Challenges in the creation and development of a mathematics MOOC

The fast development of distance learning tools such as Open Educational Resources (OER) and Massive Open Online Courses (MOOC or MOOCs) are indicators of a shift in the way in which digital teaching and learning are understood. MOOC are a new style of online classes that allow any person with web access, anywhere, usually free of charge, to participate through video lectures, computer graded tests and discussion forums. They have been capturing the attention of many higher education institutions around the world. This paper will give us an overview of the “Introduction to Differential Calculus” a MOOC Project, created by an engaged volunteer team of Mathematics lecturers from four schools of the Polytechnic Institute of Oporto (IPP). The MOOC theories and their popularity are presented and complemented by a discussion of some MOOC definitions and their inherent advantages and disadvantages. It will also explore what MOOC mean for Mathematics education. The Project development is revealed by focusing on used MOOC structure, as well as the quite a lot of types of course materials produced. It ends with a presentation of a short discussion about problems and challenges met throughout the development of the project. It is also our goal to contribute for a change in the way teaching and learning Mathematics is seen and practiced nowadays, trying to make education more accessible to as many people as possible and increase our institution (IPP) recognition.

Innovations in technology: a friendly math project and the learning analytics “challenge”

Currently the world around us "reboots" every minute and “staying at the forefront” seems to be a very arduous task. The continuous and “speeded” progress of society requires, from all the actors, a dynamic and efficient attitude both in terms progress monitoring and moving adaptation. With regard to education, no matter how updated we are in relation to the contents, the didactic strategies and technological resources, we are inevitably compelled to adapt to new paradigms and rethink the traditional teaching methods. It is in this context that the contribution of e-learning platforms arises. Here teachers and students have at their disposal new ways to enhance the teaching and learning process, and these platforms are seen, at the present time, as significant virtual teaching and learning supporting environments. This paper presents a Project and attempts to illustrate the potential that new technologies present as a “backing” tool in different stages of teaching and learning at different levels and areas of knowledge, particularly in Mathematics. We intend to promote a constructive discussion moment, exposing our actual perception - that the use of the Learning Management System Moodle, by Higher Education teachers, as supplementary teaching-learning environment for virtual classroom sessions can contribute for greater efficiency and effectiveness of teaching practice and to improve student achievement. Regarding the Learning analytics experience we will present a few results obtained with some assessment Learning Analytics tools, where we profoundly felt that the assessment of students’ performance in online learning environments is a challenging and demanding task.

Uncertainty based Multi-Robot Cooperative Triangulation

The paper presents a multi-robot cooperative framework to estimate the 3D position of dynamic targets, based on bearing-only vision measurements. The uncertainty of the observation provided by each robot equipped with a bearing-only vision system is effectively addressed for cooperative triangulation purposes by weighing the contribution of each monocular bearing ray in a probabilistic manner. The envisioned framework is evaluated in an outdoor scenario with a team of heterogeneous robots composed of an Unmanned Ground and Aerial Vehicle.

Impacto das medidas de conservação de energia em projeto na redução da intensidade de utilização de matérias-primas na construção de um edifício

