Communication between nodes for autonomic and distributed management

Over the last decade, the most widespread approaches for traditional management were based on the Simple Network Management Protocol (SNMP) or Common Management Information Protocol (CMIP). However, they both have several problems in terms of scalability, due to their centralization characteristics. Although the distributed management approaches exhibit better performance in terms of scalability, they still underperform regarding communication costs, autonomy, extensibility, exibility, robustness, and cooperation between network nodes. The cooperation between network nodes normally requires excessive overheads for synchronization and dissemination of management information in the network. For emerging dynamic and large-scale networking environments, as envisioned in Next Generation Networks (NGNs), exponential growth in the number of network devices and mobile communications and application demands is expected. Thus, a high degree of management automation is an important requirement, along with new mechanisms that promote it optimally and e ciently, taking into account the need for high cooperation between the nodes. Current approaches for self and autonomic management allow the network administrator to manage large areas, performing fast reaction and e ciently facing unexpected problems. The management functionalities should be delegated to a self-organized plane operating within the network, that decrease the network complexity and the control information ow, as opposed to centralized or external servers. This Thesis aims to propose and develop a communication framework for distributed network management which integrates a set of mechanisms for initial communication, exchange of management information, network (re) organization and data dissemination, attempting to meet the autonomic and distributed management requirements posed by NGNs. The mechanisms are lightweight and portable, and they can operate in di erent hardware architectures and include all the requirements to maintain the basis for an e cient communication between nodes in order to ensure autonomic network management. Moreover, those mechanisms were explored in diverse network conditions and events, such as device and link errors, di erent tra c/network loads and requirements. The results obtained through simulation and real experimentation show that the proposed mechanisms provide a lower convergence time, smaller overhead impact in the network, faster dissemination of management information, increase stability and quality of the nodes associations, and enable the support for e cient data information delivery in comparison to the base mechanisms analyzed. Finally, all mechanisms for communication between nodes proposed in this Thesis, that support and distribute the management information and network control functionalities, were devised and developed to operate in completely decentralized scenarios.

Phase transitions and nonlinear phenomena in neuronal network models

Communication and cooperation between billions of neurons underlie the power of the brain. How do complex functions of the brain arise from its cellular constituents? How do groups of neurons self-organize into patterns of activity? These are crucial questions in neuroscience. In order to answer them, it is necessary to have solid theoretical understanding of how single neurons communicate at the microscopic level, and how cooperative activity emerges. In this thesis we aim to understand how complex collective phenomena can arise in a simple model of neuronal networks. We use a model with balanced excitation and inhibition and complex network architecture, and we develop analytical and numerical methods for describing its neuronal dynamics. We study how interaction between neurons generates various collective phenomena, such as spontaneous appearance of network oscillations and seizures, and early warnings of these transitions in neuronal networks. Within our model, we show that phase transitions separate various dynamical regimes, and we investigate the corresponding bifurcations and critical phenomena. It permits us to suggest a qualitative explanation of the Berger effect, and to investigate phenomena such as avalanches, band-pass filter, and stochastic resonance. The role of modular structure in the detection of weak signals is also discussed. Moreover, we find nonlinear excitations that can describe paroxysmal spikes observed in electroencephalograms from epileptic brains. It allows us to propose a method to predict epileptic seizures. Memory and learning are key functions of the brain. There are evidences that these processes result from dynamical changes in the structure of the brain. At the microscopic level, synaptic connections are plastic and are modified according to the dynamics of neurons. Thus, we generalize our cortical model to take into account synaptic plasticity and we show that the repertoire of dynamical regimes becomes richer. In particular, we find mixed-mode oscillations and a chaotic regime in neuronal network dynamics.

Formação contínua de professores de ciências e de filosofia : contributos de um estudo sobre educação para a sustentabilidade

