Abstract The development of new work practices requires the combination of several organizations. The interaction and knowledge formation of the participants are the essential factors. The aim of this study was to reveal their potential for forming new work practices to day-care centre work in the practice of Social Services (UAS) studies. The research focused on co-operative learning of the network of persons representing universities (academic and applied sciences) and day-care centres. The methodology of the study is based on developmental work research. Four different types of data were collected: 1. Discussion data of the Social Services (UAS) students, teachers and work place instructors during joint planning sessions, 2. Their stimulated recall -interview data, 3. The historical analysis of the day-care work, 4. Historical analysis of the transfer concept. The “expansive learning cycle” and historical analysis of the transfer were used as conceptual tools of analyzing teamwork and knowledge formation of the teams. The activity system model of developmental work research was used as conceptual tool of analyzing learning of the teams. Central themes were further elaborated using stimulated recall – interviews. The interaction mainly consisted of presenting one’s own view, and on the other hand, solving a common problem. The team did not question the interaction at a personal level. The team was not able to construct the common activity system and the boundary object between different institutions (the university, university of applied sciences and the day-care centres). Knowledge formation was conducted by reconstruction of existing knowledge and traditional transfer. On the other hand, regenerative learning and knowledge formation were developed in the activity system of the day-care centre and education. The team observed children’s learning and the contradictions of current activity and formed a new theoretical concept. It was applied as a tool for the activity of students. The new insight was not expanded to the work in day-care centres. Mere conversation is not sufficient - new work practices require mutual trust, strong network connections and the ability to assess and develop the attitude towards a more co-operative one. Knowledge formation provides regenerative learning. What is essential is questioning present practices, knowing the zone of proximal development of the work and modeling of new ideas. The most important in knowledge formation, interaction and learning are the theories of learning. The starting point to develop the work is to find the right object based on the needs of working life. / Tiivistelmä Uusien työtapojen kehittäminen vaatii useiden organisaatioiden yhteistoimintaa. Keskeistä on eri asiantuntijoiden vuorovaikutus ja tiedonmuodostus. Tutkimuksessa selvitettiin kehittäjätiimin vuorovaikutuksen ja tiedonmuodostuksen suhdetta uusien työtapojen muodostumiseen sosionomi (AMK) -koulutuksen harjoittelussa. Tutkimus kohdistui yliopiston, ammattikorkeakoulun ja päiväkodin edustajien yhteistoiminnalliseen oppimiseen tavoitteenaan kehittävä siirtovaikutus. Tutkimuksen metodologia perustuu kehittävään työntutkimukseen. Tutkimus sisältää neljä aineistoa: 1. Sosionomi (AMK) -opiskelijoiden, opettajien ja työpaikkaohjaajien keskusteluaineiston, 2. stimulated recall -haastatteluaineiston, 3. päiväkotityön historiallisen kehityksen analyysiaineiston, 4. siirtovaikutuksen käsitteen historiallisen analyysiaineiston. Keskusteluaineiston vuorovaikutuksen analyysimenetelmänä käytettiin tiimityön analysoinnin käsitteellisiä välineitä. Tiedonmuodostusta analysoitiin ekspansiivisella oppimissyklillä ja siirtovaikutuksen kehitysvaihemallilla. Päiväkotityön historia-analyysiä käytettiin osallistujien kehittämiskohteen tulkintaan. Oppimista analysoitiin toimintajärjestelmän rakennemallilla. Stimulated recall -haastattelut täydensivät analyysejä. Kehittäjätiimin vuorovaikutuksessa korostui oman näkökulman esittäminen ja toisaalta yhteisen ongelman ratkaiseminen. Osallistujat eivät kyseenalaistaneet yksilötason vuorovaikutustaan. Tiimi ei pystynyt luomaan yliopiston, ammattikorkeakoulun ja päiväkodin edustajien yhteistä toimintajärjestelmää ja kehittämiskohdetta. Tiedonmuodostusta ohjasivat valmiin tiedon rekonstruointi ja staattinen siirtovaikutus. Toisaalta päiväkodin ja koulutuksen toimintajärjestelmässä kehittyi uudistavaa oppimista. Osallistujat käsittelivät lasten oppimista, nykytoiminnan ristiriitoja ja muodostivat uuden selitysmallin, jolla oli teoreettista merkitystä opiskelijan toiminnan välineenä. Uusi selitysmalli ei siirtynyt päiväkotityöhön. Pelkkä keskustelu ei riitä - uudet työtavat edellyttävät keskinäistä luottamusta, vahvoja verkostosuhteita sekä kykyä arvioida ja kehittää asennetta yhteistoiminnallisuuteen. Tärkeimmiksi tiedonmuodostusta, vuorovaikutusta ja oppimista sääteleviksi tekijöiksi nousevat oppimisteoriat. Uudistukset edellyttävät uudistavaa oppimista. Keskeistä on taito yhdessä kyseenalaistaa nykyistä toimintaa, hahmottaa työn lähikehitys sekä mallittaa uusia ideoita. Lähtökohtana ovat työelämän tarpeista nousevat kehittämiskohteet.