O presente trabalho pretende mostrar que a aplicação de medidas de conservação de energia (MCE) pode representar uma redução da intensidade de utilização de matérias-primas na construção de um edifício. Mais concretamente, pode representar uma redução da utilização de materiais e equipamentos, e como consequência, uma redução no esforço económico ao primeiro investimento. Podendo posteriormente representar uma redução na utilização de energia durante o período de funcionamento do edifício. A aplicação de MCE no sector da construção tem vindo a ser uma prática corrente nos novos edifícios e edifícios sujeitos a grandes intervenções de reabilitação. Esta prática deve-se à obrigatoriedade de cumprimento de requisitos regulamentares aplicados à otimização do desempenho energético dos edifícios e dos seus sistemas técnicos, nomeadamente, o RCCTE e o RSECE, entretanto revogados pelo REH e pelo RECS, respetivamente. A implementação de MCE apresenta, na maioria dos casos, benefícios económicos para o promotor do edifício, uma vez que se traduz muitas vezes, na otimização do dimensionamento dos sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC). Esta otimização permite reduzir os custos associados ao primeiro investimento, bem como na utilização de energia por parte do utilizador, logo na redução dos custos de exploração. No entanto, a falta de quantificação dos impactos do dimensionamento dos sistemas AVAC, da redução de utilização de energia e da análise do custo-benefício da sua aplicação pode condicionar o interesse na sua implementação. Neste contexto, surge a presente dissertação, por iniciativa do Instituto Soldadura e Qualidade (ISQ), aplicado a um caso prático de um edifício já construído e propriedade daquela empresa. Com este trabalho pretende-se avaliar o contributo efetivo das MCE implementadas na fase de projeto e na fase de construção, quer na otimização da dimensão de sistemas e equipamentos AVAC, por via da redução das necessidades energéticas, quer na redução de utilização de energia, permitindo, de seguida, uma avaliação custo-benefício.Na base do caso de estudo está o ECOTERMOLAB, o edifício acima referido, adquirido pelo ISQ para instalação de um laboratório de formação, investigação e desenvolvimento na área da energia. Após aquisição pelo ISQ, o edifício sofreu várias alterações/beneficiações, entre as quais a implementação de MCE, tais como, a aplicação de isolamento térmico na envolvente opaca (paredes, pavimentos e coberturas), duplicação dos vãos envidraçados simples, conferindo-lhes melhores caraterísticas térmicas, e pela aplicação de proteções solar. Foram ainda adotadas MCE aos sistemas AVAC, designadamente, pela adoção de recuperadores de calor nas Unidades de Tratamento de Ar Novo (UTAN’s) e de variadores de velocidade nas bombas de circulação de água e nos ventiladores de ar das UTAN’s. Pretendia o ISQ concluir se a aplicação de todas as MCE contribuiu de forma efetiva para o dimensionamento de sistemas e equipamentos AVAC de menor capacidade e, consequentemente, numa redução de utilização de energia. Em sequência, pretendia avaliar a viabilidade económica da aplicação de todas as MCE, estimando o sobrecusto inicial e o tempo necessário para o retorno financeiro daquele investimento. Para alcançar os objetivos propostos, procedeu-se à simulação energética dinâmica do ECOTERMOLAB, utilizando o programa EnergyPlus. Primeiro foi simulada uma situação base do edifício, sem quaisquer MCE. Posteriormente foi caraterizada cada uma das situações de aplicação das MCE, com o objetivo de avaliar o respetivo impacto individual na utilização de energia pelos sistemas AVAC. Por último foram assumidas todas as soluções em conjunto para avaliar o impacto final de todas as MCE na utilização de energia dos sistemas AVAC, bem como no seu dimensionamento. Das simulações dinâmicas foram obtidos os valores das necessidades de aquecimento e arrefecimento, de energia utilizada pelos sistemas AVAC e de caudais de água aquecida e arrefecida circulada. Com estes valores foi feita uma estimativa de dimensionamento dos equipamentos e componentes AVAC para as situações da aplicação de todas as MCE no ECOTERMOLAB e a sua ausência. A partir da diferença dos custos de aquisição dos respetivos equipamentos e dos valores de poupança em energia foi realizado o estudo da viabilidade económica da implementação das MCE neste edifício. Este estudo permitiu concluir que a aplicação das MCE no ECOTERMOLAB levou à redução da dimensão na generalidade dos equipamentos e componentes AVAC. Permitiu, ainda, concluir que houve uma diminuição de utilização de energia por parte destes sistemas e equipamentos para o aquecimento e arrefecimento. Conclui-se ainda que o período de retorno (Payback) do sobrecusto inicial, estimado em 37.822€ é de, aproximadamente, onze anos e meio, para um valor atual líquido (VAL) de 8.061€ e à taxa interna de rentabilidade (TIR) de 7,03%.

Non-preemptive and SRP-based fullypreemptive scheduling of real-time Software Transactional Memory

Recent embedded processor architectures containing multiple heterogeneous cores and non-coherent caches renewed attention to the use of Software Transactional Memory (STM) as a building block for developing parallel applications. STM promises to ease concurrent and parallel software development, but relies on the possibility of abort conflicting transactions to maintain data consistency, which in turns affects the execution time of tasks carrying transactions. Because of this fact the timing behaviour of the task set may not be predictable, thus it is crucial to limit the execution time overheads resulting from aborts. In this paper we formalise a FIFO-based algorithm to order the sequence of commits of concurrent transactions. Then, we propose and evaluate two non-preemptive and one SRP-based fully-preemptive scheduling strategies, in order to avoid transaction starvation.

