影響學生學習遺傳學概念之相關研究

國內外以遺傳為主題的概念研究並不少，主要都是在探討遺傳學 為何會如此難以教導又難以學習？影響學生學習遺傳學的因素有哪 些？造成學生學習遺傳學的困難有哪些？而相關研究內容多期望瞭 解造成另有概念的原因，與另有概念影響學生學習遺傳學的情況。本 節將針對造成學生學習遺傳學概念困難的因素作探討，首先是把學生 學習遺傳學的困難焦點放在遺傳學概念的本質上，闡述遺傳學概念本 身的複雜特性導致的問題；其二是說明學生學習遺傳學時，受到文化

背景與日常生活等因素產生之另有概念，造成學生概念改變上的困 難。以下將依這兩點分別整理闡述，並將重點放在探討造成學生學習 遺傳學困難、產生另有概念的原因。

一、遺傳學概念的複雜性：

遺傳學是各級學校的師生一致感到難以教與學的生物學單元之 一，但學生學習遺傳學時到底受到哪些因素所影響？早期的遺傳學研 究多專注於學生對孟德爾遺傳定律的演算，而研究顯示即使學生能夠 運用棋盤格法得到正確的答案，卻不一定表示他們真正瞭解，部分學 生無法以減數分裂或孟德爾遺傳定律來解釋棋盤格的進行，只是憑習 得的算則做刻板的操作(黃台珠, 1990, 1993; Kindfield, 1991a; Moll &

Allen, 1987; Stewart, 1982; Tolman, 1982)。就其原因，遺傳學概念本質 的複雜性，便是造成學習困難的原因之一。學習孟德爾遺傳定律時，

必須以其他遺傳學概念為基礎，但這些概念多屬抽象概念，此外還要 統合機率與遺傳學概念，屬於概念階層中十分高階的概念。因此，對 尚未具形式操作能力的學生較不易瞭解(楊坤原和陳進利, 1990;

Radford & Bird-Steward, 1982)。此外，計算孟德爾遺傳定律時，必須牽 涉到抽象符號，若學生無法瞭解基因型的定義(Hendrix et al., 1981)或 不懂以英文字母來代表顯隱性的真正用意，則會造成學習上的困難。

Johnstone(1991)曾指出，一般人的概念通常最容易建立在不依靠儀 器便可感知的事物上，但除了性狀之外，染色體、基因或 DNA 這些 都不是能輕易看見的東西，所以針對這些看不見的實體，其概念原本 就不容易建立起來。此外，遺傳學中，除了這些實體之外，還牽涉到 抽象的符號來代表某些概念，導致遺傳學概念跨越巨觀、微觀和抽象 (符號)思考：性狀是巨觀層級的、染色體是微觀層級的、DNA 是次微 觀層級的、基因型(genotype)卻又是抽象層級、用來思考的符號。也就 是說，學生在學習基因時，巨觀上學生原本就能看見的是基因表現在 外的性狀，但微觀上學生又必需瞭解某個基因出現時所造成的影響，

可是在符號上卻又要學會使用基因型的記號來代表基因。在教導遺傳 學的時候，期望學生能同時理解基因和基因的表現在：巨觀、微觀、

抽象這三個層面，實在是非常困難。

亦有學者(Herron, Cantu, Ward & Srinivasan, 1977; Merrill, Tennyson

& Posey, 1992)把遺傳學中所使用的專業術語本身所代表的概念依其 他方式作分類：例如基因、基因型屬於符號概念，是指物體本身的屬 性；細胞分裂、減數分裂則是屬於事件概念，是指特定時間內以特殊 方式進行交互作用；若依 Chi 和 Slotta(1993)的本體論來區分，基因、

染色體屬於物質(matter)，減數分裂屬於過程(processes)下的程序 (procedure)，而構成減數分裂的步驟又屬於過程下的事件(event)。

此外，Driver(1983)和 Lazarowitz(1992)等人，認為基因、減數分裂 這些概念的實體皆無法直接感知，屬於抽象概念，其意義必須由一些 想法結合經驗才能習得。

而基因概念無疑是遺傳學概念中最重要的部分之一，基因為肉眼 所不能見，對不具抽象思考能力的學生而言當然較為困難(湯清二, 1990; 楊坤原和陳進利, 1990)。且基因概念屬於遺傳學核心概念，與 遺傳學多數概念皆有所關連，舉例而言，若要瞭解基因位於染色體 上，就須瞭解染色體在減數分裂時的行為與基因離和間的關係，還要 瞭解基因與染色體的本質皆有 DNA，並且要知曉同源染色體、對偶 基因等名詞的真正意義。因此，基因的概念難以單獨習得，有些中學 生和大學生，顯示出其無法將基因、對偶基因、染色體等相關概念作 有意義的連結，則產生學習上的另有概念(Fisher, Lipson, Hildebrand, Miguel, Schoenberg, Porter, 1986)。

Tsui 和 Treagust (2003, 2004)則認為遺傳學上有兩種不同的基因概 念，分別是孟德爾的基因概念與分子遺傳學的基因概念。孟德爾的遺 傳法則在解釋機制以及解決問題時，是視基因為一個粒子(particle)，

在 Chi 的分類屬於物質(matter)，而過去的研究也多把基因分類在物質 (matter)下，但如果用分子遺傳學的角度來看，視基因為製造蛋白質的 指令(Treagust et al., 2004)或訊息(Venville et al., 2005)，就應該把基因歸

在於過程(processes)的分類之下。Treagust 認為，孟德爾的基因概念在 分子遺傳學發達的現代已經不適用了，可是學生還是常常擁有這樣的 基因概念，造成學生學習遺傳學的困難，應該用 Chi 的本體論的概念 改變理論，對學生進行概念改變，改變成分子遺傳學的基因概念。據 此，Treagust 以準實驗法嘗試改變學生的概念，但研究結果不盡理想。

