研究背景與重要性

第一節 研究背景與重要性

近年來由於生物科技進展迅速，學生除了在課堂上會學習到與遺 傳相關的概念之外，日常生活所及之處亦常常接觸到基因、DNA、基 因工程、基因改造、遺傳工程、複製技術之類與遺傳學相關的資訊和 專有名詞。而在我們的週遭，不論是商品廣告、報章雜誌、新聞報導、

科普節目、網路消息、電影、小說、甚至日常對話等等地方，都可能 出現這些與遺傳學相關的訊息。但這些遺傳學上的專有名詞大部分都 很困難，例如學生可能無法區分遺傳工程與基因工程的差別，或是不 瞭解複製技術的理論與過程，甚至不清楚基因改造這個詞彙所代表的 意義。然而，「基因」這個名詞，既簡單又常見，更不像大部分科學 專有名詞那樣生澀難懂，大部分人都聽過這個辭彙，又能夠琅琅上 口。不論專家學者、一般大眾、各階層的學生，當他們提起基因，都 可能對「基因」有一套自己的想法，而學生在踏入課堂正式學習遺傳 學之前，往往已對基因的相關概念有自己的一套想法。

而遺傳學是生物課程的一大重點，也是生物科學的核心領域之一 (Wandersee, Fisher, & Moody, 2000)，過去二十年來的研究也清楚顯 示，遺傳學是理解基因工程等因生物科技快速發展所衍生的當代社會

議題之重要基礎(Browning & Lehman, 1988; Mertens & Hendrix, 1990)。

但即使遺傳學如此重要，在教學上也普遍受到重視，它卻一直是老師 覺得難敎，且學生也覺得難學的單元(黃台珠，1990；薛靜瑩，1998)。

關於遺傳學概念的研究非常豐富，研究內容較常探討學生在學習整個 遺傳學時，產生的另有概念，以及推測其形成原因。例如探討學生使 用孟德爾遺傳定律來計算棋盤方格表、推測子代基因型與性狀時，所 遭遇的困難與另有概念。或者探究學生在學習關於獲得性遺傳、減數 分裂、生殖、孟德爾遺傳法則等遺傳上較大的概念的情況與所產生的 另有概念。研究結果並指出遺傳學的概念經常是最難理解的科學概念 之一(Bahar et al., 1999a, 1999b; Banet & Ayuso, 1999; Johnstone &

Mahmoud, 1980; Mysliwiec, 2003; Tsui & Treagust, 2003, 2004)，亦呈現出 遺傳學概念與基因概念學習與教導上的各種困難：造成遺傳學學習上 產生困難的原因很多，首先遺傳學概念本身就很複雜難學，因為遺傳 學所包含的概念跨越了巨觀、微觀、抽象以及符號的表徵；其次遺傳 學術語亦很難懂，對學生學習時產生了語言上的困難(Treagust et al., 2004; Bahar, Johnstone, & Hansell, 1999)；此外，因為文化背景、生活經 驗或語言上的聯想，導致學生產生錯誤的先備概念也會造成遺傳學學 習上的困難；而學生在學習遺傳學時，因為無法理解或知識不足產生 的另有概念亦會阻礙學習。

基因的概念，是遺傳學裡最重要的概念之一，提到遺傳學，幾乎 不能不談到基因的概念。基因概念可以說是遺傳學的核心概念，與遺 傳學中多數概念緊密關聯，若基因概念的定義改變，則與基因相關的 其他概念，例如性狀、基因表現、基因決定論等等概念的定義亦會改 變。但是，究竟何謂「基因」？基因的定義為何？這個問題卻沒有一 個顯而易見的標準答案。隨著遺傳學史的發展，基因的概念不斷演 變，因此難以給予單純的定義。Falk(1986)以孟德爾為遺傳學基因概 念的正式起始，提出基因概念在歷史上的發展與演進過程，認為最早 的基因是指「能夠決定遺傳單一性狀的這個東西」，甚至不知道到底 是不是物質，因此基因的概念只是一種計算用的符號與工具，故稱之 為「工具的基因」概念；接下來，科學家證實了基因是位於染色體上 的物質實體，基因概念的意義變成「物質的基因」，但當時基因仍然 只是一個理論的、假設的、功能的單位；接著 1953 年 Watson 跟 Crick 提出 DNA 雙股螺旋模型，科學家從此瞭解基因的物質本體是 DNA，

基因是解譯蛋白質的 DNA 分子的一個片段，因而將此時的基因概念 稱之為「DNA 基因」；但隨著科學進步，分子遺傳學家逐漸發現，基 因的表現很複雜，越研究就越沒有辦法清楚的下定義，所以近期基因 的概念變得十分模糊，稱為「費解的基因」。Gericke 等人(2007)按照 遺傳學歷史演進，將基因的概念做更詳細的區分，描述出按歷史時間

