Híper-heurísticas com aprendizagem

A otimização nos sistemas de suporte à decisão atuais assume um carácter fortemente interdisciplinar relacionando-se com a necessidade de integração de diferentes técnicas e paradigmas na resolução de problemas reais complexos, sendo que a computação de soluções ótimas em muitos destes problemas é intratável. Os métodos de pesquisa heurística são conhecidos por permitir obter bons resultados num intervalo temporal aceitável. Muitas vezes, necessitam que a parametrização seja ajustada de forma a permitir obter bons resultados. Neste sentido, as estratégias de aprendizagem podem incrementar o desempenho de um sistema, dotando-o com a capacidade de aprendizagem, por exemplo, qual a técnica de otimização mais adequada para a resolução de uma classe particular de problemas, ou qual a parametrização mais adequada de um dado algoritmo num determinado cenário. Alguns dos métodos de otimização mais usados para a resolução de problemas do mundo real resultaram da adaptação de ideias de várias áreas de investigação, principalmente com inspiração na natureza - Meta-heurísticas. O processo de seleção de uma Meta-heurística para a resolução de um dado problema é em si um problema de otimização. As Híper-heurísticas surgem neste contexto como metodologias eficientes para selecionar ou gerar heurísticas (ou Meta-heurísticas) na resolução de problemas de otimização NP-difícil. Nesta dissertação pretende-se dar uma contribuição para o problema de seleção de Metaheurísticas respetiva parametrização. Neste sentido é descrita a especificação de uma Híperheurística para a seleção de técnicas baseadas na natureza, na resolução do problema de escalonamento de tarefas em sistemas de fabrico, com base em experiência anterior. O módulo de Híper-heurística desenvolvido utiliza um algoritmo de aprendizagem por reforço (QLearning), que permite dotar o sistema da capacidade de seleção automática da Metaheurística a usar no processo de otimização, assim como a respetiva parametrização. Finalmente, procede-se à realização de testes computacionais para avaliar a influência da Híper- Heurística no desempenho do sistema de escalonamento AutoDynAgents. Como conclusão genérica, é possível afirmar que, dos resultados obtidos é possível concluir existir vantagem significativa no desempenho do sistema quando introduzida a Híper-heurística baseada em QLearning.

Integração de aplicações Web 2.0 e sistemas de gestão de conteúdos em ambientes pessoais de aprendizagem

A utilização de aplicações Web 2.0 no processo ensino/aprendizagem tem vindo a intensificar-se nos últimos tempos, mais por iniciativas individuais de docentes e estudantes do que por estratégia das Instituições de Ensino. Este artigo apresenta um projecto já em curso que consiste na implementação de uma plataforma de criação de ambientes de aprendizagem controlados pelos estudantes, integrando aplicações Web 2.0 e sistemas de gestão de conteúdos. A plataforma permitirá a utilização segura de conteúdos criados em aplicações Web 2.0, no processo de avaliação, possibilitando a sua publicação na infra-estrutura controlada pela Instituição de Ensino Superior, contribuindo assim para a adequação do binómio ensino/aprendizagem ao novo paradigma implicado no processo de Bolonha.

Aplicações da Web social como complemento da aprendizagem no ensino superior: um caso de estudo

A mudança de paradigma imposta pelo Processo de Bolonha, em que o aluno passa a ser responsável pela sua aprendizagem, e uma nova geração de estudantes universitários com maiores aptidões tecnológicas, representam um enorme desafio para as Instituições de Ensino Superior. A utilização no ensino, de novos conceitos da Web Social, suportados por aplicações habitualmente designadas de Web 2.0, com as quais estes novos estudantes se sentem à-vontade, poderá trazer benefícios em termos de motivação, frequência e qualidade do envolvimento nas actividades académicas. Neste artigo é apresentada uma experiência pedagógica envolvendo uma plataforma de ensino a distância e aplicações centradas na Web, cujos resultados permitem perspectivar de que a utilização conjunta deste tipo de aplicações poderão contribuir significativamente para que os alunos do ensino superior obtenham competências diferenciadas em domínios habitualmente deficitários.

