Tuomas Aivelo, FM, tohtorikoulutettava, Biotieteiden laitos, Biotekniikan instituutti ja Opettajankoulutuslaitos, Helsingin yliopisto Anna Uitto, biologian didaktiikan yliopistonlehtori, Opettajankoulutuslaitos, Helsingin yliopisto TIEDETTÄ JA TUTKIMUSTA GEENIMALLIT LUKION OPPIKIRJOISSA JA LUKIOLAISTEN KÄSITYKSIÄ GEENIEN TOIMINNASTA Vertaisarvioitu artikkeli, lähetetty 18.12.2013, hyväksytty 25.1.2014 Tiivistelmä Genetiikan opetukseen kohdistuu laajaa huomiota, koska genetiikka on tieteenalana no peasti muuttuva, ja sen yhteiskunnalliset, kulttuuriset ja kansalaisten oman elämän suunnitteluun ja hallintaan liittyvät seuraamukset ovat yhä merkittävämpiä. Kansainvälisesti mendelistiseen perinnöllisyystieteeseen vahvasti perustuvaa opetusta on kritisoitu muun muassa geneettisen determinismiin liittyvien, yksipuolisten ja virheellisen geenikäsitysten vahvistamisesta. Tutkimustehtävänämme oli selvittää millaisia geenimalleja lukion oppikirjat sisältävät ja miten lukiolaiset ymmärtävät geenien toimintaa. Tutkimme sisällönanalyysinavulla lukion pakollisen kurssin Solu ja perinnöllisyys -oppikirjoissa esitettyjä geenimalleja ja lukiolaisten vuoden 2012 Kansallisen biologiakilpailun genetiikkaa koskevia monivalintavastauksia. Oppikirjoissa esiteltiin useita, sisäisesti ristiriitaisia historiallisia geenimalleja, mutta nykyistä tietämystä vastaavat modernit geenimallit oppikirjoista puuttuivat. Kirjojen esityksiä geeneistä ja niiden toiminnasta ei käsitelty geenimalleina, eikä erilaisia geenin määritelmiä selvennetty. Opiskelijoilta paljastui useita virhekäsityksiä ja erityisesti käsitys ilmiasun muotoutumisesta oli puutteellinen. Sekä opiskelijoiden käsityksissä että oppikirjan geenimalleissa ympäristön vaikutus eliöiden ilmiasuun tuli erittäin harvoin esille. Opiskelijoiden väärinkäsitykset eivät kuitenkaan täysin vastanneet oppikirjojen esittämiä, osin puutteellisia geenimalleja ja niiden toimintaa. Tulostemme perusteella suosittelemme genetiikan opetuksen painopisteiden muuttamista geenien toiminnan ymmärtämiseen, jolloin monitekijäisyys ja ilmiasu geenien ja ympäristön vuorovaikutuksena tulee käsiteltyä nykyistä paremmin. Samoin kyky arvioida kriittisesti esimerkiksi geenitestien yleistymisen vuoksi lisääntyvää genetiikan ilmiöitä koskevaa informaatiota paranisi merkittävästi. Genetiikka lukion opetussuunnitelman perusteissa Keskeinen opetussuunnitelmien tavoite on kouluttaa monipuolisesti sivistyneitä kansalaisia. Tällöin keskeistä oppiainesta ovat sisällöt, jotka ovat olennaisia henkilökohtaisten ja yhteiskunnallisten päätösten tekemiseen ja tieteen etenemisen seuraamiseen. Genetiikan osalta usein korostetaan yhteiskuntapainotteisia aiheita (socioscientific issues; Sadler, 2011; Zeidler & Nichols, 2009; Uitto, 2012) ja toisaalta tutkimuksellisuutta ja sen kautta luonnontieteiden luonnetta (nature of science, Jenkins, 2013; Lederman, 2007). On argumentoitu, että genetiikan opetussuunnitelmia pitää muuttaa paljon, jotta nämä tavoitteet saavutetaan (Redfield, 2012; Dougherty, 2009; Shaw, Horne, Zhang, & Boughman, 2008). Suomalaisessa järjestelmässä lukion opetussuunnitelman valtakunnalliset perusteet (Opetushallitus, 2003) ovat yleisen tason kuvailuja, ja biologian opettajat voivat itse päättää, mitä käsitteitä he opetuksessaan painottavat. Opetussuunnitelman perusteissa genetiikan osalta keskeisiä tavoitteita ovat i) geneettisen informaation rakenne sekä sen siirtyminen solusta soluun ja sukupolvelta toiselle, ii) solun toiminnan ohjaaminen geenien avulla ja iii) periytymisen lainalaisuuksien perusperiaatteet. Ensimmäiset kaksi tavoitetta liittyvät ennen kaikkea