Teknillinen korkeakoulu
Sähkö- ja Tietoliikennetekniikan osasto
S-72.600 Oppiva tietoyhteiskunta
Harjoitustyö :
Signaalit ja järjestelmät – laboratoriotöiden palautusjärjestelmän kehittäminen
Janne Rantanen 45948H
Hannu Terävä 45672T
1 Taustaa harjoitustyölle
*1.1 S-72.116 Signaalit ja järjestelmät
*1.2 "Tutkimusongelmat"
*2 Opetuksellisten tavoitteiden saavuttaminen
*3 Kysymysten asettelu
*4 Tekninen toteutus
*5 Yhteenveto
*Signaalit ja järjestelmät – kurssi kuuluu sähköosastolla kaikille pakollisiin opintoihin.
Kurssi koostuu seuraavista osa-alueista :
Laboratoriotöitä on tänä vuonna kolme :
Jokaiseen laboratoriotyöhön liittyy esi- ja jälkiselostukset. Esiselostus on yleensä 1 sivun mittainen, sisältäen yleensä laskutehtäviä. Paperi palautetaan laboratoriotöihin mentäessä, jossa assistentti tarkastaa sen ennen töiden aloittamista.
Laboratoriotöissä käytetään Matlab-ohjelmaa kun tutkitaan erilaisia signaaleja. Töitä suoritettaessa oppilaat tulostavat signaalikäyriä jälkiselostuksissa tutkimista varten. Itse jälkiselostus on vapaamuotoinen raportti tehdystä laboratoriotyöstä ja sen tuloksista analysointeineen. Kun mukaan liitetään Matlab – printit; yksi ryhmä tekee yleensä n. 15 – 25 sivun pituisen raportin. Omaa tekstiä on n. viitisen sivua.
Koska kurssi kuuluu pakollisiin kursseihin, se suurta sisäänottoa tekevällä sähkö-osastolla tarkoittaa melkoista massakurssia. Tänä vuonna kurssilla oli n. 350 opiskelijaa. Ensi vuonna odotetaan osallistujia olevan noin 400.
Aloite tämän harjoitustyön tekemiseen tuli tietoliikennelaboratorion assistenteilta, jotka työskentelevät Signaalit ja järjestelmät – kurssilla. Assistentit uskovat, että jälkiselostusten siirtäminen tietokonepohjaiseen palautukseen tehostaisi prosessia. Esiselostukset ovat hyvin matemaattisia, ja vaativat usein monimutkaisempaa kaavojen kirjoittelua. Lisäksi ne tarkistetaan muutenkin oppilaiden saapuessa laboratorioon. Siksi harjoitustyössämme katsottiin järkeväksi tutkia vain jälkiselostusten siirtämistä verkkoon.
Asetimme assistenttien kanssa keskustelun perusteella 2 tutkimusongelmaa, ja yhden Oppiva Tietoyhteiskunta – kurssin oppien perusteella, yksi ongelma on myös löytää näihin kolmeen ongelmaan vastaava tekninen toteutustapa
Nykyinen jälkiselostusten palautusmenetelmä tuottaa valtavan määrän paperia. Kurssille osallistuu 400 henkeä, mikä tarkoittaa 200 ryhmää. Kun laboratoriotöiden lukumäärää vielä ensi vuonna kasvatetaan neljään, arvioidaan keskimääräiseksi raportin pituudeksi n. 20 sivua kertyy palautussivuja n 16 000 ! Tällainen paperimäärä rasittaa sekä ympäristöä, että töitä tarkistavia assistentteja. Paperin kulutuksen vähentäminen oli yksi työmme tavoitteista.
Tällä hetkellä palautusjärjestelmä tuottaa assistenteille luettavaksi tuhansia sivuja materiaalia. Koska jälkiselostukset kirjoitetaan vapaamuotoisina raportteina, vastaukset ovat esseemuotoisia, joiden sisältä oppilaiden todellinen ymmärrys on hankalahko etsiä. Lisäksi todella suuren materiaalin tarkistaminen on hyvin työlästä eikä tarkistus ole välttämättä aina äärimmäisen syvällistä eikä tasapuolista. Vastausten kohdentaminen oleellisiin kysymyksiin ympäripyöreitten tarinoitten sijasta muodostui työmme päätavoitteeksi.
