Problembaserat lärande på en dag: en flygande start på konstruktionsuppgiften

This is the published version of a paper presented at 7:e Utvecklingskonferensen för Sveriges

Citation for the original published paper:

Bränberg, A., Häggström, F., Moström, A. (2019)

Problembaserat lärande på en dag: en flygande start på konstruktionsuppgiften In: Lennart Pettersson, Karin Bolldén (ed.), Bidrag från 7:e Utvecklingskonferensen

N.B. When citing this work, cite the original published paper.

Permanent link to this version:

http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-165624

27 november 28 november 2019

Abstract— Det kan vara svårt att uppnå det nationella målet som rör helhetssyn, och att analysera och utvärdera olika tekniska lösningar. I ett försök att uppnå detta har vi använt oss av endags- PBL som en introduktion till en konstruktionsuppgift. Införandet innebar en planeringsdag, genomförande av PBL-dagen samt utvärdering. PBL-dagen har genomförts under fyra år. Resultaten från utvärderingen visar att studenterna kommit längre i arbetet med att utforma och analyser sina tekniska lösningar än tidigare.

Slutsatsen är att endags-PBL är en arbetsform som lämpar sig väl för ingengörsutbildningar.

Nyckelord—byggteknik, ingenjörsutbildning, problembaserat lärande på en dag.

I. INLEDNING

TT av de nationella målen för ingenjörsutbildninga är att studenterna ska visa förmåga att med helhetssyn självständigt och kreativt identifiera, formulera och hantera frågeställningar och analysera och utvärdera olika tekniska lösningar. I kursen grunderna i byggnadskonstruktion har studenterna under några år genomfört en projektuppgift som går ut på att konstruera en carport. Tanken med den uppgiften är att de förutom att öva på att dimensionera en enklare trästomme även ska visa förmåga att uppfylla det tidigare nämnda nationella målet.

Vi lärare på kursen tyckte inte vi kunde se att studenterna nådde detta mål. Att de nådde målet för kunskap och förståelse vad gäller teknikområdets vetenskapliga grund och beprövad erfarenhet kunde vi se då de redovisade uppgiften muntligt och skriftligt. De lyckades som regel utföra dimensioneringen korrekt med hjälp av kunskaper i byggnadsmekanik och konstruktionsteknik. Studenterna lyckades också visa förmåga att planera och med adekvata metoder genomföra en uppgift inom givna ramar.

I fallet med carporten missade dock studenterna målet med att analysera och utvärdera den tekniska lösningen då de i praktiken kopierade en färdig beräkning för stommen till carport från ett exempel i läroboken. De reflekterade aldrig över att de själva styr utformningen av stommen (systemskissen) och därmed påverkar dimensioner och utseendet på carporten. En orsak till att det blev så här var att studenterna väntade till slutet på kursen med att påbörja projektet ochför att spara tid så nyttjade de då ett färdigt beräkningsexempel från läroboken.

För att komma till rätta med problemen valde vi att införa endags-PBL i början på kursen. Vår förhoppning var att studenterna vid redovisningen i slutet på PBL-dagen skulle kunna visa att de, genom arbetet i grupp, utformat en egen systemskiss för carporten. Då redovisningarna genomfördes i

helklass var tanken att grupperna även skulle reflektera över vad andra kommit fram till i sina diskussioner. Valet att införa endags-PBL tidigt i kursen syftade också till att få studenterna att börja arbeta med stommen i byggnaden parallellt med kursen. Vår ambition var att de då skulle inse hur den detaljkunskap om bärförmåga och lasteffekt de lär sig i kursen kan användas i ett större perpektiv, i det här fallet för att dimensionera en carport.

II. PEDAGOGISK ANSATS

Hur kan man åstadkomma en förändrad ingenjörsutbildning för att möta framtidens krav på ett hållbart samhälle? Ett sätt skulle kunna vara en ökad studerandeaktiv undervisning som stödjer utvecklingen av ingenjörsfärdigheter (generiska färdigheter). Våra ingenjörsutbildningar har under ett antal år varit del av det så kallade CDIO-projektet. Det är ett internationellt ramverk för ingenjörsutbildningar där delar av visionen handlar om att integrera lärande av professionsfärdigheter såsom teamarbete och kommunikation.