geenin määritelmään ja viimeinen siihen, miten geenit vaikuttavat eliöiden ilmiasuun. Opetukseen vaikuttavat myös ylioppilaskirjoitukset, koska opettajat pyrkivät opettamaan sisältöjä ja vastaustaitoja, joiden avulla opiskelijat parhaiten menestyisivät kokeessa (kts. yhteenveto, Salmenkivi, 2013). Usein ylioppilaskirjoitusten pisteytyksen yhteydessä olennaisena on pidetty myös sitä, miten geenitason ilmiöt on oppikirjoissa selitetty. Opettajien apuna ovat olleet myös Biologian ja maantieteen opettajien liiton pisteytysohjeet. Geeni voi tarkoittaa monia eri asioita Ensimmäinen geeniä kuvaava käsite oli Gregor Mendelin käyttämä tekijä. Genetiikan keskeisin käsite, geeni on kuitenkin jatkuvassa muutoksessa. Taulukossa 1 kuvataan geenin käsitteen historial- Taulukko 1. Geenin käsitteen kehitys erilaisten historiallisten mallien kautta. Mallien muotoilussa on käytetty hyödyksi erilaisia piirrevariantteja, joihin liittyy muun muassa geenin rakenne, toiminta ja ympäristön vaikutukset (Gericke, 2008). Mendelistinen malli: Geeni on tekijä, jolla on yksi yhteen suhde ominaisuuksien kanssa. Genotyyppi on fenotyypin miniatyyri. Geenillä ei ole fyysistä rakennetta. Klassinen malli: Geeni on jakamaton ja pysyvä (paitsi mutaatioiden kautta) ja itsenäinen toimija. Geeni on toiminnan ja periytymisen yksikkö: ominaisuudet eivät periydy, mutta geenit periytyvät. Biokemiallis-klassinen malli: Kuten klassinen, mutta geenit tuottavat entsyymejä, joiden avulla piirteet syntyvät. Uusklassinen malli: Moderni malli: DNA:n merkitys johtaa dogmaan Geeni tuottaa RNA:oa, joka tuottaa polypeptidin. Yhtä ainoaa geenin määritelmää ei ole enää olemassa. Geeni on säätelyalueiden ympäröimä, DNA-segmenttien jakso, joka tuottaa RNA:oa tai polypeptidiä. Määrittelyssä korostuu enemmän prosessi kuin rakenne. NATURA 2-2014 31
Taulukko 2. Geenin eri määritelmät kuvattuna geenin roolin avulla. Lisäksi olennaisia määritelmän osasia ovat rakenne ja toimintatapa. Tieteenalassa mainitaan esimerkkejä biologian aloista, joilla kyseistä määritelmää käytetään. Rooli Rakenne Toiminta Tieteenala piirre alleeli ilmentyy ominaisuutena, mendelistinen genetiikka tietty paikka: lokus informaatiorakenne ohje ilmennetään ja säädellään molekyyligenetiikka toimija muokkautumis-kykyinen DNA-pätkä jatkuvassa vuorovaikutuksessa genomiikka säätelijä muokkaava DNA muodostaa, ohjaa ja määrittää kehitysbiologia merkki alleeli esiintyy osuuksina eikä liity DNA-sekvenssinä merkitsee muutosta populaatiogenetiikka Populaatiogenetiikka yksilöihin lista muutosta Gericken (2008) kehittämän kriteerien perusteella. Nykyisin geenistä käytetään monia eri määritelmiä tieteenalasta riippuen (Taulukko 2). Geenin käsitteen moniulotteisuudesta johtuen biologian tieteenfilosofi John Dupre ehdottikin puolileikillään (Genetics education for 21st century -työpaja, Utrecht, maaliskuu 2013), että paras hänen kuulemansa geenin nykyinen määritelmä on mikä tahansa DNA-jakso, josta tutkija on kiinnostunut (suullinen tiedonanto, 2013). Moss (2003) jakaa geenin merkityksen kahteen ryhmään, joita hän kuvailee käsitteillä gene-p ja gene-d. Yksilön genotyypin määrittää gene-p, joka on tyypillinen geenikäsite muun muassa tiedeuutisissa ja lääketieteellisessä genetiikassa. Gene-P ei ole fysikaalinen, vaan abstraktio kuten ruskeasilmäisyyden geeni. Lukion opetussuunnitelman perusteiden (Opetushallitus, 2003) abstrakti käsite geneettinen informaatio kuuluu myös gene-p:n käsiteryhmään. Gene-D on puolestaan realistinen näkemys DNA:sta kehitystä säätelevänä tekijänä, jolla on konkreettinen rakenne. Tätä geenimallia käytetään usein muun muassa kehitysbiologiassa, ja