Phylogenetic trees and other evolutionary diagrams in biology textbooks and their importance in secondary science education

Markéta Machová

doi:10.14712/18047106.1923

Vol 12 No 1 (2021): sciED Výzkumné stati

Fylogenetické stromy a další evoluční diagramy v učebnicích přírodopisu a biologie a jejich význam v sekundárním přírodovědném vzdělávání

Markéta Machová, ¹

Pedagogická fakulta, UK

DOI: https://doi.org/10.14712/18047106.1923

PDF (angličtina)

Jak citovat

Machová, M. (2021). Fylogenetické stromy a další evoluční diagramy v učebnicích přírodopisu a biologie a jejich význam v sekundárním přírodovědném vzdělávání. Scientia in educatione, 12(1), 16-36. https://doi.org/10.14712/18047106.1923

Stánhout citace

Abstrakt

Fylogenetické stromy a další evoluční diagramy zobrazující vztahy mezi organismy a jejich evoluci se již staly součástí učebnic biologie a přírodopisu určených pro sekundární vzdělávání. Tyto diagramy mohou rozvíjet základní přírodovědnou gramotnost, ale nevhodný způsob jejich zobrazení může také posilovat miskoncepce
žáků o evoluci organismů. Ke zhodnocení této problematiky v ČR byla provedena obsahová analýza 112 českých učebnic biologie a přírodopisu pro sekundární vzdělávání (vzdělávací úrovně ISCED 2 a 3). Zaznamenány byly charakteristiky zobrazených fylogenetických stromů a dalších evolučních diagramů a dle kladistiky zhodnoceno, zda jejich stavba podporuje současné vědecké chápání procesu evoluce. Bylo zjištěno, že způsob zobrazení téměř poloviny všech diagramů v učebnicích pro druhý stupeň (ISCED 2) i střední školy (ISCED 3) podporuje tzv. žebříkovité myšlení (ladder thinking). Více než 80 % diagramů neobsahovalo instrukce k jejich čtení a žáci tak nemají oporu, která by jim umožnila diagramy správně pochopit. Především učebnice pro střední školy neuváděly dodatečné problémové úlohy, které by podporovaly využití těchto digramů ve výuce. Doporučením při tvorbě učebnic je tedy zaměřit se na zkvalitnění konstrukce těchto diagramů a podporu jejich využití ve výuce, což by mělo bránit dalšímu nárůstu žákovských miskoncepcí.

Klíčová slova phylogenetic trees evolutionary diagrams biology textbooks secondary education

Licence

Autoři, kteří publikují v tomto časopise, souhlasí s následujícími body:

Autoři si ponechávají copyright a garantují časopisu právo prvního publikování, přitom je práce zároveň licencována pod Creative Commons Attribution licencí, která umožňuje ostatním sdílet tuto práci s tím, že přiznají jejího autora a první publikování v tomto časopisu.
Autoři mohou vstupovat do dalších samostatných smluvních dohod pro neexkluzivní šíření práce ve verzi, ve které byla publikována v časopise (například publikovat ji v knize), avšak s tím, že přiznají její první publikování v tomto časopisu.
Autorům je dovoleno a doporučováno, aby zpřístupnili svou práci online (například na svých webových stránkách) před a v průběhu redakčního řízení jejich příspěvku, protože takový postup může vést k produktivním výměnám názorů a také dřívější a vyšší citovanosti publikované práce (Viz Efekt otevřeného přístupu).

[1] Ainsworth, S., & Saffer, J. (2013). Can children read evolutionary trees? Merrill-Palmer Quarterly, 59(2), 221. https://doi.org/10.13110/merrpalmquar1982.59.2.0221 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[2] Angielczyk, K. D. (2009). Dimetrodon is not a dinosaur: Using tree thinking to understand the ancient relatives of mammals and their evolution. Evolution: Education and Outreach, 2(2), 257–271. https://doi.org/10.1007/s12052-009-0117-4 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[3] Baum, D. (2008). Reading a phylogenetic tree: The meaning of monophyletic groups. Nature Education, 1(1), 190. https://www.nature.com/scitable/topicpage/reading-a-phylogenetic-tree-the-meaning-of-41956/ Vyhledej v Google Scholar

