用以促進遺傳物質概念獲得之教學方法的探究

東方設計學院食品科技系@許照紅@講師

東方設計學院化妝品應用輿管理系@許德發@副教授

摘要

本研究以國中「自然與生活科技」課程「細胞的基本構造」為開塌，引出遺傳 物質之所在、結構與功能。教學內容包含生物體的基本單位、細胞構造輿功能、細

胞核與遺傳物質、染色體結構分析及細胞生長與分裂等五大主題。教學採講述、看

圖填空、拼圖、模型類比演示、操作與製作等策略。讀學生在動手模擬、製作細胞 分裂模型時，從中探究並理解筒中原理。研究課的位園中一年級學生單組前後測 設計，針對染色體概念的理解發展二階段式當斷工具，四等量表測試用於評量細胞

分裂概念的學習成果，前後測平均數差異經成對樣本 t 考驗結果達顯著水準'驗證

本教學策略可提昇學生對海色體與細胞分裂概念的理解，以作為相關教學活動設計

之參考。

關鍵詢:動手做、教學活動、遺傳物質、遺傳學教學 取件日期: 2011/3月修訂日期: 2011/5/23 接受日期: 20

l1/

5/23 這診60~頁 中，教育科2巷草 2期

Chao-Hung Hsu

G

Dept. of Food Science and Technology

,

Tung-Fang Design University. Instructor.

Te-Fa Hsu

Gl

Department of Cosmetic Applications

&

Management

,

Tung-Fang Design University. Associate professor.

Abstract

This study initiated from "Basic Structure of Cells" which is a subject

of "Science and Life Technology" course for junior high school

,

leads to the

understanding of the localization of genetic material

,

structure and function. This

teaching content contains five topics

,

namely basic units of organisms

,

cellular

structure and function

,

nucleus and genetic material

,

analysis of chromosome

structure

,

and cell growth and division. The teaching strategy includes lecture

,

fill in the blank of the figures

,

puzzle solving

,

demonstration of analog model

,

and operation of the mode

l.

We strengthen students' concept through hands-on

\

practicing and making cell division model to explore and imderstand the principle.

The treatment was tested using a one-group pretest-posttest design including

13 seventh graders. The learning improvement of the concept of chromosome

was investigated using a two-tier diagnostic tool

,

while the four-scale testing was

used to assess learning outcomes for the concept of cell division. The difference

of the pretest-posttest mean shows significance by the paired t-test. We validated

our teaching strategies can facilitate students' unde

t;

standing of the concept of

\

chromosome and cell division. In conclusion

,

our teaching strategy provides useful

reference for future teaching activity with similar subject.

Keywords: hands-on

,

the teaching activity

,

the genetic material

Manuscript received: Mar 9

,

2011;

Modified: May

23

,

2011;

Accepted: May

23

,

2011

壹、研究動機與目的

生物科技發展一日千里，增進對遺傳知識的認知與理解是生物教學的重要目 標之一。遺傳學是生物學的核心領域之一，但是許多國內外文獻指出，中學學生對 於遺傳概念明顯存在廣泛的不確定和混淆(楊坤原、張韻妙理.

2004)

0

Wood-Robinson

(1994)\及 Turney

(

1995) 分別從教授與學習的角度及公眾對科學認

知的角度回顧，所有年齡層對基因和遺傳知識的理解程度非常薄弱。林秀玉、涂 志銘、林祖強、鄭湧溼 (2006) 的研究亦指出教學前、後，學生對「細胞中的基 因」的知識比較缺乏，也比較不完整。 國中一年級下學期自然與生活科技領域課程中編列「新生命的誕生」單元，論 述有性生殖、無性生殖之後，便深入細胞生命與生殖的內容。學習者歷經前一學期 學習，雖已真有細胞的概念，但缺乏染色體與細胞分裂的概念。生殖與遺傳在國中 生物科教學上算是較有難度，學生比較不易理解的部分。生殖的概念很多是屬於細 胞內的變化，如細胞分裂、減數分裂、精卵結合、細胞分化等，這些是學生不易觀 察，也戚覺不到的東西，需要較高的認知能力(吳月銬.

2010)

為引領學生順利的進入遺傳學的知識領域中，研究者彙整於技術學院任教生 物課程的相關活動，配合國中教材的名詞用語，參閱該領域在九年一貫課程綱要中 的教學目標與分段能力指標，提出遺傳物質動手做教學活動。在某學年寒假期間， 以高雄市某市立國中13 位一年級學生為研究對象，進行「生命世界一生物遺傳物 質」課前教學探究，探看本活動對學生在相關遺傳概念的獲得上，是否真有正向的 影響。 根據上述研究動機，本研究之研究目的敘述如下: 卜研擬講述、看圖填空、拼圖、模型類比演示與操作等教學活動與發展染色體概 念認知及細胞分裂概念認知之研究工真。 2 、依所設計之教學活動方案，進行教學實驗處理，並以所發展之工具進行調查， 了解實驗教學處理前後對於相關概念理解的情形。 3 、依據調查結果提出相關教學及研究設計上的一些建議。 根據上述研究目的，提出以下研究問題: 卜教學活動對染色體概念認知影響情形為何? 2 、教學活動對細胞分裂概念認知影響情形為何? ~62告 中尊教育草6堵軍 2期

用以促進遺傳物質概念獲得之教學方法的探究

Explorete蚓、“可 strategiesto facilitateobtalnl呵。f 甘、econcept ofge冊tiCmaterial

貳、文獻探討

本研究針對生物遺傳物質的教學，以遺傳概念的教學、教學活動、動手做等三 部分加以探討相關文獻。

一、遺傳概念的教學

國內外許多研究指出遺傳學不僅是學習生物學或其他學科相關概念的基礎， 也幫助學生瞭解因生物科技進步所可能衍生的社會議題，故遺傳學的學習有其必要 性，但是遺傳學的教學雖普遍受到重視，卻也是老師覺得難教，學生覺得難學的單 元(黃台珠.

