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【芥末翻】进化论视频不尽完美,生物老师怎么看?

作者:Gustav Bohlin 发布时间:

【芥末翻】进化论视频不尽完美,生物老师怎么看?

作者:Gustav Bohlin 发布时间:

摘要:生物进化知多少

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原文:A Conceptual Characterization of Online Videos Explaining Natural Selection. 作者:Gustav Bohlin, Andreas Göransson, Gunnar E. Höst, Lena A. E. Tibell. 来源:Science & Education. 译者:Wendy, 尔瑞. 编辑:尔瑞. 图源:百度.

从猿到人,是我们对进化论的传统认知,至今我们的网络上流传着大量关于进化论的视频信息。但去年12月发表的一项研究显示,如今广为在市面流传的进化论视频存在大量缺陷,对于传播和教育而言,存在的大多数都不是最重要、有深度、具有关键核心的内容。

一、为什么如今“进化论”的讲解离不开视频

进化论是科学界中最重要的理论之一。它支撑着所有生物的系统发育、结构与功能关联性的生物学科。除此之外,它还对复杂的社会问题具有深刻影响,例如细菌对付抗生素演化出的耐药性和应对气候变化做出的适应性。因此,进化显然对于生物学教育有着至关重要的作用。

然而,无论是学生还是老师,都会在理解自然选择等进化概念的过程中,遇到困难、对概念产生误读。尽管在过去的30年里已有大量的教学改进,然而对于自然选择的有效教学还是没有找到可靠方法。

而其中,学习科学的可视化呈现了诸多益处。可视化可以呈现学习的一般性质:以多媒体认知原则为例,相较于只从文字中学习,人们通过“字形结合”能取得更好的学习效果。可视化的特殊性质也能够促进学习,如增强个体对某物的兴趣,帮助学习者回忆学习的过程,模仿或使用系谱树或旁氏表做现象示意图。除此之外,像视频这样的动态图像也可有效解释那些难以用静态图片或图表表达的内容。例如学生可以通过视频观察两个物体的空间变化状态,提高学生对分子运动和动力学的理解。视频也可以帮助学生想象难以理解的事件和过程,因为这些事件和过程往往跨越了时空尺度,远远比我们直接感知的范围要宽要广。

用生物视频模拟进化过程,使得研究者可以通过研究视频,解决抽象、复杂生物学概念的表达问题。考虑到学习自然科学的挑战和伴随着网上大量的解释视频,调查新兴数字教学工具是怎样传达主题的变得至关重要。

二、一部完整的“自然选择”视频应该具备哪些要素

2017年12月,《科学与教育》杂志(Science and Education)发布了一篇名为《探究网络视频中对自然选择的概念描述》(A Conceptual Characterization of Online Videos Explaining Natural Selection)的论文,针对达尔文进化论最重要的论点“自然选择”,从四个维度探讨当今与“自然选择”相关的视频:核心概念、阈值概念、误解概念、生物体。

(一)核心概念

“自然选择”通常是根据核心概念来定义。核心概念是学生学习自然选择时最常用的概念框架。首先让我们来get核心概念里应该具备的三个重要原则:变异、遗传和选择。

变异和遗传

种群存在遗传变异时才会进化。最终导致遗传变异的,是随机突变和遗传重组。随机突变和遗传重组将导致个体变异(包括生殖能力的变异),这是自然选择的基本要求。变异和遗传的结果,带来生物的环境适应性。基因突变可以对生物对周围环境的适应性产生一系列“零、正或负”的影响。适应性通常是一个相对概念,指影响生物生殖和生存的因素。

选择

自然选择是一个个体繁殖,并将基因传下去的过程。因此,在环境中,生物与生存和繁殖相关的特征会增强,这些特征(即适应性增强)会在一代又一代中逐渐累积。物种的每一代都会有自然选择的过程,且有益的特征可能会逐渐主导一个群体。

(二)阈值概念

本研究基于这四个阈值概念来讨论:时间尺度、空间尺度、随机性和概率

进化过程跨越大范围的时间和空间,从以纳秒和纳米为尺度的亚细胞,到以数百万年和全球区域为尺度。进化过程的时间和空间超越了组织的层次:从微观层面上变异的起源,到个体生物体层面上的变异,再到大群体层面上的变化。因此,自然选择的概念可能显得不那么连贯。理解深层次时间变化,将在不同空间和时间层面上的生物体组织起来,对学生而言是个巨大的挑战。

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自然选择过程的另一个重要方面是随机事件的作用。在给定的环境中,基因突变是随机的。环境不会选择性地引发正适应性的基因突变

研究的第四个阈值概念是概率,它与随机性密切相关。例如,研究者可以计算出某一特定规模种群中,某些突变和相关性状随机出现的概率。尽管在人群中,任何一个特定个体中都不太可能出现这种基因突变。但在世世代代中,这个基因突变会在大群体中呈现非常高的可能性。因此,概率与核心概念相关,如差异适应性或者继承。

(三)误解概念

误解也可以被称为非标准的想法或者天真的想法,这源自于我们对世界的思考存在认知限制。这样的想法会约束和阻碍人们对更系统进化概念的转变。研究表明,这种观念可能会一直持续到成年,产生的误解甚至在生物专业的学生中也很普遍。与学习自然选择相关的主要误解包括本质主义、“用进废退”、软性遗传、目的论和神人同形同性论。

