遺傳單元的教學

第二章 文獻探討

本章旨在討論與本研究有關的文獻，全章可分為四節：第一節為「遺傳概念 的教學」；第二節為「電腦模擬教學與相關研究」；第三節為「學習動機的理論與 相關研究」；第四節為「心流經驗的理論與相關研究」。

第一節 遺傳單元的教學

一、遺傳教學的困難

教育部在 97 年自然與生活科技課程綱要中規畫學生在國中階段應了解的遺 傳概念內容要項。將其分類在課題 3「演化與延續」，中的主題 31「生命的延續」，

內的次主題 310「生殖、遺傳與演化」，而次主題之下包含教材內容細目，其中 與遺傳學相關的有：4a.知道細胞分裂時染色體會變化以及減數分裂時，染色體 數目會減半。4b.區別有性生殖與無性生殖。3b.察覺生物生殖，其子代與親代具 有相似性，亦有不同。4c.知道基因可控制性狀的遺傳。4d.瞭解基因會突變，及 人類性別的遺傳方式。4e.認識遺傳工程。

根據康軒版教科書（2013）內容，將遺傳概念分類為五大主題：2-1 孟德爾 的遺傳法則、2-2 基因與遺傳、2-3 人類的遺傳、2-4 突變、2-5 生物科技的應用。

另外在 1-1 生殖的基礎單元中提到細胞分裂與減數分裂為遺傳概念重要的先備知 識。

近 30 年來有許多研究著眼於學習生物上的困難，Johnstone（1991）與 Finely 等人（1982）指出生物學中某些主題不只老師認為不容易教學，學生也認為學習 上有困難，這些主題分別為：1 .水的滲透作用。2.光合作用與呼吸作用。3.細胞 分裂與減數分裂。4.酵素的構造與功能。5.染色體的概念。6.孟德爾的遺傳法。

7.演化的機制。另外 Bahar（1999）指出學生普遍對遺傳學感到困難，特別是減

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數分裂、配子形成、等位基因、單性與雙性雜交等概念。重要的是，這些不只是 學生意見，也普遍受到經驗豐富教師的認同。

Knippels（2000）整理出遺傳單元的學習與教學上 10 項主要面臨的問題：

(一) 抽象性：由於遺傳、有性生殖、減數分裂缺乏現實生活體驗與聯結，造成學 生的理解偏離真實生物現象。

(二) 複雜性：遺傳學涉汲各階層生物組織，需在分子、細胞、個體、族群水平各 層級廣泛的討論才能對遺傳有通盤的了解，而教材的簡化容易造成概念上的 問題。

(三) 機率推理：遺傳的問題往往包含機率的推理，若數學能力較差的學生在演算 時較容易發生障礙。

(四) 刻板印象：對學生來說遺傳學被認為生物學中最困難的單元之一，如此印象 容易使學生缺乏學習動機，並傾向放棄學習。

(五) 測驗評量：遺傳單元僅佔定期評量一部分，因此教學時間不能太長。在有限 的時間下，較多教學著重於學習的技巧而不是問題解決的行為。

(六) 大量的專有名詞：遺傳學充滿了大量專有名詞，並不是所有字彙對了解遺傳 學皆有幫助。另外不適當的將字彙由英文翻譯成其它語言，也可能造成學生 的誤會。

(七) 族譜圖、棋盤方格法與符號化：族譜圖與棋盤方格法皆為遺傳單元必學的概 念之一，學生對於遺傳學知識所呈現的表格、符號與象徵感到困難，此部分 與抽象性、專有名詞有所關聯。

(八) 問題解決：學生不僅對問題陳述有困難，還缺乏問題解決能力與閱讀技巧。

(九) 細胞分裂：學生對減數分裂的過程認識不足，也無法區別細胞分裂與減數分 裂之間的差異。

(十) 學生之間的差異：學生在遺傳的先備知識與認知有所不同，此外學生在化學 與數學領域的表現上也會影響遺傳課程的學習。

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二、另有概念的形成

大部分學童在接受學校教育之前對科學的概念可能來自於圖畫書、父母的對 話或電視的節目內容，學童會藉由同化自身的觀察和經驗來理解周遭發生的現象

（Johnstone, 1991）。學生能利用兒時的日常生活經驗解釋大部分生物學上的概念。

與家人或同儕討論與生物學相關生活經驗有助於生物學概念的發展。學生在正式 學習遺傳課程之前，就發展出一套方法利用本身直觀的想法來解釋遺傳相關問題，

此想法即為學生的先前概念（preconceptions）。當學生接受正式課程時，學生利 用先前概念產生的素樸理論將與正確遺傳概念產生衝突。在先前概念的干擾下學 習新的知識易造成學生的「迷思概念」或「另有概念」（Driver & Oldham, 1986）。

另有概念通常很穩定且很難改變，因此教師在教學規畫前應將學生另有概念納入 考量。

另一方面，學生使用非科學的日常語言也是造成另有概念的原因。例如：呼 吸作用等於呼吸、呼吸作用發生地點在肺臟、「山椒魚」或「章魚」屬於魚類、

基因等於等位基因…等，皆是日常用語與科學意義產生誤解之處。另外當課程為 全新內容學生無先備知識時或課程認知需求遠大學生概念發展時也容易產生另 有概念，例如減數分裂、遺傳工程等均是學生就讀國中前較難接觸的概念。

