Transforming engineering education: motivational dynamics and societal relevance through challenge-based learning and authentic, real-world educational experiences

Abstract

This doctoral thesis explores motivation in engineering education throughauthentic, real-world orientated learning experiences, focusing on Challenge-Based Learning (CBL), Work Industry-related Activities (WIAs), and STEMoutreach. Grounded in Self-Determination Theory (SDT), it examines howthese practices can support or hinder students’ basic psychological needs forautonomy, competence, and relatedness across educational stages from preuniversityto postgraduate levels. Study I reveals that meaningful WIAs that are aligned with student goalsenhance motivation and professional identity, while employer-driven tasksmay undermine it. Study II’s scoping review identifies a predominance ofquantitative research on CBL and student motivation, with limited theory-informedqualitative analysis. Study III analyses student experience data using SDT to show that CBL fosters motivation through autonomy, competence, andrelatedness. The same data show that frustration of these psychological needsleads to disengagement. Study IV analyzes Nordic STEM outreach, findingstrong support for relatedness and competence but highlighting gaps infostering autonomy and sustaining long-term interest. The findings emphasize that motivation is enhanced when educationalexperiences are authentic, relevant, and connected to career aspirations. Motivation, however, is fragile and can be undermined by externally imposedor poorly aligned tasks. Structural tensions arise when pedagogies prioritizemarket or institutional agendas over student agency, limiting meaningfulengagement. This research extends SDT’s application in engineering education beyondclassrooms to complex, interdisciplinary contexts. It advocates for “need liberatorypedagogy” that empowers students as active knowledge co-creators,fostering curiosity, sustainability, and ethical responsibility. Practicalimplications include designing pedagogies aligned with SDT, promotinginclusive outreach, and embedding psychological metrics in policy andevaluation. The thesis calls for sustained, participatory educational frameworks andoutlines future research on autonomy-supportive teaching in CBL settings todeepen understanding of motivational support.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά το κίνητρο στην τεχνική εκπαίδευση μέσω αυθεντικών, προσανατολισμένων στην πραγματικότητα εκπαιδευτικών εμπειριών, με ιδιαίτερη έμφαση στη Μάθηση μέσω Προκλήσεων (CBL), στις Δραστηριότητες Συνδεδεμένες με τη Βιομηχανία (WIAs) καθώς και στις δράσεις προώθησης των STEM. Βασισμένη στη Θεωρία Αυτοπροσδιορισμού (SDT), εξετάζει πώς οι παραπάνω πρακτικές μπορούν να υποστηρίξουν ή να υπονομεύσουν τις βασικές ψυχολογικές ανάγκες των φοιτητών για αυτονομία, ικανότητα και συνδετικότητα, σε όλα τα εκπαιδευτικά στάδια, από την προπανεπιστημιακή έως τη μεταπτυχιακή εκπαίδευση.Η Μέλετη I αποκαλύπτει ότι οι σημαίνουσες WIAs, όταν ευθυγραμμίζονται με τους στόχους των φοιτητών, ενισχύουν το κίνητρο και την επαγγελματική ταυτότητα, ενώ οι εργασίες που καθοδηγούνται από τους εργοδότες μπορεί να το υπονομεύσουν. Η ανασκόπηση εμβέλειας της Μέλετης II εντοπίζει μια κυριαρχία ποσοτικής έρευνας σχετικά με τη CBL και το κίνητρο των φοιτητών, με περιορισμένη ποιοτική ανάλυση που βασίζεται σε θεωρία. Η Μέλετη III αναλύει εμπειρικά δεδομένα φοιτητών, χρησιμοποιώντας τη Θεωρία Αυτοπροσδιορισμού (SDT), για να δείξει ότι η CBL καλλιεργεί το κίνητρο μέσω της αυτονομίας, της ικανότητας και της συνδετικότητας. Τα ίδια δεδομένα αποκαλύπτουν ότι η απογοήτευση αυτών των ψυχολογικών αναγκών οδηγεί σε αποσύνδεση. Η Μέλετη IV αναλύει τις δράσεις προώθησης των STEM στις σκανδιναβικές χώρες, διαπιστώνοντας ισχυρή υποστήριξη για τη συνδετικότητα και την ικανότητα, αλλά υπογραμμίζοντας κενά στην καλλιέργεια της αυτονομίας και στη διατήρηση του μακροπρόθεσμου ενδιαφέροντος. Τα ευρήματα τονίζουν ότι το κίνητρο ενισχύεται όταν οι εκπαιδευτικές εμπειρίες είναι αυθεντικές, σχετικές και συνδεδεμένες με τις επαγγελματικές φιλοδοξίες. Το κίνητρο, ωστόσο, είναι ευάλωτο και μπορεί να υπονομευτεί από εξωτερικά επιβλημένες ή κακώς ευθυγραμμισμένες εργασίες. Δομικές έντασεις προκύπτουν όταν οι παιδαγωγικές πρακτικές προτεριοποιούν τις αγορές ή τους θεσμικούς στόχους έναντι της αυτονομίας των φοιτητών, περιορίζοντας έτσι την ουσιαστική συμμετοχή.Η έρευνα αυτή επεκτείνει την εφαρμογή της SDT στην τεχνική εκπαίδευση πέρα από τις αίθουσες διδασκαλίας, σε πολύπλοκα, διεπιστημονικά πλαίσια. Υποστηρίζει μια παιδαγωγική απελευθέρωσης των αναγκών που ενδυναμώνει τους φοιτητές ως ενεργούς συντρόφους στη δημιουργία γνώσης, καλλιεργώντας την περιέργεια, τη βιωσιμότητα και την ηθική ευθύνη. Οι πρακτικές συνέπειες περιλαμβάνουν το σχεδιασμό παιδαγωγικών πρακτικών ευθυγραμμισμένων με τη SDT, την προώθηση συμπεριληπτικών δράσεων προώθησης καθώς και την ενσωμάτωση ψυχολογικών μετρήσεων στις πολιτικές και την αξιολόγηση. Η διατριβή καλεί για διαρκή, συμμετοχικά εκπαιδευτικά πλαίσια και περιγράφει μελλοντική έρευνα σχετικά με τη διδασκαλία που υποστηρίζει την αυτονομία σε περιβάλλοντα CBL, προκειμένου να εμβαθύνει την κατανόηση της υποστήριξης του κινήτρου.

