Objeto e ambiente virtual de aprendizagem: análise de conceito na perspectiva evolucionária de Rodgers

Introdução: No contexto dos avanços tecnológicos incorporados ao ensino, os objetos e os ambientes virtuais de aprendizagem constituem ferramentas de apoio ao ensino colaborativo e interativo cada vez mais desenvolvidas (Aguiar, 2011; Alencar, 2012). A fim de nortear o desenvolvimento e validação destes relevantes instrumentos educacionais, verifica-se a necessidade de conhecer os conceitos que nortearam o seu desenvolvimento e identificar suas origens e aplicações, o que pode favorecer a uniformização do uso e significado pelos pesquisadores nas diversas áreas do conhecimento. Objetivos: Analisar o conceito de objeto e de ambiente virtual de aprendizagem na perspetiva evolucionária de Rodgers. Metodologia: Estudo descritivo, de abordagem mista, realizado a partir das etapas propostas por Rodgers (2000) em seu modelo de análise conceitual. A coleta de dados ocorreu em agosto de 2015 com a busca de dissertações e teses no Banco de Teses e Dissertações da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Brasil. Os dados quantitativos foram analisados a partir de estatística descritiva simples e os conceitos através de análise lexicográfica com suporte do software Interface de R pour Analyses Multidimensionnelles de Textes et de Questionneires (IRAMUTEQ). Resultados: A amostra é constituída por 161 estudos, onde predominaram os decorrentes de mestrado acadêmico (67,1%). O conceito "ambiente virtual de aprendizagem" (AVA) foi apresentado em 99 (61,5%) estudos, enquanto "objeto virtual de aprendizagem" (OVA) em apenas 15 (9,3%). Em relação aos atributos dos conceitos, destacaram-se o incentivo à participação, colaboração e interação de discentes (77; 47,8%) e a integração de diversas mídias nos processos de ensino e aprendizagem (74; 46,0%). Quanto aos antecedentes, o mais citado foi a popularização da internet (52; 32,3%). Como consequentes, destacam-se a exigência de uma aprendizagem colaborativa (30; 18,6%) e a necessidade de incorporação de tecnologias à luz de abordagens pedagógicas (28; 17,4%). O conceito AVA teve 12 termos substitutos, com destaque para ambiente virtual de ensino e aprendizagem (12; 7,5%). Já o termo OVA apresentou 5 substitutos, com predomínio de Objeto de Aprendizagem (11; 6,8%). Enquanto conceito relacionado, destacou-se Educação à Distância, discutido em todos os trabalhos analisados. Conclusões: Ambiente virtual de aprendizagem foi compreendido enquanto um sistema computacional que integra funcionalidades e ferramentas que possibilitam a construção de um processo de ensino aprendizagem interativo, online, acessado por navegadores na internet ou em redes locais. Em contrapartida, objeto virtual de aprendizagem foi conceituado enquanto um recurso digital de tamanho limitado que pode ser reutilizado dentro de várias atividades e estratégias pedagógicas. Em síntese, pode-se afirmar que um ambiente virtual de aprendizagem reúne vários e diferentes tipos de objetos virtuais de aprendizagem em um contexto pedagógico comum.

Computação de alto desempenho aplicada a modelagem numérica de fenômenos atmosféricos