Plataformas de conteúdos e aplicações Web 2.0: impacto da sua utilização no processo ensino/aprendizagem em instituições de ensino superior

Tirando partido da crescente popularidade das aplicações Web 2.0, o presente trabalho pretende avaliar o impacto da utilização conjunta destas aplicações com plataformas de conteúdos no processo de ensino/aprendizagem em instituições de ensino superior.

Utilização do Kinect no apoio ao ensino/ aprendizagem dos fundamentos da Matemática

A interação humano-computador passou a desempenhar um papel fundamental no mundo atual. Esta forma de comunicar continua a evoluir, introduzindo novas formas de interação, como por exemplo, a interação natural. Este estilo de interação começou por estar presente na área de jogos. No entanto, atualmente está a ser explorada noutras áreas. Esta dissertação tem como propósito investigar a utilidade das interfaces naturais encontradas em consolas de jogos e conjugar com a área educativa, nomeadamente, o ensino e a aprendizagem dos fundamentos de Matemática. O desenvolvimento deste projeto baseou-se no estudo dos conteúdos programáticos de Matemática referentes ao 1º ciclo do ensino básico, de várias aplicações já existentes que estão relacionadas com o tema abordado e de alguns dispositivos de interação natural. De forma a avaliar a ideia proposta, foi desenvolvido um protótipo, designado Matemática Interativa, no sentido de permitir ao utilizador enriquecer a aprendizagem e também o interesse pela disciplina. São descritas, de uma forma mais aprofundada, as funcionalidades do dispositivo escolhido, o Kinect, de modo a tirar proveito das suas potencialidades e desenvolver um motor de reconhecimento de gestos e respetiva avaliação. Por fim, é feita uma discussão dos resultados de uma avaliação de usabilidade com o objetivo de validar a aplicação Matemática Interativa. Os resultados desta avaliação sugerem que a aplicação foi bem-sucedida e revelam ainda capacidades de melhoria.

Simulador em Realidade Virtual para Aprendizagem da Física

A forma como aprendemos depende do contexto tecnológico e sociocultural que nos rodeia, actualmente a inclusão de tecnologia recente na sala de aula não é mais considerada opcional, mas sim uma necessidade pois a forma como o aluno aprende está em constante evolução. Tendo em atenção esta necessidade, foi desenvolvido no decorrer desta tese um simulador em realidade virtual que utiliza comandos/interfaces hápticos. O objectivo deste simulador é ensinar conceitos de física de forma interactiva. Os dispositivos hápticos permitem adicionar o sentido táctil ou de toque à interacção entre homem e máquina, permitindo assim aceder a novas sensações relativas ao seu uso nomeadamente com objectivos de aprendizagem. O simulador desenvolvido designado por “Forces of Physics” aborda três tipos de forças da física: forças de atrito, forças gravitacionais e forças aerodinâmicas. Cada tipo de força corresponde a um módulo do simulador contendo uma simulação individual em que são explicados conceitos específicos dessa força num ambiente visual estimulante e com uma interacção mais realista devido à inclusão do dispositivo háptico Novint Falcon. O simulador foi apresentado a vários utilizadores bem como á comunidade científica através de apresentações em conferências. A avaliação foi realizada com recurso a um questionário com dez perguntas, cinco de sobre aprendizagem e cinco sobre a utilização, tendo sido preenchido por 14 utilizadores. O simulador obteve uma boa recepção por parte dos utilizadores, tendo vários utilizadores expressado as suas opiniões sobre estado actual do simulador, do futuro do mesmo e da respectiva validade para uso na sala de aula.