(四)生物体

目前大多数进化论视频的描述对象都是动物或人类。2006年,有研究者发现,昆虫、硅藻和病毒比人类、雀类或鲸鱼更能用直观的方式进行解释。文献中似乎没有提及到植物或菌类对学生进化论理解产生影响的项目。有趣的是,学生们倾向于使用不同的解释,诠释不同物种之间的进化现象和过程。只是这其中的原因至今还被关在黑匣子里。

以往研究通常集中在学生对这些概念的理解或误解上,而少有研究证明,传达这些概念的视频,本身就有问题。

三、与完美状态相比,如今的“自然选择”视频有哪些缺陷

Gustav Bohlin等人对60个样本视频进行分析,发现它们有以下缺陷:

(一)关键概念表达不完整

关键概念方面,视频中最经常讨论的原则是“变异”。与“变异”相关的关键概念出镜率达72%,其中“个体突变”和“差别适应性”最常被表达,而“变异的起源”最少被表达。

“遗传”原则中,“遗传突变”出镜率为37%。但几乎没有视频表现“基因突变及其表达”所产生的后续影响;也没有视频对观众进行清晰暗示:进化也会发生在“从秒到小时”的时间框架里。

与“选择”相关的关键概念出镜率达60%,但完全表达“选择”原则的视频只有5%。在“选择”原则下,最多被表达的是“有限生存”(42%)和“种族数量变化”(42%)。相比于“有限生存”,“有限资源”(17%)被更少表达,这意味着当描述并不是所有个体都能得以繁衍时,大多数视频都在强调“被捕食”,而不是“受饿”。弱肉强食被多数视频体现得淋漓尽致,视频更加强化食物链的威力,而忽视自然资源对物种进化作出的贡献。

有趣的是,60部视频中有12部(20%)没有包含任何与重要原则相关的关键概念;只有1部包含了所有重要原则。

(二)微观变化呈现少;缺乏完整时间量度

样本视频中,与“阈值概念”相关的变量分布广泛。

大多数视频都是在个体层面(75%)描述现象;描写种群层面(43%)的镜头也出现很多。但与此同时,视频在基因和分子层面描写较少,出镜率分别为30%和13%。视频常用“年”或“世代”(通常为“年”)这样巨大的时间跨度来表达。用“天”和小于“秒”的时间表达基因分子变化的,只有一部。时空方面,几乎没有视频能够覆盖三种以上空间,空间转换也不常见,且大多数视频都缺乏完整的时间量度。

(三)视频仍有错误概念出现

虽然错误概念的传达率比关键概念低得多(将近80%未传达任何误读概念),但仍有错误概念出现。最典型的错误观念包括:变异只有在有“需求”的情况下才会发生;只有有益的特性才会遗传;负面突变(达尔文的进化论认为,突变本身不分好坏,突变带来的环境适应性才分正负)。

与自然选择相关的主要误解:

本质主义:生物体是一个个离散的、均匀的个体,它们共享隐藏的因果力量或“本质”。这种观点否定和弱化了种群或物种内部的变异,并难以接受和理解物种是不断进化的。

“用进废退”:进化是由于使用/停用某种机制造成的。

软性遗传:这是一种错误观点,认为获得性特征可以遗传。这意味着个体发生变化就会导致进化。

此外,专家、老师和纪录片电视节目中经常会使用目的论和神人同形同性论的言词,因为这样可以对某些复杂的问题作出解释。

(四)主角探讨不均衡

值得注意的是,大多数(70%)视频都是关注动物的进化,而不是人类(人类进化的出镜率达25%)。样本视频中,10%涉及象征性生物体,18%涉及细菌,仅有8%涉及植物进化。这也就是为什么当我们一提到进化论,就会首先想到猴子。

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面对有缺陷的进化论视频,老师们如何应对?

四、只能把视频看作辅助手段

如今有关自然选择的视频在网络上触手可得。当把这些视频用作教学时,老师应提前做好大部分知识准备,不完全依赖视频。2014年,相关研究者提供了一种名为ICAP(Interactive Constructive Active Passive, 主动/被动交互建构模式)的操作框架,包括如何操作视频,与其它学习材料、同伴讨论结合使用。

ICAP是一个框架,也是一种分类学。学生学习的方式依据参与程度或活动方式可分为四种:被动学习、主动学习、建构学习和交互学习。被老师要求“集中注意”的学习行为是被动学习;主动学习是学生积极参与教学,通过实际学习行为操控学习材料;建构学习是学生构建性地参与学习,其特征是学生能超越教材或者教师提供的学习材料,生成新知识;交互学习指两个以上的学生协同努力,通过对话开展学习。

有一点需要特别注意的是,完美进化论视频所展示的那些变量,并不是所有都适合教给学生。我们可以在学生能接受的情况下,在需要传达的概念得到有效接收后,再对知识点进行筛选性拓展。另外,同一段视频,对于前置知识和受教育水平不同的观看者来说,教学有效性是不同的;不同视频,对于不同观看者而言,教学效果又不尽相同。在课堂中平衡学生们的前置知识,是取得良好教学效果的重要保障。

此外,“碎片式学习”也是利用缺陷视频的一个好办法。一个中学生不能仅从一则视频就提取出一套复杂的进化体系,对他而言这样做也毫无必要。更高阶的学习者也倾向于在学习不同概念时,观看与之相关的多个短视频。当对单点概念建立理解后,再形成对进化论的整体认识。

注:2016-2017年,网络上刮起一阵进化论批判风潮。人类不断追溯源泉,颠覆旧有猜想。不过本文主要还是以主流达尔文进化论作为探讨对象。

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