Tekijät: Salla Lindström, Heta Tuomivaara ja Aino Wuolijoki

Tämä opetusmateriaali on suunniteltu lukion biologian opetukseen ja soveltuu esimerkiksi lukion ensimmäiselle kurssille Elämä ja evoluutio. Tekstiosuuden jälkeen on tehtäviä. Tehtävät ovat Google Drive ympäristön forms-dokumentilla, joka on helposti käytössä opettajilla myös Google Classroom -ympäristössä.  Tehtävät ovat pääsääntöisesti automaattitarkisteisia, jotta opiskelija saa nopean palautteen osaamisestaan ja tehtäviä on myös yksinkertaista muokata ja päivittää. Heikosti menneet kysymykset on tarkoitus kuitenkin käsitellä yhteisesti tunnilla, jotta oppimisen tavoitteet varmasti täyttyvät ja mahdolliset väärinkäsitykset tulevat korjatuiksi.

---

Biologinen tutkimus

Helsingin Sanomien Tiede-osiossa oli helmikuussa mielenkiintoinen uutinen: ”Synnyttäneiden naisten kromosomien päässä olevat telomeerit lyhenevät useita prosentteja lapsettomiin verrattuna. Niiden lyhentyminen on yhteydessä ikääntymiseen.”(Kettunen N. 2018). Kyseessä on tieteellisen tutkimuksen yleistajuistaminen eli artikkeli ei sisällä tarkempia tietoja tutkimuksesta vaan kertoo lyhyesti tuloksista. Mitä muuttujia tutkimuksessa oli? Miten tutkittavat oli valittu? Voiko tuloksia yleistää? Medialukutaidon kannalta on tärkeää tuntea myös biologisen tutkimuksen vaiheet ja kriteerit, jotta osaamme arvioida lukemaamme tietoa. Lue koko artikkeli osoitteesta: https://www.hs.fi/tiede/art-2000005583498.html

Biologinen tutkimus on luonnontieteellistä tutkimusta, jolle on ominaista kokeellisuus. Kokeellisilla menetelmillä pyritään etsimään vastaus siihen mitä tutkittavassa ilmiössä tapahtuu ja mistä se johtuu. Biologiseen tutkimukseen kuuluvat mittaukset ja havainnointi. Esimerkiksi voidaan tehdä koejärjestely, jossa havainnoidaan kasviravinteiden vaikutusta kasvien kasvuun. Monet tutkimukset perustuvat myös havainnointiin suoraan luonnossa.

Biologisessa tutkimuksessa tutkitaan luonnon ilmiöitä eri organisaatiotasoilla molekyylitasolta koko biosfäärin tutkimiseen. Molekyylitasolla voidaan tutkia esimerkiksi DNA-molekyyliä ja biosfäärin tutkimisessa vaikkapa ilmastonmuutoksen vaikutuksia eliöstöön. 

Biologista tutkimustietoa hyödynnetään monilla aloilla, esimerkiksi lääketieteessä ja elintarviketeollisuudessa. Biologisen tutkimuksen avulla voidaan ymmärtää ja saada uutta tietoa elollisesta luonnosta ja tuloksien avulla voidaan pohtia esimerkiksi sopivia keinoja monimuotoisuuden säilyttämiseen. Tutkimustiedosta on hyötyä jokaisen arkielämässä. Biologinen tutkimus etsii vastauksia esimerkiksi siihen miten antibioottiresistenttejä bakteereja vastaan voidaan tulevaisuudessa taistella. Mitä esimerkkejä sinä keksit?

Kurkkaa tästä, miten ilmastonmuutoksen vaikutusta lajeihin ja avustettua leviämistä tutkitaan yhteishankkeessa, jossa on mukana muun muassa Helsingin yliopiston luonnontieteellinen keskusmuseo.https://www.luomus.fi/fi/avustettu-leviaminen

Biologisen tutkimuksen kulku

Biologinen tutkimus noudattaa tavallisesti seuraavaa luonnontieteellisen tutkimuksen etenemisen mallia.  

1. Tutkimus lähtee liikkeelle havainnosta

Havainto voi olla esimerkiksi huomio ilmiöstä, jota ei ole aiemmin selitetty. Tarve uuteen tutkimukseen herää usein aiemmista tutkimuksista, jotka vaativat tarkennusta.

2. Tutkimuskysymyksen muotoilu

Muotoillaan kysymys, johon tutkimuksella haetaan vastausta. Kysymyksen avulla pyritään saamaan selitys tutkittavaan ilmiöön. Kysymyksiä voi olla enemmän kuin yksi.