Este estudo pretende ser uma contribuição para a resposta aos apelos desafiadores de diversos autores e organizações internacionais, em particular das Nações Unidas, ao reconhecerem a importância da educação para a sustentabilidade através da proposta da Década da Educação para o Desenvolvimento Sustentável (2005-2014). A formação contínua de professores desenvolvida em comunidades de aprendizagem interdisciplinares, constituídas por professores de Ciências e de Filosofia, foi assumida nesta investigação com um instrumento que pode potenciar o incremento da interdisciplinaridade entre estas áreas do saber e promover o desenvolvimento profissional dos professores. O estudo realizado centra-se em três fases: Fase I – Diagnóstico de concepções de professores de Ciências e de Filosofia acerca da pertinência que atribuem às interacções intergrupais (Ciências/Filosofia) como contributo para a melhoria das suas práticas pedagógicas e das aprendizagens dos alunos no âmbito da educação para a sustentabilidade. Fase II – Concepção e implementação de um programa de formação contínua numa comunidade de aprendizagem interdisciplinar, constituída por professores de Ciências e de Filosofia de uma escola. Fase III – Avaliação das percepções dos professores/formandos sobre os impactes do programa de formação no incremento da interdisciplinaridade, na leccionação da temática Sustentabilidade na Terra, no desenvolvimento profissional dos participantes e nas práticas de formação contínua de professores. A Fase I incide sobre o diagnóstico de concepções de professores de Ciências e de Filosofia, para o qual foi concebido um questionário, aplicado em dezoito escolas do Ex-CAE de Viseu, e ao qual responderam 185 professores. Os indicadores obtidos revelam que os professores de Ciências e de Filosofia reconhecem a relevância das suas próprias áreas disciplinares para a formação dos alunos. No entanto, a interdisciplinaridade entre as Ciências e a Filosofia é escassa, apesar dos professores considerarem que pode ser útil na planificação das actividades lectivas. Consideram, também, que pode promover a implementação de estratégias de ensino mais diversificadas e contribuir para o incremento de uma cultura de colaboração nas escolas. Os professores de Ciências e de Filosofia reconhecem que a abordagem da temática Sustentabilidade na Terra necessita de conceitos para além dos que são abordados individualmente nas disciplinas leccionadas e pode ser facilitada se forem implementados materiais didácticos construídos com colegas do seu e de outros grupos disciplinares. A Fase II parte das concepções diagnosticadas, dos indicadores da investigação em Didáctica, das actuais perspectivas de ensino e de aprendizagem preconizadas para os Ensinos Básico e Secundário e de um modelo de formação reflexiva, crítica e ecológica (Bronfenbrenner, 1979; Alarcão, 1996; Sá-Chaves, 1997; Schön, 2000) e elabora-se um programa de formação contínua de professores de cariz interdisciplinar (Ciências e Filosofia). Este programa de formação foi implementado a vinte e quatro professores de Ciências e de Filosofia de uma Escola Secundária da região Centro-Norte de Portugal, durante o ano lectivo de 2008/2009 e teve a duração de cinquenta horas presenciais e cinquenta horas não presenciais. Nele aprofundam-se conhecimentos no âmbito da educação em Ciência e em Filosofia, promovendo a ligação entre ambas e facilitando, deste modo, a sua transposição didáctica. Promove-se a articulação entre a investigação e as práticas pedagógicas e proporciona-se a análise e o aprofundamento de temáticas transversais às Ciências e à Filosofia. Procura-se, deste modo, potenciar a especificidade das áreas do saber envolvidas e promover o enriquecimento de perspectivas nos participantes. Das dinâmicas estabelecidas emergem percursos formativos que permitem a construção de materiais didácticos, estruturados numa perspectiva construtivista de cariz interdisciplinar, para a temática Sustentabilidade da Terra, leccionada nas disciplinas de Ciências (Ensino Básico e Secundário) e de Filosofia (Ensino Secundário). Estes materiais didácticos são, posteriormente, implementados pelos professores de Ciências e Filosofia no contexto de sala de aula. Na Fase III desta investigação avaliam-se as percepções sobre os impactes do programa de formação no incremento da interdisciplinaridade entre os professores de Ciências e de Filosofia, na leccionação da temática Sustentabilidade na Terra, no desenvolvimento profissional dos professores que nele participaram e na melhoria das práticas de formação contínua de professores. Os indicadores obtidos apontam no sentido de que o processo formativo experienciado contribuiu para: - ajudar a derrubar barreiras disciplinares existentes entre os professores de Ciências e de Filosofia; - a construção, numa lógica interdisciplinar, de materiais didácticos diversificados para a temática Sustentabilidade na Terra, que foram reconhecidos pelos alunos como inovadores e importantes para a vivência de aprendizagens activas e contextualizadas; - a modificação de algumas práticas pedagógicas dos professores participantes; - a identificação de potencialidades das comunidades de aprendizagem interdisciplinares na formação contínua de professores. As conclusões obtidas nesta investigação levam a considerar que há necessidade de serem trilhados novos caminhos no campo da formação contínua de professores, procurando criar mecanismos de trabalho e de cooperação que permitam uma efectiva partilha de saberes e de valores entre professores de diferentes áreas disciplinares, que informem novas atitudes, reais e consentâneas com uma prática pedagógica reflexiva e interdisciplinar. Deste modo, considera-se que a adopção de um modelo reflexivo de formação contínua de professores, baseado na constituição de comunidades de aprendizagem interdisciplinares, ajuda os professores a terem uma visão mais integradora dos saberes e a reconhecerem as potencialidades da interdisciplinaridade entre as Ciências e a Filosofia na melhoria das práticas pedagógicas. Pode, também, constituir-se como resposta aos desafios da educação no século XXI, facilitando o exercício de uma cidadania de responsabilidade e participativa e apontando perspectivas para a resolução de problemas da sociedade actual, entre os quais se incluem os relacionados com a sustentabilidade do planeta Terra.