Abstract This study describes work-based learning in a Master’s Degree Programme in Rehabilitation at a University of Applied Sciences. The study describes students’ individual learning and the development tasks they implemented in their work communities. The first study focused on worklife-based learning on the level of the individual. The research data consisted of individual interviews with students. The second study explored worklife-based learning in the students’ work communities. The material consisted of individual interviews with supervisors and students, group interviews with workers, a group interview with teachers and joint development meetings at the students’ work communities. The different studies were analysed using the content analysis method. According to the survey the students’ learning resulted in the development of a service-oriented agency, which was founded on a customer-oriented work approach, a multi-layered development vision and a communal cooperative and research-oriented development approach. The service-oriented agency consisted of both the rules and tools of rehabilitation activity and of the factors defining the community and the distribution of work that the development of changing rehabilitation requires. The students felt that the multiprofessional student group played a significant role in the work-based learning. The students’ development tasks demonstrated that in the work communities both customer-oriented rehabilitation, a common frame of reference for rehabilitation work, multi-professional work and the cost-effectiveness of service were all developed. The results of the development effort could be seen in the improved work-related well-being of the workers. In the work communities the development approach to rehabilitation work was research-oriented. The learning was based on theoretical foundations and communality and resulted in finding both solutions for practical problems and new tools. The study produced new knowledge about work-based learning that takes place at the activity system level. It corroborated earlier studies on the need for developing both the cooperation between universities of applied sciences and worklife and customer-oriented rehabilitation activity. The results can be utilised both in the development of cooperation with working life and the development of curriculum in a Master’s Degree Level education at Universities of Applied Sciences. / Tiivistelmä Tämä tutkimus kuvailee työelämälähtöistä oppimista ylemmässä ammattikorkeakoulutuksessa kuntoutuksen koulutusohjelmassa. Tutkimuksessa kuvataan opiskelijoiden yksilöllistä oppimista ja kehittämistehtäviä, jotka he toteuttivat työyhteisöissään. Ensimmäinen osatutkimus keskittyi työelämälähtöiseen oppimiseen yksilötasolla. Aineisto koostui opiskelijoiden yksilöhaastatteluista. Toinen osatutkimus tutki työelämälähtöistä oppimista opiskelijoiden työyhteisöissä. Aineisto koostui esimiesten ja opiskelijoiden yksilöhaastatteluista, työntekijöiden ryhmähaastatteluista, opettajien ryhmähaastattelusta ja opiskelijoiden työyhteisöjen yhteiskehittelypalavereista. Osatutkimukset analysoitiin sisällönanalyysillä. Haastattelututkimuksen mukaan opiskelijoiden oppimisen tulokseksi kiteytyi palvelutoimijuus, joka rakentui asiakaslähtöisestä työotteesta, monitasoisesta kehittämisnäkemyksestä sekä yhteisöllisestä ja tutkimuksellisesta kehittämisotteesta. Palvelutoimijuus koostui kuntoutustoiminnan säännöistä ja välineistä sekä yhteisöä ja työnjakoa määrittävistä tekijöistä, joita muuttuvan kuntoutuksen kehittäminen edellyttää. Opiskelijat kokivat, että moniammatillisella opiskelijaryhmällä oli merkittävä rooli työelämälähtöisessä oppimisessa. Opiskelijoiden kehittämistehtävät osoittivat, että työyhteisöissä kehitettiin asiakaslähtöistä kuntoutustyötä, rakennettiin yhteistä kuntoutustyön viitekehystä ja edistettiin moniammatillista työskentelyä ja palvelun kustannustehokkuutta. Kehittämistyön tulos näkyi työntekijöiden työhyvinvoinnin lisääntymisenä. Työyhteisöissä kuntoutustyön kehittämisote oli tutkimuksellinen. Oppiminen pohjautui teoreettisiin lähtökohtiin ja yhteisöllisyyteen, ja johti käytännöllisten ongelmien ratkaisuun ja uusien välineiden löytämiseen. Tutkimus tuotti uutta tietoa toimintajärjestelmätasolla tapahtuvasta työelämälähtöisestä oppimisesta. Se vahvisti aikaisempia tutkimuksia ammattikorkeakoulun ja työelämän yhteistyön ja asiakaslähtöisen kuntoutustoiminnan kehittämisen tarpeesta. Tuloksia voidaan hyödyntää ylemmän ammattikorkeakoulutuksen työelämäyhteistyön ja opetussuunnitelman kehittämisessä.

Abstract This study focused on enriching collaborative learning through pedagogically scripted multiplayer games. Collaborative learning was examined in the synchronous discussions of small group problem-solving activities in face-to-face and virtual game settings. The theoretical approach is socio-cognitive and builds on the contextual and situated nature of learning. Interaction between group members in social situations is a key mechanism fostering students’ collaborative learning. In the field of Computer-Supported Collaborative Learning the underlying aim is to stimulate and structure socially shared construction of knowledge and development of shared understanding among the collaborators. This thesis consisted of three empirical studies. The first study focused on analysing the macro-level elements of teacher education students’ face-to-face discussions in a context of an international web-based course. The focus of the second and third empirical studies was on how distributed collaboration can be enriched by scripting multiplayer game environments. The game environments were developed and tailored as part of the empirical studies. The main aim was to analyse small-group micro-level interactions and activities taking place during the game. Moreover, the particulars of a 3D voice-enhanced multiplayer game context for small-group shared collaborative activities were investigated. The focus of the last empirical study was on aspects of collaborative game activity and shared problem solving described from the perspective of individual players. The results indicated that the synchronous small-group discussions, on the macro-level, consisted of explaining, sharing knowledge, providing critiques, reflection, and joint engagement. The micro-level elements of the players’ discussions during the game were questions, content statements, social statements, suggestions, instructions or orders, encouragements, and responses. Both macro and micro level elements varied in random order during the discussion, forming a base for small-group discussion and joint problem-solving efforts. Not all problem-solving situations in the game data were shared, indicating that if shared collaborative activity was pursued, the scripting of the game tasks must require equal participation and teamwork during the game. The 3D game environment created a strong shared context for the distributed groups by engaging the players and reinforcing individual participation through the avatar activity. The findings of this thesis contribute to the future development of serious games and highlight the potential of multiplayer games as tools for supporting the social aspects of distributed teamwork. / Tiivistelmä Väitöstutkimus tarkastelee yhteisöllisen oppimisen rikastamista pedagogisesti vaiheistettujen virtuaalipeliympäristöjen avulla. Tutkimuksessa on analysoitu pienryhmien sosiaalista vuorovaikutusta luokkahuonekeskusteluissa ja puhevälitteisissä peliympäristöissä. Teoreettisesti tutkimus pohjautuu sosiokognitiiviseen käsitykseen oppimisesta, jonka mukaan sosiaaliset tilanteet voivat käynnistää