Ihmisen biologia (BI4)

Perusopetuksen ihmisen biologian opiskelu luo hyvän pohjan lukion kurssille ”Ihmisen biologia”. Opiskelijoille on perusasteella luotu vankka tietämys elimistöjen rakenteesta ja toiminnasta. Lukiossa pääpaino tulee olla elimistön toiminnan säätelyssä, elimistöjen yhteistoiminnassa ja ihmisen elintoimintojen kokonaisuudessa. Ihmisen evoluution käsittely tässä yhteydessä liittää ihmisen osaksi eliökuntaa. Nykyihmisen lajipiirteet ovat kehittyneet evoluution kuluessa, ja elintoiminnoissakin voidaan havaita merkkejä kehityshistoriastamme.

Terveystiedon sekä pakolliset että syventävät kurssit kytkeytyvät erityisesti biologian tähän kurssiin. Opetuksen tulee täydentää toisiaan, ei olla päällekkäistä. Tästä syystä ihmisen biologiassa voi keskittyä terveen elimistön toimintaan. Terveystiedossa pääpaino on terveyden ylläpidossa ja eräissä keskeisissä sairauksissa. On kuitenkin perusteltua ottaa tietyissä aiheissa esille elimistön toiminnan häiriöitä myös biologiassa, koska ne voivat auttaa ymmärtämään terveen elimistön toimintaa. Lisäksi yhtenä tärkeänä tavoitteena on oppia arvioimaan kriittisesti ihmisen biologiaan liittyviä uutisia, jotka usein liittyvät terveyteen ja sen ylläpitoon.

Koulun varustetasossa tulee huomioida opetuksen tavoitteet. Esimerkiksi elinten rakenteen ymmärtämistä helpottavat sekä muoviset elinmallit että mahdollisesti teurastamoilta saatavien elinten preparointi. Pienimuotoistenkin kokeellisten töiden tekemiseen tarvitaan usein laborointivarustus. Jotta erilaiset työtavat (kokeellinen työskentely, yhteistoiminnallinen oppiminen, työpistetyöskentely, ryhmätyöt, väittely, vierailukäynnit jne.) onnistuisivat, tulee ryhmäkoon olla kohtuullinen.

Tavoitteet

Kurssin tavoitteena on, että opiskelija osaa

  • ihmissolun erilaistumisen pääperiaatteet sekä kudosten ja elinten rakenteet ja toimintaperiaatteet
  • ymmärtää ihmisen kemiallisen tasapainon säätelymekanismeja sekä ulkoisten ja sisäisten tekijöiden vaikutuksia niihin
  • ymmärtää hermoston toiminnan ja hormonaalisen viestinnän merkityksen yksilön toimintojen ohjaajana
  • ymmärtää lisääntymiseen ja ihmisen elinkaareen liittyviä fysiologisia muutoksia sekä ihmisen yhteisöllisyyden merkityksen terveyden kannalta
  • pystyy selittämään elimistön kykyä sopeutua muutoksiin ja puolustautua ulkoisia uhkia vastaan ja tuntee merkityksellisimpien sairauksien syntymekanismeja
  • ymmärtää ihmisen lajinkehityksen sekä perimän ja ympäristön yhteisvaikutuksen ihmisen terveyteen
  • pystyy tarkastelemaan oppimiaan asioita arkielämän esimerkkien avulla, tutustumaan alan uutisiin ja arvioimaan niitä kriittisesti.

Keskeiset sisällöt

  • Ihmisen solujen ja kudosten erityispiirteet
  • Elimistöjen rakenne, toiminta ja merkitys
  • Elintoimintojen säätely
  • Ihmisen lisääntyminen
  • Ihmisen elämänkaari ja yhteisöllisyys
  • Perimän merkitys
  • Elimistön sopeutuminen ja puolustusmekanismit

Perusopetuksen ihmisen biologian opiskelu luo hyvän pohjan lukion kurssille ”Ihmisen biologia”. Opiskelijoille on perusasteella luotu vankka tietämys elimistöjen rakenteesta ja toiminnasta. Lukiossa pääpaino tulee olla elimistön toiminnan säätelyssä, elimistöjen yhteistoiminnassa ja ihmisen elintoimintojen kokonaisuudessa. Ihmisen evoluution käsittely tässä yhteydessä liittää ihmisen osaksi eliökuntaa. Nykyihmisen lajipiirteet ovat kehittyneet evoluution kuluessa, ja elintoiminnoissakin voidaan havaita merkkejä kehityshistoriastamme.

