Atividades de natureza investigada no estudo de funções: uma experiência com estudantes de matemática aplicada às ciências sociais

ades de natureza investigativa contribuem para a aprendizagem matemática de alunos do ensino secundário. O estudo incidiu sobre uma turma do décimo primeiro ano de escolaridade do curso de línguas e humanidades. Foram trabalhadas três atividades no âmbito do capítulo Modelos Populacionais. Estas foram desenvolvidas com o auxílio de tecnologia, nomeadamente, calculadora gráfica e computador através da exploração do software Graph 4.4.2, no sentido de motivar os alunos e facilitar a compreensão dos conteúdos abordados. Tendo em conta que um dos objetivos deste estudo é analisar as atitudes reveladas pelos alunos aquando da realização das propostas, os dados obtidos são constituídos essencialmente por pormenores descritivos de tal forma que foi aplicada uma metodologia de natureza qualitativa através da observação participante. A utilização da tecnologia motivou os alunos, que se mostraram desde logo entusiasmados com a realização das atividades. Foi também visível, ao longo da realização das propostas, o desenvolv

Goals Software Construction Process

Generalized hyper competitiveness in the world markets has determined the need to offer better products to potential and actual clients in order to mark an advantagefrom other competitors. To ensure the production of an adequate product, enterprises need to work on the efficiency and efficacy of their business processes (BPs) by means of the construction of Interactive Information Systems (IISs, including Interactive Multimedia Documents) so that they are processed more fluidly and correctly.The construction of the correct IIS is a major task that can only be successful if the needs from every intervenient are taken into account. Their requirements must bedefined with precision, extensively analyzed and consequently the system must be accurately designed in order to minimize implementation problems so that the IIS isproduced on schedule and with the fewer mistakes as possible. The main contribution of this thesis is the proposal of Goals, a software (engineering) construction process which aims at defining the tasks to be carried out in order to develop software. This process defines the stakeholders, the artifacts, and the techniques that should be applied to achieve correctness of the IIS. Complementarily, this process suggests two methodologies to be applied in the initial phases of the lifecycle of the Software Engineering process: Process Use Cases for the phase of requirements, and; MultiGoals for the phases of analysis and design. Process Use Cases is a UML-based (Unified Modeling Language), goal-driven and use case oriented methodology for the definition of functional requirements. It uses an information oriented strategy in order to identify BPs while constructing the enterprise’s information structure, and finalizes with the identification of use cases within the design of these BPs. This approach provides a useful tool for both activities of Business Process Management and Software Engineering. MultiGoals is a UML-based, use case-driven and architectural centric methodology for the analysis and design of IISs with support for Multimedia. It proposes the analysis of user tasks as the basis of the design of the: (i) user interface; (ii) the system behaviour that is modeled by means of patterns which can combine Multimedia and standard information, and; (iii) the database and media contents. This thesis makes the theoretic presentation of these approaches accompanied with examples from a real project which provide the necessary support for the understanding of the used techniques.

Técnicas de controlo não-linear baseadas em Redes Neuronais: do algoritmo à implementação

O presente trabalho analisa soluções de controlo não-linear baseadas em Redes Neuronais e apresenta a sua aplicação a um caso prático, desde o algoritmo de treino até à implementação física em hardware. O estudo inicial do estado da arte da utilização das Redes Neuronais para o controlo leva à proposta de soluções iterativas para a definição da arquitectura das mesmas e para o estudo das técnicas de Regularização e Paragem de Treino Antecipada, através dos Algoritmos Genéticos e à proposta de uma forma de validação dos modelos obtidos. Ao longo da tese são utilizadas quatro malhas para o controlo baseado em modelos, uma das quais uma contribuição original, e é implementado um processo de identificação on-line, tendo por base o algoritmo de treino Levenberg-Marquardt e a técnica de Paragem de Treino Antecipada que permite o controlo de um sistema, sem necessidade de recorrer ao conhecimento prévio das suas características. O trabalho é finalizado com um estudo do hardware comercial disponível para a implementação de Redes Neuronais e com o desenvolvimento de uma solução de hardware utilizando uma FPGA. De referir que o trabalho prático de teste das soluções apresentadas é realizado com dados reais provenientes de um forno eléctrico de escala reduzida.

