1st supervisor: Dr. W. R. van Joolingen 2nd supervisor: Dr. P. Wilhelm University of Twente Faculty of behavioral science Enschede – June, 2007 Foreword

Perkins, K., Adams, W., Dubson, M., Finkelstein, N., Reid, S., Wieman, C., & LeMaster, R.

(2006). PhET: Interactive Simulations for Teaching and Learning Physics. The Physics Teacher, (44)1, 18-23.

Plasterk, R. (2005). Column: Kerk en Staat. TV broadcast, VPRO Buitenhof, aired may 8, 2005.

Retrieved May 5, 2006, from

http://www.vpro.nl/programma/buitenhof/afleveringen/22038179/items/22323895/
Rivers, R.H. & Vockell, E. (1987). Computer simulations to stimulate scientific problem solving.

Journal of research in science teaching, 24(5), 403-415.
Ruiz-Primo, M.A.., Schultz, E.S., Li, M., & Shavelson, R.J., (2001) Comparison of the

reliability and validity of scores from two concept-mapping techniques. Journal of research in science teaching, 38(2), 260-287.

Schauble, L., Glaser, R., Raghavan, K., & Reiner, M. (1991). Causal models and

experimentation strategies in scientific reasoning. The journal of the learning

sciences, 1(2), 201-238.
Scott, P. H., Asoko, H. M., & Driver, H. M. (1991). Research in Physics Learning: Theoretical

Issues and Empirical Studies.  Proceedings of an International Workshop. Retrieved February 20, 2007, from http://www.physics.ohio-state.edu/~jossem/ICPE/C5.html

Stavy, R. & Tirosh, D. (1993). When Analogy is Perceived as Such. Journal of Research in Science Teaching, 30(10), 1229-1239.
Stavy, D.E. (1993). Understanding the generative capacity of analogies as a tool for

explanation. Journal of Research in Science Teaching, 30(10), 1259 – 1272.

Strike, K., & Posner, G. (1990). A revisionist theory of conceptual change. In R. Duschl,

& R. Hamilton (Eds.), Philosophy of science, cognitive science, and educational theory and practice. Albany, NY: Sunny Press.

Treagust, D.F., Harrisson, A.G., & Venville, G.J. (1998). Teaching science effectively

with analogies: an approach for preservice and inservice teacher education. Journal of science teacher education, 9(2), 85-101.

Van Joolingen, W.R., & De Jong, T. (1991). Characteristics of simulations for instructional

settings. Education & Computing, 6, 241-262.

Van Joolingen, W.R. & De Jong, T. (1998). Scientific discovery learning with computer

simulations of conceptual domains. Review of educational research, 68(2), 179-201.

A Response to Richard Dawkins’ The Blind Watchmaker. Retrieved May 15, 2006, from

http://www.answersingenesis.org/docs/264.asp

Minister ontvangt boek over ID. Retrieved June 26, 2007, from

http://www.kennislink.nl/web/show?id=132896.
Review- Dawkins' God: Genes, Memes and the Meaning of Life. Retrieved May 15, 2006, from

http://hotcupofjoe.blogspot.com/2006/04/review-dawkins-god-genes-memes-and.html

APPENDICES.
Appendix 1
Vul hier je leeftijd in en omcirkel bij de verdere vragen het meest toepasselijke antwoord. Als je antwoord er niet bij zit, kun je bij ‘anders, namelijk..’ aangeven welk antwoord op jou van toepassing is. Wees in dat geval bij voorkeur zo helder en beknopt mogelijk. (Vragen staat vrij.)
Met alle informatie zal discreet omgegaan worden.
1 Leeftijd:
2 Geslacht m/v
3 Op de middelbare school had ik biologie in mijn profiel. ja/nee
4 Mijn begrip van de werking van evolutie is mijns inziens uitstekend/goed/redelijk/matig/slecht/zeer slecht
5 Ik geloof in een hogere macht (Hieronder vallen God, Allah en Jehova, maar ook minder bekende of persoonlijke Goden of krachten) (ja/nee/weet niet)
6 Ik geloof dat al het leven op Aarde verklaard kan worden aan de hand van (God/evolutie/beiden/weet niet/anders namelijk….)
Als je antwoord op vraag 6 ´evolutie´ is mag je de volgende vragen overslaan.
7 Ik geloof dat het bestaan van planten op Aarde verklaard kan worden aan de hand van (God/evolutie/beiden/weet niet/anders namelijk….)
8 Ik geloof dat het bestaan van dieren op Aarde verklaard kan worden aan de hand van (God/evolutie/beiden/weet niet/anders namelijk….)
9 Ik geloof dat het bestaan van mensen op Aarde verklaard kan worden aan de hand van (God/evolutie/beiden/weet niet/anders namelijk….)