1990

;楊坤原、鄭湧溼.

1997

;薛靜瑩.

1998

;黃秀英.

1999

;楊

坤原、張賴妙理.

2004 ; Bahar

,

Johnstone & Hansell

,

1999)

0 Radford和Bird­

Stewart ( 1982

)亦認為遺傳學是學生學習困難的單元，但卻是相當重要的單元。

許多實證研究結果均指出，遺傳學是生命科學中最難學的單元之一，且不論小學

生、中學生、大學生甚至社會大眾，對遺傳與基因所持的概念都相當質樸、過時且

不適當(鄭榮輝、林陳浦.

2007)

生物體的細胞構造、生物體和有性生殖、染色體與基因的關係等，是國中生學

習遺傳學前應該要懂的重點(Banet

&

Ayuso

,

2000) 。大多台灣國一學生普遍缺

乏或有錯誤的學習遺傳學的基本知識，其中以數學機率概念為較佳，細胞分裂與減 數分裂的概念最弱，對於 DNA 、基因、染色體的定義、於細胞內的位置、與其相 互關係很混淆(朱幼倩. 2009) 。即使如此，遺傳學的大量專有名詞、利用數學

符號是決問題與機率概念應用於生物現象等也可能造成學習上的桶。專有名詞除

了要了解它的涵義，同時也學習新的遺傳知識;有些相似的詞(如細胞分裂和減數 分裂、染色體和染色質)也容易造成混淆 (Bahar

et a

i.,

1999) 。 對於國一學生而言，教學前和教學後學生所呈現「缺乏知識」的遺傳核心概念 之排序非常一致，都是缺乏「細胞中的基因」的遺傳知識，這可能是因為學生在國 小階段尚未正式接觸「細胞中的基因」的遺傳知識(林秀玉、涂志銘、林祖強、鄭 湧渣. 2006) 。楊坤原和張賴妙理 (2004) 以二階段式「園中遺傳學概念學習調 查表」診斷國一學生在學過國中生物之「生殖」與「遺傳」單元後，仍對細胞分裂 的意義、減數分裂的過程、基因與性狀、同源染色體與雙套染色體的定義、染色體 與DNA的關係及孟德爾遺傳法則等概念存有迷思'並認為教室中的教學方法、概 念教授的順序、教科書的圖示與描述內容的用語等，也是導致遺傳學迷恩概念產生 的可能因素。 Zolan 、 Strome和Innes (2004) 發現在實際課堂中，多數學生對基本的生物 June.2011 枷耐的 Edu回tion ~63還

過程不甚了解，例如減數分裂與基因調節的過程。國內外相關的研究均顯示學生 學習遺傳有同源染色體的辨識、減數分裂和細胞分裂時染色體的移動狀況等關鍵 的迷思概念(王貞蔥. 2001) 。許德發、謝青龍 (2001) 指出生物學的發展是由 形上學的信念(假說)至DNA發現而落實於類型學知識與方法的複製機制，有其 困難。於是許照紅、許德發與黃台珠 (2006) 針對細胞在分裂時染色體變化的理 解，提出系列的教學活動，促進相關概念的獲得，該活動即是本研究實驗處理的參 考依據。

二、教學活動

綜觀多數國民中學訂定生物課程標準時，大都希望經由學習活動，使學生認識 生物，瞭解其構造、功能及生命現象的基本原理，並體認生物與人類福祉的關係; 且希望在學習活重阱，培養學生觀察、推理、實驗等科學方法，藉以敢發獨有思考 與創造能力，並能應用於日常生活中問題之解決。「教學方法」由教導知識的傳統 教學轉向展現能力的創新教學，教師為培養學生十大基本能力，將難以運用傳統填 鴨、灌輸、要求標準答案的傳統教學，必須轉而善用活潑、多元、激發學習潛能的 創新教學(李坤崇，無日期) 在課程安排與教學策略上，宜朝向提供學生應用基本能力的多樣情境和增進短 期記憶、的有效運作，以使學生能累積足夠的學習經驗進而能發展至較高層次的認知 階段，便成功解決問題的能力增加(許瑛珀、洪榮昭. 2003) 。要獲致解決問題 的規則並選擇適當策略，有必要透過教學活動來發展推理思考等高層認知能力(張 景媛、陳荻卿.

2003)

許多遺傳學概念均屬抽象概念，在教學上不宜單靠講述或算則的練習，而應使 學生透過實際的遺傳學解題情境學習並活用概念(楊坤原、張賴妙理.