Samt att utbildningarna ska innehålla ett aktivt och experimentellt lärande [1]. Det går hand i hand med de nationella målen för ingenjörer och stämmer även till stora delar bra överens med vad som tas upp på UNESCOs lista över lämpliga förmågor studenter behöver för att kunna arbeta för en framtida hållbar utveckling oavsett disciplin [2]. Vad som kan anses vara studerandeaktivt kan man ha olika åsikter om, men en viktig ingrediens är att studenten är aktiv både i vad som behöver läras, när det lärs in och hur det lärs in. Problembaserat Lärande, PBL är en typ av studerandeaktiv arbetsform som både kan uppfattas som en pedagogisk grundsyn, och som en speciell pedagogisk metod. Oavsett vilket handlar det i grunden om att ingenjörsstudenter ska få en möjlighet att arbeta med verklighetsbaserade problem som liknar de problem den blivande ingenjören kan stöta på [3]. De ska få en möjlighet att utveckla sitt sätt att arbeta tillsammans med andra och de ska vidareutveckla sina ämneskunskaper. Om man tänker sig att PBL ska vara den grundsyn som ett helt program (eller en enskild kurs) vilar på kan införandet kräva en stor utvecklings- och utbildningsinsats. Något som inte alltid finns. En enklare variant är då att införa förändringar i små steg genom att använda någon form av hybrid-PBL som Bessant, et al. [4], visar på, där ett exempel kan vara endags-PBL eller One-day one-problem, OPOD. Något som också är testat och beskrivet av Andersson, P., Wester, M. [5] och fördjupat förklarat som en approach till PBL av O'Grady [6].

Endags-PBL är en pedagogisk modell för studerandeaktivt lärande som används på utbildningar runt om i världen. Tanken

Problembaserat l rande p en dag-

en fl gande start p konstruktionsuppgiften

A. Bränberg, F. Häggström och A. Moström

E

27 november 28 november 2019 är att studenter ska arbeta i grupp under en dag för att tillägna

sig en del av en kurs. Grundformen är att dagen inleds med en introduktion där studenterna får ett scenario med någon form av problem som ska fungera som en trigger för lärande.

Träff I (1tim): Lärare är närvarande under första timmen då studenterna börjar utforska ämnet för att identifiera vad de måste lära sig för att lösa problemet.

Studieperiod I (1 timme): Deltagarna arbetar i grupp med problemet och med att inventera vilka kunskaper de har, vad de behöver ta reda på och hur de går vidare.

Träff II (1 timme): Grupperna samlas och under ledning av en lärare får varje grupp kort redogöra för hur arbetet gått och vilka strategier de använt sig av. Grupperna får även fundera på om strategierna behöver ändras. Träffen fungerar även som en utvärderingspunkt där grupperna får vägledning om de är på rätt väg, både med faktainnehåll och gruppernas arbete.

Studieperiod II (2,5 tim): Grupperna arbetar vidare med problemet utifrån synpunkterna från träff II (och äter lunch).

Träff III (1,5 timmar): Grupperna redovisar sitt arbete och övriga deltagare kan ställa frågor till gruppen. Upplägget gör att problemet blir belyst ut många olika perspektiv. Läraren har även möjlighet att ställa frågor eller förtydliga oklarheter.

III. PLANERING AV VÅR ENDAGS-PBL

För att kunna införa en dag med problembaserat lärande började vi, två bygglärare och en pedagogisk resursperson, med en planeringsdag. Under den planeringsdagen arbetade vi med följande frågor Vad vill vi åstadkomma med endags-PBL?

