用Caminalcules來串連高中生物的演化教學

Caminalcules（以下簡稱卡卡獸）是堪薩斯大學的Joseph H. Camin教授發明的一組虛擬生物，可以用來討論很多phylogeny的教學活動。

1979年Camin教授過世， Robert R. Sokal 在1983年時將這一組生物首次發表在Systematic Zoology上。在當時主要是用來做數值分類學的教學探討，不過也很適合用在高中的演化教學上。

原本的檔案在此 The Classification & Evolution of Caminalcules

Sokal也寫了四篇文章，老師們若想讓學生玩得更多一點，可以參考

1. Sokal, R. R. (June 1983). "A phylogenetic analysis of the Caminalcules. I. The data base". Systematic Zoology 32 (2): 159–184. doi:10.2307/2413279. JSTOR 2413279.
2. Sokal, R. R. (June 1983). "A phylogenetic analysis of the Caminalcules. II. Estimating the true cladogram". Systematic Zoology 32 (2): 185–201. doi:10.2307/2413280. JSTOR 2413280.
3. Sokal, R. R. (September 1983). "A phylogenetic analysis of the Caminalcules. III. Fossils and Classification". Systematic Zoology 32 (3): 248–258. doi:10.2307/2413445. JSTOR 2413445.
4. Sokal, R. R. (September 1983). "A phylogenetic analysis of the Caminalcules. IV. Congruence and Character Stability". Systematic Zoology 32 (3): 259–275. doi:10.2307/2413446. JSTOR 2413446.

國中的生物教學也可以用，請參考阿簡生物筆記: 串連演化與分類的「建構演化樹」2014

而我在這邊寫的是我自己在2011及2013讓學生與老師們玩的紀錄。

在記錄之前，有個重要的點～～那就是目前的親緣重建盛行的是支序學派Cladistics，而這個活動是表型學派盛行時發展的活動，所以使用上要特別注意，請參考顏聖紘老師寫的文章


根據老師要達到的教學目標，重組這些材料與教學活動，都非常好用。
就我自己想到適合的教學目標有：
1.如何建立生命樹
2.如何瞭解生命樹
3.演化的證據
4.演化與分類
5.演化的模式：共組與祖徵衍徵、趨同演化、痕跡器官、活化石.....
6.演化的動力：突變的隨機與天擇
7.不同的數據處理對結果的影響
8. 事實與假說（facts vs. hypothesis）
9.分類階層
10.命名

雖然看起來好像是給小朋友玩的遊戲，卻是有非常多的內容可以討論
http://blogs.scientificamerican.com/WSS/post.php?blog=25&post=1363

Using Caminalcules to Model Phylogenetics - Evolution

Caminalcules

根據時間的長短，老師們也可以安排不同的方法來進行活動
一節課到四節課都是可以的。
這個活動可以引出課綱中的教學目標，所以不需要再花時間去上課本的東西。
讓學生直接瞭解我們要教的東西，老師就不用把課本上的文字再講一遍
（學生真的不會聽進去，即使是用功的學生也不會把老師講的東西留在腦袋到明天，他們是靠課後復習來「懂」）
也就是說這個活動可以替代老師講授，不會有「沒有時間上這個」的問題。

頂多設計一個簡單的「課本閱讀學習單」，或利用問學問題引導學生歸納該節課程的概念，或請他們從課本中整理出答案，就可以了。

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一個活動的引導是非常重要的，但也跟老師的個人風格及師生間的互動模式有關，所以完全是因人而異的。

情境設計：
學生分組後代表的外星演化分類科學家團隊，碰到外星考古學家（老師）從外星帶回一批奇怪的生物，所以演化分類學家團隊（學生）要比賽誰能最早發表、最合理的推論。

條件說明：
1.沒有該種化石代表沒挖到。
2.若有多種變化的可能，用最簡單的代表最可能的。
（這兩個條件是我給學生玩的時候發現若沒有先講就玩不下去的，我覺得若有時間，在活動的最後可以回頭來看這兩個條件的正確性）

活動流程：目標--生命樹的建立、演化的證據、演化的模式、事實與假說。
需要一張大一點的桌面，一張至少A3大小的白紙與鉛筆。
每個老師可以用不同的展示方法，我是都弄成有磁性的圖卡，然後給他們全開的軟磁白板與白板筆。

1.發下現生種，請學生把他們認為的親疏遠近用筆圈出來。
（老師可提供範例，讓學生理解什麼叫用筆圈出親疏遠近）

有時間的話，一定讓同學把結果畫在黑板上（用號碼代替種名）並且說明原因。

這樣同學就知道原來同一組證據會有不同的推論，也可以請同學說出支持自己論點的理由。

2.發下化石種，可以一次發所有的，也可以分次發。
我喜歡分年代發，這樣就可以讓學生經歷「當有新證據出現時，要修正自己原先的理論」
我會先發19myr及18myr的種類下去，因為比較簡單，順便示範用樹狀圖表示他們之間的關係。