[4] Byrne, J., Grace, M., & Hanley, P. (2009). Children’s anthropomorphic and anthropocentric ideas about micro-organisms. Journal of Biological Education, 44(1), 37–43. https://doi.org/10.1080/00219266.2009.9656190 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[5] Catley, K. M., & Novick, L. R. (2008). Seeing the wood for the trees: An analysis of evolutionary diagrams in biology textbooks. BioScience, 58(10), 976–987. https://doi.org/10.1641/B581011 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[6] Cocks, S., & Simpson, S. (2015). Anthropocentric and ecocentric: An application of environmental philosophy to outdoor recreation and environmental education. Journal of Experiential Education, 38(3), 216–227. https://doi.org/10.1177/1053825915571750 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[7] Coley, J. D., & Tanner, K. D. (2012). Common origins of diverse misconceptions: cognitive principles and the development of biology thinking. CBE—Life Sciences Education, 11(3), 209–215. https://doi.org/10.1187/cbe.12-06-0074 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[8] Čornejová, I., Kasper, T., Kasperová, D., Kourová, P., Kratochvíl, P., Lenderová, M., Novotný, M., Pokorný, J., Svatoš, M., Svobodný, P., Šimek, J., & Váňová, R. (2020). Velké dějiny zemí Koruny české: školství a vzdělanost (M. Novotný (ed.)). [Great history of the Lands of the Bohemian Crown: Education.] Paseka. Vyhledej v Google Scholar

[9] Darwin, C. (1859). On the origin of species by means of natural selection, or, the preservation of favoured races in the struggle for life. John Murray. Vyhledej v Google Scholar

[10] Davenport, K., Milks, K. J., & Tassell, R. Van. (2015). Investigating tree thinking Vyhledej v Google Scholar

[11] & ancestry with cladograms. The American Biology Teacher, 77(3), 198–204. https://doi.org/10.1525/abt.2015.77.3.8 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[12] Dayrat, B. (2003). The roots of phylogeny: How did Haeckel build his trees? Systematic Biology, 52(4), 515–527. https://doi.org/10.1080/10635150390218277 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[13] Dees, J., Bussard, C., & Momsen, J. L. (2018). Further effects of phylogenetic tree style on student comprehension in an introductory biology course. CBE—Life Sciences Education, 17(2), ar17. https://doi.org/10.1187/cbe.17-03-0058 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[14] Dees, J., Momsen, J. L., Niemi, J., & Montplaisir, L. (2014). Student interpretations of phylogenetic trees in an introductory biology course. CBE—Life Sciences Education, 13(4), 666–676. https://doi.org/10.1187/cbe.14-01-0003 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[15] Diogo, R., Ziermann, J. M., & Linde-Medina, M. (2015). Is evolutionary biology becoming too politically correct? A reflection on the scala naturae, phylogenetically basal clades, anatomically plesiomorphic taxa, and ‘lower’ animals. Biological Reviews, 90(2), 502–521. https://doi.org/10.1111/brv.12121 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[16] Dvořáková, R. M., & Absolonová, K. (2017). Obsahová analýza tématu evoluce člověka v českých učebnicích přírodopisu a biologie [Content analysis of Czech school biology textbook with regard to human evolution topics]. Scientia in Educatione, 8(2), 2–20. https://doi.org/10.14712/18047106.765 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[17] Dvořáková, R., & Schierová, Z. (2019). Co už o vzniku a vývoji člověka raději neučit [What better not to teach about the origin and development of humankind?]. Arnica, 9(2), 59–65. https://www.arnica.zcu.cz/images/casopis/2019/Arnika_2019_2-2-Dvorakova-Schierova-web.pdf Vyhledej v Google Scholar

[18] Eddy, S. L., Crowe, A. J., Wenderoth, M. P., & Freeman, S. (2013). How should we teach tree-thinking? An experimental test of two hypotheses. Evolution: Education and Outreach, 6(1), 13. https://doi.org/10.1186/1936-6434-6-13 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[19] Felsenstein, J. (1985). Phylogenies and the comparative method. The American Naturalist, 125(1), 1–15. https://courses.helsinki.fi/sites/default/files/course-material/4523940/Felsenstein85.pdf Vyhledej v Google Scholar