Hur ser ett lämpligt schema ut för vår endags-PBL? Vad ska vi dela ut och när? Hur avslutar vi PBL-dagen? Vad ska resultatet av dagen bli? Hur utvärderar vi dagen? Vad blir effekterna av arbetsdagen? Här kommer en kortfattat förklaring till hur vi resonerad och vad vi kom fram till

A. Vad vill vi åstadkomma med endags-PBL?

Med dagen vill vi åstadkomma att studenterna självständigt och kreativt identifierar, formulerar och hanterar frågeställningar. Vi vill att de själva ska ta fram frågeställningar och hantera dem utifrån några givna förutsättningar, till exempel att carporten ska rymma en bil och att taklutningen ska vara 10°. Studenterna själva tvingas då att formulera frågeställningar som till exempel: Hur stor plats tar en bil och hur mycket utrymme behövs för att öppna dörrarna och ta sig in och ut ur bilen? Ska bilen kunna ha en takbox och vilken höjd behövs i så fall, samt hur påverkas snölasten av taklutningen osv. De ska även kunna analysera och utvärdera olika systemlösningar för den bärande stommen i carporten. I gruppdiskussioner ska de tillsammans inse till exempel hur valet av stora centrumavstånd mellan balkar resulterar i större dimensioner på dessa och att det påverkar materialåtgång och utseende på carporten.

Vi kom fram till att resultatet från PBL-dagen ska, för studenterna, bli ett förslag i form av en systemskiss på utformningen av den bärande stommen i byggnaden.

Studenterna ska redovisa förståelse för hur olika delar i byggnaden påverkar fördelning av laster och hur valet av stomsystem avgör carportens egenskaper.

B. Hur ser ett lämpligt schema ut för vår endags-PBL?

Endags-PBL har ett givet schema med: startmöte, arbete, gruppmöte, arbete och avslutande möte med presentation av resultatet. Schemat är lämpligt att följa men hur långa de olika passen ska vara avgörs bland annat av vilken frågeställning studenterna ska arbeta med och vilka förkunskaper de har. Vi valde att starta med ett standardschema Eftersom det var första gången vi genomförde en endags-PBL valde vi att starta med ett standardschema då ville utgå från någonting som var beprövat. Träff II genomförde vi dock gruppvis.

C. Vad ska vi dela ut och när?

En viktig punkt som vi diskuterade var hur mycket information vi ska ge och vad studenterna förväntas arbeta fram under dagen. Vi valde att ge ut ett scenario där grupperna får olika orter för placering av sina carportar för att få en variation i uppgiften. För att studenterna skulle bli motiverade att utföra uppgiften tänkte vi att frågeställningen skulle utformas som en realistisk framtida uppgift som en byggnadsingenjör kan ställas inför. Med scenariot följde en skriftlig instruktion för PBL- dagen, i princip ett schema. Vi valde även att inleda dagen med en muntlig introduktion, för att fånga upp eventuella frågor.

D. Hur avslutar vi PBL-dagen?

Avslutningen på dagen beslutade vi skulle vara i form av att alla grupper presenterar en systemskiss på hur stomsystemet för deras carport ser ut. Hur systemskissen visualiseras väljer studenterna själva. Vi ansåg att det skulle vara det bästa sättet för studenterna att få ta del av hur de andra grupperna resonerat sig fram till sina lösningar. Efter varje redovisning ges dessutom ett bra tillfälle för diskussion mellan studenter och lärare om gruppernas tekniska lösningar.

E. Hur ska resultatet av PBL-dagen användas?

Tanken var att studentgruppen efter PBL-dagen skulle ha en teknisk lösning (systemskissen) för den bärande stommen så de sedan kan räkna fram laster och bärförmåga för balkar, pelare med mera.

F. Hur utvärderar vi dagen?

När vi planerar en förändring av undervisningen vill vi naturligtvis göra en uppföljning och se om vi lyckas med våra ambitioner. Ett sätt är att utforma en enkät med ett begränsat antal frågor som delas ut i samband med lärtillfället. Vi valde att använda en pappersenkät för att det ger en bättre svarsfrekvens än digitala utvärderingar enligt vår erfarenhet.