許多研究指出學生在遺傳概念上有許多嚴重的錯誤認知，學生不了解染色體、

基因、等位基因的相關概念（Collins & Stewart, 1989），甚至無法區別細胞分裂 與減數分裂的過程 （Kindfield, 1994；Brown, 1990），學生也無法推算子代基因 型或表現型的機率（Browning & Lehman, 1988）。台灣國中七年級學生在部分遺 傳概念的學習上易產生困難與另有概念，例如：減數分裂過程、同源染色體分離、

對偶基因的定義、DNA、基因與染色體之間關係…等（朱幼倩，2009；楊坤原、

張賴妙理，2004）。因此當學生無法完全理解這些問題時只能使用背誦的方式來 通過考試。

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三、巨觀與微觀的問題

遺傳的複雜本質是遺傳概念學生難學與教師難教的另一項原因，遺傳複雜 的知識結構使得學生需要使用複雜的知識技巧來解決問題。在科學教育的研究中，

當課程中的概念或過程同時屬於不同層級的組織時，學習者容易遇困難（Bronsan, 1990；Pritchard, 1990）。遺傳概念牽連許多不同的生物層級，學生在連結不同層 級的遺傳概念與過程時容易產生困難。不同學科的科學研究人員以不同的方式定 義組織的層級（如圖2-1），分析遺傳學複雜的本質可歸類於四個層級間的影響如 下敘述(引自Chu, 2008)：

圖 2-1-1 遺傳概念金字塔

1. 巨觀（生物體）層級：這是第一個層級，學生可以看到、摸到、聞到和描述 它們的屬性。換句話說，它是一個有形和可見的層級。當學生面臨巨觀層級 的概念時，可以獲得有用且長期維持的學習經驗。例如進行植物或動物的觀 察活動時，學生其所有的感官都可用於觀察，認知成就較佳且持久。學生對 於巨觀層次較易知覺與接受，例如豌豆的遺傳性狀。

2. 微觀（細胞）層級：第二個層級無法透過直接觀察或提供如同巨觀層級的心 理圖片解釋與描述來獲得相關經驗。此層級通常為細胞的層級，因為觀察者

巨觀

微觀 符號

分子

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肉眼的限制，需使用顯微鏡才能窺探此層級的面貌。

3. 分子（生物化學）層級: 第三層級中所有生物體中分子結構中不能直接由肉 眼可見。在生物學中，學生只能利用指示劑來確定分子結構的存在，如果分 子確實存在指示劑將會以變色的方式呈現。事實上不可直接觀察的分子必須 由學生想像其架構。

4. 符號表徵層級: 第四層級是由學生嘗試將觀察利用符號、公式、數學操作和 繪圖方式來表達。

Kapteijn （1990）認為如果教師想讓學生學習或了解生物學現象，常使用巨 觀或微觀的觀點進行教學，此對細胞與生化層級的概念形成有重要的影響。研究 指出不同層級的概念認知也有所不同，學生在微觀層級理解程度較巨觀層級差。

在許多情況下，微觀層級的過程與概念是無法直接觸摸與觀察，學生不能使用如 同巨觀層級般的方式來進行概念的推斷。儘管如此，學生依然嘗試如此錯誤的推 斷方法導致錯誤的概念產生(引自 Chu, 2008)。

遺傳學連結這些不同層級的想法與概念，例如植物花朵的顏色或人類體重等 生物的性狀屬於可觀察的巨觀層級，而細胞、配子、染色體、DNA、基因與等 位基因則是無法直接感知的微觀與分子層級。而巨觀或微觀現象發生的過程可以 用數學符號或算式來代表。學生學習遺傳概念的困難之處是因為數種層級的概念 必需經過有系統的整合才能理解遺傳的原理與發生過程。換句話說想充分理解遺 傳學，是有必要經歷上述四個層級，但依據訊息處理模式，學生工作記憶能力有 限不同層級的概念同時出現可能會產生資訊的超載，進而形成學習上的問題（引 自 Chu, 2008）。

Bahar、Johnstone 與 Sutcliffe（1999） 建議教師在進行教學中同一時間只介 紹一個層級的概念。學生必須逐漸發展往不同層級思考的能力。Marbach-Ad 與 Stavy（2000） 則建議教師授課應從巨觀層級到微觀層級再到分子層級最後到符 號表徵層級一步一步進行。另外當介紹微觀層級概念時，教師可嘗試與巨觀層級

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做連結，可以幫助學生學習遺傳知識(引自 Chu, 2008)。

學生在學習遺傳概念的過程中需運用這四種不能層次的思考能力。除了要理 解大量專有名詞所代表的意涵還要利用數學符號解決遺傳學機率問題，確實是很 大的負擔。台灣學生在遺傳學中巨觀與微觀之間概念連結產生許多困難，以致於 無法正確利用符號表徵進行遺傳學問題解題（黃台珠，1990，1993；朱幼倩，

2009）。

另外王惠貞與黃台珠（2001）指出台灣學生在遺傳先前知識缺乏正確的結構 性，學生在「分子」（基因、染色體）與「符號表徵」（遺傳機率）的表現較差，

對於「巨觀」（外表性狀）答對率較高，而「巨觀」與「分子」連結相當薄弱。

對於「巨觀」（外表性狀）答對率較高，而「巨觀」與「分子」連結相當薄弱。