Erillisistä molekyylibiologian harjoitustyökursseista tutkimusprojektiksi

Marko Pietilä & Maria Halmekytö

Laboratorioharjoitustyöt ovat oleellinen osa monen luonnontieteellisen alan menetelmällistä ja metodologista koulutusta, ja niiden toivotaan valmistavan opiskelijoita suoriutumaan käytännön tutkimus- ja diagnostiikkalaboratorioiden tehtävissä. On kuitenkin selvää, että vain osa opiskelijoista tarvitsee opetettuja menetelmiä, ja lisäksi uudet menetelmät syrjäyttävät vanhoja yhä kiihtyvällä tahdilla. Harjoitustöillä täytyykin olla menetelmällisten tavoitteiden lisäksi muita yleisempiä työelämätavoitteita, kuten suunnittelu, hyvät laboratoriokäytännöt ja raportointitaidot. Esittelemme, miten yhdistimme koulutusohjelmassamme kaksi menetelmäkurssia mahdollisimman aitoa tutkimusprojektia simuloivaksi kokonaisuudeksi, joka tarjoaa mahdollisuuden opettaa ja arvioida opiskelijoita mahdollisimman aidossa työelämäympäristössä.

Johdanto

Kuopion ja Joensuun yliopistojen yhdistyessä Itä-Suomen yliopistoksi tehtiin merkittäviä muutoksia tiedekuntien rakenteisiin ja määrään. Yksi rakenteellisista muutoksista oli biotieteiden koulutusohjelman hajottaminen siten, että biokemiaa ja molekyylibiologiaa käsittävä koulutus tuli terveystieteiden tiedekunnan (TT) lääketieteen laitoksen ja sen biolääketieteen yksikön vastuulle terveyden biotieteiden, nyttemmin biolääketieteen, koulutusohjelman nimellä. Biokemian ja molekyylibiologian opetuksen siirtyminen terveystieteiden tiedekuntaan toi luonnollisesti mukanaan vahvan suuntautumisen nimenomaan ihmisen biologiaan ja terveyteen, mikä varmasti vastaisuudessa tukee Kuopion kampuksen perinteisesti vahvaa lääke- ja terveystieteellistä tutkimustoimintaa. Muutos loi myös hyvät puitteet koulutusyhteistyöhön terveystieteiden tiedekunnan lääketieteellisen, farmasian, hoitotieteen ja ravitsemustieteen koulutusten kanssa.

Otamme tässä esille LuK-vaiheen molekyylibiologisten laboratoriomenetelmien kurssikokonaisuuden, joka koostuu kahdesta 2. ja 3. vuosikurssin viiden opintopisteen kurssista. Menetelmäkurssien oppimistavoitteina oli perehtyä ja ymmärtää keskeisimpien molekyylibiologian perusmenetelmien teoreettiset taustat ja hallita niiden suorittaminen käytännössä. Uudistuksessa toimme mukaan työelämässä tarvittavien projektitaitojen tavoitteen, ja kurssit toteutettiin aitona tutkimusprojektina.  Projekti alkaa ensimmäisellä kurssilla tutkimusmallin kehittämisenä (indusoituvan promoottorielementin eristys ihmisen perimästä ja sen liittäminen reportteriplasmidiin) ja jatkuu seuraavalla kurssilla tutkimusmallin analyysinä (reportteriplasmidin siirto nisäkässoluviljelmään, reportterigeenin indusointi sekä geenituotteen analysointi kvantitatiivisella polymeraasiketjureaktiolla ja fluoresenssimikroskopialla).

Pyrkimyksenämme oli tuoda tutkimusmenetelmät esille niiden oikeassa kontekstissa projektin edetessä. Uskomme, että tämä motivoi opiskelijaa ja auttaa häntä omaksumaan käytetyt menetelmät paremmin kuin yksittäisten näennäisesti toisilleen vieraiden menetelmien opiskelu. Harjoitustöiden toteuttaminen projektiluonteisina myös tukee pyrkimyksiämme tuoda työelämävalmiuksia opetukseen. Opiskelija on harjoitustyöt käytyään ikään kuin jo tehnyt yhden biolääketieteellisen tutkimusprojektin alusta loppuun, jolloin kynnys hakeutua tutkimusryhmiin suorittamaan opinnäytetyötä tai jatko-opintoja madaltuu.