yksilöissä oppimisen kannalta keskeisiä mekanismeja, kuten esimerkiksi selittämistä ja tiedon jakamista. Yhteisöllisen oppimisen ytimeksi katsotaan jaetun ymmärryksen rakentaminen sosiaalisessa vuorovaikutuksessa, mitä tietokoneavusteisen yhteisöllisen oppimisen tutkimuslinjassa pyritään tukemaan vaiheistamalla oppimisympäristöjä. Tutkimus koostuu kolmesta eri osatutkimuksesta, joista ensimmäisessä analysoitiin korkeakouluopiskelijoiden pienryhmäkeskustelua luokkahuonetilanteessa. Lähitapaamiset toimivat kurssilla hajautetun kansainvälisen verkkotyöskentelyn tukena. Toisessa osatutkimuksessa tarkasteltiin, voiko hajautettua yhteisöllistä oppimista rikastaa puhevälitteisen monenpelaajan peliympäristön avulla. Pelin tehtävät suunniteltiin ja vaiheistettiin yhteisöllistä toimintaa vaativiksi sekä jaetun ymmärryksen rakentamista tukeviksi. Analyysi keskittyi korkeakouluopiskelijoiden pelinaikaisen keskustelun ja ongelmanratkaisutilanteiden tarkasteluun. Kolmannen osatutkimuksen tavoitteena oli tutkia, mitä osatekijöitä työelämäkontekstista tulleet osallistujat joutuivat hallitsemaan puhevälitteisessä monenpelaajan pelissä. Tutkimusten video- ja haastatteluaineistot analysoitiin laadullisen sisällönanalyysin menetelmin. Tutkimustulokset osoittivat, että pienryhmän vuorovaikutus koostuu makrotasolla mm. selittämisestä, tiedon jakamisesta ja reflektoinnista. Mikrotasolla mm. kysymykset, toteamukset, auttaminen ja ehdottaminen vaihtelivat puheenvuoroittain ja muodostivat yhteisen toiminnan pohjan pienryhmän pelaamisessa. Kaikki ongelmanratkaisutilanteet pelin aikana eivät kuitenkaan olleet jaettuja. Tulokset osoittavat, että kun tavoitellaan aidosti yhteisöllisiä tilanteita, pelin tehtävät täytyy vaiheistaa niin, että ne vaativat kaikkien osallistumista ja pitävät ryhmää virtuaalisesti yhdessä. Tässä tutkimuksessa käytetyt peliympäristöt muodostivat hajautetuille ryhmille vahvan jaetun tilan ja virtuaalisten ihmishahmojen eli avatarien kautta osallistuminen vahvisti yksilöiden toimijuutta pienryhmän osana. Tuloksia voidaan hyödyntää hajautetun tiimityön kontekstissa sekä käyttää tukena tulevaisuuden virtuaalisten tiimipelien suunnittelussa.

Abstract This thesis aims to contribute to the restructuring of the research field of ICT in education by trying to reduce the complexity of the research with an analysis of the research from the perspective of research of science. The analysis provides a second order observation of research especially from a paradigm point of view. The concept of paradigm has been re-defined by applying Niklas Luhmann's (1995) theory of social systems. The main research task of this thesis is to describe the paradigms structuring scientific communication in research on ICT integration in education. The research questions here are based on the understanding that paradigms are structures of the social communicative systems of science, creating expectations for the researcher about the scientific nature of the research. The definition of the paradigm as a selective structure in a social communicative system of science implicitly defines that the communication within the system is language by nature. In this research, to separate it from linguistics, the focus is in the use of language in research context, not in language itself. In practice, the paradigms of research on ICT integration in education are analyzed through qualitative analysis of metaphors containing ontological assumptions of research and rhetoric convincing the scientific community of the scientific nature and the interest of research. The sample articles have been selected according to such a criteria that they can be seen representing the core of the scientific communication in the field. From the education point of view, the mainstream of research on ICT integration in education has led to an immersion of the learning theoretical foundation of the research into techno-economic paradigms - and in a sense led to fading of broader educational and social perspectives. The mainstream of the research is shadowing the research that has social and cultural approaches and critical research interests related to a changing education system and global educational problems. Although the research puts emphasis on constructive learning theories, techno-economic paradigms of the research field continue the tradition of instructional technology, which is framing the concept of "e-Education". This mainstream is not viable in solving the current problems of education globally. This is not to say that the research field of ICT in education is growing obsolete. On the contrary, the research is needed urgently but it should focus also on the broader educational and social developments in a global context. / Tiivistelmä Tämä tutkimus liittyy tieto- ja viestintätekniikan opetuskäytön poikkitieteellisen tutkimusalueen jäsentämiseen ja selkiinnyttämiseen. Tutkimuksen lähestymistapa on tutkimuksen tutkimus, jossa tutkimusaluetta tarkastellaan reflektiivisesti ns. toisen tason havainnointina. Tutkimuksessa lähestytään tieto- ja viestintätekniikan opetuskäytön tutkimusaluetta paradigma -käsitteen avulla, joka määritellään Niklas Luhmann'in (1995) sosiaalisen järjestelmän teoriaa hyödyntäen tieteellisen kommunikaatiojärjestelmän valikoiviksi rakenteeksi. Tutkimusongelmat keskittyvät näiden rakenteiden kuvailemiseen olettaen, että nämä valikoivat rakenteet luovat tutkijoille odotuksia tutkimuksen perusolettamuksista. Paradigmat tieteellisen kommunikatiivisen järjestelmän rakenteina perustuvat kieleen, jota käytetään tutkimusten raportoinnissa sekä muussa tieteellisessä kommunikaatiossa. Tässä tutkimuksessa näitä rakenteita tutkitaan kansainvälisissä tutkimusartikkeleissa esiintyvien tieto- ja viestintätekniikan opetuskäyttöön liittyvien metaforisten ilmauksien sekä tutkimuksen lähtökohtiin ja intresseihin liittyvän retoriikan kautta. Tulkinnassa käytetään kielen käytön tutkimuksen menetelmiä, pitäytyen metaforisten ilmausten sekä retoriikan yhdenmukaisuuksien ja erojen analysoimisessa. Analyysin tarkoituksena on jäsentää tieteellisen kommunikaation paradigmaattisia rakenteita. Tutkimuksen tuloksena voidaan lyhyesti todeta, että tieto- ja viestintätekniikan opetuskäytön tutkimusta luonnehtii voimakas instrumentaalinen sekä teknis-taloudellinen suuntaus. Suurin osa tutkimusta hallitsevista metaforista sekä paradigmoista voidaan nähdä tämän laajemman suuntauksen osina. Orastava sosio-kulttuurinen tutkimus-suuntaus on selvästi edellä mainitun pääsuuntauksen varjossa. Oppimisteoreettisesti orientoitunut opetusteknologinen tutkimus korostaa yhteistoiminnallisuutta ja sosiaalista kontekstia oppimisen edellytyksenä. Tutkimusparadigmojen näkökulmasta myös tämä tutkimusorientaatio noudattaa pääosin teknis-taloudellista tutkimussuuntausta. Tämä on havaittavissa teknologian instrumentaalisuuden korostamisessa sekä tutkimuksen perustumisessa pääosin luonnontieteelliseen tutkimustraditioon. Tutkimus ei siten erotu olennaisesti teknis-taloudellisesta tutkimus- ja kehitystyöstä erilliseksi suuntaukseksi. Tutkimuksen keskeiseksi käsitteeksi nousevat erityisesti "e-education" ja "e-learning", joiden varaan uusi koulutus- ja oppimismuoto on jäsentymässä. Sosio-kulttuurinen tutkimusorientaatio, institutionaaliset tutkimuskohdetta kuvaavat metaforat sekä koulutuksen muutosta korostavat tutkimusintressit ovat tutkimusalan kokonaisvaltaisen jäsentymisen ja globaalien koulutuksellisten ongelmien kannalta tärkeitä. Poikkitieteellisen, eri tieteenaloja ja metaforia syntetisoivan viitekehyksen sekä kulttuuritutkimuksellisen lähestymistavan korostaminen ovat tieto- ja viestintätekniikan opetuskäytön tutkimuksen kehittymisen kannalta keskeisiä.

