Kontakt: Raphael Hoffmann

Die Evolutionstheorie gilt als zentrales Fundament der Biologie, doch ihre Komplexität macht sie für Lernende oft schwer zugänglich (Perry et al., 2008). Während in Schulen und Universitäten vornehmlich Konzepte zur Mikroevolution (z. B. natürliche Selektion) gelehrt werden (Catley, 2006), erhalten makroevolutionäre Themen wie die Analyse von phylogenetischen Stammbäumen noch wenig Aufmerksamkeit. Dabei sind sie entscheidend, um evolutionäre Zusammenhänge in ihrer Gänze zu verstehen (Dees & Momsen, 2016; Phillips et al., 2012).

Phylogenetische Stammbäume sind grafische Darstellungen, die mit Linien und Knotenpunkten evolutionäre Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Lebewesen visualisieren (Blacquiere & Hoese, 2016). Die Fähigkeit, diese Stammbäume korrekt zu lesen, zu interpretieren und selbst zu erstellen, wird als Tree Thinking bezeichnet (Halverson, 2011). Studien zeigen jedoch, dass sowohl Lernende (u.a. Catley et al., 2013; Halverson et al., 2011) als auch Lehrkräfte (Gregory, 2009) erhebliche Schwierigkeiten mit dieser Fähigkeit haben.

Die bisherige Forschung fokussierte vor allem das Lesen und Interpretieren von phylogenetischen Stammbäumen (Tree Reading). Das Konstruieren (Tree Building) wurde dagegen bisher kaum untersucht, wenngleich erste Befunde darauf hindeuten, dass diese Tätigkeit das Verständnis erheblich verbessern kann (Dees & Momsen, 2016; Eddy et al., 2013).

Dieses Promotionsprojekt untersucht daher Prozesse und Potentiale des Tree Building mit drei zentralen Schwerpunkten:

1. Fähigkeiten und Hürden bei der Stammbaum-Konstruktion systematisieren:

Zunächst wird untersucht, wie Lernende und Lehrende beim Erstellen von phylogenetischen Stammbäumen vorgehen und auf welche Schwierigkeiten sie dabei stoßen. Mithilfe qualitativer Methoden (Ericsson & Simon, 1993) werden die Denkprozesse sichtbar gemacht und mittels qualitativer Inhaltsanalyse ausgewertet (Mayring & Fenzl, 2019), um die Herausforderungen beim Tree Building systematisch zu erfassen.

2. Wirksame Lernmethoden entwickeln und testen:

Basierend auf den Ergebnissen der ersten Phase werden verschiedene Lernsettings entwickelt und in einer Interventionsstudie empirisch auf ihre Wirksamkeit überprüft. Dabei werden didaktische Ansätze mit/ohne biologische Beispiele (Goldsmith, 2003) sowie mit/ohne inquiry-based-Lernen (Perry et al., 2008) variiert, um die Lernzuwachs zum Tree Building gezielt zu fördern.

3. Lehr-Lern-Angebote für die Universität erproben:

Die gewonnenen Erkenntnisse fließen abschließend in die Entwicklung eines neuen Seminarbausteins für Lehramtsstudierende der Biologie ein. Zukünftige Lehrkräfte sollen darin geschult werden, wie sie Unterrichtsmaterialien zu phylogenetischen Stammbäumen so gestalten, dass sie auf die unterschiedlichen Lernvoraussetzungen in heterogenen Lerngruppen eingehen können.

Literatur

Blacquiere, L. D. & Hoese, W. J. (2016). A valid assessment of students’ skill in determining relationships on evolutionary trees. Evolution: Education and Outreach, 9(1), 979. https://doi.org/10.1186/s12052-016-0056-9

Catley, K. M. (2006). Darwin's missing link—a novel paradigm for evolution education. Science Education, 90, 767–783. https://doi.org/10.1002/sce.20152

Catley, K. M., Phillips, B. C. & Novick, L. R. (2013). Snakes and Eels and Dogs! Oh, My! Evaluating High School Students’ Tree-Thinking Skills: An Entry Point to Understanding Evolution. Research in Science Education, 43(6), 2327–2348. https://doi.org/10.1007/s11165-013-9359-9

Dees, J. & Momsen, J. L. (2016). Student construction of phylogenetic trees in an introductory. Evolution: Education and Outreach, 9, 3. https://doi.org/10.1186/s12052-016-0054-y

Eddy, S. L., Crowe, A. J., Wenderoth, P. & Freeman, S. (2013). How should we teach tree-thinking? An experimental test of two hypotheses. Evolution: Education and Outreach, 6, 13. https://doi.org/10.1186/1936-6434-6-13

Ericsson, K. A.& Simon, H. A. (1993). Protocol Analysis: Verbal Reports as Data. MIT-Press.

Gregory, T. R. (2009). Understanding Natural Selection. Essential Concepts and Common Misconceptions. Evolution: Education and Outreach, 2(2), 156–175. https://doi.org/10.1007/s12052-009-0128-1

Goldsmith, David W. (2003): The Great Clade Race. The American Biology Teacher 65(9), 679–682. https://doi.org/10.1662/0002-7685(2003)065[0679:TGCR]2.0.CO;2 

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          

Halverson. K. L., Pires, C. J. & Abell, S. K. (2011). Exploring the Complexity of Tree Thinking Expertise in an Undergraduate Systematics Course. Science Education, 95, 794–823. https://doi.org/10.1002/sce.20436

Mayring, P. & Fenzl, T. (2019). Qualitative Inhaltsanalyse. In N. Baur & J. Blasius (Hrsg.), Handbuch Methoden der empirischen Sozialforschung (S. 633–648). Springer VS. https://doi.org/10.1007/978-3-658-21308-4_42

Perry, J., Meir, E., Herron, J. C., Maruca, S. & Stal, D. (2008). Evaluating Two Approaches to Helping College Students Understand Evolutionary Trees through Diagramming Tasks. CBE-Life Sciences Education, 7, 193–201. https://doi.org/10.1187/cbe.07-01-0007

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