《Journal of Zoological and Botanical Gardens》：Experiencing Biodiversity in Upper Secondary Education and Botanical Gardens Through a Novel Karyotype-Based Educational Approach Using the Genus Tulipa L. as a Model
Eleni Kriemadi,
Venetia D. Nikita,
Nikos Krigas and
Pepy Bareka
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本研究提出并验证了一种新颖的跨学科教育方法，旨在通过利用郁金香（TulipaL.）作为模型生物，结合核型（Karyotype）实验，在高中和植物园环境中教授生物多样性概念。该教学方案在3个课时内有效提升了学生（平均16岁）对遗传物质结构和生物多样性（包括物种、遗传核型及栖息地多样性）的理解，并通过问卷评估证实了实验对认知和情感学习目标的积极影响，为学校与植物园的长期合作、提升植物认知度（Plant blindness）提供了可推广的教学框架。
引言：生物多样性教育的挑战与机遇
生物多样性在教育中扮演着至关重要的角色，是培养社会可持续发展所需知识、技能和态度的关键。然而，当前学校课程多侧重于生态学和宏观视角，对遗传多样性这一生物多样性的核心组成部分关注相对不足，且普遍存在“植物盲”（Plant blindness）现象，即忽视或低估植物的生态、文化和美学重要性。植物园作为连接科学知识与社会的媒介，在环境教育中具有独特优势，但其教育潜力尚未被充分发掘。在此背景下，本研究引入郁金香（Tulipaspp.）作为教学模型。郁金香具有文化熟悉度、美学吸引力、显著的表型变异、明确的基本染色体数（x = 12）以及易于观察的大染色体，使其成为探索遗传变异性、物种多样化和栖息地/生态系统多样性的理想平台。
材料与方法：一个创新的教学框架
本研究在希腊一所公立高中实施，历时两个学年（2023-2024, 2024-2025），共168名高一和高二学生参与。教学干预的核心目标是整合对遗传物质的理解与生物多样性的基础知识，以郁金香作为 overarching 概念框架。教学设计基于建构主义模型和5E教学模式，在总计3个课时（每课时45分钟）内完成。
教学流程与核心活动
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第一课时：遗传物质基础。重点介绍遗传物质的组织（从分子到染色体），阐述有丝分裂（Mitosis）和减数分裂（Meiosis）的过程及其在遗传连续性和多样性中的作用，为理解核型分析奠定基础。
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第二课时：郁金香的多样性与生物多样性概念。通过叙事和丰富的视觉档案，展示郁金香的历史传播、文化经济意义及其惊人的形态和分布多样性。在此环节，正式引入生物多样性的三个相互关联的基本层次：遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性 ，并引导学生思考表型差异背后的遗传共性。
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第三课时：核型实验与实践。学生分组进行郁金香根尖细胞核型分析实验，使用压片技术制备样本并在光学显微镜下观察染色体。学生完成相应的工作表模块，将亲手观察到的染色体 与郁金香丰富的形态变异 联系起来。此环节旨在通过探究式、合作式学习，深化对遗传多样性与生物多样性其他层次间联系的理解。
评估工具与数据分析
学习成果通过两份问卷在额外的第四课时进行评估。AB问卷用于评估知识获取，涵盖遗传物质结构功能、与郁金香相关的生物多样性（形态、核型、生态系统水平）以及生物多样性保护意义等10个主题组。Q问卷则采用李克特量表，评估学生对生物多样性的态度及教学干预本身的看法。通过克鲁斯卡尔-沃利斯检验（Kruskal-Wallis test）、相关分析等统计方法处理数据。
结果：积极的教学成效与差异化发现
知识评估（AB问卷）结果显示，学生对遗传物质基本分子组成和功能（A组）、形态与栖息地多样性及其与遗传多样性的关联（E组）理解最好（平均正确率均为69%）。在核型研究应用（F组）及生物多样性对维持生态系统平衡的作用（J组）等方面也表现出较好理解（平均正确率分别为63%和56%）。然而，学生在区分染色单体与染色质纤维结构（C组，平均48%）、以及理解有丝分裂具体过程（B组，平均50%）方面存在较多困难。
态度评估（Q问卷）显示，学生对教学干预和核型实验持非常积极的态度。特别是，对核型实验的享受程度（Q14）与对生物多样性重要性的认知提升、对教学效果的评价以及参与环保组织的意愿均呈显著正相关（皮尔逊 r = 0.649, 0.515; p < 0.05）。在开放性词联想问题中，“郁金香”和“生物多样性”是给学生留下最深刻印象的两个词汇。
差异分析表明，高二学生知识得分普遍高于高一学生，尤其在核型应用、生物多样性-生态系统平衡等概念上。女生在涉及核型、生化研究应用（F组）等问题上表现优于男生。选择自然科学方向的学生在多数主题上的表现优于人文方向的学生。
讨论：整合遗传学与生物多样性教育的有效路径
本研究证实，以郁金香为模型、整合核型实验的短期跨学科教学干预，能有效促进学生对生物多样性多层面（遗传、物种、生态系统）的理解。与以往主要关注物种和生态系统多样性的教学不同，本研究成功将遗传（核型）多样性置于教学核心，并使其与表型和栖息地多样性生动关联。核型实验作为关键的教学工具，不仅增强了认知学习效果，更重要的是显著提升了学生的情感参与度和对植物价值的认可，有助于对抗“植物盲”。研究也揭示了学生在细胞分裂、染色体相关概念上存在的普遍迷思，这与现有文献一致，提示这些概念需要更精细的教学设计。
结论
本研究提出并验证了一套以郁金香为模型、基于核型分析的创新生物多样性教学方案。该方案能在有限的3个课时内，于学校或植物园环境中有效实施，显著提升高中生对生物多样性多重维度的综合理解，并激发积极的环境态度。通过将抽象的遗传多样性概念与具象的、文化熟悉的植物模型及动手实验相结合，该教学法为在中学和植物园环境中开展深入、吸引人的环境教育，促进机构间长期合作，以及提升公众的植物保护意识提供了可复制、可推广的实践框架。
