Konstruktiivinen tapaustutkimus ja suunnittelutiede – kaksi insinööritieteisiin soveltuvaa tutkimusotetta

Kirjoittaja: yliopettaja, TkT Tauno Jokinen, Oulun ammattikorkeakoulu

Tieteellinen ongelmanratkaisutaito tarkoittaa soveltavassa insinööritieteessä kykyä ratkaista ammattialaan liittyviä liike- ja palvelutoiminnan ongelmia hyödyntäen uusinta tieteellisin menetelmin arvioitua tietoa.

Tieteellinen ongelmanratkaisutaito ei ole erityistä tutkimuslaitosten työntekijöiden eritysosaamista, vaan jokaisen ammattitaitoisen insinöörin tarvitsema kyky hyödyntää olemassa olevaa luotettavaa tieteellistä tietoa omaan ammattiinsa liittyvien ongelmien ratkaisemisessa (Valtioneuvoston asetus ammattikorkeakouluista 1129/2014, §5, Valtioneuvoston asetus tutkintojen ja muiden osaamiskokonaisuuksien viitekehyksestä 120/2017).

Tieteellinen tieto on julkista, se on syntynyt systemaattisen tieteellisen menetelmän tuloksena ja sen luotettavuus on arvioitu osana tieteellistä julkaisuprosessia. Tieteellisen tiedon luomisessa ja julkaisemisessa on tapana soveltaa yleisesti tunnettuja tutkimuskäytäntöjä, jotka edistävät tiedon hyödynnettävyyttä ja luotettavuuden arviointia.

Ammattikorkeakoulujen opinnäytetyöt ja tiedejulkaisut

Kuva 1: AMK- ja YAMK-opinnäytetöiden tavoitteiden ja lähteiden käytön vertailua tiedejulkaisuihin.

Ammattikorkeakoulujen opinnäytetyöt ovat julkaisuja, joilla on joitain tiedejulkaisujen ominaisuuksia. Erityisesti hyvätasoinen ylempään ammattikorkeakoulututkintoon liittyvä opinnäytetyö noudattaa tiedejulkaisuille tunnusomaista rakennetta ja hyödyntää samantasoista lähdeaineistoa kuin varsinaiset tiedejulkaisutkin.

Varsinaisissa tiedejulkaisuissa kiinnitetään opinnäytetöihin verrattuna enemmän huomiota tutkimusmenetelmien hallintaan ja lähdeaineistoon perehtymiseen. Tiedejulkaisuissa tuotetaan tieteellistä tietoa. Tästä syystä tiedejulkaisuja kirjoitettaessa kiinnitetään erityistä huomiota siihen, mitä tarkoittaa tieteellinen tieto ja miten tieteellistä tietoa voidaan tuottaa. Lähdeaineistoa esitellessään tiedejulkaisun laatijan tarkoituksena on osoittaa tuntevansa kattavasti oman alansa keskeiset tutkijat ja tutkimusalueet.

Opinnäytetyö ei ole varsinainen tiedejulkaisu, mutta on tarkoituksenmukaista tunnistaa opinnäytetöillä ja tiedejulkaisuilla olevan yhteisiä piirteitä. On myös hyvä oivaltaa, ettei tiede ole tavanomaisesta insinöörityöstä erillinen ja irrallinen ilmiö. Ammattitaitoinen insinööri hyödyntää tieteen tuottamaa luotettavaa tietoa ja on omalta osaltaan myös osallistumassa uuden tieteellisen tiedon luomiseen. Hyvin suuri osa tekniikan alan ja taloustieteiden tieteellisistä innovaatioista on alkujaan syntynyt kaupallisessa tarkoituksessa tehdyn työn tuloksena ja omaksuttu osaksi tieteen tietopääomaa vasta jälkeenpäin.

 

Tutkimusote

Tutkimusote tarkoittaa kokonaisvaltaista toimintamallia sille, miten tieteellistä tietoa tuotetaan. Tutkimusotteesta käytetään joissain lähteissä myös termiä tutkimusstrategia. Tutkimusotteen valintaan vaikuttaa se, minkälaista tietoa on tarkoitus tuottaa ja minkälainen aineisto uuden tiedon luomisessa on käytettävissä.