2004)

張賴妙理、涂志銘與鄭湧涅(2001) 提出符合建構論者理念的教學策略，營造概 念改變的論證環境，使國一學生對生殖與遺傳單元內容所持有的另有概念產生改 變。 教學策略的選擇應考量學生的認知發展層次，針對國中學生的學習，吳月齡 (2009) 在意的是:怎樣讓學生學到基本概念?怎樣讓他們對生物學有興趣、有 信心?本研究旨在遺傳學基體概念的建立，使用具體的教具、實例、圖示或概念圖 來幫助學生學習。 教育改革的主要訴求逐漸朝向以學生為主體，因此隨著此一潮流的演變，教 師的教學將不能再迴避學生可能會真有的不同學習型態或需求，反而必須試圖採取 更包容的態度來面對這些不同的學習型態或需求(游光昭、林坤誼，無日期)。教 這~64告中，教育制堵軍2期

用以促進遺傳物質概念獲得之教學方法的探究

Explore teaching strategies to facilitateobtalni呵。f 甘、econceptof 扭冊ticmaterial

學設計的歷程是一種循環的歷程，每一個評價的訊息或資料皆影響教師教學的下一 步計畫，以及接下來的教學行動(林進材. 2005) 。研究設計考量各活動內容前 後的連貫性，以系統論的觀點來看整個教學活動，要了解整體必須透過對各部份的 深入分析，要對每一部份進行了解時，必須基於對整體背景的認識(許德發、謝 青龍.

2001

)。因此本研究以國中自然與生活科技課程「細胞的基本構造」為開 端，引導出遺傳物質之所在、結構與功能，進而以染色體在細胞分裂時所發生的變 化來理解細胞的生長與分裂。

三、動手做

1980年代末期科學教育的改革逐漸著重在能引起學生興趣的動手操作學習 (游光昭、林坤誼，無日期)

•

LaPorte和 Sanders (1993) 指出雖然科學與數學 教育已經開始強調動手操作學習，企圖引起學生的好奇心並彌補實務經驗的缺乏， 但許多的動手操作活動仍偏重於科學理論而較無法引起學生興趣。 建構主義主張學習者是主體主動的學習以建構知識，建構學習是以做中學、談 中懂、寫中通等多元互動的社會建構，而非聆聽、練習等單元單向的任意建構(張 靜蟹. 1996) 。范麗玉(1 999 )針對國中建構式教學策略之行動研究提及下列相 關的發現:動手做使學生能經由思考而學習，而非機械式記憶或背頌;透過動手做 的情境營造，學生不但能在輕鬆、無壓力的氣氛下學習，也能由真實情境引導學 習，由做中學，對概念有更深的了解。 在教學上，教師經常要求學生學習許多專門術語，卻疏於理解其中過程的運作

原理 t 針對特定教學目標的學習事件. Zo1an等人 (2004) 建議給予學生實務操作

的機會，也就是「動手做 J ( hands-on) 的經驗。透過實務動手操作，可促進學 生對專門概念的理解，協助教師看出學生的迷思概念，協助學生學習顯出生物過程

(visualizing biological

processes) 的必要技術。

Timberlake

(1982) 在教師實施創造思考教學時所提供的建議中，鼓勵學生 從做中學，嘗試一些以前所沒有做過的事;多讓孩子有遊戲的機會，並能提供不 同材料，使他們邊玩邊操作這些材料(陳隆安.2002) 。黃台珠、鄭世暖、林明 輝、蘇懿生、張學文和趙大衛(1994) 提出在改進中學遺傳教學建議，並利用具 體易操作的教真，以幫助學生由「真體操作期」轉入「形式操作期」的學習。他們 同時建議加強學生的參與度，因為在重要觀念的教學上，教學過程須經教師示範說 明、學生示範及自己操作等三個過程，以達到確實學習的目的。 關於學生易混淆的兩種細胞分裂的方式，其過程是動態的，教師如果只用靜態 的圖片教學可能造成學生的誤解，因此建議用影片或用毛線、黏土作為模型示範﹒ June,2011 勵。喃內 Ed叫ion ~65毫

讓學生了解分裂過程的變化(黃秀英. 1999) 。在設計科學教學活動時，除了解 釋操作程序之外，實際的動手操作是非常重要的，實際操作有助於學生先發展動作 表徵'進而發展影像表徵或形式化的符號表徵(王貞惠.

2001)

本研究在教學設計上，減少傳統講述教學，在教師的示範說明中，增加學生動 手機會，使其提取已習得的概念之後，進而使概念深入長期記憶中。

參、研究方法

一、研究對學

高雄市某市立國中國一學生，男生4人，女生9人，合計13人。在第一學期的 寒假期間，採小班教學進行實驗。

二、研究王具

依據研究目的，用以搜集量化資料的工真乃研究者參照教學目標自行發展的 「染色體概念認知調查」、「細胞分裂概念認知調查J .工真之形式與信效度如表 卜工真之編制說明如下。 表 1 研究工具之信效度與應用情形 一、對染色體概念認知的影響 二、對細胞分Ill.念館細的影響 (一)黛色體概念認知調查 本工具參照楊坤原和張賴妙理(2001) 診斷國一學生在遺傳學概念的迷思， 提供染色體核型圖及製備該圖的說明之後，針對迷思概念之一般常識、看圖推理及 深入題等三大題型提出二階段測驗(附錄一).測驗內容是學習目標企望獲得的概 念，以答「是」為概念理解的表徵。

Treagust (1986

,

1988) 及Tan 、 Treagust 、 Goh和Chia (2002) 提出開放式 兩階段紙筆評量 (two-tier

test)

