Studenter lär sig ofta bäst när de kan tillämpa det de lär sig. I vetenskapens värld, det betyder att engagera sig i vetenskapens praktik. Men detta kan vara en utmaning för lärare när de behandlar ämnen som är svåra att observera - som biologisk utveckling. Lösningen? Digital evolution - datorprogramvara där populationer av digitala organismer utvecklas.

Avida är en digital utvecklingsprogramvara som används av biologer och ingenjörer där digitala organismer replikerar, mutera och konkurrera med andra digitala organismer om resurser i sin virtuella miljö. Avida sägs ge en verklig förebild av evolution, inte en simulering. Inse att Avida kan vara ett kraftfullt utbildningsverktyg, forskare utvecklade en pedagogisk version av programvaran som heter Avida-ED.

Amy Lark, en biträdande professor i naturvetenskaplig utbildning vid Michigan Technological University, säger att Avida-ED är ett mer användarvänligt program än Avida, en forskningsplattform för att genomföra och analysera experiment med självreplikerande och utvecklande datorprogram. Avida-ED tillåter elever att observera och experimentera utan någon specialiserad datavetenskaplig kunskap. Lark och kollegor vid Michigan State University (MSU) publicerade nyligen resultaten av ett rikstäckande, flera fallstudier i Den amerikanska biologiläraren beskriver hur Avida-ED-läroplanen användes i gymnasieskolor och högskolelokaler.

Larks medförfattare inkluderar Robert Pennock, utvecklare av Avida-ED och professor i filosofi vid MSU; Gail Richmond, professor i lärarutbildning vid MSU; Louise Mead, utbildningsdirektör för MSU:s BEACON Center for the Study of Evolution in Action; och Jim Smith, professor i biologi vid MSU. Lark författade också en utövare med Wendy Johnson, en biologilärare i Grand Rapids, Michigan, som beskrev hur Johnson implementerade Avida-ED i sin AP Biology-klass; utövarbiten publicerades som en följeslagare till flera fallstudier i samma nummer av American Biology Teacher.

Börja med grunderna

Att lära ut evolutionens grunder är svårt. För att bedöma Avida-ED:s effektivitet, liksom hur det kan påverka förståelse och till och med acceptera evolution, forskarna valde 11 instruktörer som undervisade vid åtta olika amerikanska institutioner för att genomföra Avida-ED-programmet i sina klassrum.

Studenter började med en gemensam bedömning för att mäta sin förståelse av evolutionens vetenskapliga principer. Lärare skulle sedan ge en handledning om Avida-ED så att eleverna skulle förstå hur de använder programvaran och vad de såg på sina datorskärmar.

Lektionsplanerna varierade mycket, men varje instruktör skulle täcka begreppen variation och slumpmässighet. För att tillämpa dessa begrepp, studenter kunde, till exempel, förutsäga hur en organism skulle se ut efter replikering, baserat på mutationshastigheten. Efter att ha observerat vad som hände på individnivå, de kan överväga vad som händer på befolkningsnivå. Efter det, de kan utforma ett eget experiment.

Ta tag i vetenskapen

Vid användning av Avida-ED, eleverna fick strukturerade lektioner som riktade sig mot missuppfattningar - till exempel att evolutionen är helt slumpmässig. Processen visar skillnaderna mellan slumpmässig mutation och naturligt urval. När eleverna satte upp experiment, de kunde observera att mutationer är slumpmässiga, men valet är inte.

När läroplanen var över, studenterna gjorde samma gemensamma bedömning som de gjorde vid kursstart. Lark och hennes kollegor skulle sedan jämföra förändringar i poäng. I de flesta fall, där innehållspoängen ökade, likaså accepterade evolutionen.

"Mitt intresse är att effektivt undervisa i vetenskap, "Lark säger, att förklara att förstå eller lära sig om något och acceptera det inte är samma sak. "Det är möjligt att inte acceptera evolutionen, men förstår processen och hur den fungerar. Det finns också människor som accepterar evolution, men har ingen aning om hur det fungerar. Avida-ED är ett effektivt verktyg oavsett i vilket perspektiv du närmar dig det.

"Målet är inte att ändra människors åsikter, "Lark säger." Målet är att hjälpa dem att förstå vetenskapen. "

Lark arbetar med kollegor på Michigan Tech för att eventuellt utveckla ett program som liknar Avida-ED som kan användas för undervisning i klimatvetenskap.