Kuva 2: Tutkimusote on kokonaisvaltainen toimintamalli, joka ohjaa tutkimuksen tekemistä, tutkimusaineiston hankkimista ja tutkimusongelman rajaamista.

Tyypillisessä suunnittelutehtävässä syvennytään perinpohjaisesti yhteen yksittäiseen ratkaistavaan ongelmaan. Tällöin työn tekijällä on hyvin syvällinen, mutta laajuudeltaan rajallinen tieto tutkittavasta ilmiöstä. Työn tuloksena voidaan todeta, että suunnittelutehtävä onnistui joko hyvin tai huonosti kyseisessä yksittäistapauksessa. Jotta yksittäisten suunnittelutehtävän tuloksista voitaisiin tehdä yleispäteviä päätelmiä, tulisi tutkittavia yksittäistapauksia olla runsaasti.

Jokaisella tieteenalalla on tieteenalan luonteeseen sopivat omat tutkimusotteensa. Tämä johtuu siitä, että tieteellisen tiedon luonne on erilainen eri tieteissä. Tekniikan ala on soveltavaa tiedettä, jonka tutkimuksellinen logiikka on toimivan ratkaisun etsimistä ”yritä ja erehdy”-menetelmällä. Perinteisen insinöörityön tuloksena syntyy innovaatioita, joiden toimivuus ja kaupallinen menestys ovat todiste onnistumisesta. Insinööritieteissä uusi tieteellinen tieto syntyy jatkuvana virtana pienin askelin. Uuden tiedon luomiseen osallistuvat sekä tutkimuslaitokset, että kaupalliset toimijat.

Suunnittelutiede

Tyypillinen suunnittelutehtävä insinööriammatissa on koneen tai laitteen suunnittelu. Lähtötilanteena voi olla esimerkiksi ajatus kokonaan uuden tuotteen kehittämisestä tai jo olemassa olevan tuotteen parantamisesta. Lähtötilanteena voi olla myös tarve suunnitella uusi työtä helpottava laite tehdasympäristöön tai jopa kokonainen tuotantolinja.

Kuva 3: Suunnittelutiedettä voidaan soveltaa tutkimusotteena, kun suunnitellaan koneita, laitteita tai muita teknisiä ratkaisuita. (Hevner et al. 2004, mukaillen).

Yhteistä näille esimerkeille on, että suunnittelutehtävän tuotos on konkreettinen käsin kosketeltava mekaaninen ratkaisu. Tällainen suunnittelutyö alkaa määrittelemällä työn tavoitteiksi koneen tai laitteen haluttu toiminnallisuus ja suorituskyky. Suunnittelutehtävä päättyy tavoitteiden saavuttamisen todentamiseen. Suunnittelutiede tarkastelee tällaisten suunnittelutehtävien toteuttamisen systematiikkaa (lue lisää Simon 1996).

Suunnittelutieteen soveltaminen tutkimusotteena

Suunnittelutiede on IT-alalla yleisesti hyödynnetty tutkimusote, jonka kantava ajatus systemaattisen lähestymistavan avulla vahvistaa suunnittelutyön kautta syntyvän uuden tietopääoman hyödynnettävyyttä. Informaatiotekniikan kehittämisen lisäksi suunnittelutiede soveltuu myös esimerkiksi elektroniikan, prosessitekniikan ja konetekniikan tutkimusotteeksi silloin, kun suunnittelutyön tuloksena syntyy toimiva ratkaisu selkeään olemassa olevaan käytännön ongelmaan.

Suunnittelutyön tuotoksena syntyvä ratkaisu voi olla konkreettinen laite, tietokoneohjelma, yrityksen toimintaprosessi tai jokin vastaava suunnittelutyön tuloksena syntyvä konstruktio.

Kuva 4: Suunnittelutyön systemaattisuus parantuu noudattamalla suunnittelutieteen soveltamisen periaatteita (Hevner et al. 2004, mukaillen).

