Tietojenkäsittelytieteen laitos

• Kesto: 2009-2010
• Hankekuvaus: .pdf
• Asiantuntijaryhmä
• Taina Kaivola, yliopistonlehtori, Helsingin yliopisto
• Jaakko Kurhila, yliopistonlehtori, Tietojenkäsittelytieteen laitos
• Lea Kutvonen, professori (mvs.), dosentti, Tietojenkäsittelytieteen laitos
• Harri Laine, lehtori, Tietojenkäsittelytieteen laitos
• Matti Luukkainen, Tietojenkäsittelytieteen laitos
• Toni Ruokolainen, assistentti, Tietojenkäsittelytieteen laitos
• Koordinaattori: Toni Ruokolainen
• Ohjausryhmä: Lea Kutvonen ja Jaakko Kurhila
• Projektityöntekijät:
  • Seppo Duus (yhteisölliset monivalintatehtävät)
  • Antti Kavonen (rajoiteperustaiset älykkäät opetusjärjestelmät)

Mallinnus on tärkeä osa nykyaikaista ohjelmistotuotantoa. Sitä käytetään esimerkiksi ohjelmiston vaatimusten määrittelyyn, ohjelmistoarkkitehtuureiden suunnitteluun sekä järjestelmän käyttäytymisen ja prosessien kuvaamiseen. Tulevaisuudessa mallien rooli osana teollisuuden ohjelmistotuotantoprosesseja tulee olemaan entistä tärkeämpi ja voimakkaampi niin kutsutun malliperustaisen ohjelmistotuotannon (model-driven engineering, MDE), jossa malleja käsitellään dokumentoinnin apuvälineen sijasta ensisijaisina suunnittelun ja toteutuksen kohteina, esiinmarssin myötä. Toisaalta ohjelmistojen mallinnukseen liittyvät muun muassa abstrahoinnin ja abstraktiotasojen käsitteet sekä erilaisten näkökulmien yhtäaikainen käyttö. Näiden asioiden sisäistäminen ja mallinnusteknologioiden käyttäminen voi olla hyvin hankalaa tietojenkäsittelytiedettä aloitteleville opiskelijoille, johtuen mallinnuksen luontaisesta abstraktiudesta ja abstrahoinnin vaikeudesta sekä opetuskäyttöön tarkoitettujen mallinnusteknologioiden puutteesta.

Helsingin yliopiston tietojenkäsittelytieteen laitoksella mallinnusta opetetaan kurssilla nimeltä Ohjelmistojen mallintaminen. Kurssilla opitaan tarkastelemaan ohjelmistoa eri näkökulmista, ymmärtämään erilaisten mallien rooli ohjelmistojen määrittelyssä ja kuvaamisessa sekä joitakin keskeisiä mallirakenteita ja näihin perustuvia kuvaustekniikoita.

Koska kyky tehokkaaseen, johdonmukaiseen ja tarkoituksenmukaiseen ohjelmistojen mallinnukseen on olennainen osa tietojenkäsittelytieteen opiskelijan ja tulevaisuuden asiantuntijan osaamista, tulisi ohjelmistojen mallinnuksen opetukseen luoda instrumentit, joiden avulla opiskelijat voivat omatoimisesti ja syväsuuntautuneesti kehittää omia mallinnuskykyjään. Tällä hetkellä kurssin laskuharjoitukset ovat vapaaehtoisia ja ne tehdään "paperilla", käyttäen perinteisiä laskuharjoitusryhmiä. Tämän hankkeen tarkoituksena onkin toteuttaa palautetta antava, itseoppimista tukeva ja ohjaava teknologinen alusta sekä uudistaa mallinnuskurssin opetustapoja tällaista teknologiaa hyödyntäväksi. Lisäksi hankkeen aikana valmistellaan seurantatutkimusta mallinnuksen opetuksesta ja opetusteknologian vaikutuksesta oppimistuloksiin. Seurantatutkimusta on tarkoitus jatkaa vuosittain myös hankkeen loppumisen jälkeen.

Hankkeen aikana suoritetaan a) mallinnuksen opetuksen kehittämiseen vaadittaa taustatutkimusta, b) 2-vuotinen kokeellinen tutkimus mallinnuksen pedagogiasta, sekä c) toteutetaan mallinnuksen opetukseen soveltuvan itseoppimisympäristön komponentteja.