[20] Gibson, J. P., & Cooper, J. T. (2017). Botanical phylo-cards: A tree-thinking game to teach plant evolution. The American Biology Teacher, 79(3), 241–244. https://doi.org/10.1525/abt.2017.79.3.241 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[21] Gregory, T. R. (2008). Understanding evolutionary trees. Evolution: Education and Outreach, 1(2), 121–137. https://doi.org/10.1007/s12052-008-0035-x Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[22] Halverson, Kristy L., Pires, C. J., & Abell, S. K. (2011). Exploring the complexity of tree thinking expertise in an undergraduate systematics course. Science Education, 95(5), 794–823. https://doi.org/10.1002/sce.20436 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[23] Halverson, K. L. (2011). Improving tree-thinking one learnable skill at a time. Evolution: Education and Outreach, 4(1), 95–106. https://doi.org/10.1007/s12052-010-0307-0 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[24] Hlaváčová, L. (2017). Systematický přístup prezentace učiva přírodopisu/biologie taxonomically conceived curriculum of natural science/biology]. Biologie. Chemie. Zeměpis, 26(3), 40–44. https://doi.org/10.14712/25337556.2017.3.6 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[25] Hoßfeld, U., Watts, E., & Levit, G. S. (2017). The first Darwinian phylogenetic tree of plants. Trends in Plant Science, 22(2), 99–102. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2016.12.002 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[26] Hrabí, L. (2006). An evaluation of graphical information presented in biology textbooks. E-Pedagogium, 6(1), 26–32. https://e-pedagogium.upol.cz/artkey/epd-200601-0002_hodnoceni-graficke-informace-ucebnic-prirodopisu.php Vyhledej v Google Scholar

[27] Kong, Y., Thawani, A., Anderson, T., & Pelaez, N. (2017). A model of the use of evolutionary trees (MUET) to inform K-14 biology education. The American Biology Teacher, 79(2), 81–90. https://doi.org/10.1525/abt.2017.79.2.81 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[28] Kopnina, H. (2014). Revisiting education for sustainable development (ESD): Examining anthropocentric bias through the transition of environmental education to ESD. Sustainable Development, 22(2), 73–83. https://doi.org/10.1002/sd.529 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[29] Kummer, T. A., Whipple, C. J., & Jensen, J. L. (2016). Prevalence and persistence of misconceptions in tree thinking. Journal of Microbiology & Biology Education, 17(3), 389–398. https://doi.org/10.1128/jmbe.v17i3.1156 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[30] McCullough, E. L., Verdeflor, L., Weinsztok, A., Wiles, J. R., & Dorus, S. (2020). Exploratory activities for understanding evolutionary relationships depicted by phylogenetic trees: United but diverse. The American Biology Teacher, 82(5), 333–337. https://doi.org/10.1525/abt.2020.82.5.333 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[31] McLennan, D. A. (2010). How to read a phylogenetic tree. Evolution: Education and Outreach, 3(4), 506–519. https://doi.org/10.1007/s12052-010-0273-6 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[32] Meisel, R. P. (2010). Teaching tree-thinking to undergraduate biology students. Evolution: Education and Outreach, 3(4), 621–628. https://doi.org/10.1007/s12052-010-0254-9 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[33] Mivart, S. G. (1865). Contributions towards a more complete knowledge of the axial skeleton in the primates. Proceedings of the Zoological Society of London, 33(1), 545–592. https://doi.org/10.1111/j.1469-7998.1865.tb02387.x Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[34] Morrison, D. A. (1996). Phylogenetic tree-building. International Journal for Parasitology, 26(6), 589–617. https://doi.org/10.1016/0020-7519(96)00044-6 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[35] Novick, L. R., & Catley, K. M. (2016). Fostering 21st-century evolutionary reasoning: Teaching tree thinking to introductory biology students. CBE—Life Sciences Education 15(4), 1–12. https://doi.org/10.1187/cbe.15-06-0127 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[36] Novick, L. R., Schreiber, E. G., & Catley, K. M. (2014). Deconstructing evolution education: The relationship between micro- and macroevolution. Journal of Research in Science Teaching, 51(6), 759–788. https://doi.org/10.1002/tea.21161 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[37] Novick, L. R., Stull, A. T., & Catley, K. M. (2012). Reading phylogenetic trees: The effects of tree orientation and text processing on comprehension. BioScience, 62(8), 757–764. https://doi.org/10.1525/bio.2012.62.8.8 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[38] NÚV. (2021). Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání [Framework education programme for elementary education]. MŠMT. http://www.nuv.cz/file/4983/ Vyhledej v Google Scholar