;此種當斷方式的第一階段是針對內容，第二階

段是探索理由。學生在某道題的兩個階段都回答正確，才表示學生對該題有正確的 認知，否則就真有迷思概念。此種評量方式適合教學且教師容易接受，可以增加教 師察覺學生在概念上的狀態。

用以促進遺傳物質概念獲得之教學方法的探究

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除第 5 、 7 、 8 、 11 、 14 、 15 、問題為「是」、「否」、「沒有把握」單選 項作答外，其餘題項採二階段式診斷，如果知道、了解、同意...等等，請勾選 「是 J '並繼續回答問題，且須寫出正確答案才得分;如果完全不知道、不了 解...等等，請勾選「否J '不必寫答案，不予計分，但若在此寫出正確答案則可 得一分;如果似懂非懂、不肯定、沒把握，請勾選「沒有把握J '可以試著寫答 案，答對可計分。將作答選項「是，答對」、「是，答錯」、「否，空白」、「沒 有把握，空白」、「沒有把握，答對」、「沒有把握，答錯」依表2說明編碼進行 統計。 表 2 染色體概念認知調查答題之編碼說明 明圖陸軍圖個詞間L

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1，已泛的仗，因--~

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E-沒看抱過 (二)擱胞分裂概念認知調查 針對教學計畫表之認知項目單元目標五「認識細胞的生長與分裂」之真體目標 作為本工具學習成就上欲調查的內容，主要為細胞分裂過程的陳述，編製為(1) 極不了解、 (2) 不了解、 (3) 了解、 (4) 極了解等四等量表。測驗內容亦是學 習目標企望獲得的概念，以答(3)了解或 (4) 極了解及描述性統計平均數得分高 者代表概念獲得。

三、研究議討與實驗處理

本研究由研究者擔任教師，教學的時間約 2小時。首先提出教學計畫(表 3) 含認知、技能、情意等三方面目標，使學習者在學習之後，除對學科知識應有的認 識外，應具有外顯的能力，可轉移知識在不同情境中。 為達成研究目標所應用的教學模式如表 4 ，訂定生物的組織與單位、細胞的構

造與功能、細胞核與遺傳物質、染色體的結構分析、細胞的生長與分裂等主題，各 主題下分別擬出學習單元，設計學習者動手填圖、拼圖、剪貼、模型演示、模型製 作等動手活動，引發學習動機與樂趣來增強學習動機。活動設計教材取自許照紅與 許德發 (2006) 生物學概要一書第六、七單元中的相關作業，編制成學習單(附 錄二) ，教師在活動中觀察學習者學習狀況(附鋒三) ，同時評量學習成果。 教學活動使學生理解細胞分裂相關概念。細胞分裂是一個連續的過程，包括 細胞核及細胞質分裂，依照核膜的變化、染色體的形狀與位置分成前期、中期、後 期、末期四期，細胞核分裂後，接著細胞質分裂，形成二個細胞(許照紅、許德 發，

2006 : 7-1

)。細胞核內的遺傳物質在細胞要分裂時發生明顯的變化，串珠狀 的核質(染色質)濃縮成染色絲、進而形成染色體，研究上將彩色磁條減成塊狀小 片段，便於將之排成串珠狀再聯合成線條狀以示範染色絲、染色體的過程。實驗處 理尚包括有絲分裂圖形變化排序、細胞分裂的數字變化及細胞分裂動手做等，守主後 為了檢視理解情形，提供細胞框架，自行利用材料(色紙、牙籤、吸管、毛線、塑 膠繩等)製作有絲分裂的立體模型，而減數分裂以彩色筆畫出。其中研究者整合二 種細胞分裂在過程中「數」的差異，設計「細胞分裂數字變化」的學習，包括染色 體數目的變化、細胞分裂次數與分裂之後子細胞的個數，使學生在完成該學習單元 之後，能夠有系統的增進細胞分裂過程的理解。 研究採 13 位國中一年級學生單組前後測設計，即經前測、實驗處理、後測之 後，進行相關資料的分析。本研究樣本數少，利用寒假期間進行，可謂為第二學期 開學後生物課程之前導研究。

表 3

教學計畫表

關遺傳略與細胞分認區圓圓且二!學生~.-i .L 13~ 教學講毅、圖片、組合式積木、學習鼠、概念拼團、軟性磁鑽條 卜學習者具有細峙的領念，但為 7 要引進遺傳物質的所在，重新以認..生物的組續與單 位海關錯，以強前遺傳物質之所在﹒ 2 、學習者多數缺乏染色"與細胞分裂的概念﹒ 一、詔知方面 卜認識生物的組給與單位 2 、認磁細飽的構造輿功能 3 、認論遺傳物質 ~68~頁中，教育草 62 材 2期 1-1 能說出細胞是生物的構造單位 1-2 能說出單細胞生物與多細胞生物的差異 2-1 能脫出細胞的樹，這 2-2 能脫出細胞胞器的功能，完成領念國 3-1 能說出遺傳物質存在細胞核內 3-2 能說遺傳物質的功能 3-3 能說出遺傳物質在細胞分裂時會發生變化 3-4 能說出遺傳物質的變化是染色質、染色絲、染色體 3-5 能說出遺傳物質的數目 3-6 能說出第 23對染色體在不同性別上的差異 3-7 能說出第 23對染色體的功能

