Rakennusten energiatekniikan opetus etiopialaisessa yliopistossa yhteistoiminnallista oppimista soveltaen
Kari Alanne, vanhempi yliopistonlehtori, konetekniikan laitos, Insinööritieteiden korkeakoulu, Aalto-yliopisto
kari.alanne@aalto.fi
Johdanto
Toteutin alkuvuodesta 2020 Aalto-yliopiston koulutusvientihankkeen, jossa Addis Abeban Teknillisen Instituutin (AAiT) jatko-opiskelijoille ja henkilökunnan jäsenille järjestettiin rakennusten energiajärjestelmien mallintamista ja optimointia käsittelevä kurssi. Hankkeessa oli pohjimmiltaan kyse kestävän kehityksen vauhdittamisesta, johon yliopistoilla on tärkeä tehtävä (Chen, Xion, Li & Sun, 2019). Energiatekniikan insinöörikoulutus tuottaa osaamista useille kestävän kehityksen avainalueille strategisesta päätöksenteosta viranomaistehtäviin (Mälkki, Alanne & Hirsto, 2012).
Rakennusten energiatekniikka-kurssin tavoitteena oli kehittää etiopialaisten yliopisto-opettajien valmiutta soveltaa alan koulutukseen yhteistoiminnallista oppimista. Yhteistoiminnallisella oppimisella tarkoitan erityisesti ongelmien ratkaisemista ryhmissä, opiskelijoiden toisilleen antamaa opetusta sekä opettaja-opiskelijavuorovaikutusta. Kehittyvien maiden yliopistoissa onkin kasvavaa mielenkiintoa uusien pedagogisten menetelmien käyttöönottoon. Pyrkimyksenä oli erityisesti hyödyntää paikallisen opetushenkilökunnan ymmärrystä omasta toimintaympäristöstään yhteistoiminnallisessa oppimisessa, jonka on todettu edistävän paitsi oppimista myös opiskelijoiden tyytyväisyyttä (esim. Tadesse, Gillies & Manathunga, 2020).
Kuvaan seuraavassa hankkeen aikaisia kokemuksiani. Keräsin niin ikään tietoa eli toteutin pienimuotoisen tutkimusprojektin kurssin vaikutuksista oppijoiden osaamiseen ja motivaation tasoon.
Vierailukohde ja toteutettu opetus
Hankkeen kohteena oli erityisesti ensimmäisen vuoden jatko-opiskelijoille suunnattu Selected Topics in Thermal Engineering -kurssi, joka toteutetaan AAiT:n School of Mechanical and Industrial Engineering -koulussa vuosittain vaihtelevista aiheista. Vuoden 2020 teemana oli rakennusten energiamallintaminen ja optimointi, minkä vuoksi käytin pohjana Aalto-yliopiston maisteriopintojen kurssia Building energy optimisation, jonka vastuuopettajana toimin.
Kyseinen kurssi koostuu kolmesta pääteemasta: rakennusten energiamallintaminen, elinkaarikustannusanalyysi ja optimointi. Näihin pohjautuen asetin kurssille viisi osaamistavoitetta ja määrittelin jokaiselle tavoitetasot. Nämä olivat kolmitasoisia Bloomin (Bloom, Engelhart, Furst, Hill & Krathwohl, 1956) taksonomian mukaan: tietäminen, ymmärtäminen ja soveltaminen. Sanoitin osaamistavoitteet niin, että ne kuvaavat odotettua osaamista kurssin jälkeen. Esimerkiksi yhden osaamistavoitteista muotoilin näin: ”Kurssin suoritettuaan opiskelija osaa soveltaa optimointimenetelmiä rakennusten energiamallintamisessa kokonaisten järjestelmien tasolla”.
Kurssin toteutustavoiksi valitsin ennakko- ja jälkitehtävät, neljä lähiopetuspäivää, kotitehtävät, projektityön ja tentin. Varasin kolme kuuden tunnin mittaista lähiopetuspäivää kullekin kolmesta pääteemasta ja yhden päivän kokonaisuudessaan projektityön purkamiselle sekä tentille. Tentin kestoksi valitsin paikallisen instituutin käytännön mukaisesti kolme tuntia. Kurssin kokonaistyökuormaksi arvioin 186 tuntia, mikä vastaa seitsemää opintopistettä (ECTS).