[39] Omland, K. E., Cook, L. G., & Crisp, M. D. (2008). Tree thinking for all biology: The problem with reading phylogenies as ladders of progress. BioEssays, 30(9), 854–867. https://doi.org/10.1002/bies.20794 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[40] Phillips, B. C., Novick, L. R., Catley, K. M., & Funk, D. J. (2012). Teaching tree thinking to college students: It’s not as easy as you think. Evolution: Education and Outreach, 5(4), 595–602. https://doi.org/10.1007/s12052-012-0455-5 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[41] Podani, J. (2019). The coral of life. Evolutionary Biology, 46(2), 123–144. https://doi.org/10.1007/s11692-019-09474-w Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[42] Reddy, B. P. N. (2011). Basics for the construction of phylogenetic trees. WebmedCentral BIOLOGY, 2(12). https://doi.org/10.9754/journal.wmc.2011.002563 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[43] Sa’adah, S., Hidayat, T., & Sudargo, F. (2017). Undergraduate students’ initial ability in understanding phylogenetic tree. Journal of Physics: Conference Series, 824, 012040. https://doi.org/10.1088/1742-6596/824/1/012040 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[44] Sandvik, H. (2008). Tree thinking cannot taken for granted: challenges for teaching phylogenetics. Theory in Biosciences, 127(1), 45–51. https://doi.org/10.1007/s12064-008-0022-3 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[45] Schneider, B., Strait, M., Muller, L., Elfenbein, S., Shaer, O., & Shen, C. (2012). Phylo-Genie: Engaging students in collaborative “tree-thinking” through tabletop techniques. Proceedings of the 2012 ACM Annual Conference on Human Factors in Computing Systems - CHI ’12, 3071–3080. https://doi.org/10.1145/2207676.2208720 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[46] Schramm, T., Schachtschneider, Y., & Schmiemann, P. (2019). Understanding the tree of life: an overview of tree-reading skill frameworks. Evolution: Education and Outreach, 12(11), 1–13. https://doi.org/10.1186/s12052-019-0104-3 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[47] Scott, A. D., & Baum, D. A. (2016). Phylogenetic tree. In Encyclopedia of Evolutionary Biology (pp. 270–276). Academic Press. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800049-6.00203-1 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[48] Wiens, J. J. (2004). The role of morphological data in phylogeny reconstruction. Systematic Biology, 53(4), 653–661. https://doi.org/10.1080/10635150490472959 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[49] Yang, Z., & Rannala, B. (2012). Molecular phylogenetics: principles and practice. Nature Reviews Genetics, 13(5), 303–314. https://doi.org/10.1038/nrg3186 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[50] Ypma, R. J. F., van Ballegooijen, W. M., & Wallinga, J. (2013). Relating phylogenetic trees to transmission trees of infectious disease outbreaks. Genetics, 195(3), 1055–1062. httpss://doi.org/10.1534/genetics.113.154856 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[51] Zachos, F. E. (2016). Tree thinking and species delimitation: Guidelines for taxonomy and phylogenetic terminology. Mammalian Biology, 81(2), 185–188. https://doi.org/10.1016/j.mambio.2015.10.002 Přejít na DOI Vyhledej v Google Scholar

[52] Zrzavý, J., Storch, D., & Mihulka, S. (2004). Jak se dělá evoluce: od sobeckého genu Vyhledej v Google Scholar

[53] k rozmanitosti života [How evolution is done: From the selfish gene to the diversity of life]. Paseka. Vyhledej v Google Scholar

Scientia in educatione

Fylogenetické stromy a další evoluční diagramy v učebnicích přírodopisu a biologie a jejich význam v sekundárním přírodovědném vzdělávání

Jak citovat

Abstrakt

Reference

Stažení

Licence