A constante evolução da tecnologia disponibilizou, atualmente, ferramentas computacionais que eram apenas expectativas há 10 anos atrás. O aumento do potencial computacional aplicado a modelos numéricos que simulam a atmosfera permitiu ampliar o estudo de fenômenos atmosféricos, através do uso de ferramentas de computação de alto desempenho. O trabalho propôs o desenvolvimento de algoritmos com base em arquiteturas SIMT e aplicação de técnicas de paralelismo com uso da ferramenta OpenACC para processamento de dados de previsão numérica do modelo Weather Research and Forecast. Esta proposta tem forte conotação interdisciplinar, buscando a interação entre as áreas de modelagem atmosférica e computação científica. Foram testadas a influência da computação do cálculo de microfísica de nuvens na degradação temporal do modelo. Como a entrada de dados para execução na GPU não era suficientemente grande, o tempo necessário para transferir dados da CPU para a GPU foi maior do que a execução da computação na CPU. Outro fator determinante foi a adição de código CUDA dentro de um contexto MPI, causando assim condições de disputa de recursos entre os processadores, mais uma vez degradando o tempo de execução. A proposta do uso de diretivas para aplicar computação de alto desempenho em uma estrutura CUDA parece muito promissora, mas ainda precisa ser utilizada com muita cautela a fim de produzir bons resultados. A construção de um híbrido MPI + CUDA foi testada, mas os resultados não foram conclusivos.

Uma abordagem evolucionária e espacial para o jogo da autorregulação de processos de trocas sociais em sistemas multiagentes

Interações sociais são frequentemente descritas como trocas sociais. Na literatura, trocas sociais em Sistemas Multiagentes são objeto de estudo em diversos contextos, nos quais as relações sociais são interpretadas como trocas sociais. Dentre os problemas estudados, um problema fundamental discutido na literatura e a regulação¸ ao de trocas sociais, por exemplo, a emergência de trocas equilibradas ao longo do tempo levando ao equilíbrio social e/ou comportamento de equilíbrio/justiça. Em particular, o problema da regulação de trocas sociais e difícil quando os agentes tem informação incompleta sobre as estratégias de troca dos outros agentes, especificamente se os agentes tem diferentes estratégias de troca. Esta dissertação de mestrado propõe uma abordagem para a autorregulacao de trocas sociais em sistemas multiagentes, baseada na Teoria dos Jogos. Propõe o modelo de Jogo de Autorregulacão ao de Processos de Trocas Sociais (JAPTS), em uma versão evolutiva e espacial, onde os agentes organizados em uma rede complexa, podem evoluir suas diferentes estratégias de troca social. As estratégias de troca são definidas através dos parâmetros de uma função de fitness. Analisa-se a possibilidade do surgimento do comportamento de equilíbrio quando os agentes, tentando maximizar sua adaptação através da função de fitness, procuram aumentar o numero de interações bem sucedidas. Considera-se um jogo de informação incompleta, uma vez que os agentes não tem informações sobre as estratégias de outros agentes. Para o processo de aprendizado de estratégias, utiliza-se um algoritmo evolutivo, no qual os agentes visando maximizar a sua função de fitness, atuam como autorregulares dos processos de trocas possibilitadas pelo jogo, contribuindo para o aumento do numero de interações bem sucedidas. São analisados 5 diferentes casos de composição da sociedade. Para alguns casos, analisa-se também um segundo tipo de cenário, onde a topologia de rede é modificada, representando algum tipo de mobilidade, a fim de analisar se os resultados são dependentes da vizinhança. Alem disso, um terceiro cenário é estudado, no qual é se determinada uma política de influencia, quando as medias dos parâmetros que definem as estratégias adotadas pelos agentes tornam-se publicas em alguns momentos da simulação, e os agentes que adotam a mesma estratégia de troca, influenciados por isso, imitam esses valores. O modelo foi implementado em NetLogo.

Uma abordagem evolucionária para o planejamento online de rotas para múltiplos robôs móveis em ambiente multiagente