Criatividade e mudança: promoção da capacidade, competência e atitude criativa

A tese que se apresenta defende que a capacidade criativa, manifestação de criatividade da condição humana, ao ser promovida e desenvolvida facilita a ocorrência da aprendizagem da atitude criativa, que tem como efeito a flexibilidade de pensamento, a originalidade das ideias e a fluidez de expressão, potenciando, simultaneamente, a comunicação e a expressão pessoal, ao despertar a curiosidade e o espírito crítico. Para demonstrar a sua validade e legitimidade começou-se por estabelecer a conexão de dois campos de estudos, criatividade e comunicação-ludicidade. De seguida definiu-se três vias distintas que permitiu chegar à perspectiva teórica da pragmática da criatividade: A primeira via diz respeito ao entendimento de diferentes perspectivas teóricas de autores de referência que se dedicaram ao estudo da compreensão da criatividade e à investigação dos factores que permitem a promoção e o desenvolvimento da criatividade humana e social, tentando estabelecer um paralelo entre elas; a segunda via, foi a apropriação da pragmática da comunicação humana estabelecida pela Escola de Pensamento de Palo Alto (1967), e a sua transposição para o campo teórico da criatividade, o que permite sublinhar a relevância dos factores de interacção e de contextos situacionais na construção da aprendizagem e na mudança; a terceira e última via diz respeito à adopção da noção de consequencialidade estabelecido por Cronen e Sigman (1995), no contexto da comunicação humana, o que possibilita a delimitação do percurso no campo da pragmática da criatividade. Das três vias definidas resulta a elaboração da conceptualização sobre a atitude criativa e a definição da metodologia de design de criatividade que se define como uma metodologia de comunicação e ludicidade e de experiência criativa, concebida e desenvolvida segundo um modelo sistémico, que promove a construção de aprendizagens e mudanças, que potenciam o desenvolvimento da criatividade bem como os seus efeitos na autonomia individual, nomeadamente, a flexibilidade do pensamento, a capacidade crítica, a originalidade da concepção, a construção de artefactos e a cooperação na interacção com os outros e consigo mesmo. Os resultados obtidos fazem parte integrante do projecto de investigação, formação e intervenção designado por CriCoLudi– criatividade, comunicação-ludicidade que se apresentam e sustentam a afirmação da tese enunciada. O referido projecto CriCoLudi foi desenvolvido no contexto da formação inicial de futuros Educadores de Infância, integrado na disciplina de Comunicação e Ludicidade, da Licenciatura em Educação de Infância da Universidade de Aveiro decorrido no ano lectivo de 2004/05, com uma amostra constituida por dezassete sujeitos-alvo mediados (SAMos) e por um sujeito-alvo mediador (SAMr), autora da tese. O projecto CriCoLudi foi desenvolvido em contexto de sala de aula em situação de intervenção do tipo oficina, mediado pela concepção e produção de artefactos lúdicos e de criatividade. As relações estabelecidas entre o processo de promoção e desenvolvimento da capacidade criativa com o seu efeito, atitude criativa dela decorrente, revelaram-se ao longo do processo de construção da aprendizagem e da mudança de comportamentos dos sujeitos alvo mediados, através da metodologia proposta e criada para o efeito, design de criatividade, que se desenvolveu através de estratégias relacionais, em contexto situacional e inter-pessoal de oficina, promovendo-se e desenvolvendo-se a capacidade de questionar dos estereótipos reenquadrando um novo olhar sobre a realidade, promovidas pelo sujeito-alvo mediador, reponsável pelo processo em causa.