Parallel Software framework for time-critical many-core systems

The recent technological advancements and market trends are causing an interesting phenomenon towards the convergence of High-Performance Computing (HPC) and Embedded Computing (EC) domains. On one side, new kinds of HPC applications are being required by markets needing huge amounts of information to be processed within a bounded amount of time. On the other side, EC systems are increasingly concerned with providing higher performance in real-time, challenging the performance capabilities of current architectures. The advent of next-generation many-core embedded platforms has the chance of intercepting this converging need for predictable high-performance, allowing HPC and EC applications to be executed on efficient and powerful heterogeneous architectures integrating general-purpose processors with many-core computing fabrics. To this end, it is of paramount importance to develop new techniques for exploiting the massively parallel computation capabilities of such platforms in a predictable way. P-SOCRATES will tackle this important challenge by merging leading research groups from the HPC and EC communities. The time-criticality and parallelisation challenges common to both areas will be addressed by proposing an integrated framework for executing workload-intensive applications with real-time requirements on top of next-generation commercial-off-the-shelf (COTS) platforms based on many-core accelerated architectures. The project will investigate new HPC techniques that fulfil real-time requirements. The main sources of indeterminism will be identified, proposing efficient mapping and scheduling algorithms, along with the associated timing and schedulability analysis, to guarantee the real-time and performance requirements of the applications.

Embedded Multi-Core systems for Mixed Criticality applications in dynamic and changeable real-time environments

EMC2 finds solutions for dynamic adaptability in open systems. It provides handling of mixed criticality multicore applications in r eal-time conditions, withscalability and utmost flexibility, full-scale deployment and management of integrated tool chains, through the entire lifecycle.

Desenvolvimento de Frameworks de Testes Automáticos de Software

O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de frameworks de testes automáticos de software. Este tipo de testes normalmente está associado ao modelo evolucionário e às metodologias ágeis de desenvolvimento de software, enquanto que os testes manuais estão relacionados com o modelo em cascata e as metodologias tradicionais. Como tal foi efetuado um estudo comparativo sobre os tipos de metodologias e de testes existentes, para decidir quais os que melhor se adequavam ao projeto e dar resposta à questão "Será que realmente compensa realizar testes (automáticos)?". Finalizado o estudo foram desenvolvidas duas frameworks, a primeira para a implementação de testes funcionais e unitários sem dependências a ser utilizada pelos estagiários curriculares da LabOrders, e a segunda para a implementação de testes unitários com dependências externas de base de dados e serviços, a ser utilizada pelos funcionários da empresa. Nas últimas duas décadas as metodologias ágeis de desenvolvimento de software não pararam de evoluir, no entanto as ferramentas de automação não conseguiram acompanhar este progresso. Muitas áreas não são abrangidas pelos testes e por isso alguns têm de ser feitos manualmente. Posto isto foram criadas várias funcionalidades inovadoras para aumentar a cobertura dos testes e tornar as frameworks o mais intuitivas possível, nomeadamente: 1. Download automático de ficheiros através do Internet Explorer 9 (e versões mais recentes). 2. Análise do conteúdo de ficheiros .pdf (através dos testes). 3. Obtenção de elementos web e respetivos atributos através de código jQuery utilizando a API WebDriver com PHP bindings. 4. Exibição de mensagens de erro personalizadas quando não é possível encontrar um determinado elemento. As frameworks implementadas estão também preparadas para a criação de outros testes (de carga, integração, regressão) que possam vir a ser necessários no futuro. Foram testadas em contexto de trabalho pelos colaboradores e clientes da empresa onde foi realizado o projeto de mestrado e os resultados permitiram concluir que a adoção de uma metodologia de desenvolvimento de software com testes automáticos pode aumentar a produtividade, reduzir as falhas e potenciar o cumprimento de orçamentos e prazos dos projetos das organizações.

Asymmetric dynamic price competition with uncertainty

We consider a dynamic setting-price duopoly model in which a dominant (leader) firm moves first and a subordinate (follower) firm moves second. We suppose that each firm has two different technologies, and uses one of them according to a certain probability distribution. The use of either one or the other technology affects the unitary production cost. We analyse the effect of the production costs uncertainty on the profits of the firms, for different values of the intercept demand parameters.

Dynamic stability metrics for the container loading problem

The Container Loading Problem (CLP) literature has traditionally evaluated the dynamic stability of cargo by applying two metrics to box arrangements: the mean number of boxes supporting the items excluding those placed directly on the floor (M1) and the percentage of boxes with insufficient lateral support (M2). However, these metrics, that aim to be proxies for cargo stability during transportation, fail to translate real-world cargo conditions of dynamic stability. In this paper two new performance indicators are proposed to evaluate the dynamic stability of cargo arrangements: the number of fallen boxes (NFB) and the number of boxes within the Damage Boundary Curve fragility test (NB_DBC). Using 1500 solutions for well-known problem instances found in the literature, these new performance indicators are evaluated using a physics simulation tool (StableCargo), replacing the real-world transportation by a truck with a simulation of the dynamic behaviour of container loading arrangements. Two new dynamic stability metrics that can be integrated within any container loading algorithm are also proposed. The metrics are analytical models of the proposed stability performance indicators, computed by multiple linear regression. Pearson’s r correlation coefficient was used as an evaluation parameter for the performance of the models. The extensive computational results show that the proposed metrics are better proxies for dynamic stability in the CLP than the previous widely used metrics.

