Lasit päähän ja menoksi! AR ja VR tuovat uuden ulottuvuuden farmasian laboratorio-opetukseen

Lisätyn ja virtuaalisen todellisuuden avulla laboratoriokurssin opiskelija saa mahdollisuuden syvempään oppimiseen.

Laboratoriotieteiden, kuten farmasian, lääke- ja eläinlääketieteen sekä biotieteiden, opetuksen erityispiirteenä ovat laboratoriokurssit, joissa opiskelijat opastetaan oikeisiin työtapoihin oikeassa ympäristössä oikeilla työvälineillä.

Laboratoriokursseilla opettajia on opiskelijoihin nähden melko vähän, eikä opettaja aina ehdi joka paikkaan. Laboratoriossa kuitenkin pitäisi varmistaa, että opiskelija saa oikea-aikaista ohjeistusta ja palautetta oppimistaan työmenetelmistä sekä turvallisista ja asianmukaisista työtavoista.

Tarve kehittää opiskelijan oppimista sekä ohjeistusta laboratorio-opetuksessa on ollut suuri jo ennen koronapandemiaakin. Kehityksen tarve on kuitenkin korostunut korona-aikana, kun laboratorion ryhmäkokoja on jouduttu huomattavasti pienentämään, opettajien määrää laboratoriossa vähentämään ja etäopiskelun mahdollisuuksia soveltamaan myös laboratoriotyöhön.

Farmasian tiedekunnassa on oltu nykytilannetta ajatellen etunojassa. Vuonna 2019 käynnistetty Farmasian digiloikkahanke keskittyy nimenomaan osoittamaan digitaalisten opetusmuotojen mahdollisuuksia oppimisen tukemisessa.

– Halusimme näyttää, että ne eivät ole vain hauskaa ja kivaa, vaan että ne todella edistävät oppimista, kertoo digiloikkahanketta johtanut yliopistonlehtori Mia Sivén.

AR-lasit pöydällä

Farmasian tiedekunnassa käytössä olleet AR-lasit.

AR ohjaa, opastaa ja odottaa vastauksia

Kevyin versio farmasian tiedekunnan opetuksessa kokeilluista digitaalisista opetusmuodoista on AR, augmented reality eli lisätty todellisuus. Hieman tavallisia silmälaseja muistuttavien AR-lasien avulla todellinen toimintaympäristö näkyy opiskelijalle koko ajan. Näkökentässä on lisäksi digitaalisesta AR-ympäristöstä syötetty työn vaiheittainen opas ja laboratoriotyön suoritukseen sekä ymmärtämiseen liittyviä kysymyksiä.

Näppäimistön ja laseissa olevien ohjausnappien lisäksi AR-laseja voi ohjata äänikomennuksella, mikä takaa sujuvamman ja turvallisemman työskentelyn. AR-laseja voi käyttää myös pääpannan avulla, jolloin AR-ympäristön käyttö silmä- tai turvalasien kanssa on mukavampaa.

AR-lasien kameran avulla opiskelija skannaa laboratoriovälineisiin ja reagensseihin kiinnitettyjä QR-koodeja. Koodien välityksellä AR-ympäristö varmistaa työn etenemisen suunnitelman mukaisesti ja oikeita tarvikkeita käyttäen.

AR-ympäristö voi myös kysyä opiskelijalta työn edetessä kysymyksiä, joihin oikein vastaaminen päästää etenemään seuraavaan työvaiheeseen. Tarvittaessa opiskelijalla on mahdollisuus saada lisäohjeita infoikkunoissa olevien videoiden, valokuvien tai opastuksien avulla.

Näillä AR-ympäristön ominaisuuksilla voidaan varmistaa, että työskentely edistyy jouhevasti ja tietyt kriittiset kohdat laboratoriotyössä onnistuvat. Jokaisesta AR-lasien käytöstä jää pilvipalveluun jäljelle digitaalinen laboratoriopäiväkirja, josta opettaja pystyy seuraaman opiskelijan reaaliaikaista työskentelyä ja myöhemmin antamaan opiskelijalle palautetta.

AR-laseja on farmasian tiedekunnan laboratorio-opetuksessa kokeiltu kolmella kurssilla jo vuodesta 2019. Käytössä on ollut kahdet AR-lasit, ja jokaisesta n. 150 opiskelijan kurssista 10–15 opiskelijalla on ollut mahdollista testata laseja käytännössä (Kuva 2).

Ensimmäistä kertaa AR-laseja kokeiltiin Farmaseuttisen biologian ja aseptiikan kurssilla tutkijatohtori Karmen Kappin johdolla 2019. AR-ympäristön tuella määritettiin bakteerikantojen herkkyyttä antibiooteille. Opiskelijoiden positiivinen palaute ja AR-lasien selvä hyödyllisuus kannusti AR-lasien käytön jatkamiseen ja AR-ympäristön kehittämiseen.

