Aspectos de aprendizagem em optimização

A optimização e a aprendizagem em Sistemas Multi-Agente são consideradas duas áreas promissoras mas relativamente pouco exploradas. A optimização nestes ambientes deve ser capaz de lidar com o dinamismo. Os agentes podem alterar o seu comportamento baseando-se em aprendizagem recente ou em objectivos de optimização. As estratégias de aprendizagem podem melhorar o desempenho do sistema, dotando os agentes da capacidade de aprender, por exemplo, qual a técnica de optimização é mais adequada para a resolução de uma classe particular de problemas, ou qual a parametrização é mais adequada em determinado cenário. Nesta dissertação são estudadas algumas técnicas de resolução de problemas de Optimização Combinatória, sobretudo as Meta-heurísticas, e é efectuada uma revisão do estado da arte de Aprendizagem em Sistemas Multi-Agente. É também proposto um módulo de aprendizagem para a resolução de novos problemas de escalonamento, com base em experiência anterior. O módulo de Auto-Optimização desenvolvido, inspirado na Computação Autónoma, permite ao sistema a selecção automática da Meta-heurística a usar no processo de optimização, assim como a respectiva parametrização. Para tal, recorreu-se à utilização de Raciocínio baseado em Casos de modo que o sistema resultante seja capaz de aprender com a experiência adquirida na resolução de problemas similares. Dos resultados obtidos é possível concluir da vantagem da sua utilização e respectiva capacidade de adaptação a novos e eventuais cenários.

Sistema de aquisição de dados em tempo real

Neste trabalho propus-me realizar um Sistema de Aquisição de Dados em Tempo Real via Porta Paralela. Para atingir com sucesso este objectivo, foi realizado um levantamento bibliográfico sobre sistemas operativos de tempo real, salientando e exemplificando quais foram marcos mais importantes ao longo da sua evolução. Este levantamento permitiu perceber o porquê da proliferação destes sistemas face aos custos que envolvem, em função da sua aplicação, bem como as dificuldades, científicas e tecnológicas, que os investigadores foram tendo, e que foram ultrapassando com sucesso. Para que Linux se comporte como um sistema de tempo real, é necessário configura-lo e adicionar um patch, como por exemplo o RTAI ou ADEOS. Como existem vários tipos de soluções que permitem aplicar as características inerentes aos sistemas de tempo real ao Linux, foi realizado um estudo, acompanhado de exemplos, sobre o tipo de arquitecturas de kernel mais utilizadas para o fazer. Nos sistemas operativos de tempo real existem determinados serviços, funcionalidades e restrições que os distinguem dos sistemas operativos de uso comum. Tendo em conta o objectivo do trabalho, e apoiado em exemplos, fizemos um pequeno estudo onde descrevemos, entre outros, o funcionamento escalonador, e os conceitos de latência e tempo de resposta. Mostramos que há apenas dois tipos de sistemas de tempo real o ‘hard’ que tem restrições temporais rígidas e o ‘soft’ que engloba as restrições temporais firmes e suaves. As tarefas foram classificadas em função dos tipos de eventos que as despoletam, e evidenciando as suas principais características. O sistema de tempo real eleito para criar o sistema de aquisição de dados via porta paralela foi o RTAI/Linux. Para melhor percebermos o seu comportamento, estudamos os serviços e funções do RTAI. Foi dada especial atenção, aos serviços de comunicação entre tarefas e processos (memória partilhada e FIFOs), aos serviços de escalonamento (tipos de escalonadores e tarefas) e atendimento de interrupções (serviço de rotina de interrupção - ISR). O estudo destes serviços levou às opções tomadas quanto ao método de comunicação entre tarefas e serviços, bem como ao tipo de tarefa a utilizar (esporádica ou periódica). Como neste trabalho, o meio físico de comunicação entre o meio ambiente externo e o hardware utilizado é a porta paralela, também tivemos necessidade de perceber como funciona este interface. Nomeadamente os registos de configuração da porta paralela. Assim, foi possível configura-lo ao nível de hardware (BIOS) e software (módulo do kernel) atendendo aos objectivos do presente trabalho, e optimizando a utilização da porta paralela, nomeadamente, aumentando o número de bits disponíveis para a leitura de dados. No desenvolvimento da tarefa de hard real-time, foram tidas em atenção as várias considerações atrás referenciadas. Foi desenvolvida uma tarefa do tipo esporádica, pois era pretendido, ler dados pela porta paralela apenas quando houvesse necessidade (interrupção), ou seja, quando houvesse dados disponíveis para ler. Desenvolvemos também uma aplicação para permitir visualizar os dados recolhidos via porta paralela. A comunicação entre a tarefa e a aplicação é assegurada através de memória partilhada, pois garantindo a consistência de dados, a comunicação entre processos do Linux e as tarefas de tempo real (RTAI) que correm ao nível do kernel torna-se muito simples. Para puder avaliar o desempenho do sistema desenvolvido, foi criada uma tarefa de soft real-time cujos tempos de resposta foram comparados com os da tarefa de hard real-time. As respostas temporais obtidas através do analisador lógico em conjunto com gráficos elaborados a partir destes dados, mostram e comprovam, os benefícios do sistema de aquisição de dados em tempo real via porta paralela, usando uma tarefa de hard real-time.