Avaliação dos Processos de Software utilizando CMMI

Atualmente, as empresas distinguem-se das demais pelos produtos e serviços fornecidos com qualidade e dentro dos prazos estabelecidos. Uma empresa de desenvolvimento de software não foge a essa regra e para isso os processos envolvidos nas diversas fases de levantamento, desenvolvimento, implementação e suporte devem estar documentados, ser do conhecimento geral da Organização e colocados em prática diariamente nas diversas atividades dos colaboradores. Para isso deve contribuir uma melhoria contínua desses mesmos processos. O CMMI-DEV, Capability Maturity Model Integration for Development, possibilita a introdução de boas práticas nas diversas áreas do processo de desenvolvimento de software, mas também a avaliação dessas áreas e respetiva identificação de aspetos a necessitarem de ser melhorados ou até disseminados por toda a organização. Este trabalho envolveu efetuar uma análise teórica do CMMI-DEV e sua posterior utilização prática num ambiente de trabalho empresarial para avaliação dos processos dessa empresa. Para a concretização deste segundo aspeto, foi elaborado um questionário para avaliar os processos de uma organização, segundo o modelo CMMI-DEV 1.3, avaliada a facilidade de utilização do questionário de avaliação dos processos por parte dos inquiridos. Foi realizada ainda uma análise aos resultados obtidos nos referidos questionários.

Ensinar ciências a alunos com incapacidade intelectual recorrendo ao software Scratch: um estudo de caso

Este estudo procura a valorização do ensino dirigido a alunos com Incapacidade Intelectual. Tem como objetivos conceber um recurso didático, integrando as ferramentas do Scratch, para alunos com Incapacidade Intelectual; averiguar a exequibilidade do uso desse recurso em ambiente natural de ensino e promover o envolvimento de alunos com Incapacidade Intelectual na realização de tarefas propostas na disciplina de Ciências da Natureza. Pretendemos dar resposta às seguintes questões de investigação: (1) A utilização do Scratch é adequada e exequível no trabalho quotidiano de alunos com Incapacidade Intelectual? (2) Em que medida o Scratch pode contribuir para um melhor envolvimento dos alunos com Incapacidade Intelectual na realização das tarefas propostas? Para este efeito, planificamos duas aulas. Na primeira, abordou-se o conteúdo a tratar – Poluição – e na segunda aula utilizou-se o Scratch, desafiando os alunos a desenvolverem diversas tarefas de forma mais ativa. O presente estudo segue uma abordagem metodológica de natureza qualitativa, centrando-se num estudo de caso, onde se aborda a importância do uso das Tecnologias de Informação e Comunicação, mais concretamente o software educativo Scratch, como sendo uma ferramenta potenciadora do envolvimento dos alunos. Este estudo foi aplicado a três alunos com Incapacidade Intelectual que tinham sido atribuídos à docente investigadora no presente ano letivo. Os dados foram recolhidos através da análise dos Programas Educativos Individuais dos alunos participantes; da entrevista realizada à docente de Educação Especial; de gravações áudio, de fotografias, de trabalhos realizados pelos alunos participantes e de notas de campo da investigadora. Foi centralidade do estudo a conceção de uma proposta didática e o desenvolvimento dos respetivos recursos, utilizando o software educativo Scratch. Quer a proposta didática quer os recursos a ela associados constituem em si mesmo parte dos resultados do trabalho desenvolvido. Os dados obtidos neste estudo permitem sustentar a ideia de que é possível trabalhar com alunos com Necessidades Educativas Especiais, nomeadamente Incapacidade Intelectual, recorrendo ao software educativo Scratch e que o uso desta ferramenta proporcionou um maior envolvimento e autonomia dos alunos nas tarefas propostas.

