The European Project Semester at ISEP: Learning to Learn Engineering

The European Project Semester at ISEP (EPS@ISEP) is a one semester project-based learning programme addressed to engineering students from diverse scientific backgrounds and nationalities. The students, organized in multicultural teams, are challenged to solve real world multidisciplinary problems, accounting for 30 ECTU. The EPS package, although focused on project development (20 ECTU), includes a series of complementary seminars aimed at fostering soft, project-related and engineering transversal skills (10 ECTU). This paper presents the study plan, resources, operation and results of the EPS@ISEP that was created in 2011 to apply the best engineering education practices and promote the internationalization of ISEP. The results show that the EPS@ISEP students acquire during one semester the scientific, technical and soft competences necessary to propose, design and implement a solution for a multidisciplinary problem.

Developing an aquaponics system to learn sustainability and social compromise skills

The goal of this project, one of the proposals of the EPS@ISEP Spring 2014, was to develop an Aquaponics System. Over recent years Aquaponics systems have received increased attention since they contribute to reduce the strain on resources within 1st and 3rd world countries. Aquaponics is the combination of Hydroponics and Aquaculture, mimicking a natural environment in order to successfully apply and enhance the understanding of natural cycles within an indoor process. Using this knowledge of natural cycles, it was possible to create a system with capabilities similar to that of a natural environment with the support of electronics, enhancing the overall efficiency of the system. The multinational team involved in the development of this system was composed of five students from five countries and fields of study. This paper describes their solution, including the overall design, the technology involved and the benefits it can bring to the current market. The team was able to design and render the Computer Aided Design (CAD) drawings of the prototype, assemble all components, successfully test the electronics and comply with the budget. Furthermore, the designed solution was supported by a product sustainability study and included a specific marketing plan. Last but not least, the students enrolled in this project obtained new multidisciplinary knowledge and increased their team work and cross-cultural communication skills.

Accounting education in an action-based learning environment: lessons learned

In the context of the Bologna Declaration a change is taking place in the teaching/learning paradigm. From teaching-centered education, which emphasizes the acquisition and transmission of knowledge, we now speak of learning-centered education, which is more demanding for students. This paradigm promotes a continuum of lifelong learning, where the individual needs to be able to handle knowledge, to select what is appropriate for a particular context, to learn permanently and to understand how to learn in new and rapidly changing situations. One attempt to face these challenges has been the experience of ISCAP regarding the teaching/learning of accounting in the course Managerial Simulation. This paper describes the process of teaching, learning and assessment in an action-based learning environment. After a brief general framework that focuses on education objectives, we report the strengths and limitations of this teaching/learning tool. We conclude with some lessons from the implementation of the project.

Knowledge sharing and learning processes: case study of portuguese technological schools and higher education institutions

Paper to be presented at the ESREA Conference Learning to Change? The Role of Identity and Learning Careers in Adult Education, 7-8 December, 2006, Université Catholique Louvain, Louvain–la-Neuve, Belgium

Moodle and multiple-choice tests

Multiple-Choice items are used in many different kinds of tests in several areas of knowledge. They can be considered an interesting tool to the self-assessing or as an alternative or complementary instrument to the traditional methods for assessing knowledge. The objectivity and accuracy of the multiple-choice tests is an important reason to think about. They are especially useful when the number of students to evaluate is too large. Moodle (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment) is an Open Source course management system centered around learners' needs and designed to support collaborative approaches to teaching and learning. Moodle offers to the users a rich interface, context-specific help buttons, and a wide variety of tools such as discussion forums, wikis, chat, surveys, quizzes, glossaries, journals, grade books and more, that allow them to learn and collaborate in a truly interactive space. Come together the interactivity of the Moodle platform and the objectivity of this kind of tests one can easily build manifold random tests. The proposal of this paper is to relate our journey in the construction of these tests and share our experience in the use of the Moodle platform to create, take advantage and improve the multiple-choices tests in the Mathematic area.