Investigation of flat spectrum radio sources by the interplanetary scintillation method at 111 MHz

Abstract. Interplanetary scintillation observations of 48 of the 55 Augusto et al. (1998) flat spectrum radio sources were carried out at 111 MHz using the interplanetary scintillation method on the Large Phased Array (LPA) in Russia. Due to the large size of the LPA beam (1◦ × 0.5◦) a careful inspection of all possible confusion sources was made using extant large radio surveys: 37 of the 48 sources are not confused. We were able to estimate the scintillating flux densities of 13 sources, getting upper limits for the remaining 35. Gathering more or improving extant VLBI data on these sources might significantly improve our results. This proof-of-concept project tells us that compact (<1 ) flat spectrum radio sources show strong enough scintillations at 111 MHz to establish/constrain their spectra (low-frequency end). Key words. galaxies: general – galaxies: active – galaxies: quasars: general

Functionalization of dendrimers for improved gene delivery to mesenchymal stem cell

Disease, injury, and age problems compromise human quality of life and continuously motivate the search for new and more efficacious therapeutic approaches. The field of Tissue Regeneration and Engineering has greatly evolved over the last years, mainly due to the combination of the important advances verified in Biomaterials Science and Engineering with those of Cell and Molecular Biology. In particular, a new and promising area arose – Nanomedicine – that takes advantage of the extremely small size and especial chemical and physical properties of Nanomaterials, offering powerful tools for health improvement. Research on Stem Cells, the self-renewing progenitors of body tissues, is also challenging to the medical and scientific communities, being expectable the appearance of new and exciting stem cell-based therapies in the next years. The control of cell behavior (namely, of cell proliferation and differentiation) is of key importance in devising strategies for Tissue Regeneration and Engineering. Cytokines, growth factors, transcription factors and other signaling molecules, most of them proteins, have been identified and found to regulate and support tissue development and regeneration. However, the application of these molecules in long-term regenerative processes requires their continuous presence at high concentrations as they usually present short half-lives at physiological conditions and may be rapidly cleared from the body. Alternatively, genes encoding such proteins can be introduced inside cells and be expressed using cell’s machinery, allowing an extended and more sustained production of the protein of interest (gene therapy). Genetic engineering of stem cells is particularly attractive because of their self-renewal capability and differentiation potential. For Tissue Regeneration and Engineering purposes, the patient’s own stem cells can be genetically engineered in vitro and, after, introduced in the body (with or without a scaffold) where they will not only modulate the behavior of native cells (stem cell-mediated gene therapy), but also directly participate in tissue repair. Cells can be genetically engineered using viral and non-viral systems. Viruses, as a result of millions of years of evolution, are very effective for the delivery of genes in several types of cells, including cells from primary sources. However, the risks associated with their use (like infection and immunogenic reactions) are driving the search for non-viral systems that will efficiently deliver genetic material into cells. Among them, chemical methods that are promising and being investigated use cationic molecules as carriers for DNA. In this case, gene delivery and gene expression level remain relatively low when primary cells are used. The main goal of this thesis was to develop and assess the in vitro potential of polyamidoamine (PAMAM) dendrimers based carriers to deliver genes to mesenchymal stem cells (MSCs). PAMAM dendrimers are monodispersive, hyperbranched and nanospherical molecules presenting unique characteristics that make them very attractive vehicles for both drug and gene delivery. Although they have been explored for gene delivery in a wide range of cell lines, the interaction and the usefulness of these molecules in the delivery of genes to MSCs remains a field to be explored. Adult MSCs were chosen for the studies due to their potential biomedical applications (they are considered multipotent cells) and because they present several advantages over embryonic stem cells, such as easy accessibility and the inexistence of ethical restrictions to their use. This thesis is divided in 5 interconnected chapters. Chapter I provides an overview of the current literature concerning the various non-viral systems investigated for gene delivery in MSCs. Attention