Eftersom vi hade indentifierat tre problem vi ville lösa med vår PBL-dag så ansåg vi att det var lämpligt att utforma en fråga per problem. Dessutom ville vi försöka fånga upp förbättringsförslag.

Vi kom överens om att under redovisningarna observera om vi tyckte att det nationella målet uppnåts. Eftersom PBL-dagen var en del av arbetet med hela konstruktionsuppgiften har vi också med frågor om den i slututvärdering av kursen.

G. Vad blir effekterna av införandet av endags-PBL?

Ett genomgående problem i slutredovisningarna av

27 november 28 november 2019 konstruktionsuppgiften före införandet av endags-PBL var

alltså att studenterna inte tänkt igenom konstruktionen utan bara hade underlag för dimensionering av balkar och pelare i ramen.

Vår ambition var att effekterna av endags-PBL skulle bli att studenterna får en bättre förståelse av hur arbetet med att dimensionera bärande konstruktioner går till, från systemskiss till färdig konstruktion. En viktig del av detta är att starta tidigt med en väl genomarbetad systemskiss. Den kompletta konstruktionsuppgiften examineras, som tidigare, i slutet på kursen i form av tvärgruppsredovisning av stommens utformning och beräkningar av laster och bärförmåga.

Dessutom lämnas en skriftlig sammanställning av beräkningar och ritningar in i lärplattformen. Efter införandet av endags- PBL ska även systemskissen som var resultatet av PBL-dagen ingå i slutredovisningen.

IV. GENOMFÖRANDE AV ENDAGS-PBL

Hösten 2016 introducerade vi projektuppgiften Carport med endags-PBL för första gången. Bygglärarna som undervisar på kursen har funktionen som PBL-handledare på PBL-dagen. Det innebär främst att ställa frågor och diskutera med studenterna.

Den viktigaste uppgiften för lärarna är att vara med och diskutera de föreslagna utformningarna vid redovisning vid dagens slut.

Med åren har genomförandet av PBL-dagen utvecklats.

A. Första försöket 2016

Första gången genomfördes PBL-dagen i samarbete mellan två byggkonstruktionslärare och en pedagogiskt resurs.

Pedagogiska resursen fungerade som moraliskt stöd och gav tips till lärarna under dagen. Dessutom var det av intresse att se hur endags-PBL kan fungera i praktiken och intryck noterades under dagen. Vi avsatte en dag för introduktion, arbete och slutredovisning.

Efter en vecka fick studeterna, i samband med en föreläsning, svara på en enkäten om PBL-dagen. Frågorna på den enkäten var: Tycker du att introduktionsdagen var en bra start inför fortsatt arbete med projektuppgiften? Upplevde du att ni hade givande diskussioner i gruppen? Tycker du att det var intressant att se vad de andra grupperna kommit fram till vid redovisningen i slutet av dagen? Frågorna besvarades med ja/nej på en skala 1-5.

I slutet av kursen ingick två frågor om PBL-dagen i slutenkäten för kursen. Frågan löd: Har PBL-dagen varit till hjälp i arbetet med carporten? Vad har du lärt dig av att genomföra konstruktionsuppgift Carport?

B. Andra försöket 2017

Utvärdering av första försöket resulterade i att tiderna justerades och arbetspassen gjordes lite kortare. Det året började arbetsdagen med en föreläsning om bärförmåga i balkar som avslutades med att PBL-dagen introducerades.

Frågan om helheten fanns även detta år med i slututvärdering.

C. Tredje försöket 2018

Inför den tredje gången ändrade vi inte på schemat eller

frågorna i utvärderingen i slutet av kursen. Däremot genomfördes utvärderingen 2018 som en web-enkät på kursens lärplattform.

D. Fjärde försöket 2019

I år var vi noggranna med att, vid introduktionen, förklara varför uppgiften ska genomföras och vad studenterna kan lära sig av att genomföra den. Efter redovisningarna delades det ut en enkät med samma frågor som 2016 till studenterna. Vi hade dessutom lagt till en fråga för att se om studenterna blivit medvetna om vad de behöver lära sig för att färdigställa uppgiften.