Abstract The aim of this thesis is to examine the practices of classroom learning communities whose pedagogy in the learning of science and mathematics draws on the sociocultural perspective. This pedagogical framework views learning as a collective process of meaning making situated in cultural contexts. This research thesis illuminates the ways in which communal learning activity is constructed into being in the social interactions of classroom learning communities. Methodologically, this research is concerned with unravelling the dynamics of collaborative learning processes, and with examining how they give rise to the construction of diverse voices during participation in cultural activities. The empirical findings discussed in this thesis are derived from three case studies. Case Study 1 examines the nature of participation processes in science classrooms representing three age levels (Kaartinen & Kumpulainen, 2001). Case Study 2 focuses on the construction of explanations in a collaborative science learning project (Kaartinen & Kumpulainen, 2002). Case Study 3, reported in two articles, investigates the processes and conditions for collaborative reasoning in an elementary classroom context with a special interest in mathematics (Kumpulainen & Kaartinen, 2000, 2003). On the basis of the findings of this thesis, successful collaboration — joint effort towards a joint non-predetermined goal of action — can be said to require the growth of communicative consciousness. This means the ability to approach the problem under question from the point of view of another person and hence conversely, an ability to see one's own position from the point of view of other person. In this thesis, collaborative negotiation processes consisted of diverse interpretations, varying from informal to formal explanations, and from descriptive reasoning to causal reasoning. It seems evident that the traditional approach to teaching does not give students enough tools to elaborate their conceptions. However, the results of this thesis indicate that the collaborative learning situations here described have the power to provide students with opportunities to elaborate their explanations. The results of this thesis highlight the potential of the sociocultural approach to engage students in educational interaction, where diverse voices are able to participate and contribute to the ongoing discussion. The involvement of all students in collaborative discourses also poses challenges to sociocultural pedagogy, calling for educators to recognise and support varied opportunities for participation in educational discourse. The examples presented in this thesis are aimed at providing educators and researchers with lenses through which to examine the sociocultural practices of these classrooms and potentially further develop them. / Tiivistelmä Väitöstutkimukseni tarkoituksena on tutkia sosiokulturaalista pedagogiikkaa soveltavien oppijayhteisöjen käytänteitä matematiikan ja luonnontieteiden luokkahuoneissa. Tämän pedagogisen lähestymistavan mukaan oppiminen nähdään yhteisöllisenä, kulttuurisiin käytänteisiin liittyvänä osallistumis- ja merkityksenantoprosessina. Tutkimus valottaa yhteisöllisten opiskelutilanteiden rakentumista ja realisoitumista tutkimukseen osallistuneiden luokkahuoneiden sosiaalisessa vuorovaikutuksessa. Tässä tutkimuksessa kehitettyjen tutkimusmenetelmien avulla halutaan selvittää yhteistoiminnallisten opiskeluprosessien luonnetta ja sitä, kuinka näiden prosessien avulla voidaan tukea erilaisten lähestymistapojen osallistumista kulttuurisiin toimintoihin. Tutkimuksen empiiriset tulokset ovat peräisin kolmesta eri tapaustutkimuksesta. Ensimmäinen tapaustutkimus (Kaartinen & Kumpulainen, 2001) tarkastelee kolmea eri ikäkautta edustavien luonnontieteiden luokkahuoneiden osallistumisen prosessia. Toinen tapaustutkimus (Kaartinen & Kumpulainen, 2002) keskittyy selitysten rakentumisen tutkimiseen yhteistoiminnallisuutta soveltavassa luonnontieteiden opiskeluprojektissa. Kolmas tapaustutkimus, joka on raportoitu kahdessa eri artikkelissa (Kumpulainen & Kaartinen, 2000, 2003), tutkii yhteistoiminnallisen merkityksenantoprosessin rakentumista ja luonnetta ala-asteen geometrian opetuksessa. Tulosten perusteella kommunikatiivinen tietoisuus on onnistuneen yhteistoiminnallisuuden edellytyksenä matematiikan ja luonnontieteiden opiskelussa. Kommunikatiivinen tietoisuus tässä yhteydessä tarkoittaa kykyä lähestyä tarkasteltavaa ongelmaa toisen osallistujan näkökulmasta ja vastaavasi kääntäen, kykyä nähdä oma asemansa osallistuvan toisen näkökulmasta. Yhteistoiminnallisten selitysten luonteen tutkimus toi esille erilaisia lähestymistapoja akateemiseen tietoon matematiikan ja luonnontieteiden alalla. Tässä tutkimuksessa selitysten rakentuminen koostui erilaisista tulkinnoista ja vaihteli informaalista selittämisestä formaaliin selittämiseen sekä kuvailevasta selittämisestä syy- seuraussuhteita etsivään selittämiseen. Tulokset valottavat sosiokulturaalisen lähestymistavan mahdollisuutta sellaisen kasvatuksellisen vuorovaikutuksen rakentumisessa, joka tukee erilaisten tulkintojen osallistumisen ja vaikuttamisen mahdollisuutta merkityksenantoprosessiin. Haasteen muodostaa sellaisen kasvatuksellisen vuorovaikutuksen rakentaminen, jossa myös hiljaiset oppijat osallistuvat yhteisölliseen merkityksenantoprosessiin. Tutkimuksessa esitettävät empiiriset esimerkit tarjoavat kasvattajille ja tutkijoille välineitä, joiden avulla voidaan tarkastella ja mahdollisesti myös kehittää matematiikan ja luonnontieteiden luokkahuoneiden sosiaalisia käytänteitä.

