Improving Mechatronics Education with Design Thinking

Abstract

Dette er en masteroppgave skrevet av Andreas Knudsen Sund våren 2022, som del av 5. klasse ved sivilingeniørstudiet i Produktutvikling og Produksjon ved NTNU. Oppgaven undersøker hvordan praktiske laboratorieøvinger i høyere utdanning kan bli designet slik at de oppfyller læringsmålene samtidig som de inspirerer indre motivasjon og dypere læring. Den ser spesielt på faget TPK4128 Industriell Mekatronikk, hvor en ny laboratorieøving har blitt laget og brukertestet med Programmerbar Logisk Styring (PLS) og en fabrikk treningsmodell, i tillegg til anbefalinger for hvordan faget som helhet kan forbedres. Dette er en fortsettelse på forfatterens tidligere arbeid med temaet i prosjektoppgaven Teaching Automation with Training Models: A Pre-study using Design Thinking methodology. Begge oppgavene er basert på produktutviklingsmetodologien Design Thinking, hvor omfattende brukerintervjuer, -observasjoner og -testing blir brukt til å informere prosessen og evaluere resultatet. Videre fungerer begge oppgavene som en generell undersøkelse av anvendbarheten til slike metoder i utviklingen av undervisningsinnhold.

Oppgaven viser at studentene generelt er misfornøyde med det eksisterende øvingsopplegget, men fornøyde med den nye øvingen laget med treningsmodellen. Denne øvingen bør videreføres i fremtidige utgaver av faget, og bør videre utvides til andre øvinger også. Praktiske laboratorieøvinger kan, hvis riktig utviklet og presentert, effektivt lære studenter nye konsepter, drive dem til en høy grad av mestring og motivere dem for videre læring, men det er også mange fallgruver som kan gjøre dem frustrerende og unyttige. Ved å basere den på de brukersentrerte produktutviklingsaktivitetene utført i dette arbeidet, lever den fremkommende øvingen opp til styrkene ved praktiske undervisningsaktiviteter, og kan dermed stå som et verdifullt eksempel for hvordan øvingsopplegg kan forbedres, også utover dette faget. Dette viser også at kjerneaktivitetene i Design Thinking og lignende brukersentrerte metodologier har stor verdi i å lage undervisningsinnhold.

TPK4128 viser et stort potensial for forbedring, og mange av de foreslåtte endringene i denne oppgaven er forholdsvis ukompliserte å implementere. Det er riktignok flere strukturelle problemer forårsaket av eksterne faktorer som forhindrer laboratorieøvingsopplegg fra å oppnå den ønskede kvaliteten. Slike øvinger er arbeidskrevende å produsere, vedlikeholde og veilede. Dette nødvendiggjør menneskelige og monetære ressurser, som ikke er tilgjengelig i tilfredsstillende grad for emnet, og mange av problemene i TPK4128 er forårsaket av overarbeidet undervisningspersonell. Det er essensielt at Institutt for Maskinteknikk og Produksjon (MTP) prioriteter undervisningsressurser i større grad. Gode praktiske øvinger gir stor verdi, men er vanskelige å oppnå under rammevilkårene instituttet gir per dags dato.

This is a master's thesis written by Andreas Knudsen Sund in the spring semester of 2022, as part of the 5th year of the Mechanical Engineering program at NTNU. It studies how practical laboratory assignments in higher education can be designed to provide the desired learning outcomes while inspiring intrinsic motivation and deeper learning. In particular, for the course TPK4128 Industrial Mechatronics, for which a new assignment has been created and user-tested using a Programmable Logic Controller and a factory training model, in addition to suggestions for how the course as a whole can be improved. This work is a continuation of the author's previous work on this subject in the pre-master specialization project Teaching Automation with Training Models: A Pre-study using Design Thinking methodology. Both works are based on the product development methodology Design Thinking, in which extensive user interviews, observation, and testing are used to inform the process and evaluate the result. Furthermore, the theses serve as a general examination of the applicability of these methods in creating educational content.

This thesis shows that the students are generally unsatisfied with the current course work in TPK4128 and generally satisfied with the new assignment designed with the training model. This assignment should be adopted in future course iterations and further integrated with other assignments. If correctly designed and presented, practical assignments can push students to high levels of mastery, efficiently teach them new concepts and motivate them for further learning. However, there are many pitfalls that can make them frustrating and unproductive. By basing it on the user-centered product development activities performed in this work, the produced assignment can play to the strengths of practical educational activities. The thesis can thus serve as a useful example of how course work can be improved in general, even beyond this course. This also shows that the core activities of Design Thinking and similar user-centered methodologies are valuable in creating educational content.

TPK4128 shows high potential for improvement, and many of the changes proposed in this thesis are straightforward to implement. However, there are several structural issues caused by external factors that prevent laboratory course work from reaching the desired quality. Labour is required to design, maintain and oversee such educational activities. This necessitates human and monetary resources that are not sufficiently in place for the course, and many of the issues affecting TPK4128 stem from overworked educational staff. It is essential that the Department of Mechanical Engineering (MTP) changes its priorities regarding educational resources, as good practical assignments provide significant value, but this is difficult to achieve under the conditions currently imposed.