的進(jìn)化歷程。第三,教學(xué)評(píng)價(jià)未完全排除前概念的干擾。在教學(xué)評(píng)價(jià)中出現(xiàn)了學(xué)生基于自己已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)判斷物種親緣關(guān)系的可能,使得教師無(wú)法準(zhǔn)確掌握學(xué)生解讀進(jìn)化樹(shù)的真實(shí)能力。因此,在對(duì)學(xué)生解讀進(jìn)化樹(shù)的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),有必要使用代碼或標(biāo)記來(lái)代替真實(shí)的物種,以避免學(xué)生前概念所帶來(lái)的干擾。

進(jìn)化樹(shù)教學(xué)旨在通過(guò)使用進(jìn)化樹(shù)這類視覺(jué)表征幫助學(xué)生進(jìn)一步理解生物進(jìn)化。雖然當(dāng)前國(guó)際上有較豐富的進(jìn)化樹(shù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)建議,但缺乏制定不同發(fā)展階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)的指導(dǎo)依據(jù),以及適應(yīng)不同發(fā)展階段的教學(xué)策略和教學(xué)工具,進(jìn)化樹(shù)教學(xué)的連續(xù)性和拓展性還應(yīng)進(jìn)一步研究。另一方面,進(jìn)化樹(shù)的教學(xué)僅通過(guò)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的方式是不夠的,還需利用自然博物館、動(dòng)植物園、水族館、科技館等非正式教學(xué)環(huán)境,讓學(xué)生運(yùn)用進(jìn)化樹(shù)這一工具,深入認(rèn)識(shí)物種之間的相互關(guān)系及理解生物的多樣性,促進(jìn)學(xué)生科學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力,進(jìn)而提高其科學(xué)素養(yǎng)。