Terveystiedon sekä pakolliset että syventävät kurssit kytkeytyvät erityisesti biologian tähän kurssiin. Opetuksen tulee täydentää toisiaan, ei olla päällekkäistä. Tästä syystä ihmisen biologiassa voi keskittyä terveen elimistön toimintaan. Terveystiedossa pääpaino on terveyden ylläpidossa ja eräissä keskeisissä sairauksissa. On kuitenkin perusteltua ottaa tietyissä aiheissa esille elimistön toiminnan häiriöitä myös biologiassa, koska ne voivat auttaa ymmärtämään terveen elimistön toimintaa. Lisäksi yhtenä tärkeänä tavoitteena on oppia arvioimaan kriittisesti ihmisen biologiaan liittyviä uutisia, jotka usein liittyvät terveyteen ja sen ylläpitoon.

Koulun varustetasossa tulee huomioida opetuksen tavoitteet. Esimerkiksi elinten rakenteen ymmärtämistä helpottavat sekä muoviset elinmallit että mahdollisesti teurastamoilta saatavien elinten preparointi. Pienimuotoistenkin kokeellisten töiden tekemiseen tarvitaan usein laborointivarustus. Jotta erilaiset työtavat (kokeellinen työskentely, yhteistoiminnallinen oppiminen, työpistetyöskentely, ryhmätyöt, väittely, vierailukäynnit jne.) onnistuisivat, tulee ryhmäkoon olla kohtuullinen.

Kokeellinen työskentely ja elinten tutkiminen

Ihmisen biologia tarjoaa runsaasti mahdollisuuksia tehdä pienimuotoisia kokeellisia tutkimuksia. Jos paikkakunnalla on saatavissa esimerkiksi teurastamolta naudan tai sian elimiä, voidaan niitä tutkia. Elinten tutkimista tehdään usein myös peruskoulussa, eikä ole tarkoituksenmukaista tehdä samoja uudelleen.

Kokeelliset tutkimukset voivat olla esimerkiksi laborointeja tai erilaisia mittauksia. Seuraavassa muutama esimerkki.

Kokeelliseen työskentelyyn tulee aina liittyä joko työselostuksen laatiminen tai muunlainen pohdinta saaduista tuloksista ja niiden merkityksestä.

Turvallinen laboratoriotyöskentely edellyttää aina huolellisuutta, siisteyttä ja järjestystä sekä annettujen ohjeiden tarkkaa noudattamista. Jokaisen työn yhteydessä on harkittava etukäteen, mitkä työvaiheet ovat vaarallisia ja mitä suojavälineitä tarvitaan. Kunkin työkerran ja työvaiheen alussa on varmistettava, että kaikki oppilaat tietävät oikeat työskentelytavat.

Ihmisbiologian opiskeluun kuuluu olennaisena osana erilaisten näytteiden tutkiminen, aisti- ja rasituskokeet sekä eräät mikrobiologian työt

  • Kaikkien oppilaista otettujen näytteiden, kuten kudos-, sylki-, veri- ja virtsanäytteiden oton tulee perustua vapaaehtoisuuteen.
  • Vapaaehtoisuus on tärkeää myös erilaisissa rasituskokeissa, sykkeen- ja verenpaineen mittauksissa sekä aistien toimintaan liittyvissä kokeissa ja oppilastöissä.
  • Verinäytteiden otto voi tapahtua vain terveydenhoitohenkilökunnan, esim. kouluterveydenhoitajan tai koululääkärin vastuulla tai mieluimmin siten, että he ottavat näytteen.
  • Ennen verinäytteen ottoa kädet on pestävä pesuaineella ja kuivattava. Sormenpää pyyhkäistään desinfiointiaineella. Näytteenoton jälkeen pistoskohta peitetään laastarilla.
  • Verinäytteen otossa on käytettävä kertakäyttöisiä lansetteja ja huolehdittava, että käytetyt lansetit kerätään talteen ja hävitetään asianmukaisesti (toimitetaan kouluterveydenhoitajan ”neularoskikseen”).