3.發下17myr的種類，此時大約還不太會有爭議。主要是讓學生了解樹狀圖的意義。

4.老師可以將各組的化石依照時間放在講桌，請各組完成一個年代後再到講桌拿下一個年代的化石。（這樣可以一目瞭然各組的進度，看需不需要幫忙）
也可以老師在各組遊走，視各組的進行狀況，決定各組拿化石的進度。
兩者各有好處，不過大班的話，可能放在講桌比較可行。
不過我覺得，至少由老師掌握發放到15myr比較好，因為可以讓學生熟悉一下規則與方法。

5.不論哪一種發放方式，很重要的是老師必須要在各組遊走，看到不一樣的排列時，詢問同學如此排列的原因，他們討論的過程可以請學生去別組看看。或是把別組的排列邏輯帶到不同組供大家考慮合理性。
或是在各組學生有不同意見時，做適切的引導。
記得請學生記錄下來每次意見不同的內容與處理方式。

6.當各組學生完成所有化石與現生種的樹狀圖後，請學生將樹狀圖用代號畫下來。
並且與一開始的分類相比較。討論看看為什麼不一樣。

7.已經完成的組，請學生檢視圖裡面
(1)哪些支系已經完全滅絕
(2)哪些支系從很久以前就沒改變（順便討論活化石的定義）
(3)哪些特徵雖然在現生種看起來一樣，但追回祖先時就發現不一樣（趨同演化）
(4)有沒有哪些年代的特徵變化很快速？很緩慢？可能有什麼原因嗎？

8.如果還有時間，可以請同學把自己的樹狀圖畫在大張的海報紙上，並上台發表報告，尤其著重在各組間的差異，與討論使用的特徵如何給予不同的權重。

9.給一棵「最合理」的樹供學生討論

高中生物課程中的植物教學

在這個部分，大多老師會面臨到一個問題，就是學生（包含老師自己）覺得無聊。
而我總是在這個部分教得興緻盎然，學生反應也還不錯。所以想說供大家參考。

1.貫串整體的大概念part I
   植物因為不需要動，所以可以盡量長得大一點，累積更多的資源。
   （就像固定店面的店家與流動攤販一樣）
   因為可以長多大都沒關係，所以植物可以無限生長，這點我們動物就不行啦。
   因為可以無限生長，所以防禦與修復都與我們不一樣。
   植物可以把防禦用的物質先做好存著，需要時再拿出來用。
   植物受到感染時，如果在葉子，那麼落葉就好，因為長全新的比修好用就得更好用。
   如果在莖或在根，那麼把感染處圍堵起來就好，反正外圍會一直長出全新的。
   （超羨慕的）

2.貫串整體的大概念part II

整體來說，我覺得植物體內有好多的物理化學概念都比動物要來的經濟省能。
光是一個光合作用就把動物打趴啦。

或是植物體內的物質運輸整個超省能的啊，光是一個不耗能的蒸散作用就幾乎帶動整個植物體內的物質移動了，不像人體體內的所有物質往前進的每一公分都要靠心臟耗能收縮來提供動能呢。

而植物的蒸散作用還一兼二顧呢。除了運輸物質外，蒸散作用的強大散熱功效更是動物的流汗完全比不上的！！！學生不信的話，叫他去大太陽下的操場曬10分鐘就好。植物可是一直在那邊哩。

3.貫串整體的大概念part III

植物的生活史中有兩個階段是可以活動的，而這兩個階段的強韌程度比動物要高多了，這讓植物的傳播距離可以非常非常遠，甚至時間軸拉的很長，到數千年這麼久。

也因為這兩個階段，所以一棵植物的子代數遠比動物多啊～～
關於這部分的教學，請參考這一篇

4.貫串課綱教學目標的活動，花生與玉米的觀察
這邊只列出可以應用的教學目標，詳細的活動流程等我做完實體分享後再寫囉。
老師們也可以根據自己要達成的教學目標而安排不同的順序
（1）花生豆莢與玉米粒的外觀觀察--果實與種子的形成
（2）花生仁-->可以觀察種子的構造，包含種皮、子葉、胚軸與胚芽都看得到喔
（3）玉米粒的切面-->可以觀察穎果（果皮與種皮），與單子葉種子的構造
（4）花生仁與玉米粒泡水2~3天後就會發胚根。
          發給學生泡水1、2、3天的種子，就可以觀察到種子發芽的過程，超好玩的。
          （不知道染碘液會不會不一樣啊）
（5）花生仁及玉米粒發根後不同天數都可以拿來作縱切-->可以觀察根縱切面
          花生根很粗很好切，還可以發成兩顆雙胞胎哩。
（6）花生仁及玉米粒發根後可以放到cd盒中培養。
         從發根時就移植到土壤起算，約三天就可以看到發支根及不定根
          可以觀察軸根、鬚根、主根支根及根毛。
（7）花生苗長大後可以看複葉、根瘤（這個要移到至少盆植才行），可以觀察睡眠運動
（8）玉米苗在長大的過程中可以觀察芽鞘的向性
        （真的超強！！也可以給學生玩達爾文的實驗喔）

5.貫串課綱教學目標的活動，校園植物的身體語言。

6.貫串課綱教學目標的活動，樹皮布的製作與木材觀察。