Jogos Sérios para Lean Manufacturing: “Jogo: Método 5S”

A crise económica global que se faz sentir leva a que surja uma necessidade de aumentar a competitividade das empresas, através da melhoria de performance dos seus colaboradores. Nesse sentido, Lean Manufacturing é uma área que merece a atenção das empresas e dos seus colaboradores, uma vez que os seus principais objectivos são o aumento da produtividade, a redução dos desperdícios e a optimização dos recursos disponíveis. Uma ferramenta do Lean que merece especial destaque é o Método 5S, que permite aumentar a produtividade através do aumento da organização do posto de trabalho. Uma vez que usar postos de trabalho a mais, de modo a que os colaboradores pratiquem e aprendam a aplicar as regras do 5S, fica dispendioso em tempo de trabalho e custos acrescidos pela paragem da linha produção, surge a necessidade de criação de um Jogo Sério que ajude na aprendizagem destes temas. Um breve estudo do mercado revelou que esta necessidade não está a ser devidamente respondida. Existem algumas entidades que se dedicam ao ensino e partilha deste tipo de conhecimentos, sendo poucas as que têm ferramentas digitais disponíveis. Esta dissertação propõe um Jogo Sério que pretende dar resposta a esta necessidade, permitindo pôr em prática o Método 5S, servindo ainda como ferramenta motivadora, para que o colaborador aprofunde o seu conhecimento na matéria. Esta abordagem prática encoraja o jogador a aprender por tentativa e erro. Informações mostradas ao longo do jogo permitem uma aprendizagem sem haver uma sobrecarga cognitiva. A avaliação do jogo, realizada por um grupo de alunos que frequentam o Mestrado em Engenharia Mecânica, demonstrou que a nossa abordagem é eficiente e resulta na aprendizagem dos conceitos 5S.

Áudio digital: uma abordagem ao áudio pela perspectiva de ensino

A sociedade contemporânea tem acompanhado a evolução da Internet, ligando cada vez mais pessoas que exigem mais dela a cada dia que passa e desencadeando uma proliferação tecnológica nunca antes observada. A utilização de recursos, como vídeo e áudio na Internet, tem ganho nos últimos anos um crescente interesse. No entanto, constata-se a carência ou falta de recursos educativos digitais na área do áudio, que sejam capazes de apresentar uma pedagogia eficiente face a um tema muito complexo e extenso, para todos aqueles que queiram aprender de forma mais aprofundada o áudio como componente de engenharia. Na internet, sites de vídeos como Youtube ensinam a usar software de edição de áudio como Audacity, conceitos sobre som e áudio. Contudo, todos estão espalhados, sendo que a maior parte deles não possui fundamentos científicos ou uma bibliografia que acompanhe os conteúdos que leccionam. A proposta desta investigação é pesquisar sobre conhecimentos e recursos de áudio, integrando-os num produto Learning Object, Investigar noções teóricas sobre o som, equipamentos e técnicas usadas na área, assim como obter melhores resultados num espaço para a gravação que o aluno poderia fazer, aglomerando esses conceitos num protótipo mediamente desenvolvido. Foi necessária uma investigação extensa nesta área e avaliar e investigar a possibilidade de um recurso educativo, como o DALCH, capaz de proporcionar uma aprendizagem efectiva dos conceitos relacionados com áudio, que é um conceito complexo. Uma vez realizada essa investigação, foi necessário desenvolver, testar e avaliar um produto Learning Object, que apresentasse o áudio na sua globalidade, desde conceitos básicos até conceitos inerentes à própria produção. Foi possível aferir que esta solução pode contribuir para a formação desses alunos mediante uma experiência de aprendizagem agradável e intuitiva.