Vuoden 2020 ensimmäisellä AR-tuetulla lääkevalmistekurssilla tehtiin silmätippoja yliopistonlehtori Tapani Viitalan ohjauksessa. Tämän jälkeen Karmen Kappin johdolla tarkistettiin valmistettujen silmätippojen mikrobiologinen puhtaus aseptisessa tilassa. Tällä tavalla pystyttiin seuraamaan samojen opiskelijoiden oppimista ja AR-lasien käyttöä kahden opintojakson aikana.

– Farmaseuttinen biologia ja aseptiikka -kurssilla työt sujuivat AR-lasien kanssa paljon paremmin kuin perinteisellä tavalla eli seuraamalla ohjeita kurssimonisteessa. Töistä suoriuduttiin kuitenkin hieman perinteistä menetelmää hitaammin. Tämä johtui siitä, että töihin sisältyvät lisäksi QR-koodien skannaus sekä kysymyksiin vastaaminen, Karmen Kapp toteaa.

– Opiskelijoilta kesti myös tovi tutustua laseihin ja niiden käyttöön. Erityisesti aseptisessa tilassa vei jonkin aikaa, ennen kuin laseille löytyi hyvä asento. Meillähän oli samalla koko muu aseptisen tilan suojavarustus päällä.

Joulukuussa 2020 lisättyä todellisuutta kokeiltiin ensimmäistä kertaa AR-lasien lisäksi myös matkapuhelinsovelluksena .

– Heikentyneestä koronatilanteesta huolimatta opiskelijat olivat hyvin kiinnostuneita sovelluksen käytöstä ja kokivat sen hyödylliseksi. Sain jopa muutamalta opiskelijalta ehdotuksen luopua kokonaan kurssimonisteesta ja järjestää kaikki työohjeet sovelluksessa, Karmen Kapp kertoo.

Farmasian AR-ympäristön sovellus matkapuhelimessa

AR-ympäristön sovellus matkapuhelimessa.Työskentely edistyy AR-lasien tapaan vaihe vaiheelta.

VR säästää tarvikkeita ja lisää turvallisuutta

Virtuaaliympäristöä eli VR:ää (virtual reality) on testattu farmasian tiedekunnassa lääkeaineiden käyttökuntoon saattamisen harjoitteluun. Normaalisti tätä harjoitellaan aseptisessa tilassa, jossa on optimaaliset työskentelyn mahdollisuudet kuitenkin kerrallaan vain kahdelle opiskelijalle.

– Kun aseptisesta tilasta luodaan virtuaaliympäristö, virtuaalilasien avulla toimenpiteitä voi harjoitella periaatteessa vaikka kuinka monta kertaa. Se on opiskelijoille turvallista, koska he eivät joudu käsittelemään tehokkaita lääkeaineita. VR-harjoittelussa ei myöskään kulu tarvikkeita, eikä siinä tarvita välinehuoltoa tai muita resursseja, Mia Sivén selittää.

Lisäksi Sivén painottaa, että työhön uppoutuu varsin vahvasti VR-laseja käyttäessään. Tästä voi jäädä tavallista työskentelyä vahvempi muistijälki.

Ohjelmistot suurin kustannus

Mia Sivén korostaa, että kun VR:ään ja AR:ään tarvittavat ohjelmistot on tehty, varsinaiset laitteet maksavat joitain tuhansia euroja. VR:ää pyörittämään tarvitaan tehokas tietokone, jonka uusiminen voi tulla eteen reilun kolmen vuoden välein. Samoin AR- ja VR-lasit sekä  VR-ohjaimet vanhenevat, joten niihin tarvitaan päivityksiä.

– Toisaalta, kun alkusijoitus on tehty, hinta kuittaantuu kurssikäytössä helposti takaisin. Ja oppimisen tukeminen on vielä tätäkin tärkeämpi ja arvokas itseisarvo, Mia Sivén toteaa.

 

Digiloikan VR-osuudessa ovat olleet mukana farmasian tiedekunnan lisäksi Metropolia AMK ja Helsingin yliopiston tietojenkäsittelytieteen osaston koodausta harjoittelevat OhTu-projektilaiset. Yhteistyötä AR-sovelluksen kehittämiseksi opetuskäyttöön on tehty suomalaisen startup-yritys Sciar Company Oy:n kanssa.

Mia Sivén kertoo farmasian tiedekunnan digiloikasta, kuten VR:n ja AR:n hyödyntämisestä laboratorio-opetuksessa.