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

Appendix 4
Werken met de simulatie.
De simulatie waar je zo mee gaat werken biedt je de mogelijkheid om een beetje een idee te krijgen van hoe natuurlijke selectie in zijn werk gaat. In het scherm zie je zogeheten ‘biomorphs’. Biomorphs zijn ‘organismen’ opgebouwd uit allemaal kleine lijntjes. Elke biomorf heeft zijn eigen ‘code’ van negen letters. Deze code wordt gereflecteerd in de vorm van de biomorphs. Als je twee biomorfs met elkaar laat voortplanten door ze beiden aan te vinken, en vervolgens op ‘reproductie’ te klikken, krijg je een scherm vol met nageslacht van de twee geselecteerde biomorphs. De ‘ouders’ zie je rechts in het scherm. Al het nageslacht van deze ouders bestaat grotendeels uit een combinatie van de code van vader en moeder, maar deels ook uit willekeurige mutatie.
Je kunt in het scherm het aantal mutaties dat plaatsvindt beinvloeden door deze in het scherm op veel, gemiddeld, weinig of geen te zetten. Je zult zien dat hoe hoger je het aantal mutaties zet, hoe diverser de biomorphs zijn na elke reproductie.
Probeer straks eens zelf wat te experimenteren. Stel je bijvoorbeeld maar eens ten doel om een stel biomorfs te creeeren die lang en smal zijn, of iets hebben wat op vleugels lijkt. Als je maar lang genoeg experimenteert kun je zelfs vormen creeeren die ergens op lijken. Zie de voorbeelden hieronder.

Origineel AIMBJMDGN	Vogel LACEJBJGN	Kreeft ALCGGEHMN	Oorworm BLCGCBFAN	Vlieg CJLEGFCMN

Een aantal mogelijke biomorphs met hun bijbehorende code.
Let echter wel: Je moet je realiseren dat deze simulatie slechts een abstractie, een analogie is van het daadwerkelijke proces van natuurlijke selectie. Deze simulatie is dus geen perfecte reflectie van de werkelijkheid! Ondanks dat deze simulatie is gemaakt om je te helpen een beter begrip van natuurlijk selectie te krijgen, moet je er voor waken dat je je niet laat misleiden door sommige dingen die niet helemaal corresponderen met de werkelijkheid. Probeer, als je ze kunt ontdekken, de tekortkomingen van deze simulatie te onthouden, want je zult er straks nog naar gevraagd worden.
Neem nu eens een aantal simpele mogelijke uiterlijkheden van een biomorph in je hoofd (zoals ´lang en dun´, of ´met vleugels´) en probeer daarna een biomorf te realiseren die aan die criteria voldoet door (maximaal een minuut of vijf) telkens de juiste biomorphs te combineren. Het is geen schande als het niet helemaal lukt. Het belangrijkst is dat je een idee krijgt van hoe de simulatie (en natuurlijke selectie) werkt. (Vragen staat vrij.)

Appendix 5
Het maken van een concept map
Met pen, op papier, ga je zo een zogeheten ´concept map´ maken van de simulatie. Daarbij doorloop je de volgende stappen.
-Maak eerst een model dat waarin duidelijk wordt hoe de verschillende objecten in de simulatie zich tot elkaar verhouden. (Evt. :Voor het gemak is een beginnetje voor je gemaakt.)
De instructies/restricties zijn:
-gebruik blokken voor objecten

-gebruik (eventueel) cirkels voor attributen

-gebruik pijlen voor relaties

-gebruik gestippelde pijlen voor processen
Een simpel voorbeeld ziet er ongeveer als volgt uit.

Hieronder zie je een voorbeeld voor de analogie van de aarde en zon om de werking van een atoom uit leggen. Dit is natuurlijk slechts één manier om deze analogie te maken. In dit voorbeeld zie je wel relaties (tussen zon en aarde) maar geen processen. Mocht jij een proces in je concept map willen opnemen dan kun je dat weergeven met gestippelde lijnen.

Het is nu aan jou een zelfde soort model voor de simulatie van natuurlijke selectie te maken.

Zorg verder dat het volgende in ieder geval in het model van de simulatie terug te vinden is

-code

-biomorf

-willekeurige mutatie

-niet willekeurige selectie
Die laatste twee hoeven niet expliciet in het model genoemd te worden, als door de connectie tussen concepten en evt. attributen maar duidelijk is waar deze processen terug te vinden zijn. Maak desnoods met behulp van aantekeningen bij je concept map duidelijk waar deze processen in het model terug te vinden zijn.
Voor het gemak is alvast een beginnetje gemaakt. De experimentleider zal je nu het programma kort uitleggen. (Vragen staat vrij)

Appendix 6
Het maken van een analogy map.