se myös vastaa lukion opetussuunnitelmassa kuvattua geeniä solun toiminnan ohjaajana. Molemmat mallit, gene-p ja gene-d, siis mainitaan lukion opetussuunnitelmassa. Opetussuunnitelmien perusteiden periytymisen lainalaisuuksien perusperiaatteet on huomattavasti vaikeammin tulkittavissa. Mendelin hernekokeiden tarkastelu niin Suomessa kuin muissakin maissa muodostaa kuitenkin merkittävän osuuden genetiikan oppiaineksesta (Dougherty, 2009), joten oppikirjailijat ja opettajat voivat tulkita monohybridi- sekä dihybridiristeytykset genetiikan perusperiaatteiksi. Mendelistinen ajattelu ei kuitenkaan vastaa nykytietämystä genetiikasta. Ongelmat genetiikan opetuksessa ja oppimisessa Genetiikkaa pidetään yhtenä biologian vaikeimmista osa-alueista (Santos, Mariane, & El-Hani, 2012). Tutkimukset ovat tuottaneet osin ristiriitaista tietoa siitä, miksi oppilaat kokevat genetiikan ilmiöt vaikeiksi ymmärtää. Yleisimmin syiksi arvellaan eri organisaatiotasojen vuorovaikutuksen ymmärtämisen vaikeutta (Knippels, 2002), arkitiedon ja tieteellisen tiedon välistä perustavaa eroa (Allen & Tanner, 2003) tai geenimallien ristiriitaisuutta (Santos ym., 2012). Lisäksi on epäilty, että opiskelijat omaksuvat genetiikan opetuksesta geneettistä determinismiä (Dougherty, 2009). Geneettisellä determinismillä tarkoitetaan ajatuksia, joiden mukaan geenit määräävät enemmän tai vähemmän jyrkästi eliöiden, kuten myös ihmisen, ilmiasun (Ylikoski & Kokkonen, 2009). Geneettinen determinismi voikin olla piilo-opetussuunnitelma, jota opettajat eivät huomaa tai ymmärrä opettavansa (Santos ym., 2012). Determinististen käsitysten välttämiseksi tulee ymmärtää, mitä geenien ilmentyminen (gene expression) tarkoittaa ja miten se vaikuttaa eliöiden ilmiasuun. Geenien ilmeneminen kuitenkin usein jää vähälle huomiolle genetiikan opetuksessa (Dougherty, Pleasants, Solow, Wong, & Zhang, 2011). Determinististä ajattelua voidaan kuvata pehmeänä ja kovana determinisminä. Kovassa determinismissä ympäristön vaikutusta ilmiasuun ei oteta lainkaan huomioon. Pehmeässä determinismissä ympäristön vaikutus otetaan huomioon, mutta sen ajatellaan olevan alisteinen geeneille. Geneettinen determinismi näyttäytyy muun muassa käsityksessä, että tulevaisuudessa ihmisen ominaisuuksia voidaan parantaa geenejä muokkaamalla (Rosoff, 2012) tai että luokkaerot periytyvät osittain geneettisesti (Keller, 2005). Deterministisestä ajattelusta puuttuu kokonaan tai osittain ymmärrys geenien ja ympäristön jatkuvasta vuorovaikutuksesta yksilön koko elämänaikaisena prosessina, mukaan lukien yksilönkehitys ja jopa edeltäneiden sukupolvien vaikutus epigeneettisenä ilmiönä. Ympäristön vaikutuksen vuoksi esimerkiksi monien perinnöllisten sairauksien puhkeamisen, kuten kakkostyypin diabeteksen, riskitasoa on hankalaa määritellä kovinkaan tarkasti. Liian deterministinen tulkinta geenien toiminnasta saattaa edistää virhekäsityksiä sairastumisriskeistä. Geneettinen determinismi saattaa myös aiheuttaa väärinkäsityksiä geenitestien tulosten ymmärtämisessä ja aiheuttaa ahdistusta geenitestien käyttäjille (Hunter, 2008). Tutkimuskysymykset ja tutkimuksen toteutus Tässä tutkimuksessa halusimme selvittää, miten genetiikan opetuksen ongelmat ilmenevät suomalaisissa lukioissa ja oppikirjoissa. Genetiikan opetuksen tutkimuksen pohjalta muotoilimme tutkimuskysymykset: (i) Millainen lukiolaisten käsitys geenien toiminnasta on, (ii) minkälaisia geenimalleja lukion oppikirjoissa esitetään ja (iii) heijastelevatko opiskelijoiden virhekäsitykset oppikirjojen malleja? Aineisto ja menetelmät Tutkimme vuoden 2013 tammikuussa biologian kansalliseen kilpailuun