身近な野菜を用いた分子系統樹を描く生徒実習教材の開発  [in Japanese] Development of Vegetable-Based Methods for Learning Knowledge Related to the Molecular Phylogenetic Tree in a Japanese Upper Secondary School Biology Course  [in Japanese]

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Author(s)

    • 風間 智子 KAZAMA Tomoko
    • 東京理科大学大学院科学教育研究科 Graduate School of Mathematics and Science Education, Tokyo University of Science
    • 山野井 貴浩 YAMANOI Takahiro
    • 東京理科大学大学院科学教育研究科|白鴎大学教育学部 Graduate School of Mathematics and Science Education, Tokyo University of Science|Faculty of Education, Hakuoh University

Abstract

2012 年度から先行実施されている高等学校理科の新学習指導要領に基づく生物教育では, 新科目「生物」(4 単位)において, 「DNA の塩基配列などを比較することによって系統関係が調べられていることを取り上げることが考えられる」(文部科学省, 2009)とあるように, 分子進化を基盤とした系統樹(分子系統樹)の内容が前面に出てくる。そこで本研究は, 生徒にとって身近で関心も高いと思われる「野菜」を題材にして, 「野菜の可食部や花の形は系統を反映している」を仮説とし, <i>rbcL </i>遺伝子産物のアミノ酸配列を用いて分子系統樹を描くことにより, この仮説を検証する生徒実習教材を開発することを目的とした。生徒自らが分子系統樹を描くことにより, 分子進化, 分子系統樹, 分子時計など, 新学習指導要領で要求される知識を効率よく学習できると期待できる。<br>生物選択の高校生を対象に, フリーソフトMEGA 4.0 を用いて, NCBI から各種野菜の<i>rbcL </i>遺伝子産物のアミノ酸配列をダウンロードし, 分子系統樹を描き, 同時に各野菜の分類体系を調べる授業実践を行った。その結果, すべての班で期待される分子系統樹を描くことができ, また実習前後質問紙調査の結果から, 上記仮説は棄却され, 「野菜の花の形は系統を反映しているが, 可食部の形は系統を反映していない」ことに生徒が気付くことができたこと, さらに分子進化, 分子時計, 分類等の基礎知識に関して一定の教育効果があることが示唆された。<br>今後は, MEGA の英語表記やPC 操作の煩雑さを改善し, セントラルドグマ教材や進化教材との併用効果等についても検討を行いながら改良していくことで, 新学習指導要領の理念に根差した更なる効果的な生物教材, さらには植物の進化を学習するための有効な生物教材として発展することが期待される。

Over the past several decades, our understanding of genetic phenomena and the intricate and complicated mechanisms that mediate genetic effects has grown tremendously. Modern genetics is an important area for students in upper secondary schools in Japan. The new national curriculum framework, the Course of Study for Secondary Schools, emphasizes study in this area, including molecular evolution and molecular phylogenetics.<br>We are developing new teaching materials for molecular phylogenetics that include processes necessary for students to produce a molecular phylogenetic tree. Because students are familiar with vegetables, we use them as a new teaching material. We introduced the hypothesis of "the edible portions of vegetables and the forms of their flowers reflect the systems of these vegetables" to this teaching material. We established methods of producing phylogenetic trees using free software (MEGA4.0) and sequences of <i>rbcL</i> genes of some vegetables obtained from an English database: the National Center for Biotechnology Information (NCBI). Using these teaching materials, students were able to verify a hypothesis described above, and realize "the edible portions of vegetables do not reflect the systems of these vegetables, but the flower forms do." Furthermore, students could learn about molecular evolution, molecular phylogenetic trees, molecular clocks, scientific names, and classification systems of living things.<br>Based on pre-questionnaire and post-questionnaire results and positive impressions of the activity by students, the teaching materials developed in this study are regarded as useful for teaching systematics, molecular clocks, evolutionary relationships among some vegetables, and the evolution of plants.

Journal

  • Journal of Research in Science Education

    Journal of Research in Science Education 54(3), 319-334, 2014

    Society of Japan Science Teaching

Codes

  • NII Article ID (NAID)
    130003398854
  • NII NACSIS-CAT ID (NCID)
    AA11406090
  • Text Lang
    JPN
  • ISSN
    1345-2614
  • NDL Article ID
    025450739
  • NDL Call No.
    Z7-1282
  • Data Source
    NDL  J-STAGE 
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