Suunnittelutieteen lähtökohta tutkimusotteena on käytännöllisen ongelman ratkaiseminen olemassa olevaa tietopääomaa hyödyntäen ja vastavuoroisesti tietopääoman kasvattaminen ongelmanratkaisutyön aikana syntyneellä uudella tiedolla.

Suunnittelutieteen soveltaminen tutkimusotteena edellyttää systemaattisuutta, jotta suunnittelutyön aikana syntynyt osaaminen on myös muiden kuin suunnittelijan itsensä sovellettavissa. Hevner et al. (2004) kuvaavat suunnittelutieteen systematiikkaa seitsemän periaatteen avulla:

Periaate 1: Suunnittelutieteen soveltamisen tuotoksena on konstruktio. Konstruktio voi olla yksittäinen konkreettinen laite, kokonainen järjestelmä, tietokoneohjelma tai -ohjelmisto. Konstruktio voi olla myös suunnittelumenetelmä, suunnittelun apuväline tai luonteeltaan abstrakti konstruktio, kuten toimintaprosessi.

Periaate 2: Suunniteltavan konstruktion tulee ratkaista todellinen, käytännöllinen ongelma. Suunnittelutyöllä on lähtökohtaisesti asiakas, jolla on tarve parantaa oman organisaationsa oman organisaationsa taloudellista suorituskykyä. Suunnittelutieteen soveltamisen lähtökohtana on tunnistaa, rajata ja kuvata se asiakasorganisaation ongelma, joka suunnittelutyön avulla on tarkoitus ratkaista.

Periaate 3: Suunnittelutieteen tuloksena syntyvän konstruktion toimivuus on todennettava. Konstruktiolle on laadittava kuvaus toiminnallisista vaatimuksista ja määriteltävä hyväksyntäkriteerit. Konstruktion hyvyyden todentamisessa on kaksi vaihetta: (1) Täyttääkö konstruktio asetetut toiminnalliset kriteerit, ja (2) ratkaiseeko toteutettu konstruktio kohdeorganisaation alkuperäisen ongelman.

Periaate 4: Suunnittelutieteen soveltamisen tuloksia tulee arvioida myös tieteellisen arvon näkökulmasta. Suunnittelutieteen soveltamisen tuloksena syntyneellä konstruktiolla, käytetyllä suunnittelumenetelmällä tai sovelletulla todentamismenetelmällä voi olla ratkaisun uutuudellisuuteen liittyvää tieteellistä arvoa. Tieteellinen arvo voi olla merkittävää, jos toteutettu konstruktio soveltaa uutta teknologiaa tai sen suorituskyky on merkittävästi aiempia samaan tarkoitukseen käytettyjä ratkaisuja parempi. Tieteen edistyvyyden näkökulmasta myös tavanomainen ja tyypillinen ratkaisu on hyvin dokumentoituna merkityksellinen, jos suunnittelutyön tuloksia voidaan hyödyntää jossain toisessa suunnittelutehtävässä.

Periaate 5: Suunnittelutieteen soveltaminen edellyttää systemaattista ja kurinalaista toimintatapaa. Systemaattisuus sisältää tutkimusotteen ja tutkimusmenetelmien valinnan ja niihin perehtymisen. Tutkimusote ja -menetelmät ja -suunnitelma tulee myös kuvata osana tutkimusraporttia. Konstruktion vaatimusmäärittely tulee laatia täsmällisesti ja saatuja tuloksia tulee verrata vaatimusmäärittelyyn. Osana suunnittelutyötä tulee perehtyä olemassa olevaan tietopääomaan ja lopuksi tulee arvioida ja kuvata oman suunnittelutyön tuoma lisäarvo olemassa olevaan tietopääomaan.

