Liikuteltava mikroluokka tuo joustavuutta simulointiharjoituksiin
Pekka Rossi, Eetu-Pekka Heikkinen & Juha Jaako
Kuinka toimia, kun tietokoneluokassa järjestettäviä simulointiharjoituksia vaikeuttavat käytössä olevien mikroluokkien määrä ja ohjelmistolisenssien rajoitukset? Oulun yliopiston prosessi- ja ympäristötekniikan koulutusohjelmissa ongelma ratkaistiin liikuteltavalla mikroluokalla, joka tuo joustavuutta opetuksen järjestämiseen.
Johdanto
Harjoitustöitä tekniikan yliopisto-opinnoissa voidaan perustella monin tavoin. Opiskelijalähtöiset ja itse tehtävät harjoitukset vaikuttavat positiivisesti oppimiseen lähes minkä tahansa oppimisteorian mukaan – konstruktivismin, pragmatismin tai kognitivismin (Smith, Sheppard, Johnson & Johnson, 2005). Lisäksi harjoitustöiden teettämistä voidaan perustella opetettavan aineen – tekniikan – näkökulmasta, sillä harjoitukset tarjoavat autenttisia ja käytännönläheisiä oppimistilanteita, joissa oppiminen on mahdollista liittää tekniikan käytännön sovelluksiin sekä artefakteihin, kuten prosessitekniikassa teollisiin prosesseihin (ks. esim. Harb, Jones, Rowley & Wilding, 1997; Tynjälä, Välimaa & Sarja, 2003).
Monia prosessi- ja ympäristötekniikan artefakteja on kuitenkin kallista, aikaa vievää ja vaarallista liittää opintojen harjoitustöihin, ja harjoituksia on vaikea toteuttaa. Tämän vuoksi esimerkiksi raudan pelkistäminen, patojen rakennesuunnittelu tai paperikoneen säädön harjoittelu täysimittaisilla masuuneilla, rikastusaltailla tai paperikoneilla ei ole mahdollista. Korvikkeen autenttisille harjoituksille tarjoavatkin erilaiset simulointi-, mallinnus- ja laskentatyökalut, joiden avulla teoriaa on mahdollista yhdistää käytäntöön nopeammin, turvallisemmin ja halvemmin kuin oikeissa teollisissa prosesseissa. Tällöin tärkeitä ovat tehokkaat tietokoneet ja laskentaohjelmistot.
Lisäksi simulointia ja mallinnusta opetuksessa voidaan perustella sillä, että myös työelämään siirtyneet diplomi-insinöörit käyttävät erilaisia simulointi- ja mallinnustyökaluja suunnitellessaan ja kehittäessään teollisia prosesseja. Keskeistä on myös osata käyttää tehokkaita laskentatyökaluja, kuten Matlabia ja Simulinkia, simuloinneissa ja mallinnuksissa.
Simulointi- ja laskentaohjelmistojen käyttöä rajoittavat kuitenkin muun muassa ohjelmistolisenssit ja tietokoneluokkien määrä. Monien ohjelmistojen lisenssit ovat kalliita, eikä opiskelijoilla tai edes laitoksilla ole niihin varaa. Tilojen ja lisenssien puutteen takia simulointi- ja laskentaohjelmistoharjoitukset on usein järjestettävä muusta opetuksesta poikkeavina aikoina, esimerkiksi iltaisin tai viikonloppuisin, mikä aiheuttaa aikatauluongelmia. Usein ohjelmistoa ei voida asentaa yliopiston yleisiin mikroluokkatiloihin rajallisten käyttöoikeuksien takia. Muun muassa näiden ongelmien vuoksi päätettiin Oulun yliopiston prosessi- ja ympäristötekniikan koulutusohjelmissa ottaa käyttöön liikuteltava mikroluokka, jonka tarkoituksena on tuoda joustavuutta simulointi- ja tietokonelaskentaharjoituksiin.
Liikuteltava mikroluokka
Liikuteltavalla mikroluokalla, joka on esitetty kuvassa 1, tarkoitetaan pyörillä kulkevaa vaunua, jossa on paikat yhdelletoista kannettavalle tietokoneelle. Oulun yliopiston prosessi- ja ympäristötekniikan osastolla vaunuja on kaksi. Vaunut on rakennettu siten, että tietokoneiden akkuja voidaan ladata omilla paikoillaan vaunussa tai latauslaitteella pöydällä.
Kuva 1. Liikuteltavan mikroluokan tietokonevaunu
(Kuva: Juha Jaako)
Tietokoneiden ohjelmistopaketeissa on sekä prosessi- ja ympäristötekniikan perustyökaluja, kuten Matlab-, CAD-suunnittelu- ja ArcGIS-paikkatieto-ohjelma, että spesifisten alojen erikoisohjelmia, kuten GMS- ja SMS-virtausmallinnusohjelmistot, Geocalc-ohjelma geoteknisiin laskentoihin sekä HSC Chemistry -tasapainolaskentaohjelmisto termodynaamisiin tarkasteluihin. Ohjelmistojen lisenssit ovat joko konekohtaisia tai kelluvia. Kelluvat lisenssit, eli ohjelmistot, joiden lisenssi haetaan ulkoiselta palvelimelta, toimivat yliopistojen Eduroam-verkossa (CSC, 2012). Yliopiston luokkatiloissa toimii Eduroam- langaton verkko, johon opiskelija voi kirjautua omilla yliopistotunnuksillaan ja tätä kautta aktivoida kelluvat lisenssit. Näin koneita ei tarvitse käyttää tietyssä luokkatilassa.