is devoted to physical methods, as well as to chemical methods that make use of polymers (natural and synthetic), liposomes, and inorganic nanoparticles as gene delivery vectors. Also, it summarizes the current applications of genetically engineered mesenchymal stem cells using non-viral systems in regenerative medicine, with special focus on bone tissue regeneration. In Chapter II, the potential of native PAMAM dendrimers with amine termini to transfect MSCs is evaluated. The level of transfection achieved with the dendrimers is, in a first step, studied using a plasmid DNA (pDNA) encoding for the β-galactosidase reporter gene. The effect of dendrimer’s generation, cell passage number, and N:P ratio (where N= number of primary amines in the dendrimer; P= number of phosphate groups in the pDNA backbone) on the level of transfection is evaluated, being the values always very low. In a second step, a pDNA encoding for bone morphogenetic protein-2, a protein that is known for its role in MSCs proliferation and differentiation, is used. The BMP-2 content produced by transfected cells is evaluated by an ELISA assay and its effect on the osteogenic markers is analyzed through several classical assays including alkaline phosphatase activity (an early marker of osteogenesis), osteocalcin production, calcium deposition and mineralized nodules formation (late osteogenesis markers). Results show that a low transfection level is enough to induce in vitro osteogenic differentiation in MSCs. Next, from Chapter III to Chapter V, studies are shown where several strategies are adopted to change the interaction of PAMAM dendrimers with MSCs cell membrane and, as a consequence, to enhance the levels of gene delivery. In Chapter III, generations 5 and 6 of PAMAM dendrimers are surface functionalized with arginine-glycine-aspartic acid (RGD) containing peptides – experiments with dendrimers conjugated to 4, 8 and 16 RGD units were performed. The underlying concept is that by including the RGD integrin-binding motif in the design of the vectors and by forming RGD clusters, the level of transfection will increase as MSCs highly express integrins at their surface. Results show that cellular uptake of functionalized dendrimers and gene expression is enhanced in comparison with the native dendrimers. Furthermore, gene expression is dependent on both the electrostatic interaction established between the dendrimer moiety and the cell surface and the nanocluster RGD density. In Chapter IV, a new family of gene delivery vectors is synthesized consisting of a PAMAM dendrimer (generation 5) core randomly linked at the periphery to alkyl hydrophobic chains that vary in length and number. Herein, the idea is to take advantage of both the cationic nature of the dendrimer and the capacity of lipids to interact with biological membranes. These new vectors show a remarkable capacity for internalizing pDNA, being this effect positively correlated with the –CH2– content present in the hydrophobic corona. Gene expression is also greatly enhanced using the new vectors but, in this case, the higher efficiency is shown by the vectors containing the smallest hydrophobic chains. Finally, chapter V reports the synthesis, characterization and evaluation of novel gene delivery vectors based on PAMAM dendrimers (generation 5) conjugated to peptides with high affinity for MSCs membrane binding - for comparison, experiments are also done with a peptide with low affinity binding properties. These systems present low cytotoxicity and transfection efficiencies superior to those of native dendrimers and partially degraded dendrimers (Superfect®, a commercial product). Furthermore, with this biomimetic approach, the process of gene delivery is shown to be cell surface receptor-mediated. Overall, results show the potential of PAMAM dendrimers to be used, as such or modified, in Tissue Regeneration and Engineering. To our knowledge, this is the first time that PAMAM dendrimers are studied as gene delivery vehicles in this context and using, as target, a cell type with clinical relevancy. It is shown that the cationic nature of PAMAM dendrimers with amine termini can be synergistically combined with surface engineering approaches, which will ultimately result in suitable interactions with the cytoplasmic membrane and enhanced pDNA cellular entry and gene expression. Nevertheless, the quantity of pDNA detected inside cell nucleus is always very small when compared with the bigger amount reaching cytoplasm (accumulation of pDNA is evident in the perinuclear region), suggesting that the main barrier to transfection is the nuclear membrane. Future work can then be envisaged based on the versatility of these systems as biomedical molecular materials, such as the conjugation of PAMAM dendrimers to molecules able to bind nuclear membrane receptors and to promote nuclear translocation.

