Active Learning in Engineering Higher Education : Bridging Conceptual Perspectives and Student Learning Processes

Abstract

Opiskelijoita aktivoivat opetusmenetelmät ovat herättäneet laajaa kiinnostusta opetuksessa, tutkimuksessa ja koulutuspolitiikassa. Kansainvälisessä kirjallisuudessa näistä menetelmistä käytetään usein termiä<i> active learning</i>, joka tässä yhteydessä suomennetaan aktiiviseksi oppimiseksi. Tämä väitöskirja tarkastelee aktiivista oppimista korkea-asteen insinöörikoulutuksen kontekstissa. Väitöskirja koostuu kolmesta osatutkimuksesta ja yhteenveto-osiosta.

Väitöskirjalla on kaksi päätavoitetta. Ensimmäinen tavoite on selvittää aktiivista oppimista koskevan tutkimuksen tilaa insinöörikoulutuksen kontekstissa. Tätä tarkastellaan kirjallisuuskatsauksella (osatutkimus I; N = 66), joka kattaa ajanjakson vuodesta 2000 toukokuuhun 2018. Tulokset osoittivat, että aktiivista oppimista ei useinkaan määritelty lainkaan tai että määritelmät olivat hajanaisia. Käytetyt määritelmät kuvasivat aktiivista oppimista opetusmenetelminä, jotka pyrkivät aktivoimaan opiskelijaa fyysisesti, kognitiivisesti tai sosiaalisesti. Aktiivisen oppimisen teoreettinen perustelu oli harvinaista. Sen sijaan useimmat perustelut aktiivisen oppimisen käytölle perustuivat oletuksiin tai suosituksiin. Oppimistuloksia koskevat havainnot olivat pääosin positiivisia, mutta niitä tukeviin tutkimusmenetelmiin liittyi merkittäviä rajoitteita.

Toinen päätavoite on selvittää, miten aktiivinen oppiminen muokkaa opiskelijoiden oppimisprosesseja. Tätä tavoitetta lähestytään kahdessa osatutkimuksessa (II ja III). Aineistona oli 42 opiskelijan haastattelut, jotka analysoitiin laadullisella temaattisella analyysilla. Osatutkimuksessa II (n = 26) tarkasteltiin, miten opiskelijat kokevat aktiivisen oppimisen vaikuttavan tunteisiinsa. Osatutkimus III (n = 16) käsitteli opiskelijoiden kokemuksia siitä, miten heille annettu aktiivinen ja vastuullinen oppijan rooli vaikuttaa heidän tunteisiinsa ja koettuun osaamiseensa. Haastatellut opiskelijat olivat osallistuneet joko käänteisenä opetuksena (n = 9) tai luentopohjaisena opetuksena (n = 7) toteutetuille insinöörimatematiikan kursseille.

Osatutkimusten I ja II tulokset osoittivat, että opiskelijoiden kokemukset heidän aktiivisesta ja vastuullisesta roolistaan muokkasivat heidän tunteitaan ja motivaatiotaan. Opiskelijoiden positiiviset tunteet liittyivät onnistumisen kokemuksiin ja opiskelukokemuksen jakamiseen vertaisten kanssa. Negatiivisia tunteita puolestaan heräsi tilanteissa, joissa opiskelijat olivat aktiivisia vertaisten edessä, kohtasivat vaikeuksia itsenäisessä työskentelyssä tai kokivat haasteita ryhmätyöskentelyssä. Käänteiseen opetukseen liittyvä mahdollisuus tehdä valintoja edisti opiskelijoiden kokemusta osaamisen kehittymisestä, sillä se tarjosi mahdollisuuden opiskella itselle sopivalla tavalla ja helpotti opiskelun ja muun elämän yhteensovittamista. Käänteiseen opetukseen osallistuneet opiskelijat kuvasivat kuitenkin myös, että suuri vastuu omasta oppimisesta asetti haasteita kurssisisällön oppimiselle ja herätti negatiivisia tunteita.

Tämä väitöskirja edistää aktiivisen oppimisen teoreettista ymmärrystä ja tarjoaa käytännön ohjeita korkeakouluopettajille. Ensinnäkin se esittää aktiiviselle oppimiselle selkeämmän määritelmän ja teoreettisen viitekehyksen. Toiseksi väitöskirja korostaa tarvetta tutkia aktiivista oppimista oppimisprosessien eikä pelkästään oppimistulosten näkökulmasta. Kolmanneksi tulokset tukevat korkeakouluopettajia pedagogisten valintojen tekemisessä tarjoamalla heille syvempää ymmärrystä aktiivisen oppimisen käytännöllisistä, teoreettisista, poliittisista ja metodologisista taustoista. Lopuksi väitöskirja tarjoaa opettajille työkaluja opiskelijoiden tunteiden ja motivaation tukemiseen opiskelijoiden kontrolliarvioiden ja kompetenssin tarpeen täyttymisen kautta.

In recent decades, political, practical, and scholarly interest in teaching methods that aim to activate students has grown significantly. These methods are commonly referred to as active learning (AL). This doctoral dissertation explores AL within the context of engineering higher education (EHE). The dissertation comprises three studies and a summary.

The dissertation has two main aims. First, it seeks to provide an overview of the state of AL research in EHE. This aim is addressed through a qualitative literature review (Study I) that explores how AL was defined and rationalized in EHE research between 2000 and May 2018. A review of 66 studies revealed that definitions of AL were often absent or inconsistent. Collectively, the definitions portrayed AL as teaching methods designed to enhance students’ behavioral, cognitive, or social activity. The rationales for AL were rarely grounded in learning theories; most were based on assumptions or recommendations. The findings of the reviewed articles associated AL with mostly positive learning outcomes, although these claims were often methodologically limited.

The second aim is to develop a deeper understanding of how AL shapes students’ learning processes. This was addressed through two qualitative studies (Studies II and III) that provided insights into students’ emotions and motivation in AL. Altogether, 42 semi-structured student interviews were conducted and analyzed with a thematic analysis. Study II, drawing on 26 interviews, examined how engineering students perceived the emotional impact of AL. Study III was based on 16 interviews conducted after three engineering mathematics courses that were implemented either with flipped learning (FL) (n = 9) or lecture-based principles (n = 7). This study investigated how students experience their active and responsible role in AL and its influence on emotions and perceived competence development.

Student experiences revealed that their emotions and motivation were strongly shaped by how they experienced their active and responsible role in AL. Students’ experiences of success and sharing the experience with peers can benefit student emotions, whereas an active role in front of peers, facing difficulties in individual work, or encountering collaboration challenges often triggers negative emotions. Opportunities for choice in FL supported competence development by allowing students to study in preferred ways and helping them manage their study-life balance. However, excessive responsibility for learning posed challenges for perceived competence development and evoked negative emotions.

This dissertation contributes to the theoretical understanding of AL and offers practical guidance for higher education (HE) teachers. First, it provides a clearer definition and theoretical positioning of AL to support future research and practice. Second, it highlights the need to study AL from the viewpoint of learning processes and not solely by focusing on outcomes. Third, the findings inform HE teachers’ pedagogical decisions by providing them with a practical, theoretical, and methodological understanding of AL. Finally, the dissertation offers strategies for supporting students’ emotions and motivation in AL environments through their appraisals of control and competence satisfaction.