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進化論影片不盡完美,生物老師怎麽看?

原文:A Conceptual Characterization of Online Videos Explaining Natural Selection. 作者:Gustav Bohlin, Andreas Go?ransson, Gunnar E. Ho?st, Lena A. E. Tibell. 來源:Science & Education. 譯者:Wendy, 爾瑞. 編輯:爾瑞. 圖源:百度.

從猿到人,是我們對進化論的傳統認知,至今我們的網絡上流傳著大量關於進化論的影片資訊。但去年12月發表的一項研究顯示,如今廣為在市面流傳的進化論影片存在大量缺陷,對於傳播和教育而言,存在的大多數都不是最重要、有深度、具有關鍵核心的內容。

一、為什麽如今“進化論”的講解離不開影片

進化論是科學界中最重要的理論之一。它支撐著所有生物的系統發育、結構與功能關聯性的生物學科。除此之外,它還對複雜的社會問題具有深刻影響,例如細菌對付抗生素演化出的耐藥性和應對氣候變化做出的適應性。因此,進化顯然對於生物學教育有著至關重要的作用。

然而,無論是學生還是老師,都會在理解自然選擇等進化概念的過程中,遇到困難、對概念產生誤讀。儘管在過去的30年裡已有大量的教學改進,然而對於自然選擇的有效教學還是沒有找到可靠方法。

而其中,學習科學的可視化呈現了諸多益處。可視化可以呈現學習的一般性質:以多媒體認知原則為例,相較於隻從文字中學習,人們通過“字形結合”能取得更好的學習效果。可視化的特殊性質也能夠促進學習,如增強個體對某物的興趣,幫助學習者回憶學習的過程,模仿或使用系譜樹或旁氏表做現象示意圖。除此之外,像影片這樣的動態影像也可有效解釋那些難以用靜態圖片或圖表表達的內容。例如學生可以通過影片觀察兩個物體的太空變化狀態,提高學生對分子運動和動力學的理解。影片也可以幫助學生想象難以理解的事件和過程,因為這些事件和過程往往跨越了時空尺度,遠遠比我們直接感知的範圍要寬要廣。

用生物影片模擬進化過程,使得研究者可以通過研究影片,解決抽象、複雜生物學概念的表達問題。考慮到學習自然科學的挑戰和伴隨著網上大量的解釋影片,調查新興數字教學工具是怎樣傳達主題的變得至關重要。

二、一部完整的“自然選擇”影片應該具備哪些要素

2017年12月,《科學與教育》雜誌(Science and Education)發布了一篇名為《探究網絡影片中對自然選擇的概念描述》(A Conceptual Characterization of Online Videos Explaining Natural Selection)的論文,針對達爾文進化論最重要的論點“自然選擇”,從四個維度探討當今與“自然選擇”相關的影片:核心概念、閾值概念、誤解概念、生物體。

(一)核心概念

“自然選擇”通常是根據核心概念來定義。核心概念是學生學習自然選擇時最常用的概念框架。首先讓我們來get核心概念裡應該具備的三個重要原則:變異、遺傳和選擇。

變異和遺傳

種群存在遺傳變異時才會進化。最終導致遺傳變異的,是隨機突變和遺傳重組。隨機突變和遺傳重組將導致個體變異(包括生殖能力的變異),這是自然選擇的基本要求。變異和遺傳的結果,帶來生物的環境適應性。基因突變可以對生物對周圍環境的適應性產生一系列“零、正或負”的影響。適應性通常是一個相對概念,指影響生物生殖和生存的因素。

選擇

自然選擇是一個個體繁殖,並將基因傳下去的過程。因此,在環境中,生物與生存和繁殖相關的特徵會增強,這些特徵(即適應性增強)會在一代又一代中逐漸累積。物種的每一代都會有自然選擇的過程,且有益的特徵可能會逐漸主導一個群體。

(二)閾值概念

本研究基於這四個閾值概念來討論:時間尺度、太空尺度、隨機性和概率

進化過程跨越大範圍的時間和太空,從以納秒和納米為尺度的亞細胞,到以數百萬年和全球區域為尺度。進化過程的時間和太空超越了組織的層次:從微觀層面上變異的起源,到個體生物體層面上的變異,再到大群體層面上的變化。因此,自然選擇的概念可能顯得不那麽連貫。理解深層次時間變化,將在不同太空和時間層面上的生物體組織起來,對學生而言是個巨大的挑戰。

自然選擇過程的另一個重要方面是隨機事件的作用。在給定的環境中,基因突變是隨機的。環境不會選擇性地引發正適應性的基因突變

研究的第四個閾值概念是概率,它與隨機性密切相關。例如,研究者可以計算出某一特定規模種群中,某些突變和相關性狀隨機出現的概率。儘管在人群中,任何一個特定個體中都不太可能出現這種基因突變。但在世世代代中,這個基因突變會在大群體中呈現非常高的可能性。因此,概率與核心概念相關,如差異適應性或者繼承。

(三)誤解概念

誤解也可以被稱為非標準的想法或者天真的想法,這源自於我們對世界的思考存在認知限制。這樣的想法會約束和阻礙人們對更系統進化概念的轉變。研究表明,這種觀念可能會一直持續到成年,產生的誤解甚至在生物專業的學生中也很普遍。與學習自然選擇相關的主要誤解包括本質主義、“用進廢退”、軟性遺傳、目的論和神人同形同性論。

(四)生物體

目前大多數進化論影片的描述對象都是動物或人類。2006年,有研究者發現,昆蟲、矽藻和病毒比人類、雀類或鯨魚更能用直觀的方式進行解釋。文獻中似乎沒有提及到植物或菌類對學生進化論理解產生影響的項目。有趣的是,學生們傾向於使用不同的解釋,詮釋不同物種之間的進化現象和過程。只是這其中的原因至今還被關在黑匣子裡。