3. Olemassa olevaan tutkimustietoon tutustuminen

Tutkimusta ei aloiteta tyhjästä, vaan käytettävissä ovat kaikki aiemmat tutkimukset sekä teoriatieto aiheesta. Kirjallisuuteen tutustumiseen voi kulua paljon aikaa.

4. Hypoteesin laatiminen

Luonnontieteellisissä tutkimuksissa laaditaan yleensä hypoteesi eli todennäköinen selitys ilmiölle. Hypoteesi muodostetaan aiemman tiedon ja havaintojen perusteella. Hypoteesin paikkansapitävyyttä testataan erilaisilla koejärjestelyillä tai havainnoilla.

5. Tutkimuksen suunnittelu

Seuraavaksi suunnitellaan, miten tutkimus toteutetaan. Suunnitteluvaiheessa tehdään päätökset siitä, mitä tutkimusmenetelmiä käytetään ja miten koejärjestelyt käytännössä tehdään. Tutkimussuunnitelmaan kirjataan esimerkiksi tutkimuksen tavoitteet, menetelmät, tutkimusvälineet, aikataulu ja budjetti.

6. Tutkimuksen toteutus

Tutkimus toteutetaan suunnitelman mukaisesti ja tulokset kirjataan ylös. Tutkimuksen tekoa voidaan dokumentoida myös esimerkiksi valokuvin tai videoin.

7. Tulosten käsittely ja tulkinta

Luonnontieteellisen tutkimuksen aineisto on yleensä kvantitatiivista eli määrällistä, numerotietoa.  Kvantitatiiviset  tulokset käsitellään tilastollisilla menetelmillä. Voidaan esimerkiksi laatia taulukoita, joista tehdään tilastollisia analyysejä ja piirretään kuvaajia. Aineisto voi olla myös kvalitatiivista eli laadullista, kuvailevaa. Kun tuloksia tulkitaan, niitä verrataan kirjallisuuteen ja pohditaan mistä ne johtuvat.

8. Johtopäätösten teko

Tuloksista tehdään johtopäätökset ja palataan tarkastelemaan alussa muotoiltua hypoteesia. Jos tutkimustulokset eivät tue hypoteesia, hypoteesi hylätään ja voidaan muotoilla uusi. Jos taas tutkimus tukee hypoteesia, hypoteesi hyväksytään.

9. Julkaiseminen

Tutkimus julkaistaan esimerkiksi artikkelina tieteellisessä lehdessä tai kirjana. Tieteellisten lehtien artikkelit ovat vertaisarvioituja eli toinen alan asiantuntija arvioi, onko tutkimus julkaisukelpoinen.

Kaikki biologiset tutkimukset eivät noudata biologisen tutkimuksen yleistä kaavaa. Esimerkiksi hypoteesia ei tehdä joka tutkimuksessa.

Tutkimuksen teko koulussa

Myös koulussa voi toteuttaa pienimuotoisen biologisen tutkimuksen. Tutkimuskysymys ja hypoteesi kirjoitetaan ylös etukäteen, mutta aiempiin tutkimuksiin ja kirjallisuuteen tutustumisen voi jättää vähemmälle. Tutkimussuunnitelma tehdään ja tutkimus toteutetaan sen mukaisesti. Tulokset kirjataan huolellisesti ylös ja tutkimuksen eri vaiheista on hyvä ottaa myös kuvia, jotka voi liittää loppuraporttiin.

Saatuja tuloksia arvioidaan kriittisesti. Mitä tuloksia saatiin? Mitä tuloksista voi päätellä? Saatiinko tutkimuskysymykseen vastaus? Entä toteutuiko hypoteesi? Millaisia virhelähteitä tehtyyn tutkimukseen liittyy? Mukaan voi liittää myös ajatuksia mahdollisista jatkotutkimuksista.

Tutkimus esitellään tutkimusraportissa. Raporttiin on hyvä kuulua ainakin seuraavat osat: Informatiivinen, mutta lyhyt työn nimi, josta käy ilmi mitä on tutkittu. Mikäli raportti on pitkä, alussa on voi olla tiivistelmä sisällöstä tai sisällysluettelo. Johdanto herättää lukijan kiinnostuksen ja antaa alustavia tietoja tai kertoo tutkimuksen taustasta (miksi työ tehtiin). Tutkimuskysymykset ja hypoteesi kirjoitetaan selkeästi, mutta kokonaisina lauseina. Tutkimuksessa käytettävä aineisto ja tutkimusmenetelmät eli tutkimussuunnitelma kuvaillaan riittävän yksityiskohtaisesti, mutta ytimekkäästi. Lukijan tulisi kyetä tekstin avulla ymmärtämään, miten tutkimus on toteutettu. Valokuvia voi käyttää havainnollistamaan tekstiä.