Hankkeen vaiheet
Lähetin opiskelijoille ennakkotehtävän joulukuussa 2019. Siinä heidän tuli arvioida sekä sanallisesti että asteikolla 0–5 oman nykyosaamisensa taso suhteessa kuhunkin viidestä osaamistavoitteesta. Lisäksi heidän tuli laatia miellekartta eli visuaalinen kuvaus (Buzan, 2010) siitä, millainen heidän oma käsityksensä kustakin kurssin kolmesta pääteemasta oli.
Ennakkotehtävän perusteella jaoin kaikki viisi osallistujaa työryhmiin: ensimmäiseen ryhmään kolme ja toiseen kaksi jäsentä. Tämän tavoitteena oli jakaa taustaosaamista mahdollisimman tasaisesti, mikä tukee vastuunjakoa ja sitoutumista yhteistoiminnallisessa oppimisessa.
Lähiopetus
Lähiopetus käynnistyi tammikuun 2020 alussa. Yhteistoiminnallinen oppiminen toteutui tässä käänteisopetuksen (flipped classroom) periaatteen (ks. Abeysekera & Dawson, 2015; Mason, Shuman & Cook, 2013) mukaisena. Toisin sanoen työryhmät tutustuivat itsenäisesti oppimateriaaleihin ennen lähiopetusta ja pohtivat ratkaisumalleja pääteemoittain jaoteltuihin kysymyksiin kaikkea saatavissa olevaa materiaalia hyödyntäen. Jokainen lähiopetuskerta alkoi siten, että kumpikin työryhmä opetti oppimansa muille. Kysymykset olivat molemmille ryhmille samat, mutta esitettyjä näkökulmia kyettiin täydentämään opetustilanteessa ja sen pohjalta käydyssä purkukeskustelussa opiskelijoiden hieman erilaisten taustojen ansiosta. Oma tehtäväni opettajana oli johdatella opiskelijat lyhyesti uuteen teoriakokonaisuuteen sekä opastaa ryhmätyöskentelyä ja antaa vinkkejä koti- ja projektitehtävien ratkaisemiseen.
Kurssitehtävät
Lähiopetuksen alussa jakamani projektityö oli tehtävämuodoltaan avoin. Yleistavoitteena oli tuottaa ehdotus energiaratkaisuksi Awassan kaupunkiin rakennettavaan kolmikerroksiseen kerrostaloon. Kyseinen muotoilu antoi opiskelijoille vapautta ja joustavuutta ratkaisumenetelmien ja työn osatavoitteiden valintaan, ja opettajana minun oli mahdollista muokata tehtävän vaikeustasoa ryhmän suoritustason mukaan.
Yhteistoiminnallinen oppiminen toteutui siten, että työryhmät jakoivat tehtävän osiin ja tasasivat vastuuta eri jäsenten välillä (esimerkiksi tiiminvetäjä, yhteyshenkilö). Lisäksi työhön kuului tulosten raportointi hyvän tieteellisen käytännön mukaisesti sekä toisen työryhmän raportin vertaisarviointi ja kestoltaan rajoitettu seminaariesitys työn taustasta, tavoitteista, menetelmistä ja tuloksista. Projektitöiden purku tapahtui tilaisuudessa, joka sisälsi palautekeskustelua sekä ryhmien välillä että opettajan kanssa. Molemmat ryhmät tuottivat niin ikään lyhyen vertaisarviointiraportin, jossa analysoitiin toisen ryhmän työn vahvuuksia ja heikkouksia.
Kurssilla oli projektityön lisäksi myös kolme kotitehtävää, jotka olivat laskennallisia ongelmanratkaisuja ja oppimispäiväkirjoja. Kukin opiskelija suoritti nämä tehtävät yksilötyönä.
Tentti
Järjestin tentin lähiopetusjakson lopussa helmikuussa 2020. Se koostui kahdesta teoriatehtävästä ja kolmesta laskutehtävästä liittyen yhteen tai useampaan kurssin osaamistavoitteista.
Vilpin ehkäisemiseksi sijoitin osallistujat luentosaliin vähintään kahden metrin etäisyydelle toisistaan. Paikallinen henkilökunta valvoi tenttitilaisuutta koko sen keston ajan.