Desesenvolvimento de recursos educativos para a área de matemática em dispositivos móveis

A combinação do avanço tecnológico com o crescimento da aquisição de dispositivos móveis refletiu-­‐se na vida diária das pessoas, sendo usado nas atividades de trabalho e lazer. A transposição dessa realidade para a sala de aula, não se fez esperar, inicialmente até de uma forma marginal mas acabando por ser aceite. Confrontada com esta nova realidade as autoridades educativas começaram a apoiar e a incentivar as instituições. O desenvolvimento de tecnologias como b-­‐learning, m-­‐learning e dos sistemas de aprendizagem (Learning Management System) deram uma grande contribuição para o desenvolvimento das tecnologias móveis no ensino, no entanto ainda hoje os intervenientes da educação, especialmente professores e alunos, sentem diversas necessidades. Neste contexto procedeu-­‐se ao desenvolvimento de um recurso educativo para a disciplina de matemática. Este recurso educativo está suportado numa plataforma que permite colocar conteúdos, visualiza-­‐los, alterá-­‐los e elimina-­‐los. Numa vertente mais lúdica, foi desenvolvido um jogo didático para um dispositivo móvel, neste caso o iPhone. Desta forma o aluno aprende sem se aperceber que está a aprender e pode faze-­‐lo em qualquer lugar e em qualquer período de tempo. Explorando, assim, a interatividade e a mobilidade.

Academic mobility: a non-Machiavellian means to global citizenship

Although Mobility is a trendy and an important keyword in education matters, it has been a knowledge tool since the beginning of times, namely the Classical Antiquity, when students were moving from place to place following the masters. Over the time, different types of academic mobility can be found and this tool has been taken both by the education and business sector as almost a compulsory process since the world has gone global. Mobility is, of course, not an end but a means. And as far as academic mobility is concerned it is above all a means to get knowledge, being it theoretical or practical. But why does it still make sense to move from one place to another to get knowledge if never as before we have heaps of information and experiences available around us, either through personal contacts, in books, journals, newspapers or online? With this paper we intend to discuss the purpose of international mobility in the global world of the 21st century as a means to the development of world citizens able to live, work and learn in different and unfamiliar contexts. Based on our own experience as International Coordinator in a Higher Education Institution (HEI) over the last 8 years, on the latest research on academic mobility and still on studies on employability we will show how and why academic mobility can develop skills either in students or in other academic staff that are hardly possible to build in a classroom, or in a non-mobile academic or professional experience and that are highly valued by employers and society in general.

Methodology for in-game certification in serious games

Serious games are starting to attain a higher role as tools for learning in various contexts, but in particular in areas such as education and training. Due to its characteristics, such as rules, behavior simulation and feedback to the player's actions, serious games provide a favorable learning environment where errors can occur without real life penalty and students get instant feedback from challenges. These challenges are in accordance with the intended objectives and will self-adapt and repeat according to the student’s difficulty level. Through motivating and engaging environments, which serve as base for problem solving and simulation of different situations and contexts, serious games have a great potential to aid players developing professional skills. But, how do we certify the acquired knowledge and skills? With this work we intend to propose a methodology to establish a relationship between the game mechanics of serious games and an array of competences for certification, evaluating the applicability of various aspects in the design and development of games such as the user interfaces and the gameplay, obtaining learning outcomes within the game itself. Through the definition of game mechanics combined with the necessary pedagogical elements, the game will ensure the certification. This paper will present a matrix of generic skills, based on the European Framework of Qualifications, and the definition of the game mechanics necessary for certification on tour guide training context. The certification matrix has as reference axes: skills, knowledge and competencies, which describe what the students should learn, understand and be able to do after they complete the learning process. The guides-interpreters welcome and accompany tourists on trips and visits to places of tourist interest and cultural heritage such as museums, palaces and national monuments, where they provide various information. Tour guide certification requirements include skills and specific knowledge about foreign languages and in the areas of History, Ethnology, Politics, Religion, Geography and Art of the territory where it is inserted. These skills are communication, interpersonal relationships, motivation, organization and management. This certification process aims to validate the skills to plan and conduct guided tours on the territory, demonstrate knowledge appropriate to the context and finally match a good group leader. After defining which competences are to be certified, the next step is to delineate the expected learning outcomes, as well as identify the game mechanics associated with it. The game mechanics, as methods invoked by agents for interaction with the game world, in combination with game elements/objects allows multiple paths through which to explore the game environment and its educational process. Mechanics as achievements, appointments, progression, reward schedules or status, describe how game can be designed to affect players in unprecedented ways. In order for the game to be able to certify tour guides, the design of the training game will incorporate a set of theoretical and practical tasks to acquire skills and knowledge of various transversal themes. For this end, patterns of skills and abilities in acquiring different knowledge will be identified.

