Promotionsprojekt abgeschlossen - Kontakt: Philipp Schmiemann

Die Evolutionsbiologie gilt als das verbindende Element aller Teilbereiche der Biologie, sodass das Wissen über Evolution im Umgang mit vielen biologischen Themen unabdingbar ist. Da phylogenetische Bäume die direkteste graphische Repräsentation von makroevolutionären Vorgängen sind, ist es für ein Verständnis der Evolution, und damit der allgemeinen Biologie, essenziell derartige Grafiken interpretieren und analysieren zu können (Baum et al., 2005). Im Laufe der letzten Jahre zeigten mehrere Studien, dass Schüler:innen, Studierende und auch Biolog:innen teils gravierende Fehler im Aufbau und der Interpretation von phylogenetischen Bäumen zeigen (Blacquiere & Hoese, 2016; Meir et al., 2007). Darüber hinaus sind vielfältige Lernendenvorstellungen beim Lesen evolutionärer Bäume, oft in Zusammenhang mit teleologischem Denken (Schramm & Schmiemann, 2019), bekannt.

Fähigkeiten, die für den Umgang mit phylogenetischen Bäumen notwendig sind, werden üblicherweise unter dem Begriff ‚Tree-Thinking‘ zusammengefasst. Verschiedene Arbeitsgruppen haben Fähigkeitssysteme zum Tree-Thinking vorgestellt, diese wurden jedoch bisher nicht empirisch überprüft (Novick und Catley 2016; Halverson und Friedrichsen 2013; Kummer et al. 2019). In welchem Verhältnis diese Fähigkeiten zueinanderstehen und inwieweit sie sich auch unterscheiden lassen, war zu Beginn des Projektes nicht weiter bekannt.

Vor diesem Hintergrund wurde in diesem Promotionsprojekt zunächst herausgearbeitet, welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede sich zwischen den bisherigen Modellierungen der Stammbaumlesefähigkeiten zeigen. Aufbauend auf dieser Analyse konnte ein synthetisches Fähigkeitssystem des Tree-Readings erstellt werden (Schramm et al., 2019).

Im weiteren Verlauf der Promotion wurde dieses Modell durch eine Paper-Pencil-Erhebung mit einem dafür erstellten Erhebungsinstrument bei 455 deutschen Studierenden getestet (Schramm et al., 2021a). Die mittels Item-Response-Theory durchgeführte Analyse der Itemschwierigkeiten zeigte, dass die im Modell angenommene hierarchische Struktur nicht unterstützt wird. Vielmehr widerspricht die Mehrdimensionalität der Teilfähigkeiten einem hierarchischen Modell. Aufgrund dieser Erkenntnisse wurde eine Überarbeitung des STREAM vorgestellt.

Darüber hinaus wurde in diesem Promotionsprojekt auch eine Analyse deutscher und amerikanischer Lehrwerke, mit Blick auf die Darstellung evolutionärer Verwandtschaft, durchgeführt (Schramm et al., 2021b). Es zeigten sich nur geringe Unterschiede zwischen der deutschen und der amerikanischen Stichprobe, allerding zeigte der Vergleich mit den Ergebnissen einer älteren Studie (Catley & Novick, 2008), dass sich die Darstellung evolutionärer Stammbäume in den amerikanischen Lehrwerken in den letzten 15 Jahren verbessert hat, da die dargestellten Stammbäume deutlich weniger lernhinderliche Eigenschaften zeigen.

Zur praktischen Anwendung der Erkenntnisse dieser Arbeit wurden unterrichtpraktische Materialien erstellt (Schramm et al., 2022). Mithilfe von fiktiven Organismen (Drachen) soll Lernenden ein motivierender Kontext geboten werden, mit dem das Lesen von Stammbäumen erlernt werden kann.

Die Befunde dieser Arbeit können praktisch dazu genutzt werden, Studierende gezielt im Bereich des Tree-Thinkings zu fördern und bestehende Defizite und Fehlvorstellungen zu korrigieren, um ein leichteres und tieferes Verständnis der Evolution zu ermöglichen.

Schramm, T., Jose, A., & Schmiemann, P. (2022). How to classify your dragons: On teaching tree-reading with the use of fantastical creatures. The American Biology Teacher, 84(5), 308–311. https://doi.org/10.1525/abt.2022.84.5.308

Schramm, T., Jose, A., & Schmiemann, P. (2021a). Modeling and Measuring Tree-Reading Skills in Undergraduate and Graduate Students. CBE Life Sciences Education, 20(3). https://doi.org/10.1187/cbe.20-06-0131

Schramm, T., Jose, A., & Schmiemann, P. (2021b). Seeing the Woods for the Trees Again: Analyzing Evolutionary Diagrams in German and US University-Level Textbooks. Education Sciences, 11(8), 367. https://doi.org/10.3390/educsci11080367

Schramm, T., Schachtschneider, Y., & Schmiemann, P. (2019). Understanding the tree of life: an overview of tree-reading skill frameworks. Evolution: Education and Outreach, 12(1). https://doi.org/10.1186/s12052-019-0104-3

Schramm, T., & Schmiemann, P. (2019). Teleological pitfalls in reading evolutionary trees and ways to avoid them. Evolution: Education and Outreach, 12(1). https://doi.org/10.1186/s12052-019-0112-3

Baum, D. A., Smith, S. D., & Donovan, S. S. S. (2005). Evolution. The tree-thinking challenge. Science (New York, N.Y.), 310(5750), 979–980. https://doi.org/10.1126/science.1117727

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., & Novick, L. R. (2008). Seeing the Wood for the Trees: An Analysis of Evolutionary Diagrams in Biology Textbooks. BioScience, 58(10), 976. https://doi.org/10.1641/B581011

Kummer, T. A., Whipple, C. J., Bybee, S. M., Adams, B. J. & Jensen, J. L. (2019). Development of an Evolutionary Tree Concept Inventory. Journal of Microbiology & Biology Education, 20(2). https://doi.org/10.1128/jmbe.v20i2.1700

Meir, E., Perry, J., Herron, J. C., & Kingsolver, J. (2007). College Students' Misconceptions About Evolutionary Trees. The American Biology Teacher, 69(7), e71-e76. https://doi.org/10.1662/0002-7685(2007)69[71:CSMAET]2.0.CO;2

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). https://doi.org/10.1187/cbe.15-06-0127