學生「基因物質」之概念分析

「基因」的確是一種物質，然而學生在提及基因時幾乎全都以基 因的功能來描述基因。研究者想要瞭解學生是否認為基因有其物質的 本體？並且呈現出學生心目中「基因」這兩個字所代表的物質究竟是 什麼模樣？以及不同年齡的學生的基因物質概念是否有差異？

本節從三個不同的方向來探究學生對基因物質的概念：

1. 學生心中基因的物質形象：

第一個部份請學生畫下他們心目中的基因，目的在於瞭解學生心 目中基因的物質形象，晤談題目為第三題。

2. 學生心目中「基因與雙股螺旋的關係」：

第二個部份目的在探究學生對「雙股螺旋與基因的關係」的想 法，並藉此來瞭解學生心目中基因的物質形象是否與雙股螺旋有關，

晤談題目為第七題。

3. 學生心目中「基因與染色體的關係」：

第三個部份呈現並比較學生對「染色體與基因的關係」的看法，

並藉此來瞭解學生心目中基因的物質形象是否與染色體有關，晤談題 目為第八題。

表 4-2-1 ：不同年齡學生畫出來的基因

的物質以什麼狀態存在，研究者請學生畫下他們心目中的基因。

根據晤談結果的分析發現，隨著年齡增長，學生心中基因的物質 形象逐漸由古典遺傳學中基因為粒子的觀點轉變為莫根時代新古典 遺傳學中基因為染色體上的橫槓這樣的觀點，漸漸的又改變為分子遺 傳學中基因為長鍊分子的觀點。然而，部分學生很早(國二)就擁有基 因的物質形象是雙股螺旋以及雙股螺旋纏繞形成染色體的分子遺傳 學概念。

以下將針對不同年齡學生的概念加以分析：國二學生在描繪基因 時，部分學生畫出粒子、部分學生畫出雙股螺旋，呈現明顯的對比；

大多數高二學生認為基因是染色體上的橫槓；高三學生半數畫出染色 體上的橫槓、半數畫出基因是長鏈狀；大一學生則全都畫出基因是長 鏈狀的存在(見表 4-2-1)。

1.國二學生所畫的基因

十名國中二年級的學生當中，呈現明顯對比的情況：有三名學生 (國二 2,3,9)畫出粒狀或長條蟲狀的圖像；有三名學生(國二 4,6,8)畫出 雙股螺旋的圖案，符合國中生物學課本中，基因是雙股螺旋的模樣----這兩種圖像，剛好可以代表典型的古典遺傳學以及典型的分子遺傳學 當中基因的形象，這也顯示出國二學生對基因物質的概念至少可分成

表 4-2-2：國二生所畫的基因

國二 1 國二 2 國二 3 國二 4 國二 5 無

國二 6 國二 7 國二 8 國二 9 國二 10

表 4-2-3：高二生所畫的基因

高二 1 高二 2 高二 3 高二 4 高二 5 高二 6 高二 7 無

高二 8 高二 9 高二 10 高二 11

二 10)畫出精子、兩名學生(國二 5,7)畫出染色體(見表 4-2-2)。

2.高二學生所畫的基因

相較於國二學生畫出粒子狀的基因，高二學生沒有人再畫出類似 粒子的圖案。反之，有四名學生(高二 5,7,8,9)畫出了染色體上的橫槓，

而這是國二學生都沒有畫出來的圖案。還有兩名學生(高二 1,2)畫出 一段線條，說明這就是他們心目中的基因，有兩名學生(高二 3,11)畫

出了雙股螺旋。除此之外，高二學生當中，亦有一名學生(高二 4)畫 不出來、有兩名學生(高二 6,10)畫出了染色體的模樣(見表 4-2-3)。

3.高三學生所畫的基因

約有半數高三學生(高三 2,3,7,8,10)在繪製心目中的基因時，畫出 了染色體上的橫槓，另外半數學生(高三 1,4,6,9,11)畫出了基因是長線 條或者基因是雙股螺旋。此外，有一個學生(高三 5)畫了染色體，這 顯示在部分學生心中，一直將染色體與基因畫上等號(見表 4-2-4)。