Doktorsavhandlingen undersöker motivation inom ingenjörsutbildning genom autentiska, verklighetsnära lärandeupplevelser med fokus på Challenge-Based Learning (CBL), arbetslivsrelaterade aktiviteter (WIAs) och STEM-outreach. Med utgångspunkt i Self-Determination Theory (SDT) analyseras hur dessa metoder stödjer eller hindrar studenters grundläggande psykologiska behov av autonomi, kompetens och samhörighet över utbildningsnivåer från föruniversitär till forskarutbildning. Fyra sammanlänkade studier använder kvalitativa metoder och litteratursyntes. Studie I visar att meningsfulla WIAs som är i linje med studenternas mål ökar motivation och professionell identitet, medan uppgifter styrda av arbetsgivare kan underminera motivationen. Studie II:s översikt identifierar en övervikt av kvantitativ forskning om CBL och studentmotivation, med begränsad teoriinformerad kvalitativ analys. Studie III tillämpar SDT och visar att CBL främjar motivation genom att tillgodose behov av autonomi, kompetens och samhörighet, men att frustration av dessa behov leder till minskat engagemang. Studie IV analyserar nordiska STEM outreach- aktiviteter och finner starkt stöd för samhörighet och kompetens, men framhäver brister i att främja autonomi och att upprätthålla långsiktigt intresse. Resultaten betonar att motivation stärks när utbildningsupplevelser är autentiska, relevanta och kopplade till karriärambitioner. Samtidigt är motivationen skör och kan försvagas av påtvingade eller dåligt anpassade uppgifter. Strukturella spänningar uppstår när pedagogik prioriterar marknads- eller institutionsagendor framför studenters handlingsutrymme, vilket begränsar kritiskt engagemang. Forskningen utvidgar SDT:s tillämpning inom ingenjörsutbildning bortom klassrum till komplexa, tvärvetenskapliga sammanhang. Den förespråkar en “need-liberatory pedagogy” som ger studenter möjlighet att vara aktiva medskapare av kunskap, och som främjar nyfikenhet, hållbarhet och etiskt ansvarstagande. Praktiska implikationer inkluderar att utforma pedagogik i linje med SDT, främja inkluderande outreach och integrera psykologiska mått i policy och utvärdering. Avhandlingen efterlyser långsiktiga, deltagande utbildningsramar och presenterar framtida forskning om autonomistödjande undervisning i CBLmiljöer för att fördjupa förståelsen av motivationsstöd.