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

Abstract

Diagrams describing relationship between organisms, and their overall evolution, commonly in the form of phylogenetic trees or other evolutionary diagrams, have become a part of even lower secondary biology textbooks. These diagrams can help promote basic science literacy, yet their design may also strengthen misconceptions about evolution. Therefore, based on the content analysis of 112 Czech biology textbooks for secondary schools (ISCED levels 2 and 3), characteristics of introduced phylogenetic trees and other evolutionary diagrams were recorded and evaluated according to the cladistics to see if their construction supports the current scientific understanding of evolution. The content analysis indicates that the design of nearly half of all diagrams in current lower (ISCED 2) and upper secondary (ISCED 3) textbooks promotes ladder thinking. More than 80% of all diagrams were not accompanied by instructions on how to read them, meaning that students did not have sufficient scaffolding to understand them. Mainly ISCED 3 textbooks did not introduce additional problem tasks that would support the use of the diagrams in the lessons. Therefore, authors of textbooks should focus more on the construction quality of these diagrams while also supporting their correct application during the educational process. This is likely to prevent a further increase in student misconceptions.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 miskoncepcežáků 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.