osallistuneiden opiskelijoiden vastauksia (n = 632). Mukana kilpailussa oli neljä monivalintakysymystä, joilla testattiin geenien toiminnan ymmärtämistä. Kaikissa monivalintakysymyksissä oli yksi oikea väite ja neljä harhauttajaa. Kysymysten avulla pystyimme kvantitatiivisesti arvioimaan opiskelijoiden geenikäsityksiä. Tutkimme aineistosta perusmuuttujat: kokonaispistemäärän kilpailussa ja kunkin kysymyksen vastausjakauman. Testilomakkeen reliabiliteettia arvioimme Kuder-Richardson 20:n avulla. Kuder-Richardson 20 mittaa testin sisäistä yhdenmukaisuutta dikotomisten valintojen perusteella. Arvo on korkea, jos kysymykseen oikein vastannut opiskelija on myös saanut korkean kokonaispistemäärän, ja kysymykseen väärin vastanneilla puolestaan on matalampi kokonaispistemäärä (Kuder & Richardson, 1937). Lisäksi teimme teoriaohjaavan sisällönanalyysin (Tuomi & Sarajärvi, 2011) kaikille biologian kakkoskurssin oppikirjoille, joita kisoihin osallistuneet opiskelijat käyttivät. Tutkitut kirjat olivat Otavan Koulun biologia: Lukio 2 ja Lukion biologia: Solu ja perinnöllisyys, Sanoma Pron Bios 2: Solu ja perinnöllisyys ja WSOY:n Biologia Elämä. Etsimme kaikki maininnat geeneistä käyttäen analyysiyksikkönä yleensä yhtä kirjan kappaletta, koostimme yhteen analyysiyksikön sisällä olleet tekstit käsitekartan avulla, ja tunnistimme kirjojen geenimallien piirrevarianttien vastaavuuden kategorisella analyysillä historiallisten mallien piirrevarianttien kanssa 32 NATURA 2-2014
Kuva 1. Historiallisten geenimallien osuudet koko aineistossa. Historiallinen malli on määritetty yleisimmän piirrevariantin perusteella, sillä harva malli oli koherentti: mallit ovat yleensä yhdistelmä eri historiallisten mallien piirteistä. Modernia mallia ei ollut kertaakaan tutkituissa oppikirjoissa (Geenimallit ks. Taulukko 1). Kuva 2. Vuorovaikutukset perimästä ilmiasuun. DNA:n toimintaa säädellään RNA:n proteiinien ja kromatiinien avulla, ja DNA:n vaikutus ilmiasuun tapahtuu lähinnä proteiinien ja solun toiminnan kautta. Lisäksi kehitysprosessit, yksilön fysiologia ja käyttäytyminen vaikuttavat ilmiasuun. Ympäristö voi vaikuttaa DNA:n emäsjärjestykseen mutaatioiden kautta, solun tai yksilön homeostaasia muuttamalla ja vaikuttamalla yksilön käyttäytymiseen. (Muokattu David Houlen kuvan (2013) pohjalta.) (Taulukko 1). Lisäksi aineistolähtöisenä analyysinä etsimme geenien määritelmät ja tutkimme miten kirjat esittelevät ympäristön vaikutuksen eliöiden ilmiasuun. Tulokset ja tulosten tarkastelu Oppikirjojen geenimallit ovat ristiriitaisia Oppikirjat olivat keskenään hyvin samankaltaisia. Oppiaineksen järjestys oli samanlainen, ja monet virhekäsitykset olivat kaikissa kirjoissa. Geenimallit olivat kaikki vanhentuneita: yhdessäkään kirjassa ei ollut modernin mallin mukaista käsitystä geenistä (Kuva 1, Taulukko 1). Yleisimmin käytetty malli oli mendelistinen, mutta uusklassista mallia käytettiin lähes yhtä usein. Tyypillisin malli on yhdistelmä käsityksiä, joiden mukaan geenien ymmärretään sijaitsevan DNA:ssa, mutta oletetaan, että jokaiselle ominaisuudelle on oma geeninsä eikä ajatella minkään ulkoisten voimien vaikuttavan geenien toimintaan. Kirjat eivät siis vastaa nykykäsitystä geenien toiminnasta, vaan perustuvat vähintään 50 vuotta vanhoihin käsityksiin genetiikasta. Muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta kaikki mallit olivat sekoituksia useasta historiallisesta mallista ja siten sisäisesti ristiriitaisia. Tätä ristiriitaisuutta ei avattu oppikirjan lukioille, eikä kirjan geenikuvausten mainittu olevan malleja geenien toiminnasta. Ylipäätään oppikirjoissa ei käsitelty mallien roolia