O problema de planejamento de rotas de robôs móveis consiste em determinar a melhor rota para um robô, em um ambiente estático e/ou dinâmico, que seja capaz de deslocá-lo de um ponto inicial até e um ponto final, também em conhecido como estado objetivo. O presente trabalho emprega o uso de uma abordagem baseada em Algoritmos Genéticos para o planejamento de rotas de múltiplos robôs em um ambiente complexo composto por obstáculos fixos e obstáculos moveis. Através da implementação do modelo no software do NetLogo, uma ferramenta utilizada em simulações de aplicações multiagentes, possibilitou-se a modelagem de robôs e obstáculos presentes no ambiente como agentes interativos, viabilizando assim o desenvolvimento de processos de detecção e desvio de obstáculos. A abordagem empregada busca pela melhor rota para robôs e apresenta um modelo composto pelos operadores básicos de reprodução e mutação, acrescido de um novo operador duplo de refinamento capaz de aperfeiçoar as melhores soluções encontradas através da eliminação de movimentos inúteis. Além disso, o calculo da rota de cada robô adota um método de geração de subtrechos, ou seja, não calcula apenas uma unica rota que conecta os pontos inicial e final do cenário, mas sim várias pequenas subrotas que conectadas formam um caminho único capaz de levar o robô ao estado objetivo. Neste trabalho foram desenvolvidos dois cenários, para avaliação da sua escalabilidade: o primeiro consiste em um cenário simples composto apenas por um robô, um obstáculo movel e alguns obstáculos fixos; já o segundo, apresenta um cenário mais robusto, mais amplo, composto por múltiplos robôs e diversos obstáculos fixos e moveis. Ao final, testes de desempenho comparativos foram efetuados entre a abordagem baseada em Algoritmos Genéticos e o Algoritmo A*. Como critério de comparação foi utilizado o tamanho das rotas obtidas nas vinte simulações executadas em cada abordagem. A analise dos resultados foi especificada através do Teste t de Student.

Utilização de inteligência competitiva, da gestão de riscos e da computação aplicada para ganhos de competitividade em instituição organizadora de concursos

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2015.

Análise de risco para computação em nuvem

Têm-se notado nos últimos anos um crescimento na adoção de tecnologias de computação em nuvem, com uma adesão inicial por parte de particulares e pequenas empresas, e mais recentemente por grandes organizações. Esta tecnologia tem servido de base ao aparecimento de um conjunto de novas tendências, como a Internet das Coisas ligando os nossos equipamentos pessoais e wearables às redes sociais, processos de big data que permitem tipificar comportamentos de clientes ou ainda facilitar a vida ao cidadão com serviços de atendimento integrados. No entanto, tal como em todas as novas tendências disruptivas, que trazem consigo um conjunto de oportunidades, trazem também um conjunto de novos riscos que são necessários de serem equacionados. Embora este caminho praticamente se torne inevitável para uma grande parte de empresas e entidades governamentais, a sua adoção como funcionamento deve ser alvo de uma permanente avaliação e monitorização entre as vantagens e riscos associados. Para tal, é fundamental que as organizações se dotem de uma eficiente gestão do risco, de modo que possam tipificar os riscos (identificar, analisar e quantificar) e orientar-se de uma forma segura e metódica para este novo paradigma. Caso não o façam, os riscos ficam evidenciados, desde uma possível perda de competitividade face às suas congéneres, falta de confiança dos clientes, dos parceiros de negócio e podendo culminar numa total inatividade do negócio. Com esta tese de mestrado desenvolve-se uma análise genérica de risco tendo como base a Norma ISO 31000:2009 e a elaboração de uma proposta de registo de risco, que possa servir de auxiliar em processos de tomada de decisão na contratação e manutenção de serviços de Computação em Nuvem por responsáveis de organizações privadas ou estatais.

Otimização evolucionária para problemas de transferência de calor em PCI usando MEC

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2015.

Modelagem do potencial elétrico através da membrana do neurônio ganglionar e células de neuroblastoma: efeitos das cargas superficiais.