Kurssien suunnittelu ja toteutus

Toisen vuosikurssin kurssi (Molekyylibiologian perusmenetelmät 1, Mob1) muodostuu noin 15 oppitunnin luento-osuudesta, noin 30 tunnin harjoitustöistä sekä harjoitustöiden alustus- ja yhteenvetoseminaareista. Kurssisuoritukseen vaaditaan laboratoriopäiväkirjan huolellinen ylläpito, tutkimusraportin kirjoittaminen sekä kirjallinen tentti. Luennot käsittelevät pääsääntöisesti harjoitustöissä eteen tulevia molekyylibiologian perusmenetelmiä ja niiden taustoja.

Koska harjoitustöiden oli tarkoitus vastata aitoa tutkimusprojektia, etsimme sopivaa projektia yksikkömme tutkimusryhmistä. Sopivaksi valikoitui tutkimusprojekti, jossa tutkittiin nisäkässolujen vastetta solun ulkoiselle suolakonsentraatiolle. Harjoitustyössä eristettiin opiskelijoiden omista verinäytteistä perimäaines, josta monistettiin polymeraasiketjureaktion avulla usean solustressigeenin säätelyyn osallistuva tonisuuteen responsoiva promoottorielementti (TonE). Tämä elementti siirrettiin yhdistelmä-DNA-menetelmiä käyttäen vihreää väriä fluoresoivaa proteiinia koodaavan geenin promoottoriksi. Kun tällainen yhdistelmä-DNA siirretään nisäkässoluihin, voidaan solujen vastetta elatusmediumin suolakonsentraatiolle seurata havainnollisesti fluoresenssimikroskopian avulla.

Harjoitustöiden aluksi pidettävään alustusseminaariin kutsuimme tutkimusryhmän edustajan pitämään esityksen omasta tutkimuksestaan ja siitä, mihin kurssilla tuotettua yhdistelmä-DNA-tuotetta voitaisiin käyttää. Tutkimuksen esittelyn ja harjoitustyöprojektin tuomisen osaksi olemassa olevaa tutkimusta toivottiin motivoivan ja auttavan ymmärtämään projektia kokonaisuutena. Aloitusseminaarissa ohjeistimme myös hyvien laboratoriokäytänteiden (eng. good laboratory practice, GLP) mukaista työpäiväkirjan pitoa. Pyrimme myös valvomaan GLP:n mukaista päiväkirjan pitoa tarkistamalla jokaisen oppilaan päiväkirjat ainakin kahdesti harjoitustöiden aikana.

Harjoitustyön ohjeet kokosimme Moodle-oppimisympäristöön sen sisältämällä kirjatyökalulla. Ohjeita koostaessamme pyrimme kuitenkin välttämään yleisesti harjoitustöissä käytettyjä yksityiskohtaisia ”keittokirjaohjeita”, jotka käyvät menetelmien vaiheet yksityiskohtaisesti läpi vaihe vaiheelta mahdollisimman ymmärrettävästi. Sen sijaan alustimme jokaisen menetelmän tarkoituksen ja liitimme alustukseen reagenssitoimittajilta tai muusta verkkolähteestä saatavat ohjeet. Tällaisen menettelyn tärkeimpänä syynä oli tutustuttaa opiskelijat käyttämään eri lähteistä saatuja menetelmäohjeita samalla tavalla kuin aidossa tutkimuslaboratoriossa. Pyrimme myös estämään ”keittokirjareseptin” sokean toistamisen ja pakottamaan opiskelijat miettimään kunkin vaiheen tarkoitusta.