luonnontieteiden oppimisessa. Dominanssi ja resessiivisyys määriteltiin kirjoissa ainoastaan Mendelin hernekokeiden yhteydessä puhtaasti fenotyypillisinä ilmiöinä. Fenotyypin ja genotyypin välillä tehtiin harvoin eroa: dominoiva ominaisuus (gene-p) ja dominoiva alleeli (gene-d) olivat teksteissä keskenään vaihtokelpoisia ilmaisuja. Dominanssin ja resessiivisyyden suhteellista luonnetta ei selvitetty missään oppikirjassa eikä myöskään syytä siihen, miksi jotkut alleelit ovat dominoivia ja toiset resessiivisiä. Nämä havaintomme paljastavat kirjojen kapean tulkinnan opetussuunnitelman perusteista, jossa korostuu gene-p, geenin abstrakti luonne. Geenin konkreettista toimintaa käsitellään proteiinisynteesin yhteydessä, mutta tätä ei liitetä perinnöllisyysosuuteen lainkaan. Ympäristötekijöiden heikko ymmärtäminen Biologiakilpailun tutkimusten analysointi paljasti merkittäviä virhekäsityksiä. Taulukossa 3 esitetään testilomakkeen kaksi kysymysesimerkkiä ja niiden vastaamisprosentit. Kysymyksessä 18 b-vaihtoehdon valitsi 24 prosenttia vastaajista, kun taas kysymyksessä 20 suositut virheelliset vaihtoehdot olivat Geeneistä on aina kaksi alleelia: dominoiva ja resessiivinen (24 % vastaajista) ja Yksittäises- NATURA 2-2014 33
Taulukko 3. Kysymykset 18 ja 19, niiden vastausvaihtoehdot ja kunkin vaihtoehdon vastausprosentit. Oikea vastausvaihtoehto on lihavoitu. Kysymys 18. Kahdesta geenistä on molemmista dominoiva alleeli (V ja P) ja resessiivinen alleeli. Mikä ilmaisuista on tarkin? Vastaus % a) VvPp on dominoiva homotsygootti. 10 b) vv ja pp on resessiivinen fenotyyppi. 22 c) VVPP x vvpp on ns. testiristeytys. 17 d) Heterotsygootin tuottamat sukusolut ovat Vv ja Pp. 12 e) Heterotsygootin tuottamat sukusolut ovat VP, Vp, vp ja vp tai VP ja vp. 39 Kysymys 19. Mikä seuraavista ilmiasun (fenotyypin) ja perimän (genotyypin) suhteeseen liittyvistä väitteistä pitää paikkansa? a) Ilmiasu määräytyy ainoastaan perimän perusteella. 4 b) Geenien ilmentyminen voi riippua ympäristötekijöistä. 30 c) Perimä aiheuttaa oman osansa ilmiasusta ja ympäristö loput. 53 d) Ympäristötekijät eivät vaikuta geenien ilmentymiseen, mutta proteiinien muodostumi seen kyllä. 7 e) Jos tunnetaan henkilön koko perimä, tiedetään mihin perinnöllisiin sairauksiin hän tulee sairastumaan 7 sä solussa suurinta osaa geeneistä ei ilmaista lainkaan, joten solun lähes kaikki alleelit ovat resessiivisiä (19 % vastaajista). Suosituista virheellisistä vaihtoehdoista voinee päätellä, että genotyypin ja fenotyypin välinen ero tai resessiivisyys geenien ilmentymisessä eivät ole opiskelijoilla helposti avautuvia genetiikan ilmiöitä. Väite geenien esiintymisestä vain kahtena alleelina oli suosittu, vaikka multippelit alleelit oli selkeästi kuvattu jokaisessa oppikirjassa. Monivalintakysymysten vastauksissa paljastunut selvin virhekäsitys koski fenotyypin ja genotyypin välistä suhdetta. Kysymyksessä 19 oli oikean vastausvaihtoehdon lisäksi harhauttajina erilaisia pehmeää ja kovaa determinismiä edustavia vastausvaihtoehtoja. Oikea vaihtoehto (b) sai vain 30 % kannatuksen. Suurimman suosion sai vaihtoehto c, johon vastasi 53 % biologia-kilpailuun osallistuneista lukiolaisista. Muutamat biologian opettajatkin ihmettelivät, miksi tämä vaihtoehto on väärin. (Tulkinta vaihtoehdon virheellisyydestä on muun muassa BMOLin Hermo-keskustelupalstalla Kilpailut > Biologiakilpailu 2013, lähetetty 26.1.2013.) Tämä virhekäsitys juontuu oppikirjoista. Ympäristötekijöiden käsittely kirjoissa oli hyvin vähäistä, eikä niissä esitelty mekanismeja, joilla ympäristötekijät vaikuttavat itse geenien toimintaan. Useissa kohdissa esitettiin