Tuomas Aivelo & Anna Uitto
Helsingin yliopisto, Biotekniikan instituutti / Opettajankoulutuslaitos
Ainedidaktiikan symposium, Turun yliopisto, 12.2.2016
Lukiolaisten, heidän opettajiensa ja oppikirjojen käsitykset geenien toiminnasta
M
enetelmät
TuloksetTarkastelu
JohdantoGenetiikan opetuksen sisältö
• Sisällön tarkastelu on kansainvälinen trendi (Venville & Treagust, 1998; Shaw et al., 2008; Dougherty, 2010; Redfield, 2012)
Dramaattinen muutos genetiikan sisällössä – mutta ei niinkään
opetuksessa
M
enetelmät
TuloksetTarkastelu
Johdanto”Kanoninen” lähestymistapa
• Mendelin geenimallit• Monohybridiristeytykset,
dihybridiristeytykset,…• Ovatko ajankohtaisia tai
oleellisia?
M
enetelmät
TuloksetTarkastelu
Johdanto
Opetussuunnitelman perusteet 2003
Solu ja perinnöllisyys –kurssin tavoitteet:•tuntee geneettisen informaation rakenteen sekä sen siirtymisen solusta soluun ja sukupolvelta toiselle•tietää miten geenit ohjaavat solun toimintaa•osaa periytymisen lainalaisuuksien perusperiaatteet
M
enetelmät
TuloksetTarkastelu
Johdanto
Valmistaako genetiikka opiskelijoita kohtaamaan maailma?
M
enetelmät
TuloksetTarkastelu
Johdanto
Tutkimusongelma
KYSYMYS:Minkälaisia geenimalleja esiintyy
biologian oppikirjoissa?
Oppi-materiaalit
Opiskelijat
Opettajat
Opetussuunnitelman perusteetGeneetiikot
Tiedeviestintä
YTL
Genetiikan osaaminen
Arkielämä
Jatko-opinnot
Ammattitaito
Johdanto
Tulokset TarkasteluM
enetelmät
Geenimallit
Perustuu Gericke & Hagberg (2007) määritelmiin:•Mendelian – “genotyyppi on fenotyyppi”
•Classical – “geeni on kromosomissa ja johtaa fenotyyppiin”
•Biochemical-classical – “geeni tuottaa entsyymin joka johtaa fenotyyppiin”•Neoclassical – “DNA tekee RNA:n, joka tekee proteiinin”•Modern – “geenien, geenituotteiden ja ympäristön muodostama vuorovaikutusverkko”
Johdanto
Tulokset TarkasteluM
enetelmät
Geenimallien osaset
4. Genotyypin ja fenotyypin välinen suhde
GEENI 3. Geenin toiminnan määrittely
2. Geenin toiminnan ja organisaatiotason välinen suhde
1. Geenin rakenne ja toiminta
5. Ympäristötekijöiden ja geenien välinen suhde
Johdanto
Tulokset TarkasteluM
enetelmät
• 4 lukion oppikirjaa, jotka laajasti käytettyjä (Aivelo & Uitto, 2014)
Johdanto
Tulokset TarkasteluM
enetelmät
Analysis• Sisällönanalyysi (Neuendorf, 2002)
• Etsin kaikki maininnat geeneistä ja analysoin geenimallin (Gericke & Hagberg, 2010)
Esimerkki Bios2 -kirjasta, s. 72-73
Johdanto Menetelm
ät Tulokset
TarkasteluTulokset
Tulos: Hyvin samanlaiset oppikirjat
• Jokaisessa kirjassa sisältö oli hyvin samanlainen ja samassa järjestyksessä
Johdanto Menetelm
ät Tulokset
TarkasteluTulokset
Ei yhtään uusinta geenimallia
Mendelian
Classical
Biochemical-classical
Neoclassical
Modern
Johdanto Menetelm
ät Tulokset
TarkasteluTulokset
Vain muutamia moderneja piirteitäPiirteet
1. Rakenne
2. Organisaatio
3.Toiminta
4.Fenotyyppi
5.Ympäristö
Malli
Mendelian 11 % 20 %
39 %
54 %69 %Classical
31 % 14 %19 %
Biochemical-classical 23 %
Neoclassical 58 %21 % 47 % 4 % 10 %
Modern 0 % 4 %Ei
historiallista vastinetta
45 % 14 % 17 %
Johdanto Menetelm
ät Tulokset
TarkasteluTulokset
Suomalaiset kirjat samanlaisia kuin ruotsalaiset!
Piirre Aivelo & Uitto
Gericke &Hagberg
1a 11% 17%1b 31% 18%1c 58% 53%1d 0% 12%
2Ia 20% 22%
2Ib 14% 14%2Ibx 38% 34%2Ic 21% 10%2Icx 7% 20%
2IIa 100% 79%2IIb 0% 22%
3a 39% 44%3b 47% 54%3c 14% 2%
4a 54% 11%4b 19% 32%4c 23% 28%4d 4% 29%
5a 69% 79%5ax 17% 11%5b 10% 5%5c 4% 9%
Johdanto Menetelm
ät Tulokset
TarkasteluTulokset
Geenimallit Aivelo & Uitto Gericke &Hagberg
MendelianClassicalBiochemical-classicalNeoclassicalModern
34% 25%7% 19%
28% 31%31% 34%0% 8%
Johdanto Menetelm
ät Tulokset
TarkasteluTulokset
Geenien rakenne ja toiminta esitettiin yksinkertaisina tosiasioina, ei
tieteellisinä malleina.