Abstract In the present research of engineering studies in the Department of Process and Environmental Engineering in the University of Oulu the graduation processes of eight various groups of students were documented and analyzed. For the validation of the data triangulation method was availed of. The accumulation of study attainments was calculated and, using the measured data, the graduation time models were created. A new method of modeling a non-linear study process by using a Matlab step response model was developed. The model is exact in the essential area of operation and can be used in any educational organization which considers following the process of graduation important. In this research study attainments were examined and explained with the help of self-regulation test analyses. The test used in this research is based on a shortened version of Guglielmino’s Self Directed Learning Readiness test. It measures the student’s capability for autonomous learning. A connection between good success in studies and observed self-directive learning was noticed as early as during the second academic year. The engineering study attainments were also compared to the study success in the upper secondary school. The results show that the students with satisfactory learning results in the upper secondary school did better than expected in their university studies. Instead, the students with better success in the upper secondary school than the group mentioned underachieved in their university studies. The students whose success was better than average during the first academic year were also better during the following years. Examining the study attainments of the eight elementary courses during the three years of studies showed that about 46 per cent of students passed the elementary courses in proper time. One year after the elementary courses had been given, 73 per cent of the students had passed them. / Tiivistelmä Tekniikan ylioppilaiden opiskelututkimuksessa käytettiin tutkimusmenetelmänä triangulaatiota. Työssä analysoitiin kahdeksan eri vuosikurssin opintosuoritusten perusteella Oulun yliopiston Prosessi- ja ympäristötekniikan osaston opiskelijoiden valmistumisprosessia. Opintosuoritusten avulla laskettiin eri vuosikurssien opintoviiveet ja saatujen mittaustietojen avulla tehtiin valmistumisaikamallit. Tutkimuksessa löydettiin uusi tapa mallintaa epälineaarista opiskeluprosessia askelvastemallilla. Menetelmän avulla saatu suoriutumismalli on todellisiin mittaustuloksiin verrattuna luotettava keskeisellä toiminta-alueella kolmesta seitsemään vuotta, kun tavoitteena on, että aloittaneista valmistuu 50 % kuudessa vuodessa. Työssä tutkittiin opintomenestystä itseohjautuvuusvalmiutta selvittävien testistöjen avulla. Tutkimuksessa käytetty testi perustuu Koron (1993) laatimaan versioon. Se on lyhennetty Guglielminon (1977) luomasta testistä Self Directed Learning Readiness, joka mittaa opiskelijan valmiutta itseohjattuun opiskeluun. Tutkimuksessa käytetyssä SDLR-testissä yhteen laskettujen pisteiden vaihteluväli on 37–185. Työssä käytetyn itseohjautuvuusanalyysin avulla testattiin opiskelijoiden valmiutta itsenäiseen ja pitkäjänteiseen opiskeluun opinto-ohjelman mukaisesti. Löydettiin yhteys keskimääräistä paremman opiskelumenestyksen ja keskimääräistä kehittyneemmän itseohjautuvuusvalmiuden välillä. Opiskelua tutkittiin lukiomenestyksen perusteella. Voitiin havaita, että tyydyttävästi lukiossa menestyneet pärjäsivät odotettua paremmin yliopisto-opinnoissaan. Sen sijaan lukiossa hyvin menestyneet alisuoriutuivat odotettua useammin opinnoissaan. Ensimmäisenä opiskeluvuonna keskimääräistä paremmin menestyneet opiskelijat selvisivät jatkossakin paremmin. Tämän havainnon perusteella voidaan väittää, että ensimmäisen vuoden opintomenestyksellä on selvä yhteys tulevien vuosien opintomenestykseen: huono opintomenestys ensimmäisenä vuotena johti sekä vuonna 2005 että 2004 aloittaneiden opiskelijoiden ryhmissä keskimäärin noin 26 % alempaan opintoviikkokertymään kolmen vuoden aikana verrattuna hyvin opiskelussa ensimmäisenä vuonna menestyneisiin ryhmiin. Opintosuorituksia tutkittiin kolmen ensimmäisen opiskeluvuoden aikana olleiden kahdeksan peruskurssin osalta. Havaittiin, että keskimäärin 46 % opiskelijoista suoritti peruskurssit ajallaan. Vuoden kuluttua peruskurssien päättymisestä keskimäärin 73 % opiskelijoista oli suorittanut ne.