Kolmanteen lukuvuoteen sijoittuvan kurssikokonaisuuden toisessa osassa (Mob2) oletimme, että opiskelijat omaavat tarvittavat perusvalmiudet suunnitellakseen itsenäisesti tarvittavat työvaiheet tieteellisen tavoitteen saavuttamiseksi. Emme myöskään nähneet enää tarpeelliseksi luennoida työssä tarvittavia menetelmiä, vaan korvasimme luennot oppimistehtävillä. Luentoja korvaavia tehtäviä olivat tutkimussuunnitelman ja työohjeiden laadinta sekä erilaiset molekyylibiologiaan liittyvät aineistotehtävät. Opiskelijoiden laatima tutkimussuunnitelma ja työohje tarkistettiin ja läpikäytiin ennen harjoitustöiden alkua, ja aineistotehtävät purettiin seminaariesityksinä harjoitustöiden jo loputtua.

Raportointitaidot ovat yksi tärkeimmistä työelämätaidoista, ja vaadimmekin kurssisuoritukseen IMRAD-muotoon kirjoitetun tutkimusraportin kummastakin harjoitustyökurssista. Jälkimmäisen raportin tuli kuitenkin kattaa koko kahdella vuosikurssilla tehty tutkimusprojekti.

Kohti parempaa arviointia

Kirjallinen lopputentti sopii huonosti menetelmäpainotteiseen kurssiin, jonka oppimistavoitteina ovat menetelmien lisäksi projekti- ja raportointitaidot. Lisäksi opiskelijat kokevat hyvään tutkimusraporttiin panostamisen turhauttavana, jos se arvioidaan vain hylättynä tai hyväksyttynä. Raportin arvioinnin tueksi laadimme yhdessä opiskelijoiden kanssa arviointimatriisin (taulukko 1.). Matriisi ottaa huomioon vaadittujen korjausten määrän ja sen, kuinka ”säntillisesti” korjaukset on tehty. Matriisi toimii myös ohjeena harjoitustyön laadinnalle siten, että hyvä-arvosanan heikommalla puolella mainitaan raportin heikkoudet piirteet ja hyvästä eteenpäin raportin ansiot.

Vastaisuudessa pyrimme ottamaan kurssiarvioon mukaan myös aineistotehtävät ja seminaariesitykset. Myös itse työskentelyä laboratoriossa on mahdollista arvioida esimerkiksi antamalla plussaa huolellisesta työskentelystä ja laboratoriopäiväkirjan pidosta. Tällaiset menetelmäkurssit tarjoavatkin hyvän mahdollisuuden arvioida ja antaa arvosana opiskelijan työelämävalmiuksista, kunhan itse opetus pyrkii simuloimaan työelämää.

Taulukko 1. Harjoitustyöraportin arviointimatriisi

Havainnot Molekyylibiologian perusmenetelmät 1 (Mob 1) -kurssilta

Mob1-kurssin aikana meille tuli hieman yllätyksenä, miten suuresta ajattelutavan muutoksesta on kyse, kun siirrytään harjoitustyön tavoitteesta tutkimusprojektin tieteelliseen tavoitteeseen. Lähtökohtamme oli, että tutkimusprojektina toteutettavat harjoitustyöt koettaisiin mielenkiintoisempina ja että kokonaisuuden hahmottaminen auttaisi myös oppimista. Emme kuitenkaan osanneet ennakoida, miten vaikeata opiskelijoiden on ymmärtää tutkimusprojektin tieteellistä tavoitetta, eli mitä uutta tietoa ja ymmärrystä tutkimusprojektissa pyritään saavuttamaan ja miksi mitäkin menetelmää käytetään tämän tavoitteen saavuttamiseksi. Yleisimmin meille tarjottiin projektin loppuraporteissa harjoitustyökurssin menetelmällisiä oppimistavoitteita tai harjoitustyön menetelmällisen onnistumisen tavoitteita. Tutkimusprojektin tieteellisen tavoitteen ymmärtäminen olisi kuitenkin tärkeää kokonaisuuden hahmottamisen kannalta.