eksplisiittisesti, että geenien ja ympäristön vaikutus on summautuvaa ja sitä voidaan kuvata yhtälöllä fenotyyppi = genotyyppi + ympäristötekijät. Perimän sallimat rajat oli toinen tapa kuvata geenien ylivaltaa ympäristötekijöistä. Tämä vastaa ilmiötä, jota sanotaan pehmeäksi determinismiksi: Geenien ja ympäristön välistä vuorovaikutusta ei oteta huomioon vaan ajatellaan, että geenit ja ympäristö ovat erillisiä mekanismeja ilmiasun muodostamisessa. Todellisuudessa perimän ja ympäristön suhde ei ole näin mustavalkoinen, vaan se on monipuolisten vuorovaikutusten kohteena (kuva 2). Genetiikan osaamisen arviointi on vaikeaa, sillä tyypillisesti genetiikan tehtävät voi onnistuneesti selvittää oppimalla algoritmin, eikä niinkään ymmärtämällä, mistä on kyse (Banet & Ayuso, 2000). Monivalintatehtävät, joiden määrä oli pieni, ovat eniten tämän tutkimuksen analyysin luotettavuutta rajoittava tekijä. Testikysymyksillä oli alhainen konsistenssi (r = 0,21), joka kuitenkin voi johtua myös siitä, että kysymykset oli muotoiltu siten, että harhauttajaksi valitut yleiset virhekäsitykset olivat suosittuja. Kirja-analyysiin oli valittu kilpailuun osallistuneiden käyttämät kirjasarjat ja niillä toistettiin aikaisemmin Ruotsissa tehty tutkimus (Gericke, 2008). Tutkimuksen luotettavuutta vahvistaa lisäksi se, että tulokset olivat hyvin samanlaiset kuin tuossa aiemmassa tutkimuksessa. Mitä sisältöjä genetiikassa pitäisi opettaa? Keskeinen ongelma oppikirjoissa oli, ettei geenien toimintaa (gene expression) ole avattu. Kirjoissa käydään läpi proteiinisynteesi ja toisaalta periytymisen mekanismit, mutta näitä kahta ei koskaan yhdistetty toisiinsa. Itse asiassa mikään opetussuunnitelman perusteiden muotoilu ei osu olennaisimpaan kysymykseen: miten minusta tulee minä. Perusteet puhuvat geenien toiminnasta solun tasolla, ei siitä, miten ne muodostavat ilmiasua. Periytymisestä sen sijaan puhutaan vain gene-p näkökulmasta geenien toimintaa ei tässä mallissa yhdistetä geneettiseen informaatioon. Biologian oppikirjat ovat tyypillisesti valmista tiedettä (final form science, Knain, 2001), joissa teksti koostuu väitelauseista ja joissa tiedon rakentumisen perusteena mainitaan korkeintaan yksittäiset tieteelliset kokeet. Tieteen yhteisöllisyys ja tieteellisen prosessin luonne jää piiloon. Myöskään suomalaisissa oppikirjoissa ei jätetä tilaa erimielisyyksille ja debateille geenien luonteesta ja eri geenimallien käyttökelpoisuudesta. Vaikka geeneistä käytetään eri määritelmiä ja historiallisia malleja, näitä ei mainita eksplisiittisesti. Opetuksessa olisikin tärkeää tuoda esille, että geeneistä käytetään eri määritelmiä biologian eri aloilla. Taulukossa 2 esitetään erilaisia geenimalleja tieteenalasta riippuen (Flodin 2009; Gericke & Hagberg, 2010) Arkitieto eroaa genetiikasta, eivätkä oppimateriaalit haasta pohtimaan ristiriitoja näiden välillä. Päivittäin julkaistaan tiedettä naiivisti tulkitsevia uutisia siitä, miten jatkuvasti löydetään uusia geenejä, joilla on toimintamekanismeja ja jotka usein kuvataan hyvinkin deterministisesti, kuten Alzheimer-geeni, älykkyys-geeni tai alkoholismi-geeni. Tutkimiemme oppikirjojen avulla opiskelijat eivät pysty suhtautumaan kriittisesti 34 NATURA 2-2014