Tärkeänä parannuksena näimme luonnollisesti myös oppilaiden oppimisen tehostamisen. Tämän hetkinen jälkiselostusten palautusjärjestelmä ei välttämättä korosta asian ymmärtämistä, sillä jos jokin asia ei ole aivan selvä, sen on voinut piilottaa monisanaisen esseevastauksen sisälle. Lähdimme parantamaan tätä seikkaa, ja lisäksi tarkoituksena oli löytää jokin pedagoginen teoria, jota soveltamalla voisimme myös parantaa ja täyttää kurssin opetuksellisia tavoitteita.
Lähtökohtana työlle oli palautuksen siirtäminen verkkoon. Parhaimmaksi toteutustavaksi arvioimme etukäteen web-lomakkeen, jossa olisi rajoitettu tekstikenttien kokoa, jotta turhat löpinät saataisiin leikattua. Ongelmaksi muodostui kysymys, kuinka voimme saada yhtä vaativat selostustehtävät verkkoon kuin paperille, sillä aikaisemmin oppilaat ovat voineet piirtää matlab-tulosteisiin tai tehdä niihin vaadittavia merkintöjä. Myös teknisen palautustavan luotettavuus on yksi ongelma, jota lähdimme ratkaisemaan: Vastaukset eivät saa missään tapauksessa kadota sähköisen lähetyksen takia.
Tärkeä tavoitteemme oli kurssille osallistuvien oppimisen tehostaminen Otimme lähtökohdaksi Kolbin teorian erilaisista oppimistyyleistä. Kolb jakaa oppimisen neljään kategoriaan: konkreettiseen kokemiseen, heijastavaan tarkkailuun, abstraktiin konseptinluomiseen ja aktiiviseen kokeiluun.
Kolb ajatteli, että oppimistyylit voidaan nähdä jatkumona, jossa oppija vaihtaa oppimistyyliään ajan kuluessa. Yleensä kuitenkin ihmiset tottuvat käyttämään jotain oppimistyyliä enemmän kuin muita. Massakurssilla kuten Signaalit ja järjestelmät, pitäisi pystyä tarjoamaan kaikille mahdollisimman hyvät mahdollisuudet oppia riippumatta omasta oppimistyylistä.
Jos tutkitaan yllä esitetyssä kuvassa olevia neljää oppimisryhmää (accommodators,divergers, assimilators,convergers), niin luennot ja laboratoriotyöt tarjoavat oppimismahdollisuudet kolmeen eri tyyliin : assimilators (jotka etsivät vastausta kysymykseen 'what is there to know?'), convergers ('how?') ja divergers ('why?').
Assimilator-tyyliä käyttävät opiskelijat voivat etsiä pääkohdat luennoista ja luentomateriaalista sekä lähdekirjallisuudesta. Convergers-tyylin opiskelijat saavat vastauksen ’miten’-kysymykseen laskuharjoituksissa ja laboratoriotöissä. ’Miksi’-kysymys, joka on tyypillistä divergers-oppijille on parhaiten selvinnyt juuri laboratoritöissä ja laboratoritöiden jälkiselostuksia laadittaessa.
Laboratoriotöiden jälkiselostuskysymykset olisi laadittava niin, että kysymykset ’miksi’ ja ’miksi ei’ jäisivät kalvamaan opiskelijan mieleen. Jos kiinnostus herää aidosti johonkin laboratoriossa esiin nousseeseen aiheeseen, oppiminen tehostuu oman aktiivisuuden ja motivaatiotason noustessa.
Tähän mennessä jälkiselostukselta vaaditut asiat ovat olleet sitä, että opiskelijat ovat selittäneet saamiaan tuloksia ilman aivan tarkasti ohjaavia kysymyksiä. Nyt muotoilemamme kysymykset esittävät enemmän suoria kysymyksiä, joihin opiskelijat joutuvat tarjoamaan vastauksen.
Jos verrataan uusia kysymyksiä nykyisiin jälkiselostustehtäviin (liite 1), joissa kysymykset on asetettu melko ympäripyöreästi, tulee pyrkimysemme saamaan kysymykset ytimekkäämmiksi esiin (liitteet 2,3). Vaatimalla ytimekkäitä vastauksia muun muassa rajoittamalla vastaus-alaa on pyritty siihen, että tarkastavien assistenttien työ helpottuu. Lyhyestä vastauksesta suoraan kysymykseen näkee myös onko opiskelija ymmärtänyt asian vai onko hän vastannut kysymyksiin vain pintapuolisesti.