Appendix 2
Conceptuele Inventaris van Natuurlijke Selectie
Met deze test meten we je begrip van de theorie van Natuurlijke selectie. Kies alstublieft het antwoord dat het best reflecteert hoe jij denkt dat een bioloog zou antwoorden. Lees de vragen en antwoorden goed. Er is altijd maar één antwoord dat volledig correct is!

________________________________________________________________

Galapagos Vinken
Wetenschappers denken reeds lange tijd dat de 14 soorten vinken die op de Galapagos eilanden leven, geëvolueerd zijn uit één specifieke soort vink die zo’n 1 tot 5 miljoen jaar geleden naar de eilanden is gemigreerd (Lack, 1940). Recent onderzoek (Burns, et al, 2002) suggereert dat de eerste vinken van de Caribische eilanden kwamen. Op de verschillende eilanden van de Galapagos leven verschillende soorten vinken. Zo leven de Grondvink en de Cactusvink op één eiland. De Grote Cactusvink woont op een ander eiland. Eén van de grootste veranderingen in de vinken is hun snavelvorm en –grootte zoals hieronder in het plaatje te zien is.
________________________________________________________________________________

Kies het antwoord dat het best past bij hoe een evolutionair bioloog zou antwoorden!

1. Wat zou er gebeuren als een paartje vinken op een eiland geplaatst zou worden onder ideale omstandigheden, dus zonder roofdieren, zonder concurrentie en met genoeg voedsel voor alle individuen om te overleven en reproduceren. Na een tijd zal

a. de vinkpopulatie klein blijven, omdat vogels alleen genoeg nakomelingen krijgen om zichzelf te vervangen.

b. de vinkpopulatie verdubbelen en dan relatief stabiel blijven.

c. de vinkpopulatie dramatisch in aantal toenemen.

d. de vinkpopulatie langzaam groeien en dan stabiliseren.

2. Vinken op de Galapagos Eilanden hebben water en voedsel nodig om te overleven.

a. Als voedsel en water schaars zijn, zullen sommige vogels wellicht niet in staat zijn te overleven.

b. Als voedsel en water beperkt zijn, zullen de vinken andere voedsel- en waterbronnen vinden, zodat er altijd genoeg is.

c. Als voedsel en water beperkt zijn, zullen de vinken allemaal minder gaan eten en drinken, zodat alle vogels kunnen overleven.

d. Er is altijd genoeg voedsel voor de vinken op de Galapagos eilanden.
3. Als een populatie vinken een hele lange tijd op een specifiek eiland heeft geleefd onder onveranderende omstandigheden, dan zal

a. de populatie onveranderd snel blijven groeien

b. de populatie relatief stabiel blijven, met kleine fluctuaties

c. de populatie elk jaar dramatisch groter en kleiner worden.

d. de populatie langzaam kleiner worden.

4. Wat zijn de voornaamste veranderingen die plaats zullen vinden in een aan evolutie onderhevige vinkpopulatie?

a. De eigenschappen van elke vink binnen de populatie zullen langzaam veranderen.

b. De proporties vinken binnen de populatie die bepaalde eigenschappen bezitten, zullen veranderen.

c. Succesvol gedrag geleerd door de vinken wordt doorgegeven aan de volgende generaties

d. Mutaties vinden plaats om de in de behoeften van de vinken te voorzien als de omgeving verandert.