Análise do potencial de aprendizagem em ambiente de sala de espera. Proposta de protótipo

Sempre que temos necessidade de nos deslocarmos a uma instituição de saúde para uma consulta ou para um exame clínico, somos sistematicamente obrigados a esperar num local para o efeito onde se encontram, por norma, outros utentes e/ou pacientes em espera. Este local é tradicionalmente denominado como sala de espera, na qual são normalmente disponibilizadas revistas e jornais com o intuito de proporcionar aos utentes alguma distração enquanto aguardam pela consulta. Este tempo de espera costuma provocar e despoletar um “turbilhão” de sensações durante esse período, que podem mesmo chegar a ser antagónicas. Estes espaços de espera têm evoluído verificando-se a inclusão de elementos tecnológicos, com o intuito de tornar o “ato de espera” menos pesado e mais agradável para os seus utentes. A inclusão de televisões evidenciou uma evolução no processo de descontração do paciente em espera, passando de um espaço onde inicialmente a informação e/ou meios de distração se baseava apenas em revistas ou jornais. De acordo com a evidente evolução tecnológica e a banalização do acesso à Internet, pretendeu-se investigar a possibilidade de proporcionar, aos utentes em espera, uma aprendizagem (ainda que momentânea) através da transmissão de informação útil sobre a área da saúde (informação de carácter geral ou específico). Para o efeito, analisou-se a possibilidade deste tipo de espaços poderem usufruir de equipamentos tecnológicos como, por exemplo, computadores ou ecrãs informativos interativos e aferir as facilidades de acesso à Internet. Neste âmbito, procurou-se ainda evidenciar e demonstrar a importância do espaço da sala de espera, analisando quais as suas principais funções e como são atualmente utilizadas. A análise a este tipo de espaço e às suas caraterísticas permitiu efetuar uma caracterização de possíveis tipologias de sala de espera. Para além disso, efetuou-se um estudo para analisar de que forma se poderia dinamizar este espaço, tendo sempre presente o paciente em espera como centro de atenções, visto que é ele o principal utilizador deste tipo de espaço. Posteriormente idealizou-se e desenvolveu-se um protótipo, com o intuito de investigar a possibilidade de proporcionar a transmissão de conhecimento adicional (“educar”) através da transmissão de informação útil aos pacientes (por exemplo, sobre tratamentos e/ou doenças), difundindo-a nos ecrãs disponíveis na sala de espera. Por fim, avaliou-se o seu potencial para validar se é possível e útil aprender durante a espera.

Selection Constructive based Hyper-heuristic for Dynamic Scheduling

A função de escalonamento desempenha um papel importante nos sistemas de produção. Os sistemas de escalonamento têm como objetivo gerar um plano de escalonamento que permite gerir de uma forma eficiente um conjunto de tarefas que necessitam de ser executadas no mesmo período de tempo pelos mesmos recursos. Contudo, adaptação dinâmica e otimização é uma necessidade crítica em sistemas de escalonamento, uma vez que as organizações de produção têm uma natureza dinâmica. Nestas organizações ocorrem distúrbios nas condições requisitos de trabalho regularmente e de forma inesperada. Alguns exemplos destes distúrbios são: surgimento de uma nova tarefa, cancelamento de uma tarefa, alteração na data de entrega, entre outros. Estes eventos dinâmicos devem ser tidos em conta, uma vez que podem influenciar o plano criado, tornando-o ineficiente. Portanto, ambientes de produção necessitam de resposta imediata para estes eventos, usando um método de reescalonamento em tempo real, para minimizar o efeito destes eventos dinâmicos no sistema de produção. Deste modo, os sistemas de escalonamento devem de uma forma automática e inteligente, ser capazes de adaptar o plano de escalonamento que a organização está a seguir aos eventos inesperados em tempo real. Esta dissertação aborda o problema de incorporar novas tarefas num plano de escalonamento já existente. Deste modo, é proposta uma abordagem de otimização – Hiper-heurística baseada em Seleção Construtiva para Escalonamento Dinâmico- para lidar com eventos dinâmicos que podem ocorrer num ambiente de produção, a fim de manter o plano de escalonamento, o mais robusto possível. Esta abordagem é inspirada em computação evolutiva e hiper-heurísticas. Do estudo computacional realizado foi possível concluir que o uso da hiper-heurística de seleção construtiva pode ser vantajoso na resolução de problemas de otimização de adaptação dinâmica.