Periaate 6: Suunnittelutyö itsessään on erilaisten ratkaisujen ideointia ja kokeilemista. Huolellisessa suunnittelutyössä perehdytään aiemmin tunnettuihin ratkaisuihin ja ratkaisumenetelmiin. Soveltaminen on luonteeltaan luovaa työskentelyä – aiemmin tunnettuja ratkaisuja sovelletaan uusissa olosuhteissa. Tehtyjen valintojen toimivuus varmistetaan testaamalla ja vertaamalla tuloksia asetettuihin tavoitteisiin.

Periaate 7: Julkisuus ja tulosten julkaiseminen ovat keskeisiä asioita kaikessa tieteen tekemiseen liittyvässä työssä. Tulokset tulee julkaista siten, että muut samankaltaisia ratkaisuja suunnittelevat voivat hyödyntää työn tuloksia. Julkaistavan raportin tulee rakenteeltaan vastata suunnittelutyön alalla yleisesti käytettävää kirjallista esitystapaa. Työn tavoitteet, toteutus ja tulokset tulee kuvata siten, että lukija kykenee arvioida työn johdonmukaisuutta ja työn tulosten hyödynnettävyyttä.

Konstruktiivinen tutkimus

Insinööriammatissa kohdataan usein myös ongelmia, joiden ratkaisu ei ole konkreettinen kone tai laite, vaan jokin abstrakti toimintamalli tai muu vastaava abstrakti konstruktio. Tällaisissa suunnittelutehtävissä varsinkin liiketalouden alalla konstruktiivinen tutkimusote on varsin yleisesti käytetty. Tutkimusotteen tausta on liiketaloustieteissä, mutta se soveltuu varsin hyvin käytettäväksi myös insinööritieteisiin – erityisesti silloin, kun tutkimuksellisen työn tavoitteena on luoda ja ottaa käyttöön toimintamalli tai muu vastaava abstrakti konstruktio jonkin liike-elämän ongelman ratkaisemiseksi. (Kasanen et al. 1991, Virtanen 2006).

Kuva 5: Konstruktiivinen tutkimusote soveltuu hyvin tukemaan suunnittelutehtävän tulosten julkaisemista, kun suunnittelutehtävän tuotoksena on abstrakti konstruktio (Kasanen et al. 1991).

Konstruktiivisen työn lähtökohta on jonkin liike-elämän tai julkishallinnollisen toimijan todellinen ongelma, johon konstruktiivisessa tutkimuksessa kehitetään ratkaisu. Tätä ratkaisua kutsutaan konstruktioksi. Konstruktion toimivuutta koetellaan sillä, miten hyvin alkuperäinen ongelma ratkeaa konstruktion avulla. Konstruktiivista tutkimusotetta käytettäessä liike-elämä ja muut palveluntuottajat toimivat tieteen tekemisen tutkimuslaboratoriona. (Kasanen et al. 1991, Virtanen 2006).

Tieteen kannalta olennaista konstruktiivisessa tutkimuksessa on huolellinen perehtyminen työn aiheeseen liittyvään teoreettiseen tietoon ja aiempiin tutkimuksiin. Konstruktiivisessa tutkimuksessa työlle valitaan teoreettinen perusta, johon tukeutuen työssä toteutettava konstruktio kehitetään. tutkimus asemoidaan osaksi. Olennaista on myös, että työn tuloksia arvioidaan suhteessa aiempaan tieteelliseen tietämykseen aiheesta. Tyypillisesti yksittäisen tutkimuksellisen työn tieteellinen arvo ei ole olennaisesti uuden teoreettisen mallin luomisessa, vaan aiemmin tunnettujen teorioiden koettelua. Tieteen kannalta täysin riittävä tulos on, että jo aiemmin tunnettu teoria oli hyödyllinen yksittäistä ongelmaa ratkaistaessa. (Kasanen et al. 1991, Virtanen 2006).

