Johdanto
Sähkönjakelutekniikan opiskelu sisältää ammattikorkeakoulujen insinöörikoulutuksessa teoriaa, laskuharjoituksia, verkkotietojärjestelmän käyttöä ja sen avulla tehtäviä harjoituksia sekä vierailukäyntejä verkkoyhtiöihin. Vuosien varrella saatu opiskelijapalaute herätti ajatuksia siitä, että havainnollistavaa materiaalia – valokuvia ja rakennekuvia – oikeasta verkosta täytyy saada lisää opintojaksojen toteutuksiin. Opiskelun alkuvuosina monikaan ei ole vielä työskennellyt alalla.
Sähkönjakelutekniikkaan kuuluu pienjännite- ja keskijänniteverkkojen suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön liittyviä opintoja: Miksi kaapeli kaivetaan maahan? Tarvitaanko paksu johto, vai selvitäänkö ohuemmalla? Onko sulake varmasti sopivan kokoinen? Mitä laitteita muuntamolta löytyy? Sähköaseman aidan takana on mielenkiintoisia laitteita; mitä laitteita ja miksi ne siellä ovat?
Verkon laitteiden valinnat pohjautuvat insinööritieteissä laskennallisiin malleihin ja suunnitteluohjelmien käyttöön; käytännössä virtapiirilaskuihin ja niiden tulosten tulkintaan. Teoreettinen ja laskennallinen malli kohdistuu verkon laitteisiin ja niiden valintoihin. Insinöörikoulutuksessa käytetään samoja ohjelmatyökaluja, joita käytetään työelämässä. Insinööriopiskelijalla vain ei ole sitä käytännön tuomaa mielikuvaa verkosta, joka on vuosia verkkoja suunnitelleella alan insinöörillä. Suunnitteluohjelman viiva ja piste -esitys on varsin abstrakti esitysmuoto! Opetusta helpottaa, jos oppijalla on virtapiirimallin ohella visuaalinen näkymä siitä verkon osasta, mitä tarkastellaan tai suunnitellaan.
Selvitystyössä käsitellään havainnollistamisen keinoja sähkönjakelutekniikan opetuksessa, jossa on tarvetta muuttaa teoreettista, käsitteellistä ja abstraktia sanomaa helposti vastaanotettavaksi ja ymmärrettäväksi. Työ on osa OKM:n vuosille 2013–2015 rahoittamaa ”Coworking learning space TKI 2.0” -hanketta, jossa haetaan sellaisia ratkaisuja, jotka mahdollistavat osaamisen jakamisen ja monialaisen yhteistyön ongelman ratkaisuun parhaiten soveltuvassa ympäristössä.
Havainnollistamisen kohteet
Insinööritieteissä tekniset järjestelmät ja laitteet esitetään sovitulla dokumentoinnin tavalla ja standardien mukaisilla piirrosmerkeillä. Katkaisijan piirrosmerkki on karkealla esitystavalla _/_ tai väritetty neliö, josta johtaa viivoja kahteen suuntaan. Se ei kerro paljoa itse laitteesta. Muuntaja esitetään kahdella limittäin piirretyllä ympyrällä. Piirrosmerkit yksilöivät laitteen. Lisäksi jokainen yksittäinen sähkönjakeluverkon laite tai komponentti on osa suurempaa kokonaisuutta; piirrosmerkit yhdistetään viivoilla toisiinsa. Erään järjestelmän kuvaus näyttää sähköverkon suunnitteluohjelmilla kuvan 1 mukaiselta. Kuvassa on esillä sähköasema. Kuvaus avautuu kokeneelle suunnittelijalle, mutta opintojaan aloittavalle opiskelijalle sisällön hahmottaminen suhteessa reaalimaailmaan on haaste.
Mielikuvien luomiseen tarvitaan visuaalisen tiedon esittämistä. Pisteet ja viivat tarkoittavat konkreettisia laitteita, joista voi ottaa valokuvan tai ne voi esittää piirroksina. Valokuvia saa nykyisin varsin helposti internetin hakutoiminnoilla; komponentin nimellä tehtävä haku antaa paljon kuvamateriaalia.