5. Afhankelijk van hun snavelvorm en –grootte, eten sommige vinken nectar van bloemen, larven uit boomschors, kleine zaden of grote noten. Welke uitspraak past het best bij de interactie tussen vinken en hun voedselvoorziening?

a. De meeste vinken op een eiland werken samen, om zo voedsel te vinden en te delen.

b. Veel vinken op het eiland concurreren, en degenen die fysiek het sterkst zijn winnen.

c. Er is meer dan genoeg voedsel voor alle vinken, dus ze hoeven niet te concurreren om voedsel.

d. Vinken concurreren met name met vinken van dezelfde soort, en/of vinken die qua soort dicht bij ze staan en dezelfde soorten voedsel eten, en sommige vinken zullen dood gaan van de honger.

6. Hoe zijn de verschillende snaveltypen voor het eerst ontstaan bij de vinken van de Galapagos?

a. De verschillende snaveltypen ontstonden vanwege de noodzaak in staat te kunnen zijn verschillende soorten voedsel te eten om te overleven.

b. De verschillende snavelsoorten ontstonden per toeval. Wanneer er dan een goede ‘match’ was tussen snavelstructuur en beschikbaar voedsel, kregen die specifieke vogels meer nakomelingen.

c. De verschillende snaveltypen ontstonden omdat de omgevingsinvloeden de gewenste genetische veranderingen tot stand brachten.

d. De snavels van de vinken veranderden iets van grootte en vorm, waarbij sommige groter en andere kleiner werden met elke opeenvolgende generatie.

7. Welk soort variatie in vinken wordt doorgegeven aan de kinderen?

a. Elk gedrag dat de vinken zich aangeleerd hebben tijdens hun leven.

b. Alleen eigenschappen waar de vink voordeel van had tijdens zijn leven.

c. Eigenschappen die genetisch vastliggen

d. Elke eigenschap die positief beïnvloed is door de omgeving tijdens het leven van de vink.

8. Wat zorgde ervoor dat populaties vinken met verschillende snaveltypen uiteindelijk compleet

verschillende soorten werden, verdeeld over de verschillende eilanden?

a. De vinken waren vrij variabel, en de vinken wiens eigenschappen het best pasten bij de beschikbare voedselbronnen op de verschillende eilanden, konden ook het meest succesvol voortplanten.

b. Alle vinken zijn in principe gelijk en ze behoren in feite gewoon tot dezelfde soort.

c. Verschillende voedselbronnen waren beschikbaar op de verschillende eilanden, en daarom ontwikkelden individuele vinken op elk eiland langzaam de snavels die ze nodig hadden.

d. Verschillende lijnen vinken ontwikkelden verschillende soorten snavels omdat ze die nodig hadden voor het eten van het beschikbare voedsel.

Venezolaanse guppies
Guppies zijn kleine visjes die je kunt vinden in stromend water in o.a.Venezuela. Mannelijke guppies zijn bont gekleurd, met zwarte, rode, blauwe en weerspiegelende vlekjes. Mannetjes kunnen niet té fel gekleurd zijn, want dan worden ze gezien en opgegeten door hun natuurlijke vijanden. Als ze aan de andere kant niet fel genoeg zijn, worden ze door de vrouwtjes niet verkozen boven andere mannetjes. Natuurlijke selectie en sexuele selectie drukken de guppies in tegengestelde richtingen. Als een populatie guppies in een omgeving zonder vijanden leeft, wordt de proportie felgekleurde mannetjes in de populatie groter. Als vervolgens een paar agressieve roofdieren aan het water worden toegevoegd, daalt het aantal felgekleurde mannetjes na zo’n vijf maanden (3-4 generaties). De effecten van roofvissen op guppiekleur is uitvoerig bestudeerd in kunstmatige vijvers en natuurlijke leefomgevingen met matig agressieve roofvissen, zeer agressieve roofvissen en geen roofvissen. (Endler, 1980).
Kies het antwoord dat het best past bij hoe een evolutionair bioloog zou antwoorden.

9. Een typisch natuurlijke populatie guppies bestaat uit honderden guppies. Welke uitspraak beschrijft de guppies van één enkele soort in een geïsoleerde populatie het best?

a. De guppies delen alle eigenschappen en zijn identiek aan elkaar.

b. De guppies delen alle essentiële karakteristieken van de soort. De kleine variaties die ze vertonen hebben geen invloed op overleven.

c. De guppies zijn allemaal identiek aan de binnenkant, maar verschillende nogal in uiterlijk.

d. De guppies delen veel essentiële karakteristieken, maar verschillen ook op veel vlakken.