Pyrimme siis kysymään suoraan ja pyydämme oppilasta perustelemaan vastauksensa omin sanoin mutta kuitenkin kiteyttäen viestisnsä ennalta määriteltyjen vastaus-alojen puitteisiin.
Kysymysten asettelua vaikeutti se, että nyt opiskelijat eivät voi palauttaa itse laboratoriomittausten perusteella piirtämiään käyriä kuten vanhassa jälkiselostusmallissa tehtiin. Siksipä esimerkiksi kysymyksissä 2.3 ja 2.24, näytämme oikean vastauksen ja kaksi tyypillistä vanhoissa jälkiselostuksissa esiintyvää virhettä. Se, että vastausta pitää perustella omin sanoin tukee myös oppimistavoitteita.
Etukäteen asetimme palautusjärjestelmälle tavoitteeksi, että se olisi luonnollisesti kaikkien oppilaiden helposti käytettävissä oleva tuttu ympäristö. Web-selaimella käytettävissä oleva järjestelmä osoittautui ylivoimaisesti järkevimmäksi ja käytetyimmäksi ratkaisuksi. Koska emme halunneet ryhtyä käyttämään mitään erillistä opetusympäristöä, rajasimme toteutustavan tavalliseksi HTML-formiksi.
Vaatimuksemme oli, että vastauspituuden saa rajattua ja että mielellään olisi mahdollisuus 'tallentaa' täytetty lomake, jotta selaimen kaatumisella tms. ei olisi tuhoisia seurauksia. Siispä lähdimme etsimään esimerkkejä hyvien lomakkeiden toteutuksesta, ja jostain järjestelmästä jonka avulla olisi mahdollisuus tallentaa täytettyä lomaketta.
Valitettavasti saimme huomata, että HTML:ssä ei ole mitään helppoa mahdollisuutta rajata tekstikentän kokoa, sillä tekstikentistä tulee aina "rullattavia". (http://www.hut.fi/u/jkorpela/forms/textarea.html) Siispä päädyimme toteutuksessamme siihen, että tekstikenttien kokojen todetaan olevan ehdotuksia siitä, kuinka pitkiä vastauksia odotetaan. Luulemme tämän riittävän pitämään vastaukset lyhyinä.
Tallennus-järjestelmäksi harkitsimme tietotekniikan konetentissä käytössä olevaa järjestelmää. Kävimmekin neuvotteluja kuinka saisimme saman systeemin käyttöömme. Valitettavasti ainakaan suoraa käyttöoikeutta heidän perl-scripteillä toteuttamaansa järjestelmään ei massakurssillemme annettu. Siispä scriptit pitää asentaa jonnekin laboratorion web-serverille, jonka järjestäminen ei ainakaan vielä onnistunut. Siksi työmme onkin tässä vaiheessa vain pelkkä HTML-formi, joka mailto-ohjelmalla lähetetään kurssin assistenteille.
Tässä vaiheessa toteutimme vain kaksi ensimmäistä laboratoriotyötä (liitteet 2 ja 3) esimerkkeinä loput työt toteuttavalle assistentille
Harjoitustyömme ei teknisesti vielä tässä vaiheessa ainakaan täytä sille asetettuja vaatimuksia. Kunhan saamme tarvittavan ohjelman asennettua jollekin sopivalle serverille pääsemme kunnolla koekäyttämään systeemiä.
Asettamamme tutkimusongelmat tulivat ainakin jollain tavalla täytettyä. Paperisaasteesta päästään eroon ainakin osittain, koska raportteja ei tarvitse enää paperille tulostaa. Printitkin, joiden avulla vastataan jälkiselostuksen kysymyksiin jäävät vain opiskelijoiden materiaaliksi. Assistenttien tarkistusurakkakin helpottuu, kun kysymykset on uudelleensuunniteltu. Pedagogisiinkin tavoitteisiin vastattiin jollain tavalla, kun kysymyksissä pakotetaan oppilaat pohdiskelemaan juuri haluttuja asioita eikä vain selittämään ympäripyöreitä.
Tietoliikennelaboratorio saattaa tämän työn kannustamana ryhtyä laajemminkin käyttämään verkkopalautuksia, mikä on kenties merkittävin työmme tulos.
1. Signaalit ja Järjestelmät laboratorityöohjeet työ 1 ja työ 2, kevät 2000
2. Uudet kysymykset, työ 1
http://www.hut.fi/~hterava/labworks/tyo2.htm http://www.hut.fi/~hterava/labworks/labok.htm http://www.hut.fi/~hterava/labworks/laberror.htm