Abstract This research thesis aimed to deepen understanding about the nature of technology and its possible correspondence to the constructivist notion of learning. Since technology education is a relatively new subject area in general education and still in an emerging phase in various countries, it provided some interesting opportunities to take into account the latest developments in educational psychology in relation to the development of teaching technology. Moreover, this thesis aimed at finding ways for technology education to provide possibilities to learning environments where the nature of technology could be integrated effectively into the current notion of children as active agents in their learning processes. The thesis was based on two Case Studies. Both of the Case Studies were carried out on the primary school level. The overall purpose of Case Study I was to consider automation technology and its teaching as a subject-matter area in developing technology education in Finland. In Case Study II the purpose was to explore the influences of socio-cultural interaction on children's thinking and actions in prescribed and open problem-solving situations while they were technologically creating a particular product which used sound for a chosen purpose. Case Study II also involved English schoolchildren. Teaching methods throughout the thesis were based on the assumption that constructivist-driven, open, and creative problem solving, as well as children-centered approaches, are especially suitable for technology education. This assumption arises from the notions that innovation and problem solving are important in technological processes and that technology has usually emerged as a response to human needs and wants. Consequently, design briefs were developed to provide open, children-centered problem solving based on the acute needs found in the children's own living environment. In both of the Case Studies multiple data collection procedures were applied. In Case Study I data were collected by means of group observations documented in videotaped recordings, written field notes and project files saved by the students. Moreover, In Case Study II data were collected in terms of photographs of the pupils' final outcomes, including pupils' design folders and product evaluations, the teacher's teaching notes, teacher's lesson evaluation notes, the researcher's field notes based on observations and a questionnaire. The methodological perspective in both of the Case Studies was qualitative in nature and grounded on inductive and interpretative data-based analysis. The analysis employed an open search for categories, concepts and patterns emerging from the data. The inductive interpretative analysis process enabled the results to be framed as empirical assertions. In addition to the assertions the results of Case Study I detailed content classifications of the substance in the focus were included as well. The assertions and the classifications were supported by evidentiary examples taken from the data. The supporting examples were interpreted from the viewpoint of the research problems. The results of the thesis suggested that in technology education it is important for children to be able to work and learn in a way that fosters open problem solving with innovation and divergent thinking. In technology education the design briefs and task allocations should be open enough to allow the children to explore their own living environment in order to find problems that need to be solved. Actually, in technology education, according to the nature of technology, there should not be right answers to the posed questions, but rather appropriate solutions to emerging problems. Moreover, teaching methods adjusted according to the nature of technology ensure naturally that the children are treated as active, intentional and goal-directed humans whose activities are driven by human volition. / Tiivistelmä Tämä tutkimus pyrki syventämään ymmärtämystä teknologian luonteesta ja sen mahdollisesta vastaavuudesta konstruktivistiseen oppimiskäsitykseen. Teknologiakasvatus on suhteellisen uusi ala yleissivistävässä koulutuksessa ja se on edelleen sukeutuvassa vaiheessa useissa maissa. Tällainen tilanne antoi mielenkiintoisia mahdollisuuksia ottaa huomioon viimeisimpiä oppimispsykologisia virtauksia suhteessa teknologian opetuksen kehittämiseen. Lisäksi tutkimus pyrki etsimään teknologiakasvatukselle mahdollisuuksia sellaisten oppimisympäristöjen luomiseen, joissa teknologian luonne voitaisiin tehokkaasti integroida nykyiseen käsitykseen lapsista oppimisprosessiensa aktiivisina tekijöinä. Tämä tutkimus perustui kahteen tapaustutkimukseen (Case Studies). Kummatkin