Kontakt: Steven Tyrrell

Die Evolutionstheorie ist das verbindende Element der modernen Biologie und bildet gleichsam das Rückgrat, systematisch biologische Konzepte zu verstehen und biologische Fertigkeiten anwenden zu können. Phylogenetische Stammbäume sind die direkteste Darstellung des Kerngedankens der synthetischen Evolutionstheorie: Deszendenz mit Modifikation. Ihre adäquate Interpretation und die Fähigkeit solche Bäume aufzubauen, ist elementar für die Entwicklung einer biologischen Grundbildung (Dobzhansky, 1973; Gregory, 2008; Baum & Smith, 2013). Auch fordern die Bildungsstandards, dass Schüler:innen souverän mit Stammbäumen umgehen können und nennen dies.

Die Fertigkeiten, die notwendig sind, um einen phylogenetischen Stammbaum zu nutzen, werden unter dem Begriff Tree-Thinking zusammengefasst. Tree-Thinking wird in der Regel in Tree-Reading – die Fertigkeit, einem Stammbaum Informationen zu entnehmen – und Tree-Building - die Fertigkeit, einen phylogenetischen Baum zu errichten – unterteilt (O'Hara, 1997; Baum & Smith, 2013; Schramm et al., 2019). Es existieren Hinweise darauf, dass Tree-Reading und Tree–Building komplex sind und zumindest Tree-Reading in eine Reihe unabhängiger Einzelfertigkeiten zerfällt (Schramm et al., 2021). Ein gesichertes Fertigkeitsmodell für Tree-Building ist existiert momentan nicht.

Trotz dieser Prominenz des Tree-Thinkings für die Biologie zeigt sich, dass sowohl Schüler:innen als auch Studierende beim Umgang mit Stammbäumen Schwierigkeiten haben (Meisel, 2010; Philipps et al., 2012; Catley et al., 2013). Darüber hinaus legen Studien aus dem US-amerikanischen Raum nahe, dass selbst Lehrende nicht-wissenschaftliche Vorstellungen bezüglich des Umgangs mit Stammbäumen haben und dieser oft von Präkonzepten geprägt ist (Catley & Novick, 2008; Gregory, 2008). Ähnliche Befunde können auch für Deutschland angenommen werden. Auch scheint die Darbietungsform eines Stammbaums Einfluss auf die Performanz bei Tree-Thinking-Problemen zu haben und weitere mögliche Kovariaten, wie z.B. das räumliche Vorstellungsvermögen, zu existieren (Gregory, 2008; Schramm & Schmiemann, 2019).

Vor diesem Hintergrund hat sich dieses Projekt mehrere, aufeinander aufbauende Ziele gesetzt:

In einem experimentellen Forschungsdesign sollen die Tree-Reading-Fertigkeiten von Studierenden mit einem Paper-and-Pencil-Test untersucht werden. Mittels einer IRT-Analyse der Item-Lösungen kann der Einfluss der Rotation eines Stammbaums und die zunehmende Integration von Lesehinweisen in den Stammbaum bestimmt werden. Gleichzeitig ist anzunehmen, dass die mentale Anstrengung eine moderierende Funktion besitzt und die räumliche Intelligenz eine Rolle spielt. Diese beiden Faktoren werden mit erhoben und untersucht.

Ein überprüftes Fertigkeitsmodell zum Tree-Reading existiert mit STREAM (Schramm et al., 2021), eines für Tree-Building aber noch nicht. Mittels Experteninterviews und einer vergleichenden Auswertung der Interviewprotokolle wollen wir ein Fertigkeitsmodell zum Tree-Building aufstellen, um so Tree-Building-Fertigkeiten für die weitere Forschung zu erschließen.

Die Ergebnisse aus der ersten und zweiten Teilstudie sollen dann genutzt werden, um eine Interventionsstudie in Schulen durchzuführen, bei der wir versuchen, gezielt die Tree-Thinking-Fertigkeiten von Schüler:innen zu verbessern. Dabei überprüfen wir auch den Einfluss des räumlichen Denkens auf die Tree-Thinking-Fertigkeiten. Die von uns geplanten Lernumgebungen adressieren jeweils Tree-Reading und Tree-Building getrennt, was uns einen Vergleich zwischen beiden Lernumgebungen erlaubt und die Frage beantwortet, ob und wenn ja wie gut Tree-Thinking-Fertigkeiten in der Schule durch gezielte Förderung verbessert werden können und ob es ein ggf. zu bevorzugendes Verfahren gibt.

Insgesamt bietet das Projekt einen verteifenden Einblick in das Tree-Thinking und welche Faktoren dieses beeinflussen. Wir erhoffen uns, dass unsere Ergebnisse genutzt werden können, um Studierende und Schüler:innen gezielt beim Tree-Thinking zu fördern und Defizite und Fehlvorstellungen zu verbessern und zu korrigieren. Gleichzeitig bilden die Interviews einen Ausgangspunkt, um die herausgearbeiteten Tree-Building-Fertigkeiten für spätere Analysen zu erschließen und zu prüfen. Zuletzt entstehen in dem Projekt unterrichtspraktische Materialien, die auf ihre Wirksamkeit überprüft sind und leicht im täglichen Unterricht eingesetzt werden können.

Baum, D. A., & Smith, S. D. (2013). Tree thinking: An introduction to phylogenetic biology. Roberts and Company.

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

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

Dobzhansky, T. (1973). Nothing in Biology Makes Sense except in the Light of Evolution. The American Biology Teacher, 35(3), 125–129. https://doi.org/10.2307/4444260

Gregory, T. R. (2008). Understanding Evolutionary Trees. Evolution, 1(2), 121–137. https://doi.org/10.1007/s12052-008-0035-x

Meisel, R. P. (2010). Teaching Tree-Thinking to Undergraduate Biology Students. Evolution, 3(4), 621–628. https://doi.org/10.1007/s12052-010-0254-9

O'HARA, R. J. (1997). Population thinking and tree thinking in systematics. Zoologica Scripta, 26(4), 323–329. https://doi.org/10.1111/j.1463-6409.1997.tb00422.x

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, 5(4), 595–602. https://doi.org/10.1007/s12052-012-0455-5

Schramm, T., Jose, A., & Schmiemann, P. (2021). Modeling and Measuring Tree-Reading Skills in Undergraduate and Graduate Students. CBE Life Sciences Education, 20(3), ar32. https://doi.org/10.1187/cbe.20-06-0131

Schramm, T., Schachtschneider, Y., & Schmiemann, P. (2019). Understanding the tree of life: An overview of tree-reading skill frameworks. Evolution, 12(1), Article 11. 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, 12(1), Article 20. https://doi.org/10.1186/s12052-019-0112-3