De simulatie die je zojuist hebt gebruikt is natuurlijk geen weerspiegeling van de werkelijkheid, maar een abstractie daarvan. Om die reden bestaat er geen één op één relatie tussen alle objecten, attributen, processen en relaties in de simulatie, en die in de werkelijkheid. Hoewel de simulatie dus dient als middel om je het principe van natuurlijke te helpen begrijpen, kan het, als je niet oppast, ook misleidend werken.

Met pen, op papier, ga je zo een zogeheten ´concept map´ maken van de simulatie. Daarbij doorloop je de volgende stappen.
-Maak eerst een model dat aangeeft hoe de verschillende objecten in de simulatie zich tot elkaar verhouden. (Evt. :Voor het gemak is een beginnetje voor je gemaakt.)
De instructies/restricties zijn:
-gebruik blokken voor objecten

-gebruik (eventueel) cirkels voor attributen

-gebruik pijlen voor relaties

-gebruik gestippelde pijlen voor processen

-gebruik rode lijnen voor de analogie
Een simpel voorbeeld ziet er ongeveer als volgt uit.

-Maak vervolgens een model van de daadwerkelijke natuurlijke selectie, en ‘map’ de simulatie op de werkelijkheid door rode verbindingslijnen te gebruiken.
Hieronder zie je een voorbeeld voor de analogie van de aarde en zon om de werking van een atoom uit leggen. Dit is natuurlijk slechts één manier om deze analogie te maken. Omdat ik niet precies weet waarom een elektron om een nucleus draait, heb ik de desbetreffende attributen van nucleus en elektron ingevuld met vraagtekens. In dit voorbeeld zie je wel relaties (tussen zon en aarde, en nucleus en elektron) maar geen processen. Mocht jij een proces in je concept map willen opnemen dan kun je dat weergeven met gestippelde lijnen.

Het is nu aan jou een zelfde soort model voor het de analogie tussen de simulatie en het werkelijke principe van de natuurlijke selectie. Zorg dat de twee modellen qua vorm en inhoud matchen, zodat duidelijk wordt hoe de simulatie zich tot de werkelijkheid verhoudt.
Zorg verder dat het volgende in ieder geval in het model van de simulatie terug te vinden is
-code

-biomorf

-willekeurige mutatie

-niet willekeurige selectie
Voor het gemak is alvast een beginnetje gemaakt. De experimentleider zal je nu het programma kort uitleggen. (Vragen staat vrij)

Appendix 7
Additional questions for post-testing
1. De simulatie bevatte een aantal tekortkomingen. Probeer eens na te denken over wáár of hoe de simulatie tekortschoot in het representeren van de werkelijkheid, en beschrijf deze tekortkomingen kort. (Let wel, het gaat hier niet om oppervlakkige eigenschappen zoals het feit dat biomorfs geen echte organismen zijn, maar om dingen die gerelateerd zijn aan het proces van evolutie).
2. De bekende zooloog Richard Dawkins beschreef evolutie als zijnde de “niet willekeurige selectie van willekeurig muterende organismen”.
Was de selectie in de simulatie willekeurig? Licht je antwoord toe.
3. Sommige mensen hebben bezwaar bij de term ‘natuurlijke selectie’. Waarom denk je dat dat is? Vul ‘geen idee’ in als je het niet weet.
4. Ben je het eens met dat bezwaar? Waarom? (Sla deze vraag over als je bij de vorige vraag ‘geen idee’ hebt ingevuld.)
5. Evolutie heeft geen doel, geen streven. Evolutie is letterlijk ‘blind’ in de zin dat het niet ‘ziet’ wat het doet en ook geen ‘benul’ heeft waar het heen gaat. Was deze eigenschap terug te vinden in de simulatie?

(Bishop and Anderson)

6. Cheetah’s (grote Afrikaanse katten) zijn in staat snelheden van meer dan 95 kilometer per uur te rennen wanneer op prooi jagen. Hoe zou een bioloog verklaren hoe deze eigenschap heeft kunnen evolueren, als je er vanuit gaat dat de directe voorouder van de cheetah maar 30 kilometer per uur kon rennen.