tapaukset toteutettiin peruskoulun ala-asteella. Ensimmäiseen tapauksen (Case Study I) yleisenä tarkoituksena oli tarkastella automaatioteknologiaa ja sen opetusta sisältöalueena osana teknologiakasvatuksen kehittämispyrkimyksiä. Toisessa tapauksessa (Case Study II) tarkoituksena oli tutkia sosio-kulttuurillisen vuorovaikutuksen vaikutusta lasten ajatteluun ja toimintaan avoimissa ja suljetuissa ongelmanratkaisutilanteissa. Tässä tapauksessa lapset tekivät valittavaan tarkoitukseen ääntä tuottavia laitteita ja siihen osallistui myös englantilaisia koululaisia. Tutkimuksessa käytetyt opetusmetodit perustuivat oletukseen, että konstruktivismiin pohjautuvat, avointa ja luovaa ongelmanratkaisua sekä oppilaskeskeisyyttä korostavat lähestymistavat ovat erityisen soveliaita teknologiakasvatuksessa käytettäviksi. Tämä oletus nousee käsityksestä, jossa innovatiivisuus ja ongelmanratkaisu ovat tärkeitä teknologisille prosesseille ja että teknologia esiintyy vastauksena ihmisen tarpeisiin. Oppilaille annetut tehtävät määriteltiinkin sellaisiksi, että ne mahdollistivat avoimen, oppilaskeskeisen ongelmanratkaisun perustuen lasten omasta elinpiiristään esiin nousevien tarpeiden tyydyttämiseen. Molemmissa tapauksissa tutkimusaineistoa kerättiin usealla eri tavalla. Ensimmäisessä tapauksessa tutkimusaineistoa kerättiin oppilasryhmiä havainnoimalla mm. videonauhoituksin ja kenttäpäiväkirjaa kirjoittamalla sekä tallentamalla levykkeelle ryhmien projektissa luomat tiedostot. Tämän lisäksi toisessa tapauksessa tutkimusaineistoa kerättiin valokuvaamalla oppilaiden suunnittelukansiot tuotteen itse arviointeineen ja heidän valmistamansa työt. Tässä tapauksessa tallennettiin myös opettajan opetuksestaan tekemiä havaintoja ja arviointeja, tutkimuspäiväkirjaan tehdyt observointimuistiinpanot sekä oppilaille järjestetyn kyselyn tulokset. Molemmat tapaukset olivat metodologisesti laadullisia tutkimuksia ja perustuivat induktiiviseen ja tulkitsevaan aineistopohjaiseen analyysiin. Analyysissä kiinnitettiin huomiota nimenomaan tutkimusaineistosta esiin nouseviin käsitteisiin, lainalaisuuksiin ja säännönmukaisuuksiin. Tutkimuksen metodologinen valinta mahdollisti tulosten esittämisen empiirisinä väittäminä, joita tuettiin tutkimusaineistosta otetuilla esimerkeillä. Empiiristen väittämien lisäksi ensimmäisen tapauksen tulokset sisältävät tutkimusaineistosta esiin nousseita luokituksia analyysin kohteena olevista painotuksista. Sekä empiirisiä väittämiä, että luokituksia tuettiin tutkimusaineistosta otetuilla esimerkeillä. Esimerkit myös tulkittiin tutkimusongelmien näkökulmasta katsottuna. Tutkimuksen tuloksista voidaan päätellä, että teknologiakasvatuksessa on tärkeää antaa lapsille mahdollisuuksia työskennellä ja oppia tavalla, joka kehittää innovatiivista avointa ongelmanratkaisua ja divergenttiä ajattelua. Tässä mielessä annetut tehtävät tulisi olla niin avoimia, että lapsien olisi mahdollista löytää omasta elinpiiristään ratkaisua vaativia ongelmia. Itse asiassa teknologiakasvatuksessa, teknologian perusolemuksen mukaisesti, ei tulisi ollakaan vastauksia esitettyihin kysymyksiin, vaan tarkoituksemukaisia ratkaisuja esiintyviin ongelmiin. Lisäksi teknologian perusluonteen mukaiset opetusmenetelmät huomioivat lapsen sisäisesti toimintaan halukkaaksi motivoituneena ja aktiivisena sekä tarkoitus-ja päämäärähakuisena ihmisenä.

Abstract The aim of this study was to explore metacognition, specifically socially shared metacognition within computer-supported collaborative problem solving. Another aim of this study was to find methodological solutions for uncovering how metacognition becomes visible and shared in group problem solving in a text-based and asynchronous learning environment. During this dissertation study, two empirical experiments were performed. Participants in the first experiment were secondary school students (N=16) who worked with the Knowledge Forum (KF) learning environment. In the second experiment, triads of pre-service teachers’ (N=18) problem solving was supported by the Workmates (WM) learning environment. The data of this study consist of discussion forum data, self-report questionnaires, and individual’s feeling of difficulty graphs. In the data analysis, quantitative and qualitative research methods, along with individual and group level analyses, were combined to provide a deeper understanding of the phenomena being studied. A qualitative content analysis of the computer notes at the cognitive, metacognitive and social level were first analysed at the individual level, which made visible individual thinking and characterized the nature of the online discussions. In the interpretation phase, the categorizations were interpreted as group level