O objetivo do presente trabalho é comparar, do ponto de vista elétrico, a membrana do neurônio ganglionar com a da célula de neuroblastoma, analisando os efeitos das cargas fixas sobre o potencial elétrico nas superfícies da bicamada lipídica e também sobre o comportamento do perfil de potencial através da membrana, considerando as condiçõesfísico-químicas do estado de repouso e do estado de potencial de ação. As condições para a ocorrência dos referidos estados foram baseadas em valores numéricos de parâmetros elétricos e químicos, característicos dessas células, obtidos na literatura. O neurônio ganglionar exemplifica um neurônio sadio, e a célula de neuroblastoma, que é uma célula tumoral, exemplifica um neurônio patológico, alterado por esta condição. O neuroblastoma é um tumor que se origina das células da crista neural (neuroblastos), que é uma estrutura embrionária que dá origem a muitas partes do sistema nervoso, podendo surgir em diversos locais do organismo, desde a região do crânio até a área mais inferior da coluna. O modelo adotado para simular a membrana de neurônio inclui: (a) as distribuições espaciais de cargas elétricas fixas no glicocálix e na rede de proteínas citoplasmáticas; (b) as distribuições de cargas na solução eletrolítica dos meios externo e interno; e (c) as cargas superficiais da bicamada lipídica. Os resultados que obtivemos mostraram que, nos estados de repouso e de ação, os potenciais superficiais da bicamada interno (ÁSbc) e externo (ÁSgb) da célula de neuroblastoma não sofrem alteração mensurável, quando a densidade de carga na superfície interna (QSbc) torna-se 50 vezes mais negativa, tanto para uma densidade de carga na superfície externa da bicamada nula (QSgb = 0), como para um valor de QSgb 6= 0. Porém, no estado de repouso, uma leve queda em ÁSbc do neur^onio ganglionar pode ser observada com este nível de variação de carga, sendo que ÁSgb do neurônio ganglionar é mais negativo quando QSgb = 1=1100 e/A2. No estado de ação, para QSgb = 0, o aumento da negatividade de QSbc não provoca alteração detectável de ÁSbc e ÁSgb para os dois neurônios. Quando consideramos QSgb = 1=1100 e/A2, ÁSgb do neurônio ganglionar se torna mais negativo, não se observando variações detectáveis nos potenciais superficiais da célula de neuroblastoma. Tanto no repouso quanto no estado de ação, ÁSgb das duas células não sofre variação sensível com o aumento da negatividade da carga fixa distribuída espacialmente no citoplasma. Já a ÁSbc sofre uma queda gradativa nos dois tipos celulares; porém, no estado de ação, esta queda é mais rápida. Descobrimos diferenças importantes nos perfis de potencial das duas células, especialmente na região do glicocálix.

Modelando evolução por endossimbiose

Nesta dissertação é apresentada uma modelagem analítica para o processo evolucionário formulado pela Teoria da Evolução por Endossimbiose representado através de uma sucessão de estágios envolvendo diferentes interações ecológicas e metábolicas entre populações de bactérias considerando tanto a dinâmica populacional como os processos produtivos dessas populações. Para tal abordagem é feito uso do sistema de equações diferenciais conhecido como sistema de Volterra-Hamilton bem como de determinados conceitos geométricos envolvendo a Teoria KCC e a Geometria Projetiva. Os principais cálculos foram realizados pelo pacote de programação algébrica FINSLER, aplicado sobre o MAPLE.

Um problema inverso na modelagem da difusão do calor

O presente trabalho aborda um problema inverso associado a difus~ao de calor em uma barra unidimensional. Esse fen^omeno e modelado por meio da equac~ao diferencial par- cial parabolica ut = uxx, conhecida como equac~ao de difus~ao do calor. O problema classico (problema direto) envolve essa equac~ao e um conjunto de restric~oes { as condic~oes inicial e de contorno {, o que permite garantir a exist^encia de uma soluc~ao unica. No problema inverso que estudamos, o valor da temperatura em um dos extremos da barra n~ao esta disponvel. Entretanto, conhecemos o valor da temperatura em um ponto x0 xo no interior da barra. Para aproximar o valor da temperatura no intervalo a direita de x0, propomos e testamos tr^es algoritmos de diferencas nitas: diferencas regressivas, leap-frog e diferencas regressivas maquiadas.