用以促進遺傳物質概念獲得之教學方法的探究

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「

單元目標

4 、認ill染色體的結憐 5 、詔"細胞的生長與分製 二、技能方面 6 、可敘述細胞內外的.過 7 、可敘述體細胞有23對染色體 8 、可敘述細胞分到的過程 9 、可敘述二種細胞分裂的差異 三、情意方面 10 、了解細胞分裂的重要性 4-1 能說出染色體的結惰包含蛋白質與DNA 4-2 能說出DNA 、基閩、染色"的關係 4-3 能說出D峭的變般螺能給橋 5-1 籠，露出遺傳物質在細胞分到時迪生種劉一倍的窟，‘ 5-2 能 7肉串細胞週期與組胞分嵐的蔥籠 5-3 能說出奇制胞與子組胞的關係 5-4 能臨出體細胞與生殖細胞的重重輿 5-5 能說出體細胞的染色"I直是2N=46 5-6 能說出生殖細胞的染色個數是N=23 5-7 能 7解N (單套〉輿2N (雙W) 的蔥籠 5-8 能 7肉串細胞分製時平掏分配的蔥籠 5-9 能7饒有絲分設的過程及連續 5-10 能7"u.a分製的過程及麓，‘ 5-11 能7 肉串滅數分製時配對與重組的麓，聽 5-12 能 7解三種細胞分到的登具 6-1 能完成細胞撈﹒興.念﹒

6-2

ft此較其實的與人工艙，盟的胞..造完成胞壘，歸位 7-1 能完成染色"核型圖 7-2 能說明白對染色體定序的依據 8-1 能完成細胞分殼的圓形變化剪貼辨出順序 8-2 能完成細胞分到過程的積型製作 9-1 能完成細胞分賽是的數字變化 9才能說出二種細胞分裂的差異 10-1 能以模型說出二種細胞分裂的過程與差異 10-2能增進參觀科工館生物科按展示餘的理解能力 表4 教學模式之主題策略與內容概述 主題 策略 時間(分) 內 自吾吾 _{概 述} 一、生物的組給與單位模型、填圖 生物皆由細胞組成，有單細胞生物與多細 胞生物

F 細胞的輪與功能I~﹒、個貼圖lC汀|聯成生物基本一(細胞〉枷鎖|

三、細胞核輿遺傳物質類比、貼圖

20

位在細胞核內的染色體、基因與 DNA 之間 的棚係

i圓、染色髓的結構先斬 ]1續型顯此演示

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10

II由AT 、“結合成雙般鐵鐘狀的 DNA所組盯

五、細胞的生長與分裂 貼圓、演團、勤勤腦

25

_{細胞分裂峙，染色體複製並平均分配給新}

Li型演示與製作

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合計

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電"""'f，'!'哼哼憊品嘉軒說 ;"'''''~..d 視F莘莘艘軍" 哥哥#白話示函京已福而苦頭品質是南 教學前後實施研究工真之前後測，使用 SPSS

12.0 for Windows

進行描述性統 計分析，再以成對樣本t考驗分析前後測差異，探看本研究的教學策略對學生學習 遺傳物質與細胞分裂的影響。

肆、結果與討論

一、教學活動對染色體概念認知的影響

染色體概念認知調查結果經次數分配統計分析如表 5 .前後測相依樣本t考驗結 果，各題及總分之平均數差異達顯著水準(表 6) .教學的有效性得以見之。 表 5 染色體概念認知調查次數分配表

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19 我了解細胞在減數分裂時會發生配對(聯會)的

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*包括「是」 知道、了解。 r 是，答對」 知道且答對。 r 沒有把握，答對」 不肯定但答對。 **包括「否」 不知道、不了解。 r 否，空白」 不知道未回答。 r 是，答錯 J 知道但答錯。 「沒有把握J 不肯定。 r 沒有把握，答錯J 不肯定且答錯。 「沒有把握，空白」 不肯定未回答。 表6 染色體概念認知調查成對樣本t 檢定

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本叮嚀 叮叮泊 海70告中，教育科2 卷草 2期

用以促進遺傳物質概念獲得之教學方法的探究

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進一步探看教學前後本研究對象國一學生13 人次對染色體概念的理解情形，如 13人全部答「是 J .視此研究對象對此概念為極理解，如無人答「是J .視此概念 為睡不理解，其餘依序劃分為9一 12 、 5-8 、 1-4之理解、尚稱理解、不理解等三 個等級(表7) 表7 依人次答題數分析染色體概念認知理解情形

13

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教學前學生對第2 、 13 、 19 、 20題最為陌生、極不理解，不了解染色體的「變 動過程」、生殖細胞與體細胞的染色體數目有何不同、減數分裂時的配對聯會及重 組互換等現象。此外，第7 、 8 、 9 、 10 、 12 、 14 、 16 、 17 、 18等題也是較難被學 生所理解，學生不知道男女第 23 對染色體的結構是不一樣的，看不出核型圖中成對 染色體的結構是一樣的、是有順序的，且無法看出依何特性排出染色體順序。 多數學生較為理解的是第 1 、 5 、 6 、 11 、 15 題，知道「人類的染色體數」是“ 條、「染色體是成對出現的」有23 對，約半數的人知道染色體在細胞核內、「大部 份成對的染色體結構是一樣的」、「第23 對染色體的功能」、染色體核型圖是「經 過放大好幾萬倍的結果 j • r 細胞分裂之前染色體都先複製一次」。 教學後學生對這些問題的疑惑大大的改善，前後測平均數差異達顯著水準。 教學活動使學生理解遺傳物質存在每一個細胞中的細胞核內，是表現生命現象的重 要物質，因可被失色而稱為染色質，在細胞要分裂時串珠狀的染色質會濃縮成字色 絲、染色體。第 23 對染色體 rXX