Geometria: um estudo sobre quadriláteros no 4.º ano de escolaridade com recurso ao geoplano e ao GeoGebra

O presente estudo foi desenvolvido no âmbito do Mestrado de Didática da Matemática e Ciências da Natureza, no 1.º e 2.º Ciclos, no domínio da Geometria. Tem como principal objetivo compreender e analisar, através da implementação de uma sequência de tarefas de investigação e exploração, de que forma o processo de ensino e aprendizagem dos alunos, na área dos quadriláteros, com os recursos GeoGebra e o Geoplano, contribui para o desenvolvimento do raciocínio geométrico. Neste sentido, definiram-se as seguintes questões de investigação: (1) Qual a imagem concetual que os alunos possuem de cada um dos quadriláteros? (2) Que conhecimentos têm os alunos sobre as propriedades dos quadriláteros: quadrados, retângulos e losangos? (3) Quais os contributos do Geoplano e do GeoGebra na compreensão e identificação das propriedades dos quadriláteros? A metodologia adotada foi de natureza qualitativa, do tipo interpretativo, baseada em dois estudos de caso. Na recolha de dados, foram utilizados os seguintes instrumentos: observação, questionário, documentos produzidos pelos alunos, entrevistas informais, registos áudio e fotografias aos trabalhos realizados. Na análise dos dados, procurou-se descrever e interpretar os dados recolhidos, no âmbito do objeto do estudo. Os resultados mostraram que a sequência de tarefas e o modo como foram desenvolvidas foram fundamentais na compreensão dos conteúdos trabalhados. Regista-se também que os recursos utilizados motivaram os alunos e contribuíram para a interação, como também para a compreensão dos conceitos geométricos. Por outro lado, a utilização do GeoGebra e do Geoplano contribuíram para o desenvolvimento do raciocínio espacial e geométrico.

Efeito do Vento como Ação Dinâmica em Edifícios Altos

Este trabalho aborda uma série de conceitos base no que concerne à ação do vento sobre edifícios altos, começando por ser estabelecidas algumas considerações fundamentais acerca da circulação do vento na camada limite atmosférica bem como acerca da sua interação com as estruturas. É feita uma análise da metodologia proposta pelo Eurocódigo 1 para quantificação de tal ação sobre os edifícios, bem como é elaborada uma comparação da metodologia proposta por este com a metodologia ainda vigente na regulamentação portuguesa. Foram modelados computacionalmente, com recurso a um programa de cálculo estrutural automático, três edifícios altos com diferente secção geométrica em planta que servirão de caso de estudo. Para estes mesmos edifícios são aplicados os dois regulamentos considerados com vista à determinação de esforços e deslocamentos. Sendo os edifícios altos um género de estruturas capazes de ser excitadas dinamicamente perante a ação do vento, adota-se uma metodologia para quantificação desta ação de forma dinâmica na direção do escoamento. Assim, é obtida a resposta dinâmica ao longo do tempo em termos de deslocamentos e acelerações para o caso de estudo considerado e é feita uma comparação da resposta do edifício quadrangular sob a ação dinâmica do vento com a resposta estática regulamentar.

Teaching mathematics using Massive Open Online Courses

Distance learning - where students take courses (attend classes, get activities and other sort of learning materials) while being physically separated from their instructors, for larger part of the course duration - is far from being a “new event”. Since the middle of the nineteenth century, this has been done through Radio, Mail and TV, taking advantage of the full educational potential that these media resources had to offer at the time. However, in recent times we have, at our complete disposal, the “magic wonder” of communication and globalization - the Internet. Taking advantage of a whole new set of educational opportunities, with a more or less unselfish “look” to economic interests, focusing its concern on a larger and collective “welfare”, contributing to the development of a more “equitable” world, with regard to educational opportunities, the Massive Open Online Courses (MOOCs) were born and have become an important feature of the higher education in recent years. Many people have been talking about MOOCs as a potential educational revolution, which has arrived from North America, still growing and spreading, referring to its benefits and/or disadvantages. The Polytechnic Institute of Porto, also known as IPP, is a Higher Education Portuguese institution providing undergraduate and graduate studies, which has a solid history of online education and innovation through the use of technology, and it has been particularly interested and focused on MOOC developments, based on an open educational policy in order to try to implement some differentiated learning strategies to its actual students and as a way to attract future ones. Therefore, in July 2014, IPP launched the first Math MOOC on its own platform. This paper describes the requirements, the resulting design and implementation of a mathematics MOOC, which was essentially addressed to three target populations: - pre-college students or individuals wishing to update their Math skills or that need to prepare for the National Exam of Mathematics; - Higher Education students who have not attended in High School, this subject, and who feel the need to acquire basic knowledge about some of the topics covered; - High School Teachers who may use these resources with their students allowing them to develop teaching methodologies like "Flipped Classroom” (available at http://www.opened.ipp.pt/). The MOOC was developed in partnership with several professors from several schools from IPP, gathering different math competences and backgrounds to create and put to work different activities such video lectures and quizzes. We will also try to briefly discuss the advertising strategy being developed to promote this MOOC, since it is not offered through a main MOOC portal, such as Coursera or Udacity.