4.大一學生所畫的基因

十一名大學一年級學生筆下的基因，全都是偏向分子遺傳學中基 因的形象。除了一名學生(大一 7)只有畫出一團線條以外，其他十位 學生畫出了雙股螺旋，而這十位學生當中，有四位學生(大一 3,4,8,9) 單純畫下雙股螺旋，另外六名學生(大一 1,2,5,6,10,11)除了雙股螺旋 外，還強調雙股螺旋中的含氮鹼基排列(見表 4-2-5)。

二、學生心目中「基因與雙股螺旋的關係」

看到雙股螺旋的圖片，幾乎所有學生都回答雙股螺旋或 DNA。那 基因是否在這張圖中？國二、高二、高三學生在畫基因時雖然不一定 會畫出雙股螺旋，卻幾乎都會指出基因在這張圖上，大一學生則幾乎

表 4-2-4：高三生所畫的基因

高三 1 高三 2 高三 3 高三 4

高三 5 高三 6 高三 7 高三 8

高三 9 高三 10 高三 11

表 4-2-5：大一生所畫的基因

大一 1 大一 2 大一 3 大一 4

大一 5 大一 6 大一 7 大一 8

大一 9 大一 10 大一 11

經過分析晤談資料發現，要求學生們在這張圖中圈出基因的位置 時，不論哪個階層的學生的選擇都很分散，顯示出部分學生並不真的 確切瞭解基因與 DNA 的關係(見表 4-2-6)，全部四十三位學生當中只 有約半數(二十位)學生能夠正確回答基因與雙股螺旋在物質上的關 係。以下將針對不同年齡學生的回答作分析：

1.國二學生回答「基因與雙股螺旋的關係」

十名國二學生當中，有六名學生(國二 1,2,3,4,5,8)給予正確回答，

說這是雙股螺旋或是回答這是 DNA。但也有一名學生(國二 6)誤以為 這是染色體，一名學生(國二 7)說這就是基因，還有一名學生(國二 9) 回答圖中的橫槓其實是梯子，讓生命往前成長，另一名學生(國二 10) 則回答這些橫槓是基因要生出小孩子的各種不同的狀況。

編號：國二 9

S：梯子。因為就讓你往下一個成長的方向走。每一個階梯都有一個基因…

都有基因吧。

編號：國二 10

S：七年級的時候有看過。個人的想法是它是螺旋狀的，這個條紋有可能就 是基因要生出小孩子的那個狀況吧？

接下來研究者詢問學生，基因和這張圖有關嗎？基因在什麼地 方？十位國二學生當中，只有兩位學生(國二 2,3)正確指出基因是一 段 DNA。除此之外，有四位學生(國二 4,7,8,9)認為基因是圖中的一個

鹼基，有一位學生(國二 6)認為基因是圖中的一個小線段，有一位學 生(國二 5)認為此圖與基因無關。

2.高二學生回答「基因與雙股螺旋的關係」

十一位高中二年級學生當中有九位學生(高二 1,2,4,5,6,7,8,9,10)毫 不猶豫的回答這張圖是雙股螺旋、或者說這是 DNA。但是仍有一個 學生(高二 11)回答說這是染色體，此外還有一個學生(高二 3)直接回 答這是基因。

接著研究者詢問這些學生，基因是否在這張圖中？此時，十一位 學生當中有五位學生(高二 1,2,6,8,10)正確指出基因是一段 DNA，還 有一位學生(高二 5)指出由於基因大於 DNA，因此他無法在這張圖中 指出基因的位置。此外，仍有四位學生(高二 3,4,7,9)認為基因是一個 鹼基、有一位學生(高二 11)認為基因是三個一組的鹼基。

3.高三學生回答「基因與雙股螺旋的關係」

看到雙股螺旋的圖片，高中三年級的十一位同學之中，有八位同 學(高三 1,3,4,5,7,8,9,10,11)直接說這是雙股螺旋、或說這是 DNA，有 兩位同學(高三 1,6)說這是基因。而只有一位同學(高三 2)仍然無法分 清楚 DNA 與染色體的關係，回答這張圖片上的是染色體。