Jälkitehtävä ja oppimisen arviointi
Lähetin opiskelijoille jälkitehtävän välittömästi kurssin päätyttyä. Se oli muodoltaan ja sisällöltään sama kuin ennakkotehtävä, kuitenkin sillä erotuksella, että jälkitehtävässä osallistujien oli määrä reflektoida sitä, miten heidän käsityksensä kurssisisällöistä ja tavoitteista olivat muuttuneet kurssin aikana.
Arvioin opiskelijoiden suoritukset vertaamalla niitä kuhunkin osaamistavoitteeseen sekä malliratkaisuun. Käytössä oli kirjainarvosana (A-F), joka määräytyi maksimipisteistä lasketun prosenttiosuuden perusteella siten, että arvosanat A-E edustivat osaamistasoa erinomaisesta välttävään ja F tarkoitti hylättyä suoritusta. Otin arvioinnissa huomioon myös vertaispalautteen.
Pienimuotoisen pedagogisen tutkimuksen tulokset
Tutkimusaineistoni muodostui työraporteista, kurssin jälkeisen palautekyselyn tuloksista ja kirjallisesta viestinnästä (sähköpostiviestit). Palautekyselyn toteutin Webropol-alustalla. Kysely sisälsi 16 kysymystä, joista viisi oli avoimia kysymyksiä ja loput monivalintakysymyksiä. Käsittelin kaiken keräämäni aineiston Suomen lakien sekä Aalto-yliopiston ohjeiden mukaisesti. Pyysin jokaiselta osallistujalta luvan hyödyntää aineistoa pedagogiseen tutkimukseen.
Analysoin aineiston systemaattisesti pyrkien tunnistamaan lukuja, sanoja ja kaavamaisuuksia, jotka tuottavat informaatiota osaamisesta, opiskelumotivaatiosta ja oppimistyylistä. Etsin erityisesti ennakko- ja jälkitehtävien narratiiveista kuvailevia sanoja ja fraaseja, joiden asiayhteyttä ja esiintymistiheyttä vertailin ennen ja jälkeen kurssin tuotetuissa teksteissä. Vastaavasti vertailin kurssille osallistuneiden opiskelijoiden ennen ja jälkeen kurssin tuottamia miellekarttoja sekä muodon että sisällön osalta.
Tuloksena totean, että kurssi lisäsi sekä osaamista että motivaatiota. Osallistujien osaamistaso näytti kasvaneen suhteessa jokaiseen osaamistavoitteeseen. Yhteistoiminnallinen oppiminen vahvisti kurssilaisten mieltämää teorian ja käytännön välistä yhteyttä sekä selkeytti yhteyttä pääteemojen välillä. Jo kurssin alussa innostuneiden ja aktiivisten opiskelijoiden motivaatio vaan lisääntyi kurssin edetessä. Kurssilaiset kokivat, että yhteistoiminnallisuus tuki oppimista.
Kurssi näyttäisi vaikuttaneen myös oppimistyyleihin. Kolbin (1984) mallia (ks. myös Felder & Brent, 2005) noudattaen pyrin selvittämään eri oppimistyyleihin liitettyjen kysymyssanojen yleisyyttä aineistossa. Oppijat, jotka aiemmin esittivät mitä-kysymyksiä, vaikuttivat viljelevän kurssin päätyttyä enemmän miksi-kysymyksiä. Vastaavasti sellaiset opiskelijat, jotka olivat aiemmin kysyneet ”Miten?”, esittivät kurssin loputtua mitä jos -kysymyksiä.
Ryhmätyön ja ryhmien välisen vuorovaikutuksen lisäksi opettajan hyvä saavutettavuus ja läsnäolo koettiin yhteistoiminnallisessa oppimisessa tärkeäksi. Oppimista tuki myös kirjoittaminen. Kokemukseni perusteella voin suositella esimerkiksi oppimispäiväkirjaa pedagogiseksi menetelmäksi silloin, kun opettajan kokemus tai ennakkotieto paikallisista työskentelytavoista ja oppimistyyleistä on vähäinen.