Abstract Speed of information, uncertainty and complexity are increasing in the work-life of the knowledge worker. In addition, solving complex and wicked global problems require cooperation skills as well as ability to learn in collaboration across the disciplines, meaning skills in crossing boundaries. These requirements set new challenges for educating knowledge workers in higher education. Metaskills, such as learning by utilising networks, communication and critical thinking, have become as essential as discipline-specific skills. Metaskills combined with discipline-specific skills are called T-shaped skills. Individuals possessing these skills, so-called T-shaped professionals, are exposed to the experience and the knowledge of other disciplines and thus are recognised as carrying the skills for crossing boundaries. This dissertation examines how a Finnish studio-based pedagogical approach to bachelor education, the LAB Studio Model (LSM), contributes to the education of boundary crossing competence. This qualitative dissertation utilises exploratory as well as design research as its research approach and contains four original publications. First, the characteristics of LSM and the utilisation of studio-based practices in higher education are studied by conducting literature reviews. Second, the internal and external boundary crossing activities are studied by performing case studies, where the new knowledge creation and establishment of learning networks are in focus. Empirical data has been collected by conducting web-based surveys, theme-based student and student team interviews, direct observation, and participative observation. The outcome of this dissertation suggests that LSM offers a potential educational model for learning the skills of boundary crossing, resulting in a T-shaped skill base. The results of this dissertation include new findings on how commonly studio-based education is utilised world wide in higher education, how LSM differs from the existing configurations that utilise the studio-based model in higher education, as well as active internal and external boundary crossing among students. This dissertation contributes to the discussion of university-society collaboration by the new learning configurations, and to the interdisciplinary education of knowledge workers. The results of this dissertation can be utilised in the development of studio-based configurations in higher education. / Tiivistelmä Tiedonvälittämisen nopeus, epävarmuus ja monimutkaisuus lisääntyvät tietotyöläisten työssä. Lisäksi yleismaailmallisten ja monimutkaisten ongelmien ratkaisemisen vaatima monialainen yhteistyö, sekä yhdessä oppiminen edellyttävät taitoja erilaisten rajojen ylittämiseen. Nämä vaatimukset asettavat uusia haasteita tietotyöläisten korkeakoulutukselle. Metataidot, kuten vuorovaikutustaidot, verkostojen avulla oppiminen ja kriittinen ajattelu, ovat tulleet yhtä tärkeiksi kuin alakohtaiset taidot. Metataidot yhdistettyinä alakohtaisiin taitoihin muodostavat niin kutsutut T-malliset taidot. T-mallisia taitoja omaavat ammattilaiset ovat altistuneet muiden alojen ammattilaisten kokemuksille ja tietotaidolle, ja siten omaavat taitoja rajojen ylittämiseen monialaisissa työryhmissä. Tämä väitöskirja pyrkii vastaamaan kuinka suomalaisessa korkeakoulussa kehitetty, studiomallinen ja monialainen tietotyöläisten koulutusmalli, LAB-malli, vastaa rajojen ylittämisen taitojen kouluttamisen haasteeseen. Tutkimus toteuttaa laadullista tutkimusstrategiaa käyttäen eksploratiivista ja kehittämistutkimuksen lähestymistapaa tutkimusprosessissaan. Alkuperäiset julkaisut keskittyvät studiomallin hyödyntämisen yleisyyteen korkeakoulutuksessa maailmanlaajuisesti, LAB-mallin ominaisuuksiin studiomallina ja opiskelijoiden rajojen ylittämiseen monialaisen koulutuksen aikana. Ensimmäinen julkaisu keskittyy LAB-mallin ominaisuuksien analyysiin ja toinen studiomallin hyödyntämisen selvittämiseen kirjallisuuskatsauksien avulla. Kolmas julkaisu keskittyy rajojen ylittämiseen koulutuksen sisällä uuden tiedon tuottamisen teorian kautta ja neljäs koulutuksen ulkopuolisten rajojen ylittämiseen oppimisverkostojen muodostamisen kautta. Tutkimus tehtiin keräämällä tietoa kyselyillä, teemapohjaisilla opiskelija- ja tiimihaastatteluilla, sekä suoralla, että osallistuvalla tarkkailemisella. Tämä väitöskirja osoittaa, että LAB-malli tarjoaa koulutusmallin rajojen ylittämisen oppimiseen ja siten T-mallisten taitojen oppimiseen. Tulokset osoittavat, että studiomallin hyödyntäminen on lisääntynyt korkeakoulutuksessa, LAB-malli on omaleimainen verrattuna muihin studiomallia noudattaviin korkeakoulutuksiin ja että koulutuksen aikana opiskelijat ylittävät rajoja aktiivisesti. Tämä väitöskirja osallistuu keskusteluun korkeakoulujen yhteiskunnallisesta yhteistyöstä, sekä monialaisen ja studiomallisen oppimisen mahdollisuuksista tietotyöläisten kouluttamisessa. Tämän väitöskirjan tuloksia voidaan hyödyntää edelleen kehitettäessä studiomallisia korkeakoulujen oppimisympäristöjä.

Abstract The next-generation networks are set to support a high data rate, low latency, high reliability, and diverse types of services and use cases. These requirements come at the expense of a more complex network management, and asymmetric and time-varying traffic dynamics. Accordingly, future networks will operate at different duplexing modes and with multiple access techniques. This thesis proposes novel transmission strategies and methodologies to dynamically optimize the duplexing modes and allocate resources for small cell based cellular networks. The first part of the thesis studies dynamic time-division-duplex (TDD) operation in dynamic and asymmetric uplink (UL) and downlink (DL) traffic conditions. In this regard, we propose a dynamic TDD framework that optimizes the UL and DL frame configuration and power allocation. Due to the high interference coupling between neighboring small cells, we propose a load-aware clustering method that groups the small cell base stations (SBSs) based on their spatial and load similarities. To balance the UL and DL loads within each cluster, we study the potential of load-based UL/DL decoupled user association in balancing the traffic loads within clusters. In the second part, we study the problem of half-duplex (HD)/full-duplex (FD) mode selection and UL/DL resource and power optimization in small cell networks. Therein, SBSs operate in non-orthogonal multiple access (NOMA) in both UL and DL to schedule multiple users at the same time-frequency resource. The goal of the study is therefore to select the optimal duplexing and multiple access scheme, based on the traffic load and interference conditions, such that users’ data rates are maximized, while stabilizing traffic queues. Finally, the