Modelização das camadas junto aos eléctrodos em descargas de arco de alta pressão

Nesta dissertação foi realizada a modelização numérica das camadas de não-equilíbrio junto aos cátodos e ânodos em descargas de arco de alta pressão. Ao contrário de trabalhos anteriores, a modelização é uni cada, i.e., baseia-se num único conjunto de equações escritas sem suposições simpli cativas tais como equilíbrio térmico, equilíbrio de ionização (Saha) e quaseneutralidade, e não utiliza uma divisão a priori do domínio de cálculo em sub- camadas com propriedades físicas diferentes. Processos de transporte de iões e electrões são descritos no âmbito do modelo de difusão. Foi também desenvolvida uma teoria da camada de ionização junto ao cátodo no âmbito do modelo multi uido. Os resultados obtidos são comparados com dados experimentais. Os resultados da tese elucidam a física de transferência de corrente através das camadas junto aos eléctrodos em descargas de arco de alta pressão, e servem para melhor compreen- der os fenómenos que ocorrem em vários dispositivos industriais, como as lâmpadas de descarga de muito alta pressão e as tochas de plasma.

Comparação e validação de vários métodos de mapeamento cortical para o planeamento pré-cirúrgico por Imagem Funcional de Ressonância Magnética

Na análise funcional de imagens do cérebro podem utilizar-se diferentes métodos na identificação de zonas de activação. Tem havido uma evolução desde o método de correlação [19], para outros métodos [9] [14] até o método baseado no modelo linear generalizado que é mais comum ser utilizado hoje e que levou ao pacote de software SPM [15]. Deve-se principalmente à versatilidade que o método tem em realizar testes com diferentes objectivos. Têm sido publicados alguns estudos comparativos. Poucos têm sido quantitativos [20] e quando o são, o número de métodos testados é reduzido[22]. Há muitos estudos comparativos do ponto de vista da estatística envolvida (da matemática) mas que têm em geral apenas ns académicos. Um objectivo deste estudo é comparar os resultados obtidos por diferentes métodos. É de particular interesse averiguar o comportamento de cada método na fronteira do local de activação. As diferenças serão avaliadas numericamente para os seguintes métodos clássicos: t de Student, coeficiente de correlação e o modelo linear generalizado. Três novos métodos são também propostos - o método de picos de Fourier, o método de sobreposição e o método de amplitude. O segundo pode ser aplicado para o melhoramento dos métodos de t de Student, coe ciente de correlação e modelo linear generalizado. Ele pode no entanto, também manter-se como um método de análise independente. A influência exercida em cada método pelos parâmetros pertinentes é também medida. É adoptado um conjunto de dados clínicos que está amplamente estudado e documentado. Desta forma elimina-se a possibilidade dos resultados obtidos serem interpretados como sendo específicos do caso em estudo. Há situações em que a influência do método utilizado na identificação das áreas de activação de imagens funcionais do cérebro é crucial. Tal acontece, por exemplo, quando um tumor desenvolve-se perto de uma zona de activação responsável por uma função importante . Para o cirurgião tornase indispensável avaliar se existe alguma sobreposição. A escolha de um dos métodos disponíveis poderá ter infuência sobre a decisão final. Se o método escolhido for mais conservador, pode verificar-se sobreposição e eliminar-se a possibilidade de cirurgia. Porém, se o método for mais restritivo a decisão final pode ser favorável à cirurgia. Artigos recentes têm suportado a ideia de que a ressonância magnética funcional é de facto muito útil no processo de decisão pré-operatório [12].O segundo objectivo do estudo é então avaliar a sobreposição entre um volume de activação e o volume do tumor. Os programas informáticos de análise funcional disponíveis são variados em vários aspectos: na plataforma em que funcionam (macintosh, linux, windows ou outras), na linguagem em que foram desenvolvidos (e.g. c+motif, c+matlab, matlab, etc.) no tratamento inicial dos dados (antes da aplicação do método de análise), no formato das imagens e no(s) método(s) de análise escolhido(s). Este facto di culta qualquer tentativa de comparação. À partida esta poderá apenas ser qualitativa. Uma comparação quantitativa implicaria a necessidade de ocorrerem três factos: o utilizador tem acesso ao código do programa, sabe programar nas diferentes linguagens e tem licença de utilização de software comercial (e.g. matlab). Sendo assim foi decidido adoptar uma estratégia unificadora. Ou seja, criar um novo programa desenvolvido numa linguagem independente da plataforma, que não utilize software comercial e que permita aplicar (e comparar quantitativamente) diferentes métodos de análise funcional. A linguagem escolhida foi o JAVA. O programa desenvolvido no âmbito desta tese chama-se Cérebro.