j

或 rXY

j

的功能在決定性別，其中僅一位學

生寫成

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、 ry j 。帶染色體「回家」之後，學生可以看出 23 對染色體是以長 度來排序。有部分學生注意到「正常成人的所有體細胞染色體數目都一樣而且成人 體內所有細胞的染色體都一樣」與「正常成人的生殖細胞染色體數目與體細胞染色 體數目，且不同成人體內有染色體數是與眾不同的細胞」是相對的問題。關於減數 分裂時染色體配對與重組互換的過程，鼓勵學生使用模型操作，以增加理解。

二、教學活動對制胞分裂概念認知的影響

細胞分裂概念認知後測結果顯示本教學活動可促進學生對細胞分裂的理解 (表 8) .前後測相依樣本t考驗結果，各題平均數差異達顯著水準(表9) 表8 細胞分裂概念認知調查次數分配表

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用以促進遺傳物質概念獲得之教學方法的探究 l{l..第 2解組區分製嚼聶饋-r 染色"被毆工的領重 。9. 我 7 解一種細胞分裂方式的差異

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*包括極 7 解與 7 解 **包括極不了解與不了解

表 9

細胞分裂概念認知成對樣本 t 檢定

題目 國

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進一步探看教學前後本研究對象國一學生的人次對細胞分裂概念的理解情形， 如 13人全部答「是J '視此研究對象對此概念為極理解，如無人答「是J '視此概 念為極不理解，其餘依序劃分為9-12 、 5-8 、 1-4之理解、尚稱理解、不理解等 三個等級(表10

)

表 10

依人次答題數分析細胞分裂概念認知理解情形

13

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5-8

1-4

---

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教學前學生對第 7 、 12 、 13 、 14 、 15 、 16 題最為陌生、極不理解，不了解體 細胞與生殖細胞的差異是因為細胞分裂次數的不同所造成的，對於「體細胞經有絲 分裂之後產生 2個體細胞」及「體細胞經減數分裂之後產生 4個生殖細胞」便可得而 知;於是第 l 、 2 、 8 、 9 、 10 、 11 等題也相對的不被理解，不了解生物細胞因染色 體數目的不同而有「體細胞」與「生殖細胞」二大類，體細胞經不同的細胞分裂產 生不同狀態的細胞，如經有絲分裂之後產生「體細胞」、經減數分裂之後產生「生 殖細胞」。 多數學生較為理解的是第 3 、 5 、 6題，了解構成生物體的細胞包括「體細胞」 與「生殖細胞」、「體細胞」是構成身體結構的主要細胞、人的「體細胞」染色體 數是雙套(雙倍)的，以數學式紀錄成 2N=46 、人的「生殖細胞」染色體數是單 套(單倍)的，以數學式紀錄成 N=23 。上述結果與朱幼倩 (2009) 的調查結果相 近，大多臺灣國一學生的遺傳學基本知識，以數學機率概念為較佳，但是對於細 胞分裂與減數分裂的概念最弱，對於 DNA 、基因、染色體的定義、於細胞內的位 置、與其相互關係便很混淆。教學後學生對這些問題的疑惑大大的改善，前後測平 均數差異達顯著水準。 本研究採單組前後測設計，即經前測、實驗處理、後測之後，進行相關資料 的分析。但這種實驗設計，往往不易控制無關平擾變項的影響，所以實驗效度非 常低，又被稱為弱實驗設計 (weak-experimental designs) 或非實驗設計 (non­

experimental

designs) 。在因果關係的研究中，除了前導研究(pilot study) 以

外，應儘量避免使用這類型的研究設計(潘宇文·2004

)

用以促進遺傳物質概念獲得之教學方法的探究

ExplOfe teachIng strategies to facilitateob臼 rnmgof thec。用:eptof9研etlc mater叫

伍、結論與建議

在分析遺傳學習困難的本質時，發現其複雜性在於遺傳學的想法或概念 存在巨觀的 (macro- )、微觀的 (micro- )、分子的 (molecular) 和符號的

(symbolic) 等不同思考層次的表徵(王貞惠·2001 ;朱幼倩. 2009) 。在本研 究的教學歷程中，以單細胞生物與多細胞生物來觀察生物體的外表型態即是從「巨 觀」的角度來看，對戚官而言是較易接受的;染色體與基因結構是從「微觀」的角 度來看，遺傳物質的組成是「分子」的觀點，無法用戚官直接感受，試著以類比方 式來促進理解;接著細胞分裂的數字變化用數學連算方式以「符號」表徵「次微 觀」的染色體，然後再引到與外表的巨觀連結，完成細胞分裂。 在細胞要分裂時，串珠狀的染色質會濃縮成染色絲、染色體，將此過程稱為 「變動 J .未來在研究上是否增加以下說明避免使學生戚到迷思 r 染色質和染色 體在化學成分上並沒有什麼不同，而只是分別處於不同功能階段的不同構型。染色 質是指間期細胞內由DNA 、組蛋白和非組蛋白及少量RNA組成的線形複合結構， 在電子顯微鏡下看起來像珠串，是間期細胞遺傳物質的存在形式。染色體是指細胞 在有絲分裂或減數分裂過程中，由染色質濃縮而成的棒狀結構(郭章儀、李冠群，