Tässä selvitystyössä käytettiin vain vähän julkista kuvamateriaalia siitä syystä, että haluttiin havainnollistaa kohteet oikein ja aidosti: piirrosta vastaava kuva on kohteesta otettu aito kuva, ei internetistä löytyvä mallikuva. Kuvan 1 päämuuntajaa (piste 3_P_1) vastaa kuvassa 2 esitettävä aito valokuva.
Jo pelkkä valokuva vie opiskelijan lähemmäs työelämässä esille tulevia kohteita. Opiskelijatyönä kerättiin kuvamateriaalia kesän ja syksyn 2015 aikana. Kuopiossa ja Tampereella kuvattiin sähkönjakeluverkon komponentteja, Jyväskylässä sähköasemalaitteita ja teollisuusverkkoa. Kuvien lisäksi kerättiin laitteista tuotetietoja ja teknisiä arvoja sekä asennus- ja käyttöohjeita.
Tampereen ammattikorkeakoulun sähkönjakelun opetukseen on liitetty vierailu aikuiskoulutuskeskuksen opetuskentälle. Verkon laitteisiin tutustumisen lisäksi opiskelijat tekevät opetuskentällä rakentamis- ja kytkentäharjoituksia aidossa toimintaympäristössä.
Havainnollistamisen työkalut
Työn ensimmäisenä selvitystä vaativana tehtävänä oli etsiä, millä työkalulla kuvamateriaalia ja rakennemateriaalia voidaan julkaista. Hankkeen alussa tavoiteltiin sitä, että suunnitteluohjelmien dokumentointiominaisuuksia käytetään tehokkaasti hyväksi. Käytännössä verkkotietojärjestelmän solmupisteisiin (esim. päämuuntaja 3_P_1 tai katkaisija 12 kuvan 1 oikeassa laidassa) lisätään dokumentti, joka voidaan avata sovelluksessa. Tätä työtä tehtiin opiskelijavoimin ja testattiin lisätyn materiaalin käyttökelpoisuutta oppimisessa. Tämä oli onnistunut alku kehittämistehtävälle.
Sähkönjakeluverkon suunnitteluohjelmien lisäksi etsittiin muita sopivia havainnollistamisen työkaluja. Osasta kuva- ja tuotetietomateriaalia rakennettiin PowerPoint-esityksiä.
Digitaalisen oppimateriaalin tuottamiseen on kehitetty ohjelmatuotteita, joita selvitettiin ja niihin tutustuttiin. Kokeilujen jälkeen nostettiin yksi tuote laajempaan koekäyttöön: ThingLink.
ThingLink on kuvallisen materiaalin esittämiseen sopiva ohjelma, jossa erillisiä kuvia voidaan linkittää yhteen ns. tagien avulla. Tag on alustana olevaan kuvaan määritetty interaktiivinen piste, jota osoittamalla nähdään linkitetty kuva pienoiskoossa. Pistettä klikkaamalla linkitetty kuva muuttuu uudeksi alustakuvaksi. Samaan kuvaan voidaan lisätä useita tageja tarpeen mukaan, jolloin kuvien välillä liikkuminen on helpompaa kuin esim. perinteisemmällä PowerPointilla. ThingLinkillä voidaan koota esitys kuvista 1 ja 2, jolloin saadaan kuvan 3 mukainen esitys.
ThingLinkissä jokainen uusi kuva, jonne alustasta siirrytään, on uusi alusta omine tageineen. Monitasoisuus tuo tähän ohjelmaan joustavuutta. ThingLinkin esitys voidaan laatia valokuvista, piirroksesta, tekstistä tai kaaviosta.
ThingLink on varsin monipuolinen tuote. Opiskelijavoimin sitä on kokeiltu jakeluverkon ja teollisuusverkon tapauksiin. Kuvamateriaalin lisäksi alustana olevaan pohjakuvaan, joka on voinut olla joko yleiskaavio tai rakennuksen pohjapiirustus, on lisätty tageja, joissa on ollut kuvallista materiaalia, tuotetietoa, kustannustietoa ja muuta tähän komponenttiin tai laitteeseen liittyvää informaatiota.