Biologisen materiaalin käsittely ja säilytys

  • Helposti pilaantuvaa materiaalia voidaan väliaikaisesti säilyttää jääkaapissa, mutta pitempiaikaista säilyttämistä varten eläinperäiset kudos- ja elinnäytteet (luut, nivelet keuhkot, sydämet, silmät, munuaiset jne.) pakastetaan. Pakasteesta sulatettuja näytteitä pitäisi käyttää vain kerran.
  • Kudos- ja elinnäytteitä käsiteltäessä on syytä käyttää suojakäsineitä ja suojavaatteita.
  • Preparointeihin osallistuminen on syytä pitää oppilaille vapaaehtoisena.
  • Mikrobiologian töiden (homeet, bakteerit) edellyttämät hygieniavaatimukset on käytävä oppilaiden kanssa läpi ennen työskentelyn aloittamista. Patogeenisten mikrobien ilmaantuminen elatusalustoille on mahdollista, joten mikrobikasvustoja ei saa kosketella paljain käsin. Suojakäsineiden käyttöä suositellaan.

Biologisten jätteiden hävittäminen

  • Laboroitujen kudos- ja elinnäytteiden sekä mikrobiologisen materiaalin hävittämiseen liittyvät ohjeet on syytä sisällyttää luonnontieteiden opetuksen jätehoitosuunnitelmaan osana koko koulun jätehuoltoa.
  • Eläin- ja mikrobimateriaalit viedään työskentelyn päätyttyä näytteen laadun edellyttämällä tavalla pakattuna pois opetustilasta ja lajitellaan niille varattuihin jätesäiliöihin.
  • Mikrobiologiset jätteet on hävitettävä huolella. Koulujen laboratoriotöissä käytetyt mikrobit ovat yleensä ympäristömme tavallisia mikrobeja. Petrimaljoissa kasvatetut näytteet kannattaa kerätä tutkimisen jälkeen muovipussiin ja laittaa jätesäiliöön. Jos haluat varmistua, ettei tutkittuja mikrobeja leviä ympäristöön, kaada maljaan desinfioivaa ainetta, esim. alkoholia tai astianpesuliuosta.

Kaikkien laborointien yhteydessä on syömis- ja juomiskielto, elleivät toiminnot liity jotenkin itse tehtävään.

Kädet on pestävä aina laboroinnin jälkeen ja kuivattava paperipyyhkeellä.

Rotan tai hiiren preparointi antaa hyvän kokonaiskuvan elinten rakenteesta. On kuitenkin hyvin tarkkaan harkittava, milloin koeläinten käyttö on perusteltua ja keskustella opiskelijoiden kanssa niiden käsittelystä.

Reaktioajan mittaaminen:

Tehtävän suorittamiseen tarvitset 50–100 senttimetrin viivaimen.

  1. Avustaja asettaa viivaimen silmiensä korkeudella siten, että pitää kiinni sen yläpäästä.
  2. Koehenkilö varustautuu ottamaan viivaimen kiinni asettamalla kätensä (peukalo toisella puolella, keski- ja etusormi toisella puolella viivainta) valmiiksi viivaimen alapäähän.
  3. Avustaja irrottaa otteen viivaimesta, ja koehenkilö ottaa sen kiinni niin nopeasti kuin pystyy.
  4. Asteikolta luetaan, kuinka monen senttimetrin päässä koehenkilön ote on.
  5. Toista koe muutaman kerran.
    a. Miten viesti kulkee hermostossasi koetilanteen aikana?
    b. Mitä toistojen seurauksena tapahtuu?
    c. Mihin se perustuu?

Kiinniottokohdan etäisyys
viivaimen päästä / cm

Reaktioaika (sekunteja)

5

0,1

10

0,14

15

0,17

20

0,20

25,5

0,23

30,5

0,25

43

0,30

61

0,35

79

0,40

Reaktioajalla tarkoitetaan sitä aikaa, joka menee näköhavainnon (viivain tippuu) kulkemiseen aistinelimestä tuntohermoa pitkin aivoihin, viestin käsittelyyn aivoissa sekä toimintakäskyn kuljettamiseen liikehermoa pitkin lihakseen.