Haasteiksi muodostuivat kurssin aikataulu sekä viestintä erilaisten akateemisten kulttuurien välillä. Tiukka aikataulu sekä opiskelijoiden epärealistiset arvosanaodotukset haastoivat opettajan työtä. Palautteen mukaan tentti poikkesi odotetusta, ja opiskelijat vaativat korkeimpia arvosanoja. He osoittivat valmiutta tehdä lisätyötä arvosanan korottamiseksi, mutta samaan aikaan vetosivat suureen työkuormaan. Vaativan aikataulun vuoksi jouduin tekemään projektityön sisältöön kurssin aikana pieniä helpotuksia.
Yhteistoiminnallista oppimista vaikeutti lisäksi opiskelijoiden rajallinen kyky ilmaista itseään suullisesti lähiopetustilanteissa, mikä johtui todennäköisesti englannin kielen (kurssin opetuskieli) puutteellisesta osaamisesta. Kirjallisessa tuotoksessa esiintyi runsassanaisuutta ja kiertoilmaisuja etenkin ennakkotehtävän ollessa kyseessä. Toisaalta raportointia vaivasi kriittisen ajattelun puute. Opiskelijat eivät esimerkiksi pyrkineet hakemaan tukea esitetyille väitteille kirjallisuudesta, vaikka opettajana johdattelin heitä siihen suuntaan. Eräänä selittävänä tekijänä lienevät erot akateemisessa perinteessä suomalaisten yliopistojen ja AAiT:n välillä siinä mielessä, että suomalaiset opiskelijat ovat itseohjautuvampia etiopialaisiin verrattuna.
Lopuksi
Pienimuotoinen pedagoginen tutkimukseni jäi yleiselle tasolle eikä sisältänyt vertailua opettajalähtöisen ja yhteistoiminnallisen oppimisen välillä. Opetuskokeilun tuloksista voi kuitenkin olla hyötyä suunniteltaessa lähestymistapoja energia- ja talotekniikan opetukseen kehittyvien maiden yliopistoissa. Yhteistoiminnallinen oppiminen näyttäisi haastavan paikallisia akateemisia perinteitä. Opiskelijat tuntuivat omaksuneen aikaisempaa tutkivamman ja kyseenalaistavamman tulokulman oppimiseen, mikä osaltaan muokkaa maaperää suotuisaksi innovaatioille ja siten edistää kestävää kehitystä.
Lähteet
Abeysekera, L. & Dawson, P. (2015). Motivation and cognitive load in the flipped classroom: definition, rationale and a call for research. Higher Education Research and Development, 34(1), 1-14. Saatavilla http://dx.doi.org/10.1080/07294360.2014.934336
Bloom, B.S., Engelhart, M.D., Furst, E.J., Hill, W.H. & Krathwohl, D.R. (1956). Taxonomy of Educational Objectives: The Classification of Educational Goals, Handbook I: Cognitive Domain: New York: Longman.
Buzan, T. (2010). The Mind Map Book: Unlock your creativity, boost your memory, change your life. Harlow, UK: Pearson Education Limited.
Chen, B., Xiong, R., Li, H. & Sun, Q. (2019). Pathways for sustainable energy transition. Journal of Cleaner Production, 228, 1564-1571. Saatavilla https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.04.372
Felder, R.M. & Brent, R. (2005). Understanding Student Differences. Journal of Engineering Education, 94(1), 57-72. Saatavilla http://dx.doi.org/10.1002/j.2168-9830.2005.tb00829.x
Kolb, D. A. (1984). Experiential Learning: Experience as the Source of Learning and Development. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.
Mason, G., Shuman, T. & Cook, K. (2013). Comparing the Effectiveness of an Inverted Classroom to a Traditional Classroom in an Upper-Division Engineering Course. IEEE Transactions on Education, 56(4), 430–435. Saatavilla http://dx.doi.org/10.1109/TE.2013.2249066
Mälkki, H., Alanne, K. & Hirsto, L. (2012). Energy engineering students on their way to expertise in sustainable energy. Environmental and Climate Technologies, 8(1), 24-28.
Tadesse, T., Gillies, R.M. & Manathunga, C. (2020). Shifting the instructional paradigm in higher education classrooms in Ethiopia: What happens when we use cooperative learning pedagogies more seriously? International Journal of Educational Research, 99, 101509. Saatavilla https://doi.org/10.1016/j.ijer.2019.101509
Yliopistopedagogiikka 