last part of the thesis looks beyond rate maximization and focuses on ensuring low latency and high reliability in small cell networks providing edge computing services. The problem of distributing wireless resources to users requesting edge computing tasks is cast as a delay minimization problem under stringent reliability constraints. The study investigates the role of proactive computing in ensuring low latency edge computing, while the concept of hedged requests is presented as an enabler for computing service reliability. / Tiivistelmä Seuraavan sukupolven verkot suunnitellaan tukemaan suuria tiedonsiirtonopeuksia, pientä latenssia, erinomaista luotettavuutta ja monentyyppisiä palveluja ja käyttötapauksia. Näiden vaatimusten täyttämisen kääntöpuolena ovat entistä monimutkaisemmat verkonhallintatoiminnot sekä epäsymmetrinen ja ajallisesti muuttuva dataliikenteen dynamiikka. Verkot toimivat tulevaisuudessa eri dupleksointitiloissa hyödyntämällä useita eri liittymätekniikoita. Tässä tutkielmassa ehdotetaan uusia siirtostrategioita ja menetelmiä dupleksointitilojen dynaamista optimointia ja resurssien allokointia varten piensoluperustaisissa solukkoverkoissa. Tutkielman alkuosassa tarkastellaan dynaamisen aikajakodupleksin (TDD) toimintaa dataliikenneympäristöissä, joissa on käytössä dynaaminen ja epäsymmetrinen lähetysyhteys (UL) ja laskeva siirtotie (DL). Ehdotamme tältä osin dynaamista TDD-kehystä, joka optimoi UL- ja DL-kehyksen konfiguroinnin ja tehon allokoinnin. Vierekkäisten pienten solujen välisten kytkösten suuren interferenssin takia ehdotamme kuormituksen huomioivaa klusterointimenetelmää, jossa piensolutukiasemat (SBS) ryhmitellään niiden tilallisten ja kuormitusominaisuuksien yhteneväisyyden perusteella. Tutkimme UL- ja DL-kuormitusten tasapainottamista kussakin klusterissa tarkastelemalla UL/DL-yhteyksistä irti kytketyn, kuormitukseen perustuvan käyttäjän yhdistämisen mahdollisuuksia dataliikennekuormituksen tasapainottamisessa. Tutkielman toisessa osassa tarkastellaan puolidupleksi (HD)- ja kaksisuuntaisen (FD) -tilan valinnan ongelmaa ja UL-/DL-resurssien ja tehon optimointia piensoluverkoissa. Siinä piensolutukiasemat toimivat ei-ortogonaalisessa moniliittymässä (NOMA) sekä UL- että DL-yhteyksissä useiden käyttäjien ajoittamiseksi samalle aika-taajuusresurssille. Tutkielman tavoitteena on siten valita optimaalinen dupleksointi- ja moniliittymäkaavio dataliikenteen kuormituksen ja interferenssin perusteella siten, että käyttäjän tiedonsiirtonopeudet voidaan maksimoida ja dataliikennejonot tasata. Lopuksi tutkielman viimeisessä osassa tarkastellaan tiedonsiirtonopeuden maksimoinnin lisäksi pienen latenssin ja suuren luotettavuuden varmistamista piensoluverkoissa, jotka tuottavat reunalaskentapalveluja. Langattomien resurssien jakelemista käyttäjille, jotka vaativat reunalaskentatehtäviä, käsitellään viiveen minimoinnin ongelmana soveltamalla tiukkoja luotettavuusrajoituksia. Tutkielmassa tarkastellaan proaktiivisen tietojenkäsittelyn roolia pienen latenssin reunalaskennassa.

Abstract Higher education is facing a range of major challenges during the twenty-first century. Personalised, flexible and open learning are considered among the driving forces, thus, issues of quality must be urgently addressed. This qualitative, multiple-case-study research with single and cross-case analysis focuses on benchmarking e-learning in higher education. The results of this study include providing conceptual lenses with which to see, discuss and perceive the complexity of benchmarking e-learning in higher education in extended, stretched and boundless learning environments. It has become obvious through the research that there is a need for new frames of reference for quality in e-learning. The choice of theoretical foundations for benchmarking e-learning will impact the consequences of accomplishing and selecting benchmarks. This research provides directions and recommendations for the future regarding how to accomplish benchmarking e-learning in extended learning environments in which students can study, work and live independently of time and space with global resources at their disposal in lifelong learning environments. The greatest challenge identified in this study for integrating benchmarking e-learning into general quality assurance is the fact that the required changes related to and demanded for e-learning are not fully understood. The research shows that benchmarking as a method will have a significant impact on ordinary quality assurance in higher education. This doctoral dissertation revealed challenges to integrate external quality audits and internally driven benchmarking. The studies have likewise revealed the need for methodological changes by quality assurance bodies and authorities carrying out audit and accreditation for integrating e-learning into quality assurance, as well as the need to fully understand the complexity and the special characteristics of e-learning. Probably, the challenge lies not with the system, success factors or benchmarks but in the lack of knowledge and experience of e-learning systems amongst those charged with implementation. The concept benchlearning was introduced as part of benchmarking exercises. / Tiivistelmä Yliopistokoulutus on tällä vuosisadalla suurien haasteiden edessä. Yksilöllinen, joustava ja avoin opetus ovat tärkeimpiä kehitystä ajavia voimia. Tässä ympäristössä opetuksen laatuvaatimukset ovat tärkeitä. Tämä laadullinen monitapaustutkimus keskittyy e-lerningin benchmarkkaukseen yliopistoissa. Tutkimuksen tulokset tarjoavat käsitteellisiä linssejä, joiden avulla voidaan keskustella ja ymmärtää e-lerningin benchmarkkauksen kompleksisuutta avoimessa oppimisympäristössä. Tutkimus on osoittanut, että tarvitaan uusia viitekehyksiä e-learningin laadun varmistamiseen. Benchmarkkausta käytettäessä teoreettisen perustan valinta vaikuttaa käytännön toteutukseen ja vertailukohteiden valintaan. Tutkimus tarjoaa vinkkejä ja suosituksia, miten e-learningin benchmarkkausta tulisi toteuttaa yliopistoissa, joissa oppilaat opiskelevat avoimessa ympäristössä ja voivat työskennellä ja elää ajasta ja paikasta riippumatta siten, että heillä on käytettävissä globaalit resurssit elinikäiseen oppimiseen. Tutkimuksessa havaittiin, että suurin haaste liittyy siihen, miten e-learningin bechmarkkaus liitetään yliopistojen yleiseen laatujärjestelmään. Tätä integraatiota ei nykyisin täysin ymmärretä. Tutkimus osoittaa, että benchmarkkausmenetelmällä on merkittävä vaikutus yliopistojen yleiseen laadunvarmistamiseen. Tutkimus osoittaa, että on haastavaa integroida sisäisesti organisoitu benchmarkkaus ulkoisiin laatuauditointeihin. Laatuauditointeja järjestävien tahojen ja auditointeja sekä akreditointeja suorittavien viranomaisten tulee