7.

a. De eigenschap van gevliesde poten van eenden (1 = alleen de eerste uitspraak is correct, 3 = beide uitspraken zijn even correct, 5 = alleen de rechter uitspraak is correct)

Verschenen in de voorouder-eenden omdat ze in water leefden en zwemvliezen nodig hadden om te zwemmen

1 2 3 4 5

Verscheen in eenden vanwege een toevallige mutatie

b. Tijdens het evolueren van zwemvliezen:

hadden de meeste eenden met elke volgende generatie ongeveer dezelfde hoeveelheid ‘vlies’ aan hun poten als hun ouders

1 2 3 4 5

hadden de meeste eenden met elke volgende generatie nét iets meer vlies aan hun poten als hun ouders

c. Verklaar:

Als een populatie eenden gedwongen zou zijn om te leven in een omgeving zonder water:

zouden veel eenden sterven omdat hun poten slecht aangepast zijn aan deze omstandigheden

1 2 3 4 5

Zouden de eenden langzaam niet-gevliesde poten ontwikkelen.

d. De populatie eenden ontwikkelde zwemvliezen omdat:

de meer succesvolle eenden zich aanpasten aan hun aquatische omstandigheden

1 2 3 4 5

de minder succesvolle eenden stierven zonder nageslacht

Appendix 8
Misconceptions in evolution.

Several studies (e.g. Bishop and Anderson 1985, Bishop and Anderson,1990; Wallin, Hagman & Olander, 2000) demonstrated that in students’ thinking about evolution and natural selection, three central alternative conceptions generally underlie poor understanding. The first misconception is that students fail to make a distinction between the two separate processes of random genetic change and non-random natural selection. Rather, students think there is some single process in which features of the species gradually change. The second misconception is failure to appreciate that variability within a population is crucial to evolution. An example: “Birds might have had to escape their predators, and so gradually their legs changed to wings so they could fly.” Students often view evolution as a process that shapes a species as a whole, when in fact populations only evolve by virtue of genetic diversity and the (‘consequent’) reproductive advantage certain genetic traits have. The third common misconception students hold is that traits themselves are subjected to evolutionary processes, when in fact traits are established as the growing proportion of individuals possessing certain traits through successive generations. An example (from Bishop et al., 1990): “As sight was not needed, these salamanders in the cave, through generations, passed down genes with less ability to see until they had evolved to the blind ones.”

A study by Greene (1990) showed similar misconceptions to exist. According to Greene, misunderstanding of evolution is expressed mainly through two mistaken assumptions: First, that variations in a populations have little importance in its change process and, second, that when nature changes, it is not at random. The latter of these two assumptions holds an implicit belief in some sort of ‘directedness’ in evolution. According to Greene, three belief systems can lie at the heart of belief in directedness: First, the belief in some directing agent or force (e.g. ‘God’); second, orthogenesis, or the idea that patterns of changes originating within organisms are constantly unfolding each generation; third, Lamarckism, or the belief that ‘needed’ changes can be acquired during the lifetime of the organism and passed on to future generations.
According to a study by Lewontin (1984) students see variation in evolution as a result of environmental change. For these students, the variation follows environmental change, rather than precedes or coincides with it. According to Lewontin, students do not understand that evolution is a “variational evolution”. To put it in another way: These students appear to believe that there is some kind of ‘need’ for the organism to adapt as a cause of evolution. This is at odds with the reality that evolution is the effect of natural selection over successive generations. These students fail to grasp what iconic evolutionary biologist Ernst Mayr has christened the concept of “changing populations” consisting of individuals with “unique constellations of characteristics” (Mayr, 1988)
Firenze (1997) classed faulty conceptual models of evolution as being Lamarckian (though he probably failed to appreciate that some misconceptions are too subtle to be called Lamarckian) and found that existing misconceptions could be divided into two classes:

epistemological misconceptions - those dealing with the nature of science, that is, ‘evolution is only a theory’, ‘evolution has never been proven correct’, or, ‘because biologists cannot see species evolve, evolution is not a true science’, and so on -;

and content misconceptions - those dealing with the process of evolution, that is, ‘humans evolved from monkeys’, ‘through evolution organisms get what they need’, ‘organisms progress from "lower" to "higher" forms’, and so on.

All the misconceptions described above by different authors can, under scrutiny, be revealed to be identical to each other, or to be overlapping to a great degree. Knowing the possible misconceptions that might exist or arise in the heads of students can help teachers address these issues more directly.