Desenvolvimento de um procedimento de Numerical Site Calibration para um Parque Eólico usando Dinâmica de Fluidos Computacional

Esta dissertação descreve o desenvolvimento e avaliação de um procedimento de \Numerical Site Calibration" (NSC) para um Parque Eólico, situado a sul de Portugal, usando Dinâmica de Fluídos Computacional (CFD). O NSC encontra-se baseado no \Site Calibration" (SC), sendo este um método de medição padronizado pela Comissão Electrónica Internacional através da norma IEC 61400. Este método tem a finalidade de quantificar e reduzir os efeitos provocados pelo terreno e por possíveis obstáculos, na medição do desempenho energético das turbinas eólicas. Assim, no SC são realizadas medições em dois pontos, no mastro referência e no local da turbina (mastro temporário). No entanto, em Parques Eólicos já construídos, este método não é aplicável visto ser necessária a instalação de um mastro de medição no local da turbina e, por conseguinte, o procedimento adequado para estas circunstâncias é o NSC. O desenvolvimento deste método é feito por um código CFD, desenvolvido por uma equipa de investigação do Instituto Superior de Engenharia do Porto, designado de WINDIETM, usado extensivamente pela empresa Megajoule Inovação, Lda em aplicações de energia eólica em todo mundo. Este código é uma ferramenta para simulação de escoamentos tridimensionais em terrenos complexos. As simulações do escoamento são realizadas no regime transiente utilizando as equações de Navier-Stokes médias de Reynolds com aproximação de Bussinesq e o modelo de turbulência TKE 1.5. As condições fronteira são provenientes dos resultados de uma simulação realizada com Weather Research and Forecasting, WRF. Estas simulações dividem-se em dois grupos, um dos conjuntos de simulações utiliza o esquema convectivo Upwind e o outro utiliza o esquema convectivo de 4aordem. A análise deste método é realizada a partir da comparação dos dados obtidos nas simulações realizadas no código WINDIETM e a coleta de dados medidos durante o processo SC. Em suma, conclui-se que o WINDIETM e as suas configurações reproduzem bons resultados de calibração, ja que produzem erros globais na ordem de dois pontos percentuais em relação ao SC realizado para o mesmo local em estudo.

Por uma (hiper)pedagogia crítica, plurilingue e multisensorial na aprendizagem de línguas estrangeiras no Ensino Básico

Relatório final de estágio do Mestrado em Ensino de Inglês e Francês ou Espanhol no Ensino Básico

O jogo como estratégia de aprendizagem rítmica: A ludicidade na exploração das fichas de exercícios rítmicos

Elaborado com vista à reflexão fundamentada acerca do percurso, das práticas educativas e das políticas de ensino, o presente trabalho pretende reunir um conjunto de saberes inerentes à atividade docente. Relacionando teorias e práticas no âmbito do ensino da música, a apresentação de uma filosofia de trabalho, congregando como eixo estruturante a prática musical supervisionada realizada no âmbito do ensino vocacional, apresenta-se como pano de fundo à análise dos vários conteúdos referentes à literatura específica inerente à prática pedagógica. Partindo da caracterização da escola do ensino vocacional de música, nos ensinos Básico e Secundário, a presente reflexão emerge no seguimento do pensamento articulado das várias áreas do saber através da apreciação, fundamentação e discussão das perspetivas de ensino vigentes ao longo do processo de estágio. Deste modo, será exposta toda a perspetiva de ensino por nós desenvolvida, partindo de uma linha temporal, tendo por princípio a descrição de um plano modelo, com o objetivo de podermos demonstrar a direção do nosso pensamento. Tendo como objetivo verificar a eficácia da abordagem ao jogo, como estratégia de ensino, na aprendizagem do ritmo, na disciplina de Formação Musical, partimos de uma investigação bibliográfica sobre a relação entre a escola tradicional e a escola moderna, o jogo e a motivação, e por último, a aprendizagem do ritmo sobre a perspetiva das atividades de aprendizagem sequencial, sustentadas por Edwin Gordon. O projeto de investigação aborda uma nova conceção do jogo, aliando o mesmo às atividades de leitura rítmicas.