2010)

J 亦即在不進行細胞分裂時·DNA以鏈的型式與蛋白結合成染色質，當細 胞進行有絲分裂時，染色體濃縮，螺旋化組裝成染色體，成為光學顯微鏡下可見的 結構。 在實驗的處理上，應用磁塊類比染色質時，是否應修正成寬度不同的磁條，

以迢行染色質變動成染色絲、染色體的說明，避免造成迷思。使用各種材料製作有

絲分裂的模型，僅是在強調細胞分裂的過程中，染色體的形態、位置及數目上的變 化，目的之一在引發學生的參與，引出習得的概念依序的回憶出細胞分裂各時期的 主要特徵'促進概念的理解。如國中教師在「阿簡生物筆記J

(2010)

r 細胞分 裂」教學現場中應用真體操作的類比進行教學，以撲克牌、用手指頭比劃或以拼圖 等方式增強概念學習，在「月鈴的講台J (吳月鈴， 2010) 內也有同樣的策略應 用，可作為國中生物教學實務的參考。 研究設計採前實驗設計，是一種對教學情境所產生之現象的自然描述，常用於 識別與發現存在的變項及其之間的關係﹒並可為進一步實施更嚴格的實驗設計，來 蒐集資料(朱糧. 2002) 。本研究主要以單組前、後測方式的準實驗研究為主， 但是就研究架構設計的嚴謹性而言，建議後續的研究設計可加入另一對照組，比較 實驗組與對照組之間的前測與後測各項表現差異，如此較能使教學活動設計的實際 效果獲得更為正面的回應與比較。 June.2011 切閥的 Edu阻tion ~75 毫

在小班教學中製作細胞分裂模型耗費較多的時間，在大班環境下是否適用，恐 需進一步評估考量，但無可諱言，在思考「為何」與「如何」動手操作的過程中， 增進了概念的理解。雖然本研究後測結果顯示本教學活動可提昇學生對遺傳物質與 細胞分裂概念的理解，但以該校第一學期第三次月考來看，本研究之教學對象屬於 高成就學生，生物成績平均為 92分(變異數 7.286) ，是否亦適用在中、低成就學 生的學習，則有待進一步的研究。

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{附錄一】染色體概念認知調查

說明﹒根據上課時教師的講解、作業的理解或生活常識等資訊，回答下列問題(請勿翻書)。也希望同 學能看懂圖模型，進行圍棋型的推理，可以說出隱藏在圍中的說明。 。染色體核型圓的製作說明。 分散在細胞核內的染色質(顆粒) ，在細胞要分裂之前濃縮成絲狀、條狀，經實驗操作，取出這些染色 體，以顯微照相放大之後，剪下一條一條的染色體，進行配對，完成染色體核型圖。 如果知道、了解、同意-等，請勾選「是 J 並繼續回答問題(均) ，寫出正確答案 如果完全不知道、不了解-等，請勾選「否 J 不必寫答案 如果似懂非懂、不肯定、沒把握，請勾選「沒有把握 J 可以試著寫答案，答錯沒關係 王EEE 否 沒有 問題與解答 把握 。 1. 我知道染色體在何處 =今 染色體在( )內 但我 7 解染色體在細胞分裂時會發生變動 =今 _{染色一一濃縮成染色 、染色} 常 03. 我知道人類的染色體數 =今 人類的染色體有( _H~ 識 04 我知道染色體是成對出現的 =字 人類的染色體有( )對 題 的我知道大部份成對的染色體的結憶是一樣的 06 我知道人類第 23對染色體的功能 再 稱第 23對染色體為( 。7 我知道男女第 23對染色體的結構是不一樣的 =宇 男生是( ) ，女生是( 看 08 我看得出來在核型圍中，成對染色體的結情是一樣的 圖 的我知道這些染色體是有順序的 推 1 。我可以從圖中看出是依照何種特性排出l順序的=今 依照 ( 理 _{11 我可以理解這些染色體是經過放大好幾萬倍的結果} 12 正常成人的所有體細胞染色體數目都一樣 13 正常成人的生殖細胞染色體數目與體細胞不同=今 是什麼細胞? ( 14 造成細胞染色體數有差異的原因是細胞分裂灰數的不同 深 15. 細胞分裂之日IJ 染色體都先複製一;欠

入

16. 體細胞經有絲分裂之後，產生相同的細胞17. 體細胞經減數分裂後形成的細胞，染色體的數目及=中 有絲分裂是細胞經過( )次分裂 減數分裂是細胞經過( );欠分裂 題 組成就有變化 =字 18 生殖細胞染色體的變化是因為聯會與互換的關係 19 我了解細胞在減數分裂時會發生配對(聯會)的現象茍 何謂自己對(聯會) ? ( 2。我了解細胞在減數分裂時會發生重組(互換)的現象=今 何謂重組(互換) ? ( ~78‘這至 中曹教育革 62 毒草 2期