tällaisiin uutisiin. Huonoimpana vaihtoehtona opiskelijat ymmärtävät uutiset väärin, mikä vahvistaa yksipuolisen deterministisiä käsityksiä perinnöllisyysilmiöistä. Tulosten perusteella näyttää siltä, että lukion genetiikan opetus vaatii uudistamista. Nykyinen painotus mendelistisen periytymisen oppimiseen ei vastaa lukion yleissivistävää tehtävää. Olennaista on, että lukiolaiset oppivat tuntemaan geenien toiminnan eli sen, miten tietystä genomista syntyy tiettyjen ominaisuuksien kokonaisuus. Tämä auttaa heitä ymmärtämään nykyaikaista genetiikan uutisointia, tekemään valveutuneita päätöksiä sekä yhteiskunnallisissa asioissa että omaa itseään koskevissa elämäntilanteissa. Mendelistinen lähtökohta on vaikea sovittaa yhteen tämän tavoitteen kanssa. Monitekijäiset ominaisuudet ja genomiikka ovat tärkeämpiä kuin yksinkertaiset mendelistisen tilanteet, jotka ovat toisin kuin kirjat tuntuvat kertovan - todellisuudessa hyvin harvinaisia. Painopisteen genetiikan opetuksessa pitäisi olla geenien toiminnan ymmärtämisellä: Mitä DNA rakenteellisesti on, miten DNA jakautuu solunjakautumisessa, miten geenit ilmentyvät ja mitkä tekijät vaikuttavat geenien ilmentymiseen. Näillä painopisteillä monitekijäiset ominaisuudet ja ympäristön vaikutus tulee käsiteltyä. Periytymisen mekanismit ovat tietenkin tärkeitä, mutta yksinkertaisten esimerkkien löytäminen on usein vaikeaa lähinnä sen vuoksi, että yksinkertaisia tapauksia on hyvin vähän. Epigenetiikka sekoittaa periytymisen pakkaa vielä lisää, eikä mendelistinen painotus auta asettamaan epigenetiikkaa evoluution ja ympäristön vaikutuksen kontekstiin. Biologian (ja terveystiedon) opettajien on myös syytä pysyä genomiikan, ja erityisesti geenitestien, kehityksen kärryillä. Yliopistoissa geenitestejä saatetaan jo käyttää opetustarkoituksissa, ja testien hinnan laskiessa nämä saattavat tulla myös lukioihin. Tätä käyttöä pitää pystyä arvioimaan niin pedagogisesti kuin eettisesti (Callier, 2012). On myös mahdollista, että peruskoulun tai lukion oppilaat tekevät omatoimisesti geenitestin ja saattavat hakeutua huolestuneina tulosten kanssa lääkärin, terveydenhoitajan tai opettajansa puheille. Kuinka moni meistä opettajista tietää, miten tällaisessa tilanteessa tulisi reagoida? Lisätietoja Täydentäviä tietoja on Tuomas Aivelon kasvatustieteen syventävien opintojen tutkielmasta, joka on tehty Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitoksessa Biologian ja kestävän kehityksen tutkimusyksikössä Anna Uiton ohjauksessa: bit.ly/1bi8knv Sidonnaisuudet: Tuomas Aivelo on tekemässä eoppi Oy:lle oppikirjaa lukion bioteknologian kurssille. Tutkitut kirjat Lei nonen, M., Nyberg, T., Tast, J., Tyrväinen, H., & Veistola, S. Koulun biologia: Lukio 2, 5. p. Otava. Kokkonen, S., Nowak, A., & Veistola, S. Lukion biologia: Solu ja perinnöllisyys, 4. p. Otava. Happonen, P., Holopainen, M., Tenhunen, A., Sotkas, P., Tihtari nen-ulmanen, M., & Venäläinen, J.. Bios 2: Solu ja perin nöllisyys, 7. p. Sanoma Pro. Lah ti, K., Tolonen, P., Valste, J., Airamo, S., Holopainen, M., Koivisto, I., Suominen, T., & Viitanen, P. Biologia Elämä, 11. p. WSOY. Lähteet Aivelo, T. (2013). Genetiikan opetus suomalaisessa lukiossa Oppikirjat ja lukiolaisten käsitykset geenin toiminnasta. Syventävien opintojen tutkielma. Opettajankoulutuslaitos, Helsingin yliopisto. Allen, D. & Tanner, K. (2003). Approaches to cell biology teaching: learning content in context - problem-based learning. Cell Biology Education, 2, 73 81. Banet, E. & Ayuso, E. (2000). Teaching genetics at secondary school: a strategy for teaching about the location of inheritance information. Science & Education, 84, 313 351. Callier, S. L. (2012). Swabbing students: Should universities be allowed to facilitate educational DNA testing? American Journal of Bioethics, 4, 32 40. Dougherty, M. J., Pleasants, C., Solow, L., Wong, A., & Zhang, H. (2011). A comprehensive analysis of high school genetics standards: are states keeping pace with modern genetics? Cell Biology Education - Life Sciences Education, 10, 