"Poster yourself": a construção colaborativa e multimédia do conhecimento no Ensino Precoce de Inglês

Mestrado em Ensino Precoce do Inglês

Development of a platform for lean manufacturing simulation games

More than ever, the economic globalization is creating the need to increase business competitiveness. Lean manufacturing is a management philosophy oriented to the elimination of activities that do not create any type of value and are thus considered a waste. One of the main differences from other management philosophies is the shop-floor focus and the operators' involvement. Therefore, the training of all organization levels is crucial for the success of lean manufacturing. Universities should also participate actively in this process by developing students' lean management skills and promoting a better and faster integration of students into their future organizations. This paper proposes a single realistic manufacturing platform, involving production and assembly operations, to learn by playing many of the lean tools such as VSM, 5S, SMED, poke-yoke, line balance, TPM, Mizusumashi, plant layout, and JIT/kanban. This simulation game was built in tight cooperation with experienced lean companies under the international program “Lean Learning Academy,”http://www.leanlearningacademy.eu/ and its main aim is to make bachelor and master courses in applied sciences more attractive by integrating classic lectures with a simulated production environment that could result in more motivated students and higher study yields. The simulation game results show that our approach is efficient in providing a realistic platform for the effective learning of lean principles, tools, and mindset, which can be easily included in course classes of less than two hours.

Formative assessment and motivation in higher education: a successful approach in mechanical engineer thermodynamics

Between 2000/01 and 2006/07, the approval rate of a Thermodynamics course in a Mechanical Engineer graduation was 25%. However, a careful analysis of the results showed that 41% of the students chosen not to attend or dropped out, missing the final examination. Thus, a continuous assessment methodology was developed, whose purpose was to reduce drop out, motivating students to attend this course, believing that what was observed was due, not to the incapacity to pass, but to the anticipation of the inevitability of failure by the students. If, on one hand, motivation is defined as a broad construct pertaining to the conditions and processes that account for the arousal, direction, magnitude, and maintenance of effort, on the other hand, assessment is one of the most powerful tools to change the will that students have to learn, motivating them to learn in a quicker and permanent way. Some of the practices that were implemented, included: promoting learning goal orientation rather than performance goal orientation; cultivating intrinsic interest in the subject and put less emphasis on grades but make grading criteria explicit; emphasizing teaching approaches that encourage collaboration among students and cater for a range of teaching styles; explaining the reasons for, and the implications of, tests; providing feedback to students about their performance in a form that is non-egoinvolving and non-judgemental and helping students to interpret it; broadening the range of information used in assessing the attainment of individual students. The continuous assessment methodology developed was applied in 2007/08 and 2008/09, having found an increase in the approval from 25% to 55% (30%), accompanied by a decrease of the drop out from 41% to 23,5% (17,5%). Flunking with a numerical grade lowered from 34,4% to 22,0% (12,4%). The perception by the students of the continuous assessment relevance was evaluated with a questionnaire. 70% of the students that failed the course respond that, nevertheless, didn’t repent having done the continuous assessment.

A mobile robot platform for open learning based on serious games and remote laboratories

Within the pedagogical community, Serious Games have arisen as a viable alternative to traditional course-based learning materials. Until now, they have been based strictly on software solutions. Meanwhile, research into Remote Laboratories has shown that they are a viable, low-cost solution for experimentation in an engineering context, providing uninterrupted access, low-maintenance requirements, and a heightened sense of reality when compared to simulations. This paper will propose a solution where both approaches are combined to deliver a Remote Laboratory-based Serious Game for use in engineering and school education. The platform for this system is the WebLab-Deusto Framework, already well-tested within the remote laboratory context, and based on open standards. The laboratory allows users to control a mobile robot in a labyrinth environment and take part in an interactive game where they must locate and correctly answer several questions, the subject of which can be adapted to educators' needs. It also integrates the Google Blockly graphical programming language, allowing students to learn basic programming and logic principles without needing to understand complex syntax.

