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