Ruoansulatusentsyymien toiminta

Tarvikkeet:

  • 2 koeputkea
  • 5-prosenttista tärkkelysliuosta
  • jodikaliumjodidia
  • sylkeä
  1. Laita koeputkiin noin 2 cm tärkkelysliuosta.
  2. Valuta päälle saman verran sylkeä.
  3. Sekoita.
  4. Aseta toinen koeputki lämpöhauteeseen, jonka lämpötila on noin 37 ºC ja toinen koeputki pakastimeen (älä anna sen kuitenkaan jäätyä).
  5. Tee noin viiden minuutin kuluttua molemmille jodikoe eli tiputa jodikaliumjodidia muutama tippa koeputkiin.
  6. Mitä havaitsit? Mistä syystä näin tapahtui? Mitä koeputkissa on?

Tarvikkeet:

  • keitinlasi
  • kaksi koeputkea
  • pipetti
  • muovilusikka
  • lämpömittari
  • spriiliukoinen tussi
  • pankreatiinijauhetta
  • 1,5-prosenttinen lakmusliuos
  • kermaa
  1. Pane kahteen koeputkeen noin neljäsosa koeputkellinen kermaa ja merkitse koeputket kirjaimilla A ja B.
  2. Lisää kumpaankin koeputkeen tipoittain lakmusliuosta, kunnes väri muuttuu sinertäväksi. Lakmus toimii indikaattorina, jonka väri muuttuu punaiseksi, kun liuos on hapan (pH alle 7).
  3. Lisää koeputkeen A 1/3 teelusikallista pankreatiinijauhetta ja koeputkeen B muutama tippa vettä.
  4. Ravistele koeputkia hyvin.
  5. Pane koeputket 40 ºC:n vesihauteeseen viideksitoista minuutiksi.
  6. Selitä, mitä putkissa tapahtui ja miksi.

Hyödyllisiä Internetosoitteita

Ihmisen biologiasta on valtavasti kuva- ja animaatiomateriaalia Internetissä. Suomenkielistä materiaalia on vähemmän, mutta sitäkin on jonkin verran saatavilla. Seuraavassa on listattu aihepiireittäin muutamia osoitteita, jotka ovat joko yliopistojen tai suurempien ylläpitäjien sivuja, joten niiden toiminta on kohtuullisen varmaa.

Evoluutio
Hyviä verkkosivuja, joissa on videoleikkeitä, lisätietoa sekä interaktiivisia tehtäviä (englanniksi). Sivuilta löytyy esimerkiksi kolmiulotteisia hominidien fossiilikalloja.

The Institute of Human Origins
Sivusto ihmisen evoluutiosta.

Cold Spring Harbor Laboratory
Sivusto lajien historiasta ja DNA:n tutkimuksesta.

Elimistö kokonaisuutena
Tässä kannattaa käyttää myös hakusanoja ”virtual human body”. Molemmat osoitteet sisältävät runsaasti materiaalia kaikista elimistöistä, sekä kuvia että animaatioita.

Medropolis-sivusto
Yhdysvaltalaisen Medtropoliksen sivusto, jossa on terveyteen ja lääketieteeseen liittyvää tietoa.

InnerBody
Sivusto, jossa on tietoa ja hyviä kuvia mm. ihmisen anatomiasta.

Aistit

Illusions Gallery
Sivuilta löytyy esimerkkejä optisista illuusioista.

Blood Journey
Sivusto verenkoostumuksesta ja matkasta elimistössä. Englanninkielinen.

Lisääntyminen

BIONET
Perinnöllisyyteen ja muuhun biologian opetukseen liittyvää materiaalia suomen kielellä.

Väestöliiton verkkosivut
Väestöliiton sivustolta löytyy erilaista terveyteen liittyvää tietoa.