Liikuteltavan mikroluokan kahta vaunua säilytetään pienessä, muutaman neliön varastotilassa. Koneet varataan verkossa, joten päällekkäisyyksiä ei synny. Samoin eri kurssien lukujärjestykset, joissa koneita käytetään, pyritään järjestämään niin, ettei koneita tarvita yhtä aikaa. Opettajien on mahdollista varata käyttöönsä joko toinen tai molemmat vaunut kerrallaan. Liikuteltava mikroluokka voi olla yhtä aikaa käytössä joko kahdella pienellä opetusryhmällä (10–20 opiskelijaa) tai yhdellä suurella ryhmällä (20–40 opiskelijaa).
Käyttökokemuksia
Liikuteltava mikroluokka otettiin käyttöön vuoden 2012 kevätlukukaudella, jonka aikana se oli käytössä yhteensä kuudella opintojaksolla, joista kullekin osallistui kymmenestä neljäänkymmeneen opiskelijaa. Opintojaksojen aiheet vaihtelivat pohjavesitekniikasta, georakentamisen mallinnuksesta sekä kaivos- ja rikastustoiminnasta säätötekniikkaan ja prosessien optimointiin.
Liikuteltava mikroluokka on osoittautunut – alkuhankaluuksien jälkeen – toimivaksi kokonaisuudeksi. Erityisesti luokkien käyttö on tullut joustavammaksi. Koska koneita voi liikutella luokasta toiseen, voidaan tavallisia luokkahuoneita käyttää ohjelmistojen opetukseen ja toisaalta tavallisia luentoja syventää käytännön harjoituksilla, koska koneet ja ohjelmistot ovat helposti käytettävissä samassa tilassa. Koneissa on tehoakut, joten koneita voi käyttää yhtäjaksoisesti nelisen tuntia ilman latausta.
Opintojaksojen opettajilta ja opiskelijoilta saatu palaute on ollut kiittävää. Erikoisohjelmien käytössä mikroluokka on käytännöllinen, koska lisenssejä on yleensä rajallisesti. Lisäksi tietokoneita, joita käyttää vain osa opiskelijoista, on helpompi hallinnoida kuin yliopiston yhteisten mikroluokkien koneita.
Ongelmia liikuteltavan mikroluokan kanssa tuli erityisesti, kun koneet otettiin käyttöön. Kelluvia lisenssejä oli ensi alkuun vaikea käyttää, mutta Eduroam on osin poistanut nämä ongelmat. Eduroamiin kirjautuminen ei tosin aina ole onnistunut opiskelijan tunnuksilla eikä ensimmäisellä kirjautumisyrityksellä. Tätä ongelmaa ratkotaan edelleen. Lisäksi on syytä todeta, että lisenssejä on edelleen liian vähän. Matlab-ohjelmistoa voi samanaikaisesti käyttää vain kuudessa koneessa, mikä rajoittaa merkittävästi Matlabin tehokasta käyttöä liikuteltavassa mikroluokassa. Myös mikroluokan kuljettaminen toiselle puolelle yliopistoa satojen metrien päähän vie aikaa, ja tämän vuoksi olemme pääasiassa käyttäneet mahdollisimman lähellä säilytystilaa olevia luokkia.
Päällekkäisyyksiä liikuteltavan mikroluokan käytössä on joitain kertoja lukuvuodessa, mutta tilanne on kuitenkin selvästi parempi kuin ennen luokan hankintaa. Siten simulointi- ja laskentaharjoituksia on entistä joustavampi ajoittaa. Kannettavien tietokoneiden akut eivät kestä koko päivää, jolloin on turvauduttava verkkovirtaan. Tämä rajoittaa jonkin verran koneiden käyttöä, koska luokkahuoneissa tarvitaan jatkojohtoja. Kehittämistä on lisäksi koneiden varausjärjestelmässä, joka nykyisellään ei ole kovinkaan joustava ja helppokäyttöinen verkkovaraussivusto. Tavoitteena on liittää varausjärjestelmä yhteen lukujärjestysten laadinnan ja salivarausten kanssa.
Yhteenveto
Oulun yliopiston prosessi- ja ympäristötekniikan koulutusohjelmissa otettiin vuoden 2012 alussa käyttöön liikuteltava mikroluokka, joka koostuu kahdesta yhdentoista kannettavan tietokoneen vaunusta, jotka ovat varattavissa yhdessä tai erikseen. Liikuteltava mikroluokka mahdollistaa mikroluokkaharjoitusten järjestämisen missä tahansa opetustilassa sekä joustavoittaa luokkatilojen käyttöä ajallisesti ja tilallisesti. Sekä opettajien kokemukset että opiskelijoilta saatu palaute luokasta ovat olleet myönteisiä, joskin langatonta verkkoa ja ohjelmistolisenssejä on vielä kehitettävä.
Kirjoittajat työskentelevät Oulun yliopiston prosessi- ja ympäristötekniikan osastolla. Pekka Rossi toimii osastolla tohtorikoulutettavana, Eetu-Pekka Heikkinen yliopisto-opettajana ja Juha Jaako yliopistonlehtorina.
LÄHTEET
CSC (2012). Eduroam ja muu verkkovierailu. CSC – Tieteen tietotekniikan keskus. Luettu 05.09.2012, http://www.csc.fi/hallinto/funet/palvelut/eduroam
Harb, J.N., Jones, A., Rowley, R.L. & Wilding, W.V. (1997). Use of computational tools in engineering education. A case study on the use of Mathcad. Chemical Engineering Education, 31 (3), 180–187.
Tynjälä, P., Välimaa, J. & Sarja, A. (2003). Pedagogical perspectives on the relationship between higher education and working life. Higher Education, 46 (2), 147–166.
Smith, K.A., Sheppard, S.H., Johnson, D.W. & Johnson, R.T. (2005). Pedagogies of engagement: Classroom-based practices. Journal of Engineering Education, 94 (1), 1–15.
Yliopistopedagogiikka 