Intelligent decision making in electricity markets: simulated annealing Q-Learning

Electricity markets are complex environments, involving a large number of different entities, playing in a dynamic scene to obtain the best advantages and profits. MASCEM is a multi-agent electricity market simulator to model market players and simulate their operation in the market. Market players are entities with specific characteristics and objectives, making their decisions and interacting with other players. MASCEM is integrated with ALBidS, a system that provides several dynamic strategies for agents’ behavior. This paper presents a method that aims at enhancing ALBidS competence in endowing market players with adequate strategic bidding capabilities, allowing them to obtain the higher possible gains out of the market. This method uses a reinforcement learning algorithm to learn from experience how to choose the best from a set of possible actions. These actions are defined accordingly to the most probable points of bidding success. With the purpose of accelerating the convergence process, a simulated annealing based algorithm is included.

Cost dependent strategy for electricity markets bidding based on adaptive reinforcement learning

Electricity markets are complex environments, involving a large number of different entities, playing in a dynamic scene to obtain the best advantages and profits. MASCEM is a multi-agent electricity market simulator to model market players and simulate their operation in the market. Market players are entities with specific characteristics and objectives, making their decisions and interacting with other players. MASCEM provides several dynamic strategies for agents’ behavior. This paper presents a method that aims to provide market players with strategic bidding capabilities, allowing them to obtain the higher possible gains out of the market. This method uses a reinforcement learning algorithm to learn from experience how to choose the best from a set of possible bids. These bids are defined accordingly to the cost function that each producer presents.

A new approach for multi-agent coalition formation and management in the scope of electricity markets

This paper presents a new methodology for the creation and management of coalitions in Electricity Markets. This approach is tested using the multi-agent market simulator MASCEM, taking advantage of its ability to provide the means to model and simulate VPP (Virtual Power Producers). VPPs are represented as coalitions of agents, with the capability of negotiating both in the market, and internally, with their members, in order to combine and manage their individual specific characteristics and goals, with the strategy and objectives of the VPP itself. The new features include the development of particular individual facilitators to manage the communications amongst the members of each coalition independently from the rest of the simulation, and also the mechanisms for the classification of the agents that are candidates to join the coalition. In addition, a global study on the results of the Iberian Electricity Market is performed, to compare and analyze different approaches for defining consistent and adequate strategies to integrate into the agents of MASCEM. This, combined with the application of learning and prediction techniques provide the agents with the ability to learn and adapt themselves, by adjusting their actions to the continued evolving states of the world they are playing in.

Meta-heuristics tunning using CBR for dynamic scheduling

This paper addresses the problem of Biological Inspired Optimization Techniques (BIT) parameterization, considering the importance of this issue in the design of BIT especially when considering real world situations, subject to external perturbations. A learning module with the objective to permit a Multi-Agent Scheduling System to automatically select a Meta-heuristic and its parameterization to use in the optimization process is proposed. For the learning process, Casebased Reasoning was used, allowing the system to learn from experience, in the resolution of similar problems. Analyzing the obtained results we conclude about the advantages of its use.

Insuficiência cardíaca: a utilidade da Ecocardiografia

Objetivos Os principais objetivos deste trabalho foram: 1) Rever as características da IC: epidemiologia, conceito, classificação, etiologia, fisiopatologia, diagnóstico e tratamento; 2) Demonstrar a importância da Ecocardiografia na IC: (a) no diagnóstico, (b) no acompanhamento e (c) na seleção da opção terapêutica. Como objetivo secundário: Reunir toda a informação com vista à produção de um manual de apoio às aulas. Metodologia Os estudos que serviram de base a este trabalho foram pesquisados a partir das palavras-chave “echocardiography”, “heart failure”, “diagnosis”, “treatment” utilizando as bases de dados PubMed, Scopus e ISI Web of Science. A pesquisa foi limitada a artigos publicados em português, inglês e espanhol, sem restrição por tipo de artigo ou ano de publicação. Ao longo da realização deste trabalho, foram sendo recolhidas referências de outros artigos citados nos estudos inicialmente selecionados, expandindo assim a bibliografia. Para conhecer a situação particular de Portugal, foram pesquisados estudos realizados com a população portuguesa. Foi dada particular atenção às várias recomendações existentes quer para a “Insuficiência Cardíaca” quer para a “Utilidade da Ecocardiografia”, disponíveis gratuitamente online, pois estas desempenham um papel fundamental quer na prática clínica, quer na investigação (estudos epidemiológicos, estudos obrigacionais e ensaios clínicos).

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.

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.