Avaliação Diagnóstica e Diferenciação Pedagógica: dispositivos orientadores da aprendizagem

Este estudo teve como objetivo geral conhecer as representações de encarregados de educação e alunos sobre os contributos da avaliação diagnóstica para a implementação de estratégias de diferenciação pedagógica, nas aulas de Inglês das Atividades de Enriquecimento Curricular, as quais contribuíram para compreender a relação existente entre estes dois conceitos e a aquisição de aprendizagens por parte dos alunos Tratou-se de um projeto de investigação-ação que recorreu a uma metodologia de natureza qualitativa em que os dados foram recolhidos através de inquéritos por questionário e por entrevista, bem como através de observações realizadas antes e durante a intervenção na turma. O projeto teve como principais referentes teórico-conceptuais a literatura científica, produzida tanto em Portugal como no estrangeiro, que aborda as temáticas em estudo e o quadro legislativo em vigor no sistema educativo português. A componente empírica do estudo desenvolveu-se com uma turma de vinte e três alunos e no contexto específico de ensino e aprendizagem de Inglês precoce, nas Atividades de Enriquecimento Curricular. O presente estudo contribuiu para se perceber a relação existente entre a avaliação diagnóstica e a diferenciação pedagógica, bem como a sua influência positiva no processo de ensino e aprendizagem.

Intervalos melódicos: diferentes estratégias de aprendizagem

O presente documento foi realizado no âmbito do Mestrado em Ensino de Música, ramo Formação Musical, na Escola Superior de Educação e Escola Superior de Música Artes e Espectáculos do Instituto Politécnico do Porto. O objectivo central deste documento visa, num primeiro capítulo, contextualizar o meio, a escola e a turma. No segundo capítulo deste documento constará a reflexão da Prática Pedagógica em Formação Musical, no Conservatório de Música de Paredes. No terceiro capítulo será apresentado o Projecto de Investigação em estudo – Intervalos melódicos: diferentes estratégias de aprendizagem. Esta investigação surge no sentido de tentar perceber quais as estratégias que surtem efeitos mais positivos para a aprendizagem de intervalos melódicos. As estratégias adoptadas foram três, são elas: aprendizagem por canções; aprendizagem por grau conjunto; aprendizagem por canções e grau conjunto. Foram seleccionados 18 indivíduos com idades compreendidas entre os 8 e os 12 anos de idade, de ambos os sexos. Todos eles têm em comum o facto de frequentarem o 1º grau de Formação Musical. A metodologia utilizada foi o estudo de caso, com abordagem quantitativa. Para testar as diferentes estratégias de aprendizagem foi realizado um teste após um período de oito semanas (8 aulas). Será feita uma revisão bibliográfica, onde serão abordadas algumas perspectivas de diferentes autores, para que possamos compreender melhor o tema desta investigação. As conclusões deste estudo revelam que a aprendizagem de intervalos melódicos utilizando a complementaridade das estratégias por canções e por grau conjunto são mais positivas, ainda que os resultados não sejam muito evidentes.

Aprendizagem dos números racionais não negativos com alunos do 3.º ano

Este estudo visa compreender as dificuldades que os alunos evidenciam na aprendizagem da noção de número racional não negativo. Ao longo da minha experiência como docente do 2.º ciclo, permitiu-me questionar por que razão os alunos de 5.º e 6.º ano apresentam dificuldades em compreender o conceito de fração nos seus diversos significados: número, partetodo, quociente, medida e operador multiplicativo. Foi no sentido de entender esta dificuldade na apropriação dos conhecimentos matemáticos sobre frações, que resolvi aplicar esta investigação a alunos do 1.º ciclo, nomeadamente a uma turma do 3.º ano, uma vez que é neste ano escolar que o estudo dos números racionais não negativos é aprofundado. A metodologia constou de um estudo de abordagem de carácter qualitativo, de natureza interpretativa. A recolha de dados inclui as produções escritas dos alunos e as gravações de áudio das intervenções verbais dos mesmos. A análise dos resultados realizou-se a partir das estratégias cognitivas que os alunos utilizaram para responderem às tarefas propostas. Os resultados deste estudo mostraram que a construção do sentido de número racional não é de fácil compreensão. É um conceito que requer uma abordagem multifacetada, apoiada com a manipulação de materiais estruturados ou não estruturados, para que os diferentes significados de fração fiquem bem consolidados nas estruturas cognitivas dos alunos.