接著研究者進一步詢問基因是否在此圖上？所有學生皆給予肯

定的答覆。有五位學生(高三 1,8,9,10,11)正確指出基因是一段 DNA，

有三學生(高三 3,5,6)回答基因比 DNA 更大，所以難以在圖中指出。

此外有兩個學生(高三 4,7)認為基因是一個鹼基、有一個學生(高三 2) 認為基因是圖中的一小段線。

4.大一學生回答「基因與雙股螺旋的關係」

定義基因(第二題)時，十一名大一學生的回答有很高的類似性，

相較之下，詢問基因的物質概念，請學生在雙股螺旋的圖中圈選基因 的位置時，十一名學生的選擇卻各有不同！十一名大一學生(大一 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11)看見第七題的圖片後，不約而同全都回答這是 雙股螺旋或者這是 DNA。而在圈選圖片的時候，有三位學生(大一 7,9,11)圈選了雙股螺旋上的線段、有兩位學生圈選了一個含氮鹼基(大 一 4,6)、有兩位學生(大一 1,3)圈選了三個含氮鹼基、有四位學生(大 一 2,5,8,10)圈選了一段雙股螺旋。值得一提的是，請學生畫下基因 時，雖然大一學生幾乎都能畫出雙股螺旋以及含氮鹼基，但詢問他們 基因在這上面的何處時，學生的回答卻不統一。

此外，其中一位學生(大一 7)一開始認為一個基因是一個含氮鹼 基，看過染色體的圖片後，覺得染色體的圖片與雙股螺旋的圖片上的 基因模樣不相符，思考過後認為含氮鹼基並非基因，基因應該是在雙

表 4-2-6 ：學生看雙股螺旋圖片的回答

張圖中？

經過晤談結果的分析顯示，大部分學生都能正確回答這是染色 體。而除了部分國二學生將染色體與基因畫上等號之外，幾乎所有的 高二學生(10 人)、大部分高三生(7 人)、半數大一學生(6 人)都認為基 因與染色體的關係是基因為染色體上的橫槓(見表 4-2-7)。顯示學生心 目中同時存在兩種「基因與染色體的關係」，分別是古典遺傳學中基 因是位於染色體上的橫槓以及分子遺傳學中基因經過纏繞才會形成 染色體。以下將分析不同年齡學生的回答：

1.國二學生回答基因與染色體的關係

十名國二學生當中，有六名學生(國二 3,4,6,7,8,9)給予正確的回 答，說這是染色體。但有兩位學生(國二 1,10)答不出來，另外有一位 學生(國二 2)回答這是細胞，有一位學生(國二 5)回答這是基因。

接著，十位國二學生都回答基因在這張圖中。有兩位學生(國二 7,8)回答基因在圖裡面，但染色體是基因纏繞而成的，所以雖然基因 的確存在染色體中的某處，學生卻無法直接指出基因的位置。這樣的 回答十分符合國中生物學課本上顯示的，基因經過纏繞最後形成染色 體的圖片。此外，有三位學生(國二 4,6,9)認為基因是染色體的一小部 份，這也符合基因經過某些步驟最後形成染色體的想法。比較特別的

的二分體就是一個基因，也有兩位學生(國二 2,3)認為二分體從中間 對切開來後的一半，是一個基因。最後，還有一位學生(國二 10)因為 具有另有概念，認為女生身上具有雙股螺旋，而男女都有長得像小蝌 蚪的基因，許多的小蝌蚪會集合成這個圖片中的八字形樣子，能夠決 定生男生女的機率大小。有趣的是，這位學生存有另有概念，卻能夠 自成一套解釋，把他心目中基因、雙股螺旋和染色體的功用，以及其 與性別、遺傳、生殖之間的關係都清楚說明出來。

的二分體就是一個基因，也有兩位學生(國二 2,3)認為二分體從中間 對切開來後的一半，是一個基因。最後，還有一位學生(國二 10)因為 具有另有概念，認為女生身上具有雙股螺旋，而男女都有長得像小蝌 蚪的基因，許多的小蝌蚪會集合成這個圖片中的八字形樣子，能夠決 定生男生女的機率大小。有趣的是，這位學生存有另有概念，卻能夠 自成一套解釋，把他心目中基因、雙股螺旋和染色體的功用，以及其 與性別、遺傳、生殖之間的關係都清楚說明出來。