TRAILER – e-Portfolio for collecting and recognizing informal learning process and outcomes

Informal learning is becoming more and more important: Nowadays people learn more this way, through the Internet, than in schools or normal trainings. But they don’t get any certificateswhich attest this fact. So they can't show the employer or teacher etc. that they have learned something. TRAILER project aim is to solve this problem by developing a special tool for managing of all competences and skills acquired through informal learning experiences. Both from the perspective of the user and the perspective of an institution or a company. We’ll present the IT tool to show how people can make their informal learning outcomes visible. TRAILER helps users to gather all information about process and outcomes of their informal learning. Users can share this with friends, colleagues or their employees, teachers and so on. They can create an interactive e-portfolio which can be attached to their CV, cover letter or Knowledge Management system etc. After the presentation of the tool we will discuss possible areas and fields to use this tool. Also we would like to discuss all possible use of the tool by the participants and another needs in this area. Moreover we want to discuss other problems in informal learning process, ways to solve the problems and discuss other ideas of different IT tools which could help in informal learning process. During the discussion we’ll use an interactive respond system which can be used on mobile devices: it makes possible for participants to share their opinions individually before knowing another persons' opinion.

A tool to aid institutions recognize their employees competences acquired by informal learning

People do not learn only in formal educational institutions, but also throughout their lives, from their experiences, conversations, observations of others, exploration of the Internet, meetings and conferences, and chance encounters etc. However this informal and non-formal learning can easily remain largely invisible, making it hard for peers and employers to recognize or act upon it. The TRAILER project aims to make this learning visible so that it can benefit both the individual and the organization. The proposed demonstration will show a software solution that (i) helps the learners to capture, organize and classify a wide range of ’informal’ learning taking place in their lives, and (ii) assists the organization in recognizing this learning and use it to help managing human resources (benefiting both parts). This software tool has recently been used in two phases of pilot studies, which have run in four different European countries.

Sistema didáctico de baixo custo com FPGA de alta densidade

O uso das Field-Programmable Gate Array tem crescido de forma exponencial. Com isto dito, é importante que os engenheiros electrotécnicos estejam familiarizados com este tipo de tecnologia. Foi com o intuído de passar estas valências para os alunos do ISEP, que surgiu a ideia de criar um sistema didáctico, que permitisse ao alunos aprender a trabalhar com estes dispositivos. O seguinte trabalho iniciou-se com base num estudo das características destes dispositivos e das suas potencialidades, seguido de uma avaliação do que o mercado tem para oferecer. Posteriormente, com base em toda a informação reunida, foi definida a arquitectura do sistema, que levou selecção de dispositivos a incluir no mesmo, e culminando na concepção do esquema eléctrico do sistema e da placa de circuito impresso correspondente ao protótipo do mesmo. As principais directivas para este projecto foram o uso de uma FPGA de alta densidade e a concepção da ferramenta com o custo de projecto o mais reduzido possível.

Suporte à computação paralela e distribuída em Java: distribuição e execução de trabalho

Nos últimos anos começaram a ser vulgares os computadores dotados de multiprocessadores e multi-cores. De modo a aproveitar eficientemente as novas características desse hardware começaram a surgir ferramentas para facilitar o desenvolvimento de software paralelo, através de linguagens e frameworks, adaptadas a diferentes linguagens. Com a grande difusão de redes de alta velocidade, tal como Gigabit Ethernet e a última geração de redes Wi-Fi, abre-se a oportunidade de, além de paralelizar o processamento entre processadores e cores, poder em simultâneo paralelizá-lo entre máquinas diferentes. Ao modelo que permite paralelizar processamento localmente e em simultâneo distribuí-lo para máquinas que também têm capacidade de o paralelizar, chamou-se “modelo paralelo distribuído”. Nesta dissertação foram analisadas técnicas e ferramentas utilizadas para fazer programação paralela e o trabalho que está feito dentro da área de programação paralela e distribuída. Tendo estes dois factores em consideração foi proposta uma framework que tenta aplicar a simplicidade da programação paralela ao conceito paralelo distribuído. A proposta baseia-se na disponibilização de uma framework em Java com uma interface de programação simples, de fácil aprendizagem e legibilidade que, de forma transparente, é capaz de paralelizar e distribuir o processamento. Apesar de simples, existiu um esforço para a tornar configurável de forma a adaptar-se ao máximo de situações possível. Nesta dissertação serão exploradas especialmente as questões relativas à execução e distribuição de trabalho, e a forma como o código é enviado de forma automática pela rede, para outros nós cooperantes, evitando assim a instalação manual das aplicações em todos os nós da rede. Para confirmar a validade deste conceito e das ideias defendidas nesta dissertação foi implementada esta framework à qual se chamou DPF4j (Distributed Parallel Framework for JAVA) e foram feitos testes e retiradas métricas para verificar a existência de ganhos de performance em relação às soluções já existentes.