以往研究通常集中在學生對這些概念的理解或誤解上,而少有研究證明,傳達這些概念的影片,本身就有問題。

三、與完美狀態相比,如今的“自然選擇”影片有哪些缺陷

Gustav Bohlin等人對60個樣本影片進行分析,發現它們有以下缺陷:

(一)關鍵概念表達不完整

關鍵概念方面,影片中最經常討論的原則是“變異”。與“變異”相關的關鍵概念出鏡率達72%,其中“個體突變”和“差別適應性”最常被表達,而“變異的起源”最少被表達。

“遺傳”原則中,“遺傳突變”出鏡率為37%。但幾乎沒有影片表現“基因突變及其表達”所產生的後續影響;也沒有影片對觀眾進行清晰暗示:進化也會發生在“從秒到小時”的時間框架裡。

與“選擇”相關的關鍵概念出鏡率達60%,但完全表達“選擇”原則的影片只有5%。在“選擇”原則下,最多被表達的是“有限生存”(42%)和“種族數量變化”(42%)。相比於“有限生存”,“有限資源”(17%)被更少表達,這意味著當描述並不是所有個體都能得以繁衍時,大多數影片都在強調“被捕食”,而不是“受餓”。弱肉強食被多數影片體現得淋漓盡致,影片更加強化食物鏈的威力,而忽視自然資源對物種進化作出的貢獻。

有趣的是,60部影片中有12部(20%)沒有包含任何與重要原則相關的關鍵概念;只有1部包含了所有重要原則。

(二)微觀變化呈現少;缺乏完整時間量度

樣本影片中,與“閾值概念”相關的變量分布廣泛。

大多數影片都是在個體層面(75%)描述現象;描寫種群層面(43%)的鏡頭也出現很多。但與此同時,影片在基因和分子層面描寫較少,出鏡率分別為30%和13%。影片常用“年”或“世代”(通常為“年”)這樣巨大的時間跨度來表達。用“天”和小於“秒”的時間表達基因分子變化的,只有一部。時空方面,幾乎沒有影片能夠覆蓋三種以上太空,太空轉換也不常見,且大多數影片都缺乏完整的時間量度。

(三)影片仍有錯誤概念出現

雖然錯誤概念的傳達率比關鍵概念低得多(將近80%未傳達任何誤讀概念),但仍有錯誤概念出現。最典型的錯誤觀念包括:變異只有在有“需求”的情況下才會發生;只有有益的特性才會遺傳;負面突變(達爾文的進化論認為,突變本身不分好壞,突變帶來的環境適應性才分正負)。

與自然選擇相關的主要誤解:

本質主義:生物體是一個個離散的、均勻的個體,它們共享隱藏的因果力量或“本質”。這種觀點否定和弱化了種群或物種內部的變異,並難以接受和理解物種是不斷進化的。

“用進廢退”:進化是由於使用/停用某種機制造成的。

軟性遺傳:這是一種錯誤觀點,認為獲得性特徵可以遺傳。這意味著個體發生變化就會導致進化。

此外,專家、老師和紀錄片電視節目中經常會使用目的論和神人同形同性論的言詞,因為這樣可以對某些複雜的問題作出解釋。

(四)主角探討不均衡

值得注意的是,大多數(70%)影片都是關注動物的進化,而不是人類(人類進化的出鏡率達25%)。樣本影片中,10%涉及象徵性生物體,18%涉及細菌,僅有8%涉及植物進化。這也就是為什麽當我們一提到進化論,就會首先想到猴子。

面對有缺陷的進化論影片,老師們如何應對?

四、只能把影片看作輔助手段

如今有關自然選擇的影片在網絡上觸手可得。當把這些影片用作教學時,老師應提前做好大部分知識準備,不完全依賴影片。2014年,相關研究者提供了一種名為ICAP(Interactive Constructive Active Passive, 主動/被動互動建構模式)的操作框架,包括如何操作影片,與其它學習材料、同伴討論結合使用。

ICAP是一個框架,也是一種分類學。學生學習的方式依據參與程度或活動方式可分為四種:被動學習、主動學習、建構學習和互動學習。被老師要求“集中注意”的學習行為是被動學習;主動學習是學生積極參與教學,通過實際學習行為操控學習材料;建構學習是學生構建性地參與學習,其特徵是學生能超越教材或者教師提供的學習材料,生成新知識;互動學習指兩個以上的學生協同努力,通過對話開展學習。

有一點需要特別注意的是,完美進化論影片所展示的那些變量,並不是所有都適合教給學生。我們可以在學生能接受的情況下,在需要傳達的概念得到有效接收後,再對知識點進行篩選性拓展。另外,同一段影片,對於前置知識和受教育水準不同的觀看者來說,教學有效性是不同的;不同影片,對於不同觀看者而言,教學效果又不盡相同。在課堂中平衡學生們的前置知識,是取得良好教學效果的重要保障。

此外,“碎片式學習”也是利用缺陷影片的一個好辦法。一個中學生不能僅從一則影片就提取出一套複雜的進化體系,對他而言這樣做也毫無必要。更高階的學習者也傾向於在學習不同概念時,觀看與之相關的多個短影片。當對單點概念建立理解後,再形成對進化論的整體認識。

注:2016-2017年,網絡上刮起一陣進化論批判風潮。人類不斷追溯源泉,顛覆舊有猜想。不過本文主要還是以主流達爾文進化論作為探討對象。

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