Johdanto Menetelm
ät Tulokset
TarkasteluTulokset
Periytyvyyttä ei ollut liitetty molekyylitason tapahtumiin.
Genotyypin ja fenotyypin välistä yhteyttä ei ole selitetty.
Johdanto Menetelm
ät Tulokset
TarkasteluTulokset
Ympäristötekijöiden vaikutuksesta puhuttiin harvoin ja silloinkin alisteisena geenien toiminnalle.
Geenien ja ympäristön toiminta myös erotettiin eksplisiittisesti.
Esim. “Fenotyyppi = Genotyyppi + Ympäristön vaikutus”.
JohdantoM
enetelmät
TuloksetTarkastelu
Tieteellinen determinismi- Geeneillä ja ympäristöllä on vuorovaikutusta
Tiukka geneettinen determinismi- Genotyyppi määrittää fenotyypin
Pehmeä geneettinen determinismi- Geeneillä ja ympäristöllä on erillinen vaikutus fenotyyppiin.
Vaikuttaa siltä, että opiskelijat suosivat pehmeää geneettistä determinismiä!
(Aivelo & Uitto, 2014)
JohdantoM
enetelmät
TuloksetTarkastelu
Genotyyppi Ympäristö
Fenotyyppi
Kehitys
Scientific genetic determinism
JohdantoM
enetelmät
TuloksetTarkastelu
Ymmärtävätkö opiskelijan geenin mallina?
• Tällä hetkellä se ei ole helppoa• Eri biologian alat käyttävät eri malleja (Flodin, 2009)
• Miten yhdistää erilaiset mallit?
JohdantoM
enetelmät
TuloksetTarkastelu
Mitä tämä tarkoittaa opetukselle ja oppimateriaaleille?
• Tarvitaan enemmän geenimallien koherenttia (Gericke, 2008)
• Sisäisesti ristiriitaisten mallien ongelmat (Justi & Gilbert, 2003)
• Arkikielen (”x”geeni) ja tieteellisen kielen erojen selvittäminen
• Geenien eri merkitysten selvittäminen (Snyder & Gerstein, 2003)
JohdantoM
enetelmät
TuloksetTarkastelu
Vaikutukset opetussuunnitelmiin
Uudessa OPSissa:•” käyttää käsitteitä, malleja ja teorioita tarkastellessaan soluihin ja perinnöllisyyteen liittyviä ilmiöitä”” geenien periytyminen ja ominaisuuksien siirtyminen sukupolvelta toiselle”
JohdantoM
enetelmät
TuloksetTarkastelu
Jatkotutkimus
Oppi-materiaalit
Opiskelijat
Opettajat
Opetussuunnitelman perusteetGeneetiikot
Tiedeviestintä
YTL
Genetiikan osaaminen
Arkielämä
Jatko-opinnot
Ammattitaito
Opettajien haastattelut ja kyselylomakkeet opiskelijoille
JohdantoM
enetelmät
TuloksetTarkastelu
• Aivelo & Uitto 2014: Geenimallit lukion oppikirjoissa ja lukiolaisten käsityksiä geenien toiminnasta. Natura 2/2004: 31-35.
• Aivelo & Uitto 2015: Genetic determinism in the Finnish upper secondary school biology textbooks. NorDiNa – Nordic Studies in Science Education 11(2):139-152.
• Dougherty, 2010: It’s time to overhaul our outdated genetics curriculum. The American Biology Teacher 4:4-7. doi: 10.1525/abt.2010.72.4.2
• Finnish National Board of Education, 2004: National Core Curriculum for General Upper Secondary Education Intended for Young People
• Flodin, 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 18:773-94. doi:10.1007/s11191-007-9127-1
• Gericke & Hagberg, 2007: Definition of historical models of gene function and their relation to students’ understanding of genetics. Science Education 16:849-881. doi: 10.1007/s11191-006-9064-4
• Gericke 2008: Science versus school-science – multiple models in genetics: the depiction of gene function in upper secondary textbooks and its influence on students’ understanding. PhD Thesis, Karlstadt University. LINK
• Gericke & Hagberg, 2010: Conceptual incoherence as a result of the use of multiple historical models in school textbooks. Research in Science Education 4:605-623. doi:10.1007/s11165-009-9136-y
• Justi & Gilbert 2003: Teachers' views on the nature of models. International Journal of Science Education 25:1369-1386. doi: 10.1080/0950069032000070324
• Neuendorf 2002: The content analysis guidebook. Thousand Oaks: Sage.• Redfield, 2012: ”Why do we have to learn this stuff?” – a new genetics for 21st century students.
PLoS Biology 10:e1001356. doi:10.1371/journal.pbio.1001356• Shaw et al. 2008: Essay contest reveals misconceptions of high school students in genetics content.
Genetics 178:1157-1168. doi:10.1534/genetics.107.084194• Snyger & Gerstein 2003: Defining genes in the genomics era. Science 300:258-260.
doi:10.1126/science.1084354• Venville & Treagust 1998: Exploring conceptual change in genetics using a multidimensional
interpretive framework. Journal of Research in Science Teaching 35:1031-1055. doi: 10.1002/(SICI)1098-2736(199811)35:9<1031::AID-TEA5>3.0.CO;2-E