Markkinatestit osoittavat konstruktion hyödyllisyyden

Konstruktiivisen tutkimuksen yhteydessä on usein esillä käsitteet heikko – ja vahva markkinatesti, joiden avulla osoitetaan konstruktion käytännöllinen arvo. Heikko markkinatesti tarkoittaa, että se liike-elämän tai julkishallinnon toimija, jonka käytännöllistä ongelmaa konstruktiivisessa tutkimuksessa ollaan oltu ratkaisemassa, on hyväksynyt ratkaisun ja ottanut sen käyttöön omassa toiminnassaan. Vahva markkinatesti tarkoittaa, että kohdeyrityksessä on todistettavasti saavutettu taloudellista tai toiminnallista hyötyä konstruktion avulla. Usein toiminnallisen hyödyn osoittaminen on vaikeaa ja yleensä heikkoa markkinatestiä pidetään riittävänä osoituksena konstruktion hyödyllisyydestä. (Kasanen et al. 1991).

Tieteellisen tiedon hyvyys

Tieteellisen tiedon hyvyyttä arvioidaan reliabiliteetin ja validiteetin käsitteillä (Yin 1994). Tavoitteena on, että tieteellinen tieto on luotettavaa, virheetöntä ja yleistettävää. Suunnittelutieteessä ja konstruktiivisessa tutkimuksessa reliabiliteetti, eli luotettavuus syntyy suunnittelemalla työn toteutus hyvin ja toteuttamalla suunnittelutyö kurinalaisesti suunnitelman mukaan sekä laatimalla suunnittelutehtävästä hyvätasoinen suunnitteluraportti.

Validiteetti tarkoittaa, että tutkimustyön tuloksena esitetty ratkaisu on käyttökelpoinen ratkaisu esitettyyn ongelmaan. Kun työn tavoite on selkeästi rajattu ja ratkaisun toimivuus testaamalla todennettu, työssä toteutettu ratkaisu voidaan todeta toimivaksi tutkitussa yksittäistapauksessa.

Usein toisten tutkijoiden myöhemmin tehtäväksi jää koota tuloksia useista yksittäistapauksista ja arvioida, mikä esitetystä ratkaisuista on paras mahdollinen. Useita yksittäistapauksia vertailemalla selviää myös erilaisten ratkaisujen yleistettävyys – missä olosuhteissa mikin ratkaisu on toimivin.

 

Lähteet

Hevner AR, March ST, Park J & Ram S (2004) Design science in information systems research.  MIS Quarterly Vol. 28 No. 1, pp. 75-105. Viitattu 7.12.2020. https://web.b.ebscohost.com/ehost/pdfviewer/pdfviewer?vid=0&sid=5e49a4d7-d2b6-49fe-bb51-19227f4c739b%40sessionmgr101.

Kasanen, E., Lukka, K. & Siitonen A. (1991) Konstruktiivinen tutkimusote liiketaloustieteessä, Liiketaloudellinen Aikakauskirja, No.3, s.301-329.

Simon, H. A. The Sciences of the Artificial (3rd ed.), MIT Press, Cambridge, MA, 1996. Viitattu 7.12.2020. https://rauterberg.employee.id.tue.nl/lecturenotes/DDM110%20CAS/Simon-1969%20The_Sciences_of_the_Artificial_3rd_ed.pdf

Valtioneuvoston asetus ammattikorkeakouluista 1129/18.12.2014, 5 § Ylempään ammattikorkeakoulututkintoon johtavien opintojen tavoitteet. Viitattu 1.12.2020. https://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2014/20141129.

Valtioneuvoston asetus tutkintojen ja muiden osaamiskokonaisuuksien viitekehyksestä 120/23.2. 2017. Viitattu 2.1.2020. https://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2017/20170120.

Virtanen A (2006) Konstruktiivinen tutkimusote – Miten koulutus ja elinkeinoelämän odotukset kohtaavat ammattikorkeakoulun opinnäytetöissä. Ammattikasvatuksen aikakauskirja 1.2006, Ammattikoulutuksen tutkimusseura OTTU ry. pp. 47-52. Viitattu 15.12.2020. https://akakk.fi/wp-content/uploads/Aikak_2006_1_lehti.pdf#page=47 .

Yin RK (1994) Case Study Research Design and Methods: Applied Social Research and Methods Series. Second edn. Thousand Oaks, CA: Sage Publications Inc.