Tulokset on hyvä koota esimerkiksi taulukoksi tai kuvioksi, mutta niiden pääasiat on syytä kirjoittaa myös tekstiksi. Tulosten tulkintaan kuuluvat arviot tutkimuskysymysten selvittämisestä, hypoteesin toteutumisesta, virhelähteistä sekä ennen kaikkea siitä, mitä tuloksista voi päätellä. Raportin loppuun liitetään vielä luettelo käytetyistä lähteistä. Luetteloon kuuluvat kirjat, nettisivut ja muut tahot, joista tietoa tutkimusta varten on kerätty. Muista myös kuvien lähteet, mikäli kuvat eivät ole omiasi. Muistathan, ettet julkaise kuvia, joihin sinulla ei ole käyttöoikeutta etkä kopioi suoraan tekstiä muualta.

Hyvä biologinen tutkimus

Biologisen tutkimuksen pitää noudattaa hyvän tutkimuksen piirteitä, jotta tieto olisi luotettavaa. Filosofi Ilkka Niiniluoto on listannut tieteen tunnusmerkkejä, joiden avulla on mahdollista erottaa tieteellinen tieto esimerkiksi näennäistieteestä ja uskonnosta. Tieteen tunnusmerkkejä ovat objektiivisuus, autonomisuus, kriittisyys ja edistyvyys. Objektiivisuus tarkoittaa, että henkilön (tutkijan) henkilökohtaiset näkemykset eivät vaikuta tutkimuksen tekemiseen, tuloksiin tai niiden tulkintaan. Tieteellinen tieto on autonomista, eli itsenäistä ja riippumatonta, silloin kun sitä ei ohjailla poliittisesti. Tutkimusten tulee olla julkisia, jotta muut tutkijat voivat kriittisesti tarkastella toisten työtä. Näin voidaan vähentää huijausyrityksiä. Lisäksi tiede on edistyvää, eli koko ajan tavoitellaan yhä tarkempia tutkimustuloksia. Tieteellinen tieto ei ole koskaan valmista, vaan tiede korjaa itse itseään koko ajan.

Biologisessa tutkimuksessa tutkimuksen luotettavuus otetaan huomioon tutkimuksen eri vaiheissa. Tutkimusta suunniteltaessa pyritään rajaamaan pois mahdolliset virhelähteet, eli asiat, jotka voivat vääristää tutkimustuloksia. Esimerkiksi pitää varmistaa, että olosuhteet pysyvät tasaisina koko tutkimuksen ajan. Havaintomateriaalia tulee olla riittävästi. Koe pitää toistaa useita kertoja, jotta satunnaisten tekijöiden osuus tuloksissa jäisi mahdollisimman pieneksi. Luonnontieteellisten tutkimusten tulee olla toistettavia.

Tutkimuksen eri työvaiheiden yhteydessä olosuhteet kuvaillaan ja mahdolliset virhelähteet kirjataan ylös. Nämä havainnot otetaan huomioon tulosten tulkinnassa. Tilastoaineiston luotettavuutta voidaan testata tilastollisilla menetelmillä, esimerkiksi laskemalla virheiden todennäköisyyttä kuvaavia tunnuslukuja. Kun tutkimus julkaistaan, muut tutkijat tarkastelevat sitä kriittisesti ja arvioivat tutkimuksen luotettavuutta. Myös muut tutkijat voivat tarvittaessa toistaa tutkimuksen.

TEHTÄVÄOSIO

Harjoittele ja testaa osaamistasi: https://goo.gl/forms/eTTzozAJikffmuBq2

Kirjallisuutta:

Niiniluoto, I. (1984). Tieteen tuntomerkit. Teoksessa Ilkka Niiniluoto: Tiede, filosofia ja maailmankatsomus. Otava, Helsinki.

Niiniluoto, I. (2010) Voiko tieteeseen luottaa? Tiede -lehti 10/2010 https://www.tiede.fi/artikkeli/jutut/artikkelit/voiko_tieteeseen_luottaa_

Kettunen, N. 2018. Helsingin Sanomat. Katsottu 10.4.2018. <https://www.hs.fi/tiede/art-2000005583498.html>

Palmberg, Irmeli (2005). Tutkimuksen suunnittelun ja toteuttamisen vaiheita. Teoksessa: Eloranta, V. ym.: Biologia eläväksi – Biologian didaktiikka. PS-kustannus, Keuruu.