Väitös mekatroniikan alalta, DI Antti Liljaniemi

Väitöskirjan nimi: Re-innovating engineering education: The role of Digital Twin and emerging technologies

Väittelijä: Antti Liljaniemi
Vastaväittäjä: Dr. Sanna Brauer, Tampere ammattikorkeakoulu (TAMK), Suomi
Kustos: Prof. Kari Tammi, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu 

Teollisuudessa käytettävä teknologia on kehittynyt viime vuosina nopeasti, kun taas insinöörikoulutuksen opetuskäytännöt ovat muuttuneet hitaammin. Digitaaliset kaksoset, tekoäly, robotiikka ja virtuaalitodellisuus ovat yhä useammin osa teollisuuden arkea, mutta koulutuksessa niiden hyödyntäminen on usein hajanaista. Kuilun kaventaminen koulutuksen ja työelämän välillä on välttämätöntä, jotta valmistuvat insinöörit pystyvät toimimaan nykyisessä ja tulevassa työelämässä.

Tekoälyn, robotiikan ja virtuaalitodellisuuden tullessa osaksi teollisuuden arkea opiskelijat tarvitsevat uusia tapoja yhdistää teoreettinen osaaminen käytännön ongelmanratkaisuun. Väitöskirja tarkastelee, miten digitaalisia kaksosia, virtuaalitodellisuutta ja nousevia teknologioita voidaan hyödyntää insinöörikoulutuksessa teollisuuden tarpeisiin vastaten. Perinteinen, erityisesti luentopainotteinen opetus ei yksin riitä monimutkaisten ja dynaamisten järjestelmien ymmärtämiseen. Digitaaliset kaksoset ja VR-simulaatiot mahdollistavat kokeilemisen, havainnollistamisen ja osaamisen kehittämisen tavalla, joka vastaa nykyaikaista insinöörityötä. Teknologian hyödyntäminen opetuksessa edellyttää pedagogisesti harkittua ja vaiheittaista käyttöönottoa.

Väitöskirja perustuu kolmeen tapaustutkimukseen. Digitaalisten kaksosten käyttö koneautomaation opetuksessa paransi opiskelijoiden ymmärrystä ja motivaatiota: Digital Twin -kurssilla läpäisyprosentti ylitti 92 prosenttia (n=596). Nousevien teknologioiden käyttöönottoa tarkasteltiin OQEM-kypsyysanalyysimenetelmällä, jota sovellettiin Digi-Salama -hankkeessa 25 kokeilussa eri toimialoilla. Holodeck-virtuaalitodellisuusympäristö paransi oppimistuloksia ja sitoutumista, kun VR:tä käytettiin perinteisten laboratorioharjoitusten tukena (n=96).

Tutkimuksen keskeinen tulos on TPIK-malli (Technological, Pedagogical and Industrial Knowledge), joka tarjoaa viitekehyksen uusien teknologioiden hyödyntämiseen insinöörikoulutuksessa. Malli yhdistää teknologian, pedagogiikan ja teollisuuden tarpeet opetuksen suunnittelun lähtökohdaksi ja korostaa pedagogista suunnittelua, teknologian kypsyystason arviointia ja yhteistyötä teollisuuden kanssa.

Tutkimus osoittaa, että digitaaliset teknologiat voivat vahvistaa insinöörikoulutusta, kun niiden käyttöönotto perustuu pedagogiseen suunnitteluun, teknologian kypsyystason arviointiin ja tiiviiseen yhteistyöhön teollisuuden kanssa.
 

Avainsanat: Digitaalinen kaksonen, immersiiviset oppimisympäristöt, insinöörikoulutus, nousevat teknologiat, teknologian kypsyystaso

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot:
Antti Liljaniemi, antti.liljaniemi@metropolia.fi, +358 400 240 756
www.linkedin.com/in/antti-liljaniemi-37645833 https://www.metropolia.fi/en/rdi/collaboration-platforms/garage