Sistema de Comunicações para as Ilhas Desertas

Esta dissertação tem como principal objectivo, propor um sistema de comunicações para as Ilhas Desertas que vise atender às necessidades expostas pelo PNM - Parque Natural da Madeira. Localizadas a 22 milhas marítimas do Funchal, as ilhas Desertas não dispõem de cobertura da rede móvel GSM - Global Standard for Mobile, nem de qualquer outra infra-estrutura de comunicações que permita a comunicação entre os vigilantes e a estação de serviço - doca. Esta falta de comunicação torna-se mais problemática aquando da realização de acções de fiscalização e vigilância, já que em caso de acidente não será possível pedir auxílio. Dada esta realidade propomos a criação de uma rede de rádio móvel terrestre para as Ilhas Desertas, com a instalação de vários repetidores UHF no topo das ilhas. O projecto desta rede será fundamentado com a realização de um estudo de cobertura para as três ilhas que incluirá a avaliação e análise de vários modelos de propagação. Esta análise é realizada com recurso a duas ferramentas de software, Radio-Mobile e DifractionLoss, tendo este último sido desenvolvido no âmbito desta dissertação. De forma a melhorar a cobertura da rede GSM na estação de serviço do PNM na Deserta Grande, sugerem-se duas soluções: a primeira consiste na instalação de um repetidor GSM de frequência deslocada e a segunda na instalação de uma NanoBTS. Além da falta de comunicação na área das ilhas Desertas, a falta de comunicação com a ilha da Madeira é também uma realidade. Perante esta situação sugere-se a criação de uma ligação por feixes hertzianos de alta frequência entre a estação de serviço do PNM na Deserta Grande e a sede do PNM, localizada na zona do Jardim Botânico na Ilha da Madeira. O projecto desta ligação apresenta um planeamento e dimensionamento de acordo com as necessidades apresentadas pelo PNM, assim como um estudo de propagação baseado num procedimento teórico e em simulações de software. É também proposto um sistema de videovigilância controlado remotamente com o objectivo de permitir a monitorização remota dos lobos-marinhos.

Sheaves, local homeomorphisms and local sets as Hilbert locale modules

We give a thorough account of the various equivalent notions for \sheaf" on a locale, namely the separated and complete presheaves, the local home- omorphisms, and the local sets, and to provide a new approach based on quantale modules whereby we see that sheaves can be identi¯ed with certain Hilbert modules in the sense of Paseka. This formulation provides us with an interesting category that has immediate meaningful relations to those of sheaves, local homeomorphisms and local sets. The concept of B-set (local set over the locale B) present in [3] is seen as a simetric idempotent matrix with entries on B, and a map of B-sets as de¯ned in [8] is shown to be also a matrix satisfying some conditions. This gives us useful tools that permit the algebraic manipulation of B-sets. The main result is to show that the existing notions of \sheaf" on a locale B are also equivalent to a new concept what we call a Hilbert module with an Hilbert base. These modules are the projective modules since they are the image of a free module by a idempotent automorphism On the ¯rst chapter, we recall some well known results about partially ordered sets and lattices. On chapter two we introduce the category of Sup-lattices, and the cate- gory of locales, Loc. We describe the adjunction between this category and the category Top of topological spaces whose restriction to spacial locales give us a duality between this category and the category of sober spaces. We ¯nish this chapter with the de¯nitions of module over a quantale and Hilbert Module. Chapter three concerns with various equivalent notions namely: sheaves of sets, local homeomorphisms and local sets (projection matrices with entries on a locale). We ¯nish giving a direct algebraic proof that each local set is isomorphic to a complete local set, whose rows correspond to the singletons. On chapter four we de¯ne B-locale, study open maps and local homeo- morphims. The main new result is on the ¯fth chapter where we de¯ne the Hilbert modules and Hilbert modules with an Hilbert and show this latter concept is equivalent to the previous notions of sheaf over a locale.