V. RESULTAT

Sammanställningen av svaren från enkäterna visar på hur studenterna upplevt PBL-dagen. Intryck från PBL-dagen inklusive redovisningarna summeras av lärarna och den pedagogiska resursen.

A. Första försöket 2016

Vid redovisningen i slutet av dagen när studenterna presenterade sina systemskisser kunde vi se att de flesta grupper analyserat och utvärderat sina tekniska lösningar. I dialog med lärarna i samband med redovisningarna framkom ytterligare aspekter på lösningarna som till exempel, att det behövs utrymme för att öppna bildörrarna eller att det behövs en avväxlingsbalk för att föra över laster från tak till pelare.

Sammanställningen av enkäten från det första försöket med endags-PBL 2016 är baserat på 28 stycken besvarade enkäter.

Här redovisas hur många procent som svarat 4 eller 5 på frågorna och därmed upplevt ett mervärde av aktiviteten.

Enligt enkäterna tyckte 89% att introduktionsdagen var en bra start för fortsatt arbete med projektuppgiften. En något lägre andel, 75% upplevde att diskussionerna inom grupperna hade varit givande. På frågan om de tycket att det var intressant att se vad de andra grupperna reodvisat, så var det 89% som höll med om det.

Frågorna i enkäten efter avslutad kurs var mer öppna och besvarade med egna ord, men de svar vi fick var positiva som till exempel: Bra att få igång tänket kring systemskiss eller

Tack vare den dagen lärde jag mig. Fattade ingenting innan.

B. Andra och tredje försöket 2017/ 2018

2017 observerade vi att några grupper letade fram en färdig ritning på nätet och använde sig av den i redovisningen.

2018 använde studenterna flitigt nätet för att ta reda på hur en carport ser ut. Det var inte så många som vid redovisningen reflekterade över varför de olika delarna fanns med på den ritning de googlade fram.

Åren 2017 och 2018 gjorde vi ingen utvärdering direkt efter PBL-dagen men frågorna fanns med i enkäten efter kursens slut. 2017 var det bara positiva svar på frågorna. Till exempel:

Det var bra att ha en arbetsdag, blev att man kom igång snabbare. På frågan om vad man lärde sig av konstruktionsuppgiften svarade en student: Från att tänka i 2d

27 november 28 november 2019 (mekaniken) till att se konstruktioner i 3d. Ha tålamod. Det var

då 18 studenter av 32 som fyllde i pappersenkäten före tentamen i samband med kursavslut.

2018 utvärderades kursen i digital form som en web-enkät i kursens lärplattform. Det var då 10 av 32 studenter som besvarade enkäten. Även då tyckte samtliga studenter som svarat på frågan, att PBL-dagen hjälpt dem med att komma igång med konstruktionsuppgiften.

C. Fjärde försöket 2019

Skisserna som presenterades i slutet av dagen detta år var studenternas egna produkter inte plagiat av stomritningar från nätet.

Resultaten från enkätundersökningen i slutet av PBL-dagen att fler upplevt PBL-dagen som positiv. I princip alla, 97%

tyckte att dagen var en bra start inför fortsättningen med projektet. Andelen som tyckte att det var intressant att diskussionerna i grupperna var givande ökade till 90% och andelen som tyckte att det var intressant att lyssna på de andra gruppernas redovisningar ökade till 97%. Det var inte någon student som kryssat 1 eller 2 på någon av frågorna. Antalet studenter som svarade på enkäten 2019 var 30 stycken av 32 kursdeltagare. Kursen pågår fortfarande så vi har inte hunnit utvärdera kursen som helhet.

VI. DISKUSSION

Första gången vi genomförde PBL-dagen upplevde vi att studenterna över lag kom betydligt närmare det nationella målet som syftar till utformning och analys av tekniska system. En anledning till det var att intruduktionen låg tidigt i kursen och studenterna då inte såg kopplingen till exemplet i boken som de gjort tidigare år..