processes in order to examine the contextual development of collaborative problem solving. To accomplish this, a process-oriented graph of group problem solving was developed. Further, to understand how socially shared metacognition in group problem solving can be related to individual metacognition, especially metacognitive experiences, group members’ individual feelings of difficulty were combined with the results of the discussion forum data. The results of this study show that the process of socially shared metacognition is a differentiator in the success of a group’s mathematical problem solving. Socially shared metacognition requires that group members participate in joint problem solving intentionally and reciprocally, acknowledge each other’s thinking and develop their ideas further. In other words, the process of socially shared metacognition has intention to steering the discussion rather than exchanging ideas about possible ways to solve the tasks. Further, the results of this study suggest that if the process of socially shared metacognition emerges, then the most of students will be able to reduce their feelings of difficulty. The results of this study suggest that socially shared metacognition is a complex and extra-ordinary group-level phenomenon. Socially shared metacognition could become more visible if participants focus on analysing the task and verifying the process as well as the outcome of the problem solving instead of exploring and implementing various unelaborated solution efforts. While socially shared metacognition fosters success in group problem solving, it also helps individual’s thinking grow as a part of the group. / Tiivistelmä Tässä tutkimuksessa selvitetään metakognition, erityisesti sosiaalisesti jaetun metakognition, ilmenemistä tietokoneavusteisessa yhteisöllisessä matematiikan ongelmanratkaisussa. Tutkimuksen tavoitteena on myös kehittää aineiston analysointimenetelmiä metakognition ja erityisesti sosiaalisesti jaetun metakognition tutkimiseksi. Tutkimus koostuu kahdesta empiirisestä osatutkimuksesta. Ensimmäisessä tutkimuksessa koehenkilöinä olivat erään perusasteen yläkoulun seitsemännen luokan suomalaiset oppilaat. Toisessa tutkimuksessa koehenkilöinä toimivat ensimmäisen vuosikurssin suomalaiset luokanopettajaopiskelijat. Molemmissa tutkimuksissa yhteisöllisen ongelmanratkaisuprosessin tukena käytettiin tekstipohjaiseen, eriaikaiseen vuorovaikutukseen perustuvia oppimisympäristöjä: Knowledge Forumia ja Työporukkaa (engl. WorkMates, WM). Tutkimusaineisto koostuu verkkokeskustelukommenteista, kyselylomakkeista sekä ongelmanratkaisutehtävän jälkeen piirretyistä graafeista, jotka ilmentävät tehtävän aikana koettua vaikeuden tunnetta. Ongelmanratkaisuprosessia kuvaavassa analyysissa yhdistetään sekä kvalitatiivisia että kvantitatiivisia menetelmiä sosiaalisesti jaetun metakognition tutkimiseksi. Verkkokeskusteluaineistoa analysoidaan yksilötasolla kvalitatiivisen sisällönanalyysin periaatteiden mukaisesti. Osallistujien tallentamat verkkokeskustelukommentit on luokiteltu kognitiivisiksi, metakognitiivisiksi tai sosiaalisiksi viesteiksi. Viestien sisällön tulkinta perustuu ainoastaan kirjoitettuun tekstiin eikä osallistujien ajatteluun viestien taustalla. Verkkokeskusteluaineistoa tulkitaan ryhmätasolla erilaisten visualisointimenetelmien, kuten sosiaalisen verkostoanalyysin ja ryhmän ongelmanratkaisua kuvaavan graafin, avulla. Sosiaalisesti jaetun metakognition yhteyttä yksilön metakognitioon, erityisesti tehtävään liittyvään vaikeuden tunteeseen, tutkitaan ryhmän ongelmanratkaisua kuvaavien graafien, verkkokeskustelukommenttien ja ongelmanratkaisutehtävän jälkeen piirrettyjen tehtävän aikana koettua vaikeutta kuvaavien graafien avulla. Sosiaalisesti jaettua metakognitiota ei ilmene yleisesti ryhmän ongelmanratkaisussa. Tähän vaikuttaa muun muassa se, ettei ryhmissä kiinnitetä huomiota tehtävänantoon ja saadun ratkaisun oikeellisuuteen, vaan pääpaino ongelmanratkaisussa on ratkaisumenetelmien etsimisessä ja esitettyjen ehdotusten toteuttamisessa. Tämän tutkimuksen tulokset kuitenkin osoittavat, että sosiaalisesti jaettu metakognitio on ilmiönä monitahoinen. Tulosten perusteella sosiaalisesti jaettu metakognitio on myös tärkeä tekijä ryhmän ongelmanratkaisussa. Onnistuneessa ongelmanratkaisussa ryhmän jäsenet sitoutuvat yhteiseen prosessiin ja toimivat vastavuoroisesti perustellen esittämänsä ajatukset sekä huomioiden ratkaisun kannalta tärkeät kysymykset ja ratkaisuehdotukset. Tällöin on mahdollista, että sosiaalisesti jaettu metakognitio vähentää useimpien ryhmän jäsenten kokemaa vaikeuden tunnetta. Sosiaalisesti jaetulla metakognitiolla näyttää olevan tärkeä tehtävä paitsi ryhmän myös yksilön ajattelussa.