綜上所述，可知由於遺傳學中所包含的概念跨分類的特性，再加 上遺傳學各觀念之間彼此關聯、構成複雜的概念結構網絡(楊坤原和 張賴妙理, 2004)，只要對其中的部分概念或概念間的關係有所誤解，

就容易造成許多相關概念的迷思，使得遺傳學概念成為學生學習與教 師教學上的難題。

二、文化背景與日常生活造就的另有概念

遺傳學概念本質上的特性，就容易造成學生的另有概念，而若把 問題的焦點脫離遺傳學概念的本質，探討除了遺傳學概念的本質以外 的問題，可發現促使學生產生另有概念的外來來源也很多。由於科學 和科學教育也屬於文化的活動(Baker & Taylor,1995; Fang, 2005;

Maddock, 1981)，所以科學概念的學習並不能脫離文化背景的影響，

可知學生對遺傳學概念的學習當然亦會受到學生所處的日常生活與 文化情境影響。不同文化中可能存有不同的先備概念，根據建構論的

觀點，先備概念對學習是必需的，但學生的先備概念架構卻不一定同 於正式的科學概念。且學生的先備概念架構中所包含的某些概念，可 能普遍存於各種背景的學生，跨越年齡、能力、國界。若這些先備概 念與正式科學概念不同，傳統教學卻難以改變此先存的概念架構 (Confrey, 1989)。因此，對遺傳學的學習當然也受到學生擁有的先備概 念的影響。關於學生學習遺傳學的研究顯示，正因為不同的文化擁有 自己的概念，當這些先存的概念既根深蒂固卻又不科學的時候，會讓 學生產生不同於科學概念的另有概念架構，妨害了學生對科學概念的 學習(Mbajiorgu et al., 2007)。在學習遺傳學時，學生通常只具表面認識 而未能瞭解其真正機制，所以學生大多集中注意外部可見的性狀，再 根據其日常經驗或感覺來詮釋(陳世輝, 1994; 薛靜瑩, 1998; Deadman

& Kelly, 1978; Hackling & Treagust, 1982; Kargob et al., 1980)，因此學生 之所以會產生這些不正確的另有概念，也可能是由於學生無法正確瞭 解自然現象背後的機制、或者運用了不正確的類比、或是未能把學到 的知識概念與生活現象做關聯、或者是無法將習得的知識做融會組織 (Eylon & Linn, 1988)。即使學生原先並未有先備概念，但因為知識或 經驗有限，只好取最接近、最有可能的先備概念來解釋，這也會造成 學生的另有概念(Dreyfus & Jungwirth, 1989)。

因此，即使教師在課堂上教導科學概念，但學生對遺傳學的學

習，亦會受到日常生活和文化經驗所造成的另有概念所影響。許多學 生在學習遺傳學時，會想要依照日常生活上的想法和另有的概念架構 來試圖瞭解老師所敎導的概念，而這些先備概念可能比正式教學中的 基因概念更易於解釋日常經驗，導致形成雖經教學卻難以破除的另有 概念(Hackling & Treagust, 1982)。因此，Lewis (2004)指出，如果學生想 發展對科學模式的瞭解，就必須重新檢視他們的日常模式。Venville 和 Treagust (1998)指出，大部分學生對基因的概念並沒有進步到較成 熟的程度，可能是因為科學本身也是一種文化，因此會受情境所影 響。Treagust 等人(2002)認為學生每天接受的日常資訊帶給學生「基因 是粒子」這樣天真的想法(naïve ideas)、亦可稱之為先備概念。若學生 能多瞭解基因的功能，概念將會轉變為「基因是 processes」，應該就 能夠讓學生的概念改變，將基因的概念由 matter 的分類移到 processes 的分類下。

除此之外，近年來因為分子遺傳學的進展，生物科技與基因工程 發達，使得遺傳學術語變得廣泛流傳。但遺傳學概念本身就已經很困 難，代表其概念的專業術語當然也不好理解。研究顯示，學生對遺傳 工程的定義及其所涉技術知之甚少，可能是由於遺傳工程牽涉到細胞 雜交與 DNA 操作技術，學習時學生需要具備遺傳學大部分的概念才 能清楚瞭解。此外，來自媒體不正確的訊息亦可能造成學生對遺傳工

程的誤解(Kinnear & Martin, 1987)，因為流行文化中出現的遺傳學術語 其意義通常不明確、也不一定合乎科學概念，而造成學生的誤會，甚 至讓學生以為基因與 DNA 是具不同功能的不同東西，且在身體的不 同地方(Venville et al., 2005)。

而文字的慣用語義也會影響學生對科學專有名詞的瞭解(張筱莉 和林陳涌, 2001)，學生在學習生物學複合詞之概念時，可能從複合詞 中的個別字、詞來猜測整個詞彙的意義，但基因、顯性、隱性、中間 型、不完全等等這些詞彙所使用的文字，也可能與日常用語或生活經 驗有所聯結，而使學生將之與遺傳學上的意義相混淆，賦予一些錯誤

而文字的慣用語義也會影響學生對科學專有名詞的瞭解(張筱莉 和林陳涌, 2001)，學生在學習生物學複合詞之概念時，可能從複合詞 中的個別字、詞來猜測整個詞彙的意義，但基因、顯性、隱性、中間 型、不完全等等這些詞彙所使用的文字，也可能與日常用語或生活經 驗有所聯結，而使學生將之與遺傳學上的意義相混淆，賦予一些錯誤