Opiskelijat kokivat perinteisen menetelmämonisteen vaihtamisen verkkolähteistä peräisin oleviin ohjeisiin toimivana käytäntönä, joka harjaannuttaa käytännön tutkimuslaboratoriossa työskentelyyn. Myöskään verkkolähteiden englanninkielisyys ei tuottanut ongelmia, vaan se synnytti pikemminkin hedelmällistä keskustelua monien englanninkielisten erikoistermien suomenkielisistä käännöksistä ja tuki näin erinomaisesti alan kansainvälisen erikoissanaston oppimista.

Verkko-ohjeiden tulostaminen paperille koettiin ongelmalliseksi. Opiskelijoiden oli hankala hahmottaa, millä laajuudella kunkin reagenssitoimittajan ohjeet kannattaa tulostaa. Tulostamisen välttämiseksi suosittelimme kannettavien ja taulutietokoneiden käyttämistä. Suurella osalla nämä laitteet jo ovatkin, mutta omien merkintöjen tekemistä ohjeisiin pidetään vielä hankalana. Toivottavasti laite- ja ohjelmistokehitys tulee tässä asiassa vastaan.

Vaikka olimme ohjeistaneet tarkoin sekä työpäiväkirjan pidon että raportin laatimisen, huomasimme selkeästi, että opiskelijoiden oli hankala sisäistää, mitkä asiat kuuluvat pelkästään työpäiväkirjaan eivätkä enää raporttiin. Opiskelijoiden oli myös hankala hahmottaa, millä tarkkuudella numeeriset mittatulokset ilmoitetaan ensin työpäiväkirjassa ja sitten raportissa. Rajanveto voi olla kokeneellekin tutkijalle joskus hankalaa ja se tehdään usein kokemukseen perustuvan intuition perusteella. Kokemuksen puuttuessa opiskelijat tarvitsevat kuitenkin selkeitä ohjeita.

Havainnot Molekyylibiologian perusmenetelmät 2 (Mob 2) -kurssilta

Ennen Mob2-kurssin työosuuden alkua teetimme opiskelijoilla ryhmätyönä tutkimussuunnitelman, jonka tuli sisältää tarvittavat reagenssit ja menetelmät ohjeineen sekä aikataulun. Vaikka tiukkojen taloudellisten ja ajallisten resurssien puitteissa toteutettavilla harjoitustyökursseilla tutkimussuunnitelman teettäminen saattaakin tuntua teennäiseltä, tutkimussuunnitelman tekeminen osoittautui hyvin tehokkaaksi tavaksi perehdyttää opiskelijat projektiin ennalta. Hyvän tutkimussuunnitelman kirjoitustaito on myös niin tärkeä työelämätaito, ettei sen opettelua voi enää jättää pelkästään maisteriopintoihin saati jatko-opintoihin.

Mob2-kurssi oli jatkoa Mob1-kurssille, joten opiskelijoille työn taustat olivat jo tuttuja. Pystyimme keskittymään ohjeistuksessa tutkimussuunnitelman yleisiin laadintaohjeisiin itse työn ohjeistamisen sijaan. Tämä toikin hienosti esille hyödyt, joita voidaan saavuttaa ketjuttamalla kaksi eri vuosikurssin opintojaksoa yhteen saman tutkimusteeman ympärille. Ensimmäinen kurssi vietiin läpi opettajavetoisesti tutustuttaen opiskelijat menetelmiin ja raportointitekniikoihin. Seuraava vaihe voitiinkin vetää opiskelijavetoisemmin opiskelijoiden jo hankkimiin taitoihin luottaen, jolloin opetuksessa voitiin keskittyä projektinsuunnitteluun ja tieteellisen raportoinnin taitojen syventämiseen.

Kirjoittajat toimivat yliopistonlehtoreina Itä-Suomen yliopiston terveystieteiden tiedekunnan lääketieteen laitoksen alaisessa biolääketieteen yksikössä.

PDF