Uma introdução às filas de espera

Esta tese trata de sistemas de filas de espera estudando o seu comportamento ao longo do tempo e quando se encontram em estado de equilíbrio. A tese é constituída por três grandes capítulos. Em primeiro lugar são apresentados alguns conceitos básicos da probabilidade, da estatística e de processos de estocásticos. São também descritas as condições e características necessárias para formar um sistema de filas de espera. Em seguida desenvolvemos vários tipos de sistemas de filas de espera markovianos, estudando várias características de cada modelo, entre elas o número esperado de clientes no sistema e na fila, o tempo esperado que um cliente aguarda no sistema e na fila, após o sistema estar em equilíbrio. Apresentamos também alguns gráficos e comparações. Por fim, fazemos uma abordagem a alguns sistemas de filas de espera não markovianos, com um estudo menos aprofundado, mas sempre tentando determinar as características que foram determinadas nos modelos markovianos.

Documentação da arquitectura de um sistema de software

Este documento é o relatório final de um projecto de Mestrado, da Universidade da Madeira em colaboração com a empresa Informar. O objectivo deste projecto consistiu na documentação da arquitectura de software do sistema ARQUO. O pacote de documentação, resultado final deste projecto, consiste na documentação das várias vistas aplicadas ao sistema e á documentação que se aplica a mais do que uma dessas vistas. A escolha do “template” a usar para documentar o sistema, a escolha das vistas, o estudo sobre a forma como modelar a informação de cada vista e a forma de apresentação do pacote de documentação foram os passos mais importantes do projecto.

Explorando a função quadrática com o software Geogebra numa turma do 10º ano

O presente relatório de estágio tem como objectivo principal descrever a minha reflexão geral do que foi o meu ano de estágio pedagógico e, também, uma análise e reflexão da minha experiência com a introdução das tecnologias de informação e comunicação (TIC), nomeadamente o software Geogebra, na aprendizagem dos alunos na temática da Função Quadrática do 10ºAno. Na minha reflexão do estágio, procurei transmitir tudo o que senti e aprendi nesta minha passagem pela Escola Básica e Secundária Dr. Ângelo Augusto da Silva, nomeadamente nas turmas um e quatro do 10ºAno e a turma um do 9º Ano de escolaridade enquanto que, na análise da experiência que efectuei, procurei compreender se as TIC foram ou não facilitadoras da aprendizagem dos meus alunos. A questão central deste meu estudo foi: (1) A introdução das TIC na aula de Matemática é imprescindível na aprendizagem do aluno? Para responder a esta questão utilizei uma investigação qualitativa. Desta forma recolhi os dados através de uma observação participante e, também da interpretação do meu orientador cooperante e da minha colega de estágio. Para completar a minha recolha de dados recorri a gravações em suporte audiovisual. Depois de uma análise profunda dos dados recolhidos pude concluir que: (i) a introdução das TIC na temática da Função Quadrática, nomeadamente o software Geogebra, foi uma mais-valia para a aprendizagem dos alunos do 10º1, não só por ser um instrumento motivador como também foi uma ferramenta facilitadora do seu processo de aprendizagem.

Interactive interface for stress relief

Every time more we hear in our everyday statements like "I'm stressed!", "Don´t worry me more than I am." But in what sense can we use technology to combat these congestions that we deal with daily? Well, one way would be to use technology to create objects, systems or applications that can spoil us and preferably be imperceptible by the user and, for this we have the ubiquitous computing and nurturant technologies. The ubiquitous computing is increasingly discussed as well as ways to make your computer more subtle in the view of the user, which is subject of research and development. The use of technology as a source of relaxation and spoil us is a strand that is being explored in the context of nurturant technologies. Accordingly, this thesis is focused on the development of an object and several applications with which we can interact. The object and applications have the purpose to spoil us and help us relax after a long day at work or in some situation more stressful. The object developed employs technologies like the use of accelerometers and the applications developed employs communications between computers and Web cameras. This thesis begins with a brief introduction to the areas of research and others that we can include in this thesis, such as ubiquitous computing and the nurturant technologies, providing yet general information on stress and ways to mitigate it. Later is described some of the work already done and that influenced this thesis as well as the prototypes developed and the experiences performed, ending with a general conclusion and future work.