10. Fitness is een term die biologen vaak gebruiken om het evolutionair succes van bepaalde individuen en soorten te verklaren. (Denk aan de bekende uitspraak ´survival of the fittest´.) Welk aspect zouden biologen als meest belangrijk beschouwen bij het bepalen welke guppies het meest ´fit´ zijn?

a. Een groot lichaam en de mogelijkheid om snel voor roofvissen weg te kunnen zwemmen.

b. Uitstekend in staat zijn om voedsel te vechten.

c. Een hoog aantal nakomelingen dat overleeft tot geslachtsrijpheid.

d. Een hoog aantal paringen met veel verschillende vrouwtjes.
11. Uitgaande van ideale omstandigheden met genoeg voedsel en ruimte en geen roofdieren, wat zou er gebeuren als een paartje guppies geplaatst zou worden in een grote vijver?

a. De guppie populatie zou langzaam groeien, omdat guppies alleen het aantal nakomelingen krijgen dat nodig is om de populatie weer aan te vullen.

b. De guppe populatie zou exponentieel groeien, en duizenden guppies zouden uiteindelijk de vijver vullen.

c. De guppie populatie zou nooit erg groot worden, omdat alleen organismen als insecten en bacterieën op een dergelijke manier reproduceren.

d. De guppiepopulatie zou langzaam blijven groeien.

12. Wat zijn de voornaamste veranderingen die plaatsvinden in guppie populaties?

a. De eigenschappen van elke individueel guppie in de populatie veranderen langzaam.

b. De proporties guppies met specifieke eigenschappen veranderen.

c. Succesvol gedrag geleerd door de guppies wordt doorgegeven aan het nageslacht

d. Mutaties vinden plaats om in de behoeften van de guppies te voorzien wanneer de omgeving veranderd.

13. Als een populatie guppies zich een aantal jaren heeft kunnen vormen in een echte (niet ideale) vijver, met andere organismen inclusief roofdieren, wat zal er dan waarschijnlijk gebeuren met de populatie guppies?

a. Die zal ongeveer even groot blijven

b. Die zal snel in grootte blijven toenemen

c. Die zal langzaam kleiner worden tot er geen guppies meer over zijn

d. Dat is onmogelijk
te zeggen, omdat populaties geen patronen volgen.

Canarische Eilanden Hagedissen

De Canarische eilanden zijn zeven eilanden net ten westen van het Afrikaanse continent. De eilanden zijn langzaam gekoloniseerd geraakt met leven: planten, hagedissen, vogels etc. Drie verschillende soorten hagedissen die zijn gevonden op de eilanden lijken erg veel op één specifieke soort op het Afrikaanse continent (Thorpe & Brown, 1989). Om deze reden gaan wetenschappers er vanuit dat de hagedissen van Afrika naar de eilanden zijn gekomen op boomstammen die ooit de zee in zijn gespoeld en naar de eilanden zijn gedreven.

Kies het antwoord dat het best past bij hoe een evolutionair bioloog zou antwoorden.
14. Hagedissen eten een variëteit aan insecten en planten. Welke uitspraak beschrijft het best de beschikbaarheid van voedsel voor hagedissen op de Canarische eilanden.

a. Het vinden van voedsel is geen probleem aangezien voedsel altijd ten overvloede aanwezig is.

b. Aangezien hagedissen een grote diversiteit aan voedsel eten, is er naar alle waarschijnlijkheid te allen tijde genoeg voedsel voor alle hagedissen.

c. Hagedissen kunnen leven op erg weinig voedsel, dus de voedselvoorraad doet er niet veel toe.

d. Het is waarschijnlijk dat er soms genoeg voedsel is, maar soms ook niet genoeg voedsel is voor alle hagedissen.
15. Wat denk je dat er tussen de hagedissen van een bepaalde soort gebeurt wanneer de voedselvoorraad beperkt is?

a. De hagedissen werken samen om voedsel te vinden en delen wat ze kunnen vinden.

b. De hagedissen vechten om het beschikbare voedsel en de sterkere hagedissen doden de zwakkere.

c. Genetische veranderingen die de hagedis in staat stellen nieuwe voedselsoorten te eten zullen waarschijnlijk ontstaan.