Fatores associados ao aleitamento materno exclusivo em Juiz de Fora, MG

Este trabalho teve como objetivos identificar e analisar fatores associados ao aleitamento materno exclusivo, com significância estatística, em crianças menores de quatro meses residentes em Juiz de Fora, Minas Gerais. Fornece informações básicas para planejamento de política de amamentação neste município, estudando fatores influentes no desmame e criando Banco de Dados em Aleitamento Materno no Centro de Computação do Núcleo de Assessoria Técnica aos Estudos em Saúde da Universidade Federal de Juiz de Fora, disponível pára uso público. Compara os resultado desta pesquisa aos de outras cidades brasileiras com estudo de metodologia semelhante. Para atingir os objetivos propostos foi realizada pela autora desta tese uma pesquisa no período de 10 de agosto a 13 de setembro de 2002, época da campanha de vacinação na cidade, em uma amostra por conglomerado, tendo sido entrevistadas 1859 pessoas, sendo 625 mães e acompanhantes de crianças menores de 4 meses, em 24 postos de vacinação. A terminologia empregada deu-se de acordo com a recomendação da OMS (1991). Aplicou-se um questionário por intermédio de 268 entrevistadores voluntários, previamente treinados, incluindo estudantes da área de saúde. A pesquisa fez parte de um estudo multicêntrico em conjunto com o Núcleo de Pesquisas Epidemiológicas em Nutrição e Saúde da Universidade de São Paulo e do Núcleo de Investigação em Saúde da Mulher e da Criança, Instituto de Saúde, Secretaria Estadual de Saúde de São Paulo denominado Avaliação das práticas alimentares no primeiro ano de vida em dias nacionais de vacinação. A análise dos dados foi processada utilizando-se o programa Statiscal Package for The Social Sciences (SPSS) e os resultados foram descritos utilizando-se o teste do qui-quadrado para verificar a significância estatística da associação dos fatores independentes com o fator de desfecho aleitamento materno exclusivo. Para estudar possíveis fatores de confusão foi aplicada a técnica de análise de regressão logística. A pesquisa evidenciou que a prevalência de Aleitamento Materno Exclusivo aos 4 meses é baixa, sendo que esta é menor que as taxas da maioria das capitais brasileiras, com exceção de Cuiabá. Os hábitos de usar chupetas e mamadeiras são muito freqüentes no município. Os fatores de risco para interrupção do aleitamento materno exclusivo até os quatro meses encontrados foram: primiparidade, nascimento em hospital público ou público-privado, não disponibilidade para amamentar, uso de chupetas ou mamadeiras. A maioria das crianças inicia a amamentação no primeiro dia de vida em casa mas não de forma exclusiva. À medida que a idade aumenta, o índice de amamentação vai diminuindo progressivamente, indicando a necessidade urgente de programas de apoio e incentivo ao aleitamento materno, em especial de sua forma exclusiva, bem como de promoção do mesmo no município. Deve ser dada ênfase nesta atenção às mulheres primíparas e àquelas mulheres cujos partos ocorreram em hospitais públicos ou públicos-privados, que não tenham disponibilidade para amamentar e que utilizam mamadeiras ou chupetas para seus filhos.

Estudo do comportamento caótico e determinação de dimensão fractal em modelos pré-inflacionários não compactos

O caos determinístico é um dos aspectos mais interessantes no que diz respeito à teoria moderna dos sistemas dinâmicos, e está intrinsecamente associado a pequenas variações nas condições iniciais de um dado modelo. Neste trabalho, é feito um estudo acerca do comportamento caótico em dois casos específicos. Primeiramente, estudam-se modelos préinflacionários não-compactos de Friedmann-Robertson-Walker com campo escalar minimamente acoplado e, em seguida, modelos anisotrópicos de Bianchi IX. Em ambos os casos, o componente material é um fluido perfeito. Tais modelos possuem constante cosmológica e podem ser estudados através de uma descrição unificada, a partir de transformações de variáveis convenientes. Estes sistemas possuem estruturas similares no espaço de fases, denominadas centros-sela, que fazem com que as soluções estejam contidas em hipersuperfícies cuja topologia é cilíndrica. Estas estruturas dominam a relação entre colapso e escape para a inflação, que podem ser tratadas como bacias cuja fronteira pode ser fractal, e que podem ser associadas a uma estrutura denominada repulsor estranho. Utilizando o método de contagem de caixas, são calculadas as dimensões características das fronteiras nos modelos, o que envolve técnicas e algoritmos de computação numérica, e tal método permite estudar o escape caótico para a inflação.