順序產生的五種不同基因功能模式(model)，而每個模式中，基因的結 構和物質本體、基因在有機體層次如何使用、基因和其他遺傳學概念 之間的關係、以及基因本體對其特性的影響都有所不同。而其結論亦 是近年來分子遺傳學的研究，使得基因的定義變得更加複雜曖昧而不 明確，而且定義繁多。而分子遺傳學家能夠針對每個不同的特定情 況，給基因下許多不同的定義，但其中卻沒有一個能包含了所有已知 的情況(Morange, 2001)。

在目前被生物相關科系廣泛使用的大學教科書「生物學(Biology)」

第七版中，作者 Campbell(2005)提到，給基因下定義，必須要依據遺 傳學史的背景。隨著遺傳學史的發展，基因不斷的被給予各種定義。

首先，從孟德爾概念下的基因定義、也就是決定性狀，到 Morgan 的 概念、也就是基因位於染色體上，再來是視基因為特定 DNA 序列的 概念，以及基因是一段可以轉譯出特定多肽鍊的 DNA 序列，這些都 是不同的基因概念。Campbell(2005)又說明，所有上述的這些定義都是 有用的，但必須要依據這個基因所處的研究情境來做選擇。簡單來 說，這些不同的基因定義，都是選擇性的有用。也就是說在特定的情 境之下、基因的定義是不同的，而且，他們都是有用的，並沒有互相 排斥哪個定義不對。舉個例子來說，在 1865 年孟德爾提出遺傳法則 之後，開始了古典遺傳學，一直到 2007 年，這個學門仍然存在。然

後以 1953 年 Watson 跟 Crick 提出 DNA 雙股螺旋結構為關鍵點，開始 了分子遺傳學，一直到 2007 年，這個學門也仍然存在。古典遺傳學 探討的是「親代與子代間的關係」，在這個學門，基因的概念是控制 性狀的遺傳物質。分子遺傳學探討的是「基因在個體(或是個體以內) 的表現」，基因的概念是能轉譯出特定多肽鏈的 DNA 序列。這兩者基 因的定義是截然不同的，但是都適合他們的研究、並且能夠使用。

再看目前國內中學教科書的編排，國內的中學課本，對基因也各 有不同的定義。以康軒版給國一學生使用的，國中自然與生活科技 1 下(2007)課本為例，基因的定義為：「DNA 上控制某一種性狀的片段。」

(p.33)再來，以南一版給高二學生使用的，高級中學生命科學下冊(2007) 為例，基因的定義為：「…生物的遺傳性狀是由因子所控制，他用英 文字母的大寫代表顯性因子，小寫代表隱性因子，是兩兩成對存在…

現在稱此因子為基因。」(p.92)接下來，在南一版給高三學生使用的，

普通高級中學生物下冊(2007)的基因定義為：「基因是 DNA 的一部分 片段，它儲存著遺傳訊息，可以準確地複製(有可能發生突變)，並透 過控制蛋白質的合成而控制生物的性狀，因此，基因是遺傳的功能和 構造單位。」高三的課本，也就是，只有生物主修的學生，才會使用 到的課本內容。可以想見因為高三生物主修的學生，將來有機會踏入 生物科學的相關專業領域，因此課本中對於基因的定義，試圖描寫得

更清楚、更詳細。在教科書的編排上，幾乎都習慣先安排古典遺傳學 再進展到分子一傳學，感覺上似乎合乎遺傳學史的時間安排，但是，

現在的中學遺傳學教教材卻都沒有強調要學生依照使用情境來選擇 基因定義。基因這一詞貫穿了古典遺傳學與分子遺傳學，但教材編排 時卻分開來教導，也未做兩者之間的關聯與比較，學生必須自行建構 基因的概念在不同遺傳學背景之間的關連，因此，本研究意欲瞭解學 生對基因相關概念的理解。

本研究旨在探究當學生在課堂上與生活中學習到了眾多不同的 基因定義與其相關概念，會如何理解這些概念？學生學習後呈現出什 麼狀況？此外，隨著學生從中學到大學，不同的教育程度，這些不同 年齡學生對基因相關概念的理解是否會有差異、有變化？本研究由上 述角度切入，設計問題與學生進行半結構型晤談，而使用晤談方式能 深入瞭解學生真正的想法，同時也可以針對過去並無範例的研究建立 研究架構，是很重要且具價值的研究方式。對晤談結果加以分析後可 深入探究學生對基因相關概念的理解，以及學生理解基因相關概念時 所遭遇的困難。期望在與學生晤談的過程中針對這個課題進行瞭解，

提供給學生學習遺傳學概念的後續研究作為參考，研究所得的結果亦 可做為未來量化研究進行大量施測時，製作問卷與設計研究方法的基 礎。