Taustatutkimuksessa selvitetään opetusteknologian, erityisesti niin kutsuttujen itseoppimisympäristöjen ja sähköisten "tuutoreiden" (engl. Intelligent tutoring system, ITS) nykytila ja niiden käyttökelpoisuus mallinnuksen opetuksessa. Taustatutkimus tehdään pääosin opinnäytetöiden yhteydessä, jota varten hankerahoituksella palkataan kaksi opinnäytetyön (pro gradu) tekijää (aloina tietojenkäsittelytiede, opetusteknologia, käyttöliittymät ja pedagogiikka). Opinnäytetyön tekijät suorittavat projektin taustatutkimuksen opetusteknologian ja mallinnuksen opetukseen soveltuvan pedagogiikan alueelta. Tämä sisältää erityisesti stateof- the-art -analyysin itseoppimisympäristöistä mallinnuksen kontekstissa (sähköiset tuutorit, mallien tarkastajat ja vertailijat, erilaiset lähestymistavat) sekä mallinnuksen didaktiikasta (kansallinen ja kansainvälinen nykytila, miten opetetaan (ongelmalähtöisesti, menetelmälähtöisesti, case-vetoisesti,...)).

Opinnäytetöistä toinen on teknologiapainotteinen, kun taas toinen keskittyy enemmän pedagogiseen puoleen. Teknologiseen näkökulmaan painottunut opinnäytetyön tekijä toimii läheisessä yhteistyössä sekä Harri Laineen että Toni Ruokolaisen kanssa. Pedagogiikkaan painottunut opinnäytetyön tekijä toteuttaa pedagogisen tutkimuksen alustamisen, eksperimenttien suunnittelemisen, toteutuksen ja tulosten analysoinnin yhdessä Taina Kaivolan kanssa. Opinnäytetyöprosesseja ja niiden tuloksia käytetään osana opetusteknologian vaatimusanalyysiä sekä suunnitelmana ohjelmiston pedagogisten moduuleiden osalta.

Pedagogisesti painottuneen opinnäytetyön yhteydessä suunnitellaan ja toteutetaan mallinnuksen pedagogiikkaan liittyvä kokeellinen tutkimus, jonka tarkoituksena on selvittää mallinnuksen opetuksen problematiikkaa (Mikä on opiskelijoiden lähtötaso ja sisäistämiskyky esimerkiksi abstrahoinnin käsitteen suhteen? Miten mallinnusta tulisi opettaa? Onko opiskelijoiden oppiminen tämän kurssin asioiden suhteen pinta- vai syväsuuntautunutta?), tarkoituksenmukaisuutta (Mitä opiskelijat todella oppivat kurssilla? Mitä tulisi opettaa enemmän / vähemmän?) sekä opetusteknologian vaikutukset oppimiseen.

Pedagoginen tutkimus suoritetaan käyttäen soveltuvia metodeja (esimerkiksi alku- ja lopputasotestejä, opintosuoritusten seurantaa, kyselyitä ja haastatteluja) "Ohjelmistojen mallinnus"-kurssin yhteydessä vuosina 2009 ja 2010. Syksyllä 2009 luennoitavasta kurssista (ja mahdollisesti sitä edeltävien kurssien opintosuoritustiedoista) kerätään tietoja nykyisen kaltaisen opetuksen tuloksista. Vuoden 2010 "Ohjelmistojen mallinnus"-kurssin oppiainesta, oppimateriaalia ja opetusmetodeja tullaan analysoimaan sekä muuttamaan sitä edeltävän pedagogisen tutkimuksen pohjalta opetusteknologiaa enemmän hyödyntäväksi. Syksyn 2010 kurssissa on siis tarkoitus käyttää hankkeen yhteydessä kehitettyä opetusteknologiaa, jolloin saadaan tietoa opetusteknologian vaikutuksesta mallinnuksen opetuksessa. Pedagoginen seurantatutkimus tehdään opinnäytetyöhön liittyvän tutkimuksen pohjalta vuodesta 2010 alkaen.

Teknologisesti painottuneessa opinnäytetyössä tehdään edellä mainitun kaltaiseen taustatutkimukseen perustuen vaatimusanalyysi itseopiskeluympäristön palveluista sekä muodostetaan alustava suunnitelma kyseisen järjestelmän toteuttamiseksi käyttäen Eclipse työkaluympäristöä, CINCO tutkimusryhmässä toteutettuja mallivarastoja sekä web-palveluteknologiaa (Web Services). Ohjelmiston vaatimusanalyysi ja suunnittelu tehdään (vuonna 2009 valmistuvan) opinnäytetyön aikana, jonka jälkeen opinnäytetyön tekijä voi (mahdollisesti) jatkaa projektityöntekijänä ohjelmiston toteuttamiseksi.

Lisätietoja antavat Toni Ruokolainen ja projektin ohjausryhmän jäsenet.