Paralelização em CUDA/GLSL do algoritmo SIFT para reconhecimento de íris

Neste trabalho é estudada a viabilidade de uma implementação em paralelo do algoritmo scale invariant feature transform (SIFT) para identificação de íris. Para a implementação do código foi utilizada a arquitetura para computação paralela compute unified device architecture (CUDA) e a linguagem OpenGL shading language (GLSL). O algoritmo foi testado utilizando três bases de dados de olhos e íris, o noisy visible wavelength iris image Database (UBIRIS), Michal-Libor e CASIA. Testes foram feitos para determinar o tempo de processamento para verificação da presença ou não de um indivíduo em um banco de dados, determinar a eficiência dos algoritmos de busca implementados em GLSL e CUDA e buscar valores de calibração que melhoram o posicionamento e a distribuição dos pontos-chave na região de interesse (íris) e a robustez do programa final.

Paralelização do algoritmo FDK para reconstrução 3D de imagens tomográficas usando unidades gráficas de processamento e CUDA-C

A obtenção de imagens usando tomografia computadorizada revolucionou o diagnóstico de doenças na medicina e é usada amplamente em diferentes áreas da pesquisa científica. Como parte do processo de obtenção das imagens tomográficas tridimensionais um conjunto de radiografias são processadas por um algoritmo computacional, o mais usado atualmente é o algoritmo de Feldkamp, David e Kress (FDK). Os usos do processamento paralelo para acelerar os cálculos em algoritmos computacionais usando as diferentes tecnologias disponíveis no mercado têm mostrado sua utilidade para diminuir os tempos de processamento. No presente trabalho é apresentada a paralelização do algoritmo de reconstrução de imagens tridimensionais FDK usando unidades gráficas de processamento (GPU) e a linguagem CUDA-C. São apresentadas as GPUs como uma opção viável para executar computação paralela e abordados os conceitos introdutórios associados à tomografia computadorizada, GPUs, CUDA-C e processamento paralelo. A versão paralela do algoritmo FDK executada na GPU é comparada com uma versão serial do mesmo, mostrando maior velocidade de processamento. Os testes de desempenho foram feitos em duas GPUs de diferentes capacidades: a placa NVIDIA GeForce 9400GT (16 núcleos) e a placa NVIDIA Quadro 2000 (192 núcleos).

Plataforma de desenvolvimento de circuitos eletrônicos adaptativos.

Este trabalho apresenta uma arquitetura geral para evolução de circuitos eletrônicos analógicos baseada em algoritmos genéticos. A organização lógica privilegia a interoperabilidade de seus principais componentes, incluindo a possibilidade de substituição ou melhorias internas de suas funcionalidades. A plataforma implementada utiliza evolução extrínseca, isto é, baseada em simulação de circuitos, e visa facilidade e flexibilidade para experimentação. Ela viabiliza a interconexão de diversos componentes aos nós de um circuito eletrônico que será sintetizado ou adaptado. A técnica de Algoritmos Genéticos é usada para buscar a melhor forma de interconectar os componentes para implementar a função desejada. Esta versão da plataforma utiliza o ambiente MATLAB com um toolbox de Algoritmos Genéticos e o PSpice como simulador de circuitos. Os estudos de caso realizados apresentaram resultados que demonstram a potencialidade da plataforma no desenvolvimento de circuitos eletrônicos adaptativos.