tehdä metodologisia muutoksia toimintaansa, jotta e-learning voidaan integroida laatujärjestelmiin. E-learningin kompleksisuus ja erityispiirteet tulisi myös ymmärtää. Varsinaiset haasteet eivät niinkään ole järjestelmässä, sen menestystekijöissä tai benchmarkeisssa vaan siinä, että päättäjillä ja käyttöönottajilla on liian vähän tietoa ja kokemusta e-learningista. Käsite benchlearning nousi esille tässä väitöstutkimuksessa kuvaamaan problematiikkaa. / Sammanfattning Högre utbildning står inför en rad stora utmaningar under det tjugoförsta århundradet. Personligt, flexibelt och öppet lärande utifrån ett livslångt lärande perspektiv är av största vikt. E-lärandet ses som en av de drivande krafterna för denna utveckling där kvalitet är av avgörande betydelse. Denna kvalitativa studie, fokuserar på benchmarking e-lärande i högre utbildning. Potentiella fördelar och utmaningar, fokuseras samt hur benchmarking av e-lärande bör integreras som en naturlig del av ordinär kvalitetssäkring. Resultaten visar på konceptuella perspektiv och komplexiteten av benchmarking av e-lärande inom högre utbildning i stretchade och gränslösa miljöer. Det finns behov av nya referensramar för kvalitet inom e-lärande. Forskningen ger anvisningar och rekommendationer för framtiden när det gäller hur man kan utföra benchmarking e-lärande i stretchade inlärningsmiljöer där studenterna kan studera, arbeta och leva oberoende av tid och rum med globala resurser till sitt förfogande i livslånga lärande miljöer. Den största utmaningen som identifieras i denna studie för att integrera benchmarking e-lärande i den allmänna kvalitetssäkring är behovet av att fullt ut förstå komplexiteten och särdragen gällande e-lärande Forskningen visar att benchmarking som metod kommer att ha betydande inverkan på ordinarie kvalitetssäkring i den högre utbildningen. Denna doktorsavhandling visar på utmaningar för att integrera extern kvalitetsgranskning och internt driven benchmarking. Studierna har också visat på behovet av metodförändringar för kvalitetssäkring och för myndigheter som utför revision och ackreditering för att integrera e-lärande i kvalitetssäkring, samt behovet av att fullt ut förstå komplexiteten och särdragen i e-lärande. Förmodligen ligger utmaningen inte i metoden som sådan eller, i framgångsfaktorer och benchmark, utan i brist på kunskap och erfarenhet av e-lärande bland de som ansvarar för implementering. Konceptet benchlearning infördes som en del av benchmarking.

Abstract This thesis concentrates on investigating the social construction of learning and teaching in a classroom that was encultured into working and acting as a community of inquiry across the curriculum. The theoretical and methodological premises of the study draw on sociocultural and sociolinguistic views on learning and instruction. Through this framework, the study aims at investigating the development, implementation and evaluation of the processes and conditions for communal inquiry across different pedagogical situations and across the curriculum in the case study classroom. In addition, the study aims at creating a pedagogical rationale for supporting meaningful, student-centred and problem-based learning in classroom. The research project was realised as a series of qualitative case studies. The subjects of the study were seventeen third-grade students from a Finnish elementary school and their teacher. The empirical data corpus consists of nine hours of videotaped classroom sessions gathered from the domains of philosophy, science and mathematics. Detailed, micro- and multilevel analyses were completed on the transcribed video recordings of whole classroom interaction. The results of the research project indicate that social interactions in the case study classroom were quite dominantly characterized by multilateral interactions amongst classroom members. Instead of mere information exchange, the nature of knowledge in this classroom was largely based upon sharing and defining views as well as negotiating evidence. In general, the students in this classroom clearly took charge of the cognitive work whereas the teacher’s responsibility was more directed towards managing the interactional practices during the joint discussions. However, there were occasions when the teacher stepped in as an analytic authority. The teacher scaffolding was grounded in the on-going interactions and varied in both quantity and quality whilst engaging in dialogue with individual students demonstrating different participation modes. Overall, the results of the study indicate that teacher scaffolding in this classroom supported communal inquiry from both the cognitive, social and socio-emotional perspectives. / Tiivistelmä Väitöstutkimus tarkastelee oppimisen ja opetuksen sosiaalista rakentumista luokassa, jonka toimintakulttuuri rakentuu tutkivan yhteisön periaatteille yli oppiainerajojen. Tutkimuksen teoreettinen viitekehys perustuu sosiokulttuurisille ja sosiolingvistisille oppimis- ja opetuskäsityksille. Tästä teoriataustasta käsin tutkimuksen tavoitteena on tarkastella tutkivan yhteisön periaatteille rakentuvan toimintakulttuurin prosesseja ja ehtoja tapaustutkimusluokassa. Lisäksi tutkimuksen pedagogisena tavoitteena on kehittää suuntaviivoja merkitykselliselle, oppilaskeskeiselle ja ongelmalähtöiselle oppimiselle. Tutkimusprojekti toteutettiin laadullisten tapaustutkimusten sarjana. Tutkimuskohteena ovat seitsemäntoista suomalaisen alakoulun 3. luokan oppilasta ja heidän opettajansa. Tutkimusaineisto koostuu yhdeksästä tunnista videoituja oppituntitilanteita filosofian, luonnontiedon ja matematiikan oppiaineissa. Koko luokan vuorovaikutustilanteita sisältävät litteroidut videotallenteet analysoitiin yksityiskohtaisin, mikro- ja monitasoisin analyysimenetelmin. Tutkimustulokset osoittavat, että tapaustutkimusluokan sosiaaliset vuorovaikutustilanteet rakentuivat vahvasti jäsenten väliselle, monenkeskiselle vuorovaikutukselle. Pelkän informaation vaihdon sijaan tiedon luonne tutkimuskohteena olleessa luokassa perustui yhteiselle näkökulmien jakamiselle, tarkentamiselle ja perustelemiselle. Luokan oppilaat ottivat vastuuta tiedollisista neuvotteluista, kun taas opettajan vastuu kohdentui enemmänkin vuorovaikutuksen ohjaamiseen yhteisten keskustelujen aikana. Kuitenkin opettaja astui esiin luokan vuorovaikutustilanteissa välillä myös analyyttisenä asiantuntijana. Opettajan tuki määrittyi luokan vuorovaikutustilanteiden kautta, ja se vaihteli määrältään ja laadultaan opettajan ollessa vuorovaikutuksessa osallistumiseltaan erilaisten oppilaiden kanssa. Kaiken kaikkiaan tutkimustulokset osoittavat, että opettajan ohjaus luokkayhteisössä tuki tutkivan yhteisön rakentumista niin tiedollisesta, sosiaalisesta kuin sosioemotionaalisesta näkökulmasta.