d. De hagedissen die het minst succesvol zijn in de competitie voor voedsel zullen waarschijnlijk sterven van honger.
16. Een gezonde populatie hagedissen bestaat uit honderden individuen. Op een eiland zullen alle hagedissen in een hagedissenpopulatie waarschijnlijk

a. niet onderscheidbaar zijn, omdat er in geïsoleerde populaties veel sprake is van inteelt.

b. van binnen (genetisch) hetzelfde zijn, maar aan de buitenkant veel verschillende eigenschappen vertonen.

c. op elkaar lijken, maar wel wat duidelijke verschillen in hun interne en externe eigenschappen vertonen.

d. hetzelfde zijn aan de buitenkant, maar verschillen vertonen in hun interne eigenschappen.

17. Welke uitspraak beschrijft het beste hoe eigenschappen van hagedissen worden geërfd door nageslacht?

a. Wanneer de ouder-hagedissen leren bepaalde insecten te vangen, kan hun nageslacht hun insect-vangkwaliteiten erven.

b. Wanneer de ouderhagedissen sterkere klauwen ontwikkelen door herhaald gebruik bij het vangen van prooi, kan hun nageslacht de eigenschap van de sterkere klauw erven.

c. Wanneer de klauwen van een ouderhagedis slecht ontwikkeld zijn omdat deze er tijdens zijn leven nauwelijks gebruik van heeft hoeven maken omdat er genoeg makkelijke voedselbronnen aanwezig zijn, kan het nageslacht de zwakkere klauwen erven.

d. Wanneer de ouderhagedis geboren wordt met een extra teen aan zijn klauw, kan het nageslacht de zesvingerige klauw erven.

18. Fitness is een term die vaak gebruikt wordt door biologen om het evolutionair succes van bepaalde organismen te verklaren. Hieronder staan beschrijvingen van vier fictionele vrouwelijke hagedissen. Welke hagedis zou een bioloog als het meest ‘fit’ beschouwen.

	Hagedis A	Hagedis B	Hagedis C	Hagedis D
Lichaamslengte	20 cm	12 cm	10 cm	15 cm
Tot volwassenheid overlevende nakomelingen	19	28	22	26
Leeftijd van overlijden	4 jaar	5 jaar	4 jaar	6 jaar
opmerkingen	Hagedis A is erg gezond, sterk en Slim	Hagedis B heeft gepaard met veel hagedissen	Hagedis C is donkergekleurd en erg snel	Hagedis D heeft het grootste territorium van alle hagedissen

a. Hagedis A

b. Hagedis B

c. Hagedis C

d. Hagedis D
19. Waar komen de variaties in lichaamsgrootte tussen de drie soorten hagedissen volgens de theorie van natuurlijke selectie waarschijnlijk vandaan?

a. De hagedissen moesten veranderen om te kunnen overleven, en daarom ontwikkelden nieuwe eigenschappen waar ze wat aan hadden.

b. De hagedissen wilden verschillend in grootte worden, waardoor geleidelijk nieuwe eigenschappen ontwikkelden.

c. Willekeurige genetische veranderingen en sexuele recombinatie creëerden beiden nieuwe variaties.

d. De omstandigheden op de eilanden veroorzaakten genetische vernadering.

20. Wat zou de oorzaak kunnen zijn van het verschijnsel dat één soort splitst in drie verschillende soorten?

a. Groepen hagedissen kwamen in verschillende omstandigheden terecht op de verschillende eilanden, waardoor ze elk een nieuwe soort moesten worden met hun eigen specifieke eigenschappen om te kunnen overleven.

b. Groepen hagedissen moeten geografisch van elkaar gescheiden zijn geraakt, en willekeurige genetische verandering moet door de tijd heen ‘opgehoopt’ zijn in deze verschillende hagedissen populaties.

c. Ook al zijn er kleine variaties, toch zijn al deze hagedissen in principe gelijk en horen allemaal tot één en dezelfde soort.

d. Omdat ze moesten overleven, hebben verschillende soorten hagedissen zich aangepast aan de verschillende eilanden, en op die manier zijn de verschillende groepen organismen elk ontwikkeld tot een nieuwe hagedissensoort.