318 327. Dougherty, M. J. (2009). Closing the gap: inverting the genetics curriculum to ensure an informed public. The American Journal of Human Genetics, 85, 6 12. Flodin, V. S. (2009). The necessity of making visible concepts with multiple meanings in science education: the use of the gene concept in a biology textbook. Science & Education, 18, 73 94. Gericke, N. (2008). Science versus school-science - multiple models in genetics: the depiction of gene function in upper secondary textbooks and its influence on students understanding. Karlstad University Studies, 47. Karlstadt Universitet. Väitöskirja. Gericke, N. M. & Hagberg, M. (2010). Conceptual variation in the depiction of gene function in upper secondary school textbooks. Science & Education, 19, 963 994. Houle, D. (2013). Spontaneous mutations in Drosophila wing patterns. Luento, 23.10.2013 Florida State University, Yhdysvallat. Hunter, D. J. (2008). Letting the Genome out of the bottle Will we get our wish? New England Journal of Medicine, 358, 105 107. Jenkins, E. W. (2013). The nature of science in the school curriculum: the great survivor. Journal of Curriculum Studies, 45, 132 151. Keller, J. (2005). In genes we trust: The biological component of psychological essentialism and its relationship to mechanisms of motivated social cognition. Journal of Personality and Social Psychology, 88, 686 702. Knain, E. (2001). Ideologies in school science textbooks. International Journal of Science Education, 23, 319 329. Knippels, M. P. J. (2002). Coping with the abstract and complex nature of genetics in biology educati on: The yo-yo learning and teaching strategy. University of Utrecht. Utrecht: CD- Press. Väitöskirja. Kuder, G. F. & Richardson, M. W. (1937). The theory of the estimation of test reliability. Psychometrika, 2, 151 160. Lederman, N. G. (2007). Nature of science: past, present and future. Teoksessa S. K. Abell & N. G. Lederman (toim.), Handbook of research on science education, 831 879. Cambridge: Psychology Press. Moss, L. (2003). What genes can t do? Boston, MA: MIT Press. Opetushallitus (2003). Lukion opetussuunnitelman perusteet. Helsinki: Opetushallitus. Redfield, R. J. (2012). Why do we have to learn this stuff? a new genetics for 21st century stu dents. PLoS Biology, 10 (7), e1001356. Rosoff, P. M. (2012). The myth of genetic enhancement. Theoretical Medicine and Bioethics, 33, 163 178. Sadler, T. D. (2011). Socio-scientific issues in the Classroom: Teaching, Learning and Research. New York: Springer. Salmenkivi, E. (2013). Ylioppilastutkinnon rakenne- ja reaalikoeuudistusten vaikutuksia: miten lisääntynyt valinnaisuus ohjaa lukiolaisia. Kasvatus ja aika, 7, 24 39. dos Santos, V. C., Mariane, L. J. & El-Hani, C. N. (2012). Hybrid deterministic views about genes in biology textbooks: a key problem in genetics teaching. Science & Education, 21, 543 578. Shaw, K. R. M., Horne, K. Van, Zhang, H., & Boughman, J. (2008). Essay contest reveals misconcep tions of high school students in genetics content. Genetics, 178, 1157 1168. Tuomi, J. & Sarajärvi, A. (2011). Laadullinen tutkimus ja sisällönanalyysi. Helsinki: Tammi. Uitto, A. (2012). Näkökulmia biologian oppimisen kehittämiseksi. Teoksessa P. Kärnä, L. Houtsonen., & T. Tähkä (toim.), Luonnontieteiden opetuksen kehittämishaasteita 2012. Koulutuksen seurantaraportit 2012, 10. Helsinki: Opetushallitus. Ylikoski, P. & Kokkonen, T. (2009). Evoluutio ja ihmisluonto. Helsinki: Gaudeamus. Zeidler, D. L. & Nichols, B. H. (2009). Socioscientific iissues: theory and practice. Journal of Elemen tary Science Education, 21, 49 58. NATURA 2-2014 35