用以促進遺傳物質概念獲得之教學方法的探究

Exploreteachir可 strategiestof缸 II 川ateobtaining of the concept ofge冊tiCmatenal

{附錄二)教學活動學習單

一、生物的組織與單位

生物皆由細胞組成，有單細胞生物與多細胞生物。 卜以一張名片類比一個細胞，名片上的資料顯示個人的訊息，有如一個細胞也 可以表現所有生命現象。 學習單元(1) 2 、集合數張名片排列成一群細胞(組織) ，或組織級的生物，如水母(一種腔 腸動物) 3 、更多的細胞形成各類組織與器官，情成多細胞的生物，如魚。必要時剪修名 片(細胞)的型態，說明生物細胞的分化，生物體內有型態較特別的細胞，例 如神經細胞。 學習單兀(

2 )

請判別下列生物為單細胞生物或多細胞生物? 二、細胞的觸過與功能 學習單 π( 1)細胞結繕概念圖: 細胞是生物結構的單位，研究生物從認論細胞開始，讓我們一起來認識細胞內有哪些構造? 學習單 π(

2

)細胞結樁拼圖 請剪下圍下細胞結惰的 9塊紙片貼在適當部位以完成細胞結橋拼圈。 學習單兀(3)飽器歸位 熟悉並配對真實細胞的胞器結構與人工繪製的胞器結檔 學習單元 (4) 細胞結構概念圖-細胞是生物結構的單位，研究生物從認識細胞的檔造輿功能開始。

三、組胞核與遺傳物質

學習單元(1) 遺傳物質在哪裡?細胞核內重要的物質，傳遞生命訊息;可以被染色，所以稱 為「染色質」。 遺傳物質的變動 1 遺傳物質於細胞生長的不同時期，以不同型態出現。 染色質，在細胞核內負責遺傳的物質，主要是DNA (去氧核糖核酸) ，散佈在細 胞核內。 染色絲:當細胞要分裂時，染色質濃縮形成絲狀。 學習單元(2) 染色體﹒細胞要分裂之前，染色絲繼續濃縮形成桿狀。 細 核膜 胞 核質 遺傳物質的變化:染色( )→染色( )→染色( 核 核仁 學習單元(3) 遺傳物質的型態 數 人類每一個細胞內有 23種染色體，每 種染色體有 2{1暉，所以人類每一個細 胞內有( )條染色體。每一種染色體的形狀、結情、長度都不一樣。 目 _(圖的 科學家將人類染色體依照型態來編號，第 1 至 22 號每一號都有2條相同的染 學習單元 (4) _{性 色體，但是第 23號會因為性別而不綴。} 染 男生的第 23對染色體一條為 x '另一條為 y ，所以男生第 23對染色體是 XY0 色 (圖 體 _{女生的第 23 對染色體一條為 x '另一條為 x '所以女生第 23 對染色體是 xx 。} (圖

四、~色體的結構分析 1 染色體的結椅 染色體是由 DNA 在球狀的組織蛋白晶密度的纏繞所形成的。片 學習單元(1) 段的染色體就是基因。 2 讓我們想一想: DNA 、基因與染色體的關係為何? (線團實蛤類比) DNA 的申吉繕 學習單元(2 ) 說明(1 ) DNA (去氧核糖核酸)是二條長核苦酸鏈結合形成雙螺旋狀的大分子。 說明(2)每一條長核苦酸是由許多核苦酸結合形成的。 說明(3)每一個核苦酸由三部分備成(磷酸) _ 5[五破糖]1 _{鹼基}

五、個胞的生長與分裂

細胞分裂說明:是細胞數目增加的過程，也就是生物細胞的生殖。以人為例，人 學習單元(1) 精細胞因染色體的差異而分為體細胞與生殖細胞，體細胞分別以二種方式產生這 二類細胞，也就是體細胞有絲分裂之後產生體細胞，體細胞減數分裂之後產生生 殖細胞。(以彩色塊狀與條狀磁鐵類比染色質與染色體操作說明) 有絲分裂的圖形變化 1 學習單元(

2 )

植物細胞經染色處理後，在顯微鏡下觀察細胞分裂問期與有絲分裂各時期刮變 化，注意各時期前後的差異 學習單元(3) 有絲分裂的圖形變化 2: 剪貼排出動物細胞(染色體數為 6) 細胞週期的正確順序 學習單元 (4) 細胞分裂的數字變化，請在代表細胞核的圓圈內填入染色體的數字 學習單元(2)" 且會員的..字變化 前在代聖賢細胞tn'J圓圈內鑽入染色體的IS!芋

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5 )

動動腦想一想 細胞分裂動手做:為了儉視大家對細胞分裂的理解情形，請自行利用材料(色 學習單元(

6 )

紙、牙籤、吸管、毛線、塑膠線等)製作有絲分裂的立體模型，而減數分裂以彩 色筆畫出即可 海 80 E; 中嚀教育制2 卷草 2期

用以促進遺傳物質概念獲得之教學方法的探究

Explore teachlrlg strategies to facl htate obtaining of the concept of genetic materIal

【附錄三】教學活動剪影

(1 )以名片類比說明單細胞與多細胞生物

(2

)拼圖對我來說太簡單T!

(3)等一下 1 看起來簡單，其實要想下... (4) 23對染色體要回家囉!

(5)線團類比說明染色體一基因-DNA關係 (6)自行使用材料製作細胞分裂過程

(7

)也可以利用塑膠繩 (8)大家一起來細胞分裂