Suomalaisten tautiperimä
Seksuaaliterveys

Työpistetyöskentely

Työpistetyöskentelyn ideana on, että opiskelijat kiertävät pienissä ryhmissä tekemässä opettajan etukäteen valmistelemia tehtäviä. Työpisteet voivat olla kokeellista työskentelyä, tiedon etsimistä Internetistä, sanomalehdistä tai muusta materiaalista, soveltamista tai tulkintaa vaativia tehtäviä, oppikirjan tehtävien tekemistä pienryhmissä jne. Parhaimmillaan työpistetyöskentely on haasteellista, elämyksiä ja uusia kokemuksia antavaa, mielenkiintoista sekä myös hauskaa.

Pisteitä kannattaa laittaa luokkaan niin paljon, että ryhmissä on noin 3–4 opiskelijaa. Kussakin pisteessä on työohjeet, joiden avulla opiskelijat itsenäisesti suorittavat tehtävät. Pisteissä käytettävä aika tulee suunnitella siten, että opiskelijat voivat siirtyä pisteestä toiseen yhtä aikaa. Lopuksi saatuja tuloksia pohditaan yhdessä esimerkiksi siten, että opiskelijaryhmät esittelevät muille tulokset, jotka ovat saaneet viimeisessä pisteessään.

Työpistetyöskentely sopii ihmisen biologian opiskelussa erittäin moniin aihepiireihin: aisteihin, luustoon ja lihaksistoon, ruoansulatukseen tai verenkiertoon.

Esimerkki aistien opettamisesta työpistetyöskentelynä:

Koska opiskelijat ovat peruskoulussa opiskelleet korvan ja silmän rakenteen, voidaan se antaa edellisellä oppitunnilla kotitehtäväksi, jolloin he voivat kerrata ne jo etukäteen.
Seuraavassa on esitelty aisteihin liittyvien työpisteiden otsikot sekä osaan niistä tehtäviä. On kuitenkin muistettava, että hyvin onnistuvan työpistetyöskentelyn taustalla on hyvä suunnittelu. Kaikista tehtävistä tulee olla omat ohjeet, ja niiden tulee olla niin yksityiskohtaisia, että opiskelijat pystyvät suorittamaan tehtävät itsenäisesti.

  1. Silmän rakenne muovimallin avulla ja oman dominoivan silmän määrittäminen.
    Muovimallista etsitään silmän osat ja oppikirjan avulla niiden tehtävät.
  2. Punavihervärisokeus
    Palautetaan mieleen kurssilla 2 käsitellyt asiat sukupuoleen sitoutuneesta periytymisestä esimerkiksi risteytystehtävän avulla.
    Vischeckin sivuilta löytyy lisää tietoa ja testejä värisokeudesta.
  3. Näköharhoja
    Myös näköharhoja on löydettävissä runsaasti Internetistä. Näköharhojen yhteydessä kannattaa aina pohtia, mihin kyseinen harha perustuu.
  4. Tasapainoaistin ja näköaistin yhteistyö
    Koehenkilö seisoo yhdellä jalalla ensin silmät auki ja sitten silmät kiinni. Mitataan, kuinka kauan hän pysyy tasapainossa.
  5. Tuntoaisti
    Tuntoaistipisteessä voidaan mitata esimerkiksi harpin avulla ihon tuntoaistinkerästen määrää kehon eri osissa tai vapaita hermopäätteitä, jotka aistivat lämpöä ja kylmyyttä.
  6. Kuuloaisti
    Korvan rakennetta voidaan tutkia muovimallin avulla. Fysiikan opetuskäytössä on usein laitteita, joiden avulla voidaan testata ihmisen kuuloaluetta (mitkä taajuudet kuulee).
  7. Stereonäkö
    Kirjastosta on lainattavissa kirjoja, joiden avulla voidaan tarkastella kolmiulotteisia kuvia. Pohditaan, mikä merkitys stereonäöllä on ihmiselle.
  8. Maku- ja hajuaistin yhteistyö
    Helppo tapa testata näkö- ja hajuaistin yhteistoimintaa on seuraavanlainen koe: koehenkilö pitää kiinni nenästään. Ensin hänelle annetaan maisteltavaksi kidesokeria, jonka jälkeen vanilliinisokeria. Koehenkilöä pyydetään nimeämään maisteltava aine. Seuraavaksi pyydetään irrottamaan ote nenästä, jolloin koehenkilö vasta pystyy nimeämään vanilliinisokerin.
Risto Hamari ja Mervi Holopainen | Kuva: Mervi Holopainen