Opetuksen havainnollistaminen
Verkkotietojärjestelmä tai digitaalisen oppimateriaalin tuottamiseen käytettävä ohjelma tarvitsee vielä hallintajärjestelmän, jotta se voidaan ottaa opetuskäyttöön. Tarvitaan vähintään infotaulu ja ohjelista.
Opiskelijatyönä on koottu erilaisia materiaalikansioita, jotka sisältävät kuva-, piirros-, tuotetieto- ja käyttömateriaalia. ThingLinkillä koottuihin kuvaesityksiin on lisätty erillisiä ohjeita ja infoa kuvaesityksen sisällöstä. Erillisiä kuvaesityksiä on järjestelty PowerPoint-esitykseksi. Lisäksi on koottu kuvamateriaalia verkkotietojärjestelmän dokumentteihin. Kaikki tuo materiaali antaa oppijalle kuvan sähkönjakelujärjestelmän laitteista ja komponenteista. Tuotettu materiaali antaa visuaalisuutta suunnittelun kohteena olevaan sähköverkkoon. Ymmärtämisen taso kohenee ja verkon rakenne hahmottuu paremmin kuin piste ja viiva -esityksessä.
Selvitystyössä haettiin myös opintokokonaisuuden hallintakäytäntöä siten, että sähkönjakelutekniikan opintokokonaisuus toteutetaan mahdollisimman laajasti digitaalisilla ja havainnollistavilla työkaluilla. Yhtenä koeponnistuksena oli opintojakson oppimateriaalin kokoaminen Moodle-kurssin yhteyteen. Tuloksena saatiin rakenne, jossa opetuksen teemoista koottiin jokaisesta oma aihealue, joka alkoi johdantotekstillä. Tämän tekstin yhteyteen määriteltiin linkki ThingLink-esitykseen. Käytetyt ThingLinkin esitykset ovat joko täysin itsenäisiä tai teemojen yhteisiä.
Opetuksen havainnollistamisen tulevaisuus
Sähkönjakeluverkkojen opetuksen havainnollistamisessa ja kuvamateriaalin tuottamisessa ei ole sinänsä uutta, mutta uutta on käytettyjen työkalujen (verkkotietojärjestelmä, PowerPoint, ThingLink, Moodle) systemaattinen käyttö havainnollistavan materiaalin jakotapana. Opiskelijat ovat olleet sekä materiaalin kokoajia, rakentajia että kokeilijoita. Intoa on riittänyt! Opettajatyönä on koottu yhden kurssin materiaali Moodleen näitä työkaluja käyttäen. Tämä materiaali otetaan myöhemmin käyttöön opintojakson toteutuksessa.
Sähkönjakeluverkko on tässä selvitystyössä ollut koekenttänä. Vuoden 2016 alussa alkaa vastaavanlaisen kuvamateriaalin kerääminen sähköisen talotekniikan alalla. Keskustelut eri alojen opettajien kanssa vahvistavat käsitystä, että havainnollistamisen työkaluja kokeillaan myös muilla tekniikan aloilla.
Selvitystyötä on tehty kolmen ammattikorkeakoulun tekniikan yksiköissä (JAMK, Savonia-amk, TAMK). Tämän syksyn kokemusten pohjalta työtä jatketaan. Työhön osallistuneet kymmenet opiskelijat ja kolme opettajaa suosittelevat digitaalisten oppimateriaalien käyttöä sähkönjakeluverkkojen opetuksessa. Kokemuksia jaetaan alan seminaareissa ja neuvottelupäivillä.
Kirjoittajat
Juhani Rouvali, yliopettaja, TkL, Savonia-ammattikorkeakoulu, juhani.rouvali@savonia.fi
Jarkko Lehtonen, koulutuspäällikkö, DI, Tampereen ammattikorkeakoulu, jarkko.lehtonen@tamk.fi
Pasi Puttonen, lehtori, TkL, Jyväskylän ammattikorkeakoulu, pasi.puttonen@jamk.fi