En iaktagelse som den pedagogiska resursen noterade var hur studenterna som lyssnade insåg att även om läraren bara frågade den grupp som precis höll på att redovisa så gällde frågan även andra gruppers lösningar. Deltagarna var mycket närvarande och det blev ett antal aha och ja just ja så borde vi också ha gjort. . Detta visar att studenterna kommit igång med att analysera sina systemlösningar.

Resultatet av enkätundersökningen visar på att vi lyckats nå de mål vi hoppats på med införandet av PBL-dagen.

Merparten av kommentarerna var positiva. Kommentarer som B a a eflek e a k ing em ki en ch m jlighe a b lla ideér innan man sätter ig ng be kninga na. bekräftar att studenterna i diskussioner med varandra utvärderat och analyserat sina systemlösningar. Ett par negativa

kommentarer som till exempel I princip alla hade samma lösningar då uppgiften var så självklar hur ni ville att man skulle lösa den. visar att alla inte upplevt dagen som positiv.

Det här tror vi beror på att några av studenterna har tidigare jobbat som hantverkare och tycker utformningen av en carport är självklar.

2017 och 2018 tror vi att det sämre resultatet av dagen berodde på att fokuset hamnade mer på att ta fram en korrekt utformning än på analys och utvärdering av den egna systemskissen. Detta innebar att den efterföljande diskussionen blev fattigare då alla ansåg sig ha hittat den rätta lösningen. Det verkade som vi inte längre uppnådde det nationella målet, så vi

började fundera på hur vi skulle komma till rätta med det problemet.

Inför 2019 funderade vi på om vi skulle förändra uppgiften och välja en konstruktion som inte går lika lätt att hitta på internet. Vi valde dock att vara extra tydliga med avsikten PBL- dagen och poängtera vikten av att självständigt träna på att utforma och analysera tekniska lösningar.

Det visade sig på redovisningarna i slutet på dagen att studenterna återigen nådde det nationella målet eftersom variationen på lösningarna var större och diskusionerna mer intressanta. Resultatet från enkätundersökningen tyder också på att studenterna tyckte dagen var givande.

VII. SLUTSATSER

Endags-PBL är en arbetsform som lämpar sig väl för ingenjörsutbildningar. Det är en aktivitet som med begränsade resurser skapar studerande aktiva lärtillfällen. För lärare en trevlig omväxling till föreläsningar och räkneövningar. Skapar diskussioner och aktivitet kring mer kreativa frågeställningar än rätt svar på en given fråga. Det ger även bättre stöd i arbetet med nationella mål om helhetssyn självständigt och kreativt identifiera, formulera och hantera frågeställningar och analysera och utvärdera olika tekniska lösningar. Det är dock viktigt att man lägger rätt fokus vid uppstarten.

REFERENSER

[1] CDIO vision http://www.cdio.org/cdio-vision - nedladdat 2019-09-24 [2] Sustainable development goals

https://www.un.org/sustainabledevelopment/sustainable-development- goals/ - nedladdat 2019-09-26

[3] Ú. Beagon, D. Niall, and E. Ní Fhloinn, (2018). Problem-based learning:

student perceptions of its value in developing professional skills for engineering practice. European Journal of Engineering Education, 1 16.

https://doi.org/10.1080/03043797.2018.1536114

[4] S. Bessant, P. Bailey, Z. Robinson, C. B. Tomkinson, R. Tomkinson, R.M. Ormerod and R. Boast, (2013). Problem-based Learning: A Case Study of Sustainability Education. Tillgänglig via https://www.keele.ac.uk/hybridpbl/ 2019-09-27

[5] P. Andersson and M. Wester, (2015). One da , one problem : endags PBL-undervisning. Universitetspedagogiska Konferensen 2015 (pp. 10 11).

[6] O Grad and W.A.M Alwis (2002). One Day, One Problem: PBL at the Republic Polytechnic, 4th Asia Pacific Conference in PBL. Hatyai, Thailand December 2002