Appendix 3
Nu volgt een beknopte uitleg van het principe van natuurlijke selectie. Probeer het zo goed mogelijk te lezen en te begrijpen.
Een centraal mechanisme in de evolutie is dat van natuurlijke selectie. Het is gebleken dat zelfs onder de aanhangers van de evolutietheorie, er veel mensen zijn die een verkeerd beeld hebben van evolutie. In de tekst hieronder worden de belangrijkste aspecten van natuurlijke selectie uitgelegd in de hoop dat jouw inzicht in het exacte mechanisme van evolutie, mocht die niet volledig correct zijn, wat wordt verdiept.
Evolutie bestaat eigenlijk voornamelijk uit twee hoofdprocessen. Het eerste hoofdproces is dat van mutatie en sexuele recombinatie van genetisch materiaal. (Mutatie en recombinatie zijn in feite verschillend, maar we gooien ze hier voor het gemak even op één hoop.) Door toevallige mutaties van het genetisch materiaal en toevallige, totaal willekeurige combinaties van het genetisch materiaal van beide ouders (tijdens de verwekking), krijgt elk individueel nageslacht zijn eigen unieke genetische opmaak. Deze genetische opmaak verschilt meestal op subtiele vlakken van dat van soortgenoten. Ieder individu is dus verschillend, zowel van binnen als van buiten. Dat geldt dus ook voor individuen die tot dezelfde soort behoren. Het is juist door deze diversiteit dat evolutie mogelijk is. De genetische opmaak van een organisme noemen we het genotype.
Het genotype van een organisme komt tot uitdrukking in het fenotype. Het fenotype bestaat uit de uiterlijke kenmerken en innerlijke functies van het organisme. Het fenotype wordt dus bepaald door het genotype. Dat brengt ons bij het tweede hoofdproces. Naast de toevallige, willekeurige mutatie en combinatie van genetisch materiaal is er namelijk ook het proces van natuurlijke selectie door omgevingsfactoren. Dit proces is, in tegenstelling tot het resultaat van mutatie en recombinatie, niet toevallig! Immers, de omgeving ‘selecteert’ vrij specifiek op bepaalde eigenschappen van organismen.
Een voorbeeld: Toen door een toevallige mutatie in één individuele voorouder van de giraf dit individu een iets langere nek kreeg, had dit voor dit dier zo’n groot voordeel boven zijn soortgenoten (hij kon beter bij de blaadjes), dat hij makkelijker kon overleven dan zijn soortgenoten en zijn genetisch materiaal verantwoordelijk voor zijn lange nek door kon geven aan het nageslacht. Aangezien de natuurlijke voedselbronnen veelal beperkt aanwezig zijn, kán zo´n mutatie dus het verschil tussen leven of dood betekenen. Deze ‘selectie’ door de omgeving is dus niet toevallig, maar volgt logischerwijs uit de interactie tussen een bepaalde eigenschap en de omgeving. Maar let wel: Een toevallig goed uitpakkende mutatie in een individueel organisme is nog geen evolutie! Er is pas sprake van evolutie als bepaalde eigenschappen (zoals het hebben van een lange nek) steeds vaker (of steeds minder) in een populatie dieren voorkomt. Met andere woorden: Evolutie uit zich in de veranderende proporties individuen met bepaalde eigenschappen binnen een populatie. Pas als na vele generaties een grote proportie of zelfs alle giraffen een langere nek hebben gekregen door het voordeel dat dit biedt ten opzichte van een kortere nek, kunnen we spreken van evolutie. Een mutatie hoeft overigens niet altijd voordeel te bieden. Een mutatie kan ook nadelig of neutraal zijn. Nadelige mutaties hebben logischerwijs weinig kans zich vanuit één individu te verspreiden naar volgende generaties.

Vanwege het feit dat mutaties willekeurig zijn, én het feit dat omgevingen ‘willekeurig’ veranderen (denk aan (natuur)rampen, klimaatverandering en het ontstaan van allerlei andere organismen) valt er dus eigenlijk geen pijl te trekken op wat de evolutie in de toekomst - laten we zeggen: over 10 miljoen jaar - zal brengen. Dat hangt volkomen af van het toeval. (Vragen staat vrij.)