Learning joint representations for order and timing of perceptual-motor sequences: a dynamic neural field approach

Many of our everyday tasks require the control of the serial order and the timing of component actions. Using the dynamic neural field (DNF) framework, we address the learning of representations that support the performance of precisely time action sequences. In continuation of previous modeling work and robotics implementations, we ask specifically the question how feedback about executed actions might be used by the learning system to fine tune a joint memory representation of the ordinal and the temporal structure which has been initially acquired by observation. The perceptual memory is represented by a self-stabilized, multi-bump activity pattern of neurons encoding instances of a sensory event (e.g., color, position or pitch) which guides sequence learning. The strength of the population representation of each event is a function of elapsed time since sequence onset. We propose and test in simulations a simple learning rule that detects a mismatch between the expected and realized timing of events and adapts the activation strengths in order to compensate for the movement time needed to achieve the desired effect. The simulation results show that the effector-specific memory representation can be robustly recalled. We discuss the impact of the fast, activation-based learning that the DNF framework provides for robotics applications.

Off-line simulation inspires insight: a neurodynamics approach to efficient robot task learning

There is currently an increasing demand for robots able to acquire the sequential organization of tasks from social learning interactions with ordinary people. Interactive learning-by-demonstration and communication is a promising research topic in current robotics research. However, the efficient acquisition of generalized task representations that allow the robot to adapt to different users and contexts is a major challenge. In this paper, we present a dynamic neural field (DNF) model that is inspired by the hypothesis that the nervous system uses the off-line re-activation of initial memory traces to incrementally incorporate new information into structured knowledge. To achieve this, the model combines fast activation-based learning to robustly represent sequential information from single task demonstrations with slower, weight-based learning during internal simulations to establish longer-term associations between neural populations representing individual subtasks. The efficiency of the learning process is tested in an assembly paradigm in which the humanoid robot ARoS learns to construct a toy vehicle from its parts. User demonstrations with different serial orders together with the correction of initial prediction errors allow the robot to acquire generalized task knowledge about possible serial orders and the longer term dependencies between subgoals in very few social learning interactions. This success is shown in a joint action scenario in which ARoS uses the newly acquired assembly plan to construct the toy together with a human partner.

A cooperar é que se aprende?: a aprendizagem cooperativa e educação intercultural: um contributo na construção da autonomia do aluno

Relatório de estágio de mestrado em Ensino de Inglês e Espanhol no 3º Ciclo do Ensino Básico e Ensino Secundário

L' Aprenentatge basat en problemes a través de casos clínics simulats. Una proposta metodològica de disseny i avaluació docent

RESUM Les exigències actuals de la professió de d’infermeria requereixen que la docència vagi orientada a interrelacionar els diferents rols a desenvolupar enla pràctica diària, per adquirir experiència en l’aprenentatge i així augmentar la qualitat de les cures d’infermeria. Per assolir aquest objectiu és important l’aprenentatge basat enproblemes. Aquest pretén en primer lloc que els estudiants aprenguin allò que permet desenvolupar-se enla vida professional de la manera més natural possible a partir d’una idea clara i profunda de l’evidència sobre la que s’ha d’actuar. Amb aquesta finalitat es vandissenyar casos clínics amb uns objectius que requerien la integració de coneixements, actituds i valors, en diferents fases a desenvolupar en un període de temps predeterminat. També ens vam proposar una estratègia docent que permetés a l’estudiant incorporar el coneixement científic que dóna suport a la pràctica assistencial per aproximar teoria i pràctica. Es pretén que els estudiants busquin una resposta basada en la millor evidència científica disponible, per prendre una decisió respecte a les cures del pacient. Els objectius de l’estudi són: Avaluar globalment l’aprenentatge basat en la simulació de casos Avaluar com els estudiants valoren la integració del model d’infermeria i del procés d’atenció en l’aprenentatge basat en la simulació de casos. Valorar les sensacions percebudes per l’estudiant durant la simulació del cas. Valorar l’actitud d el’estudiant en relació a la incorporació de l’evidència científica per una millora en la pràctica clínica. Avaluar el grau de dificultat manifestat per l’estudiant en relació al procés de documentació. Avaluar la idonietat de l’argumentació i la decisió de l’estudiant a la pregunta formulada en el cas clínic. Metodologia: L’assignatura d’Infermeria Medicoquirúrgica. Adult I del Departament d’Infermeria de la Universitat de Vic, va iniciar una experiència d’aprenentatge basat en la resolució de problemes, amb estudiants de 2on curs. Les professores responsables dels seminaris van realitzar una avaluació de l’experiència a través d’una enquesta. Aquesta es responia al cap d’un mes de la simulació al laboratori, quan es contrastaven els resultats obtinguts en aquesta entre professores i estudiants després de visualitzar la gravació feta durant el mateix. En el context del seminari de simulació de casos, es va introduir una pregunta/problema, a partir de la que els estudiants, en grup, havien de documentar-se amb el suport d’una guia. Per valorar l’actitud davant aquesta pregunta/problema es va dissenyar un qustionari tipus Likert. L’avaluació del grau de dificultat s’ha registrat a través d’unes escales de puntuació. Per a l’avaluació de la decisió presa, es van valorar les síntesis resum entregades en els treballs escrits pels diferents grups. Resultats: La realització de la simulació en el laboratori va ser avaluada per un alt percentatge d’estudiants (68,8%) amb puntuacions entre 6 i 8 mentre que un 26,6% la van situar en tre 9 i 10, només un 4,7 % la van puntuar amb 5. La integració del model d’infermeria va ser valorada pel 86% amb una puntuació entre 7 i 10. La valoració global de la simulació va ser qualificada pels estudiants amb una puntuació de 8 (34,4%) seguida d’un 28,1% amb una consideració de 7. Un 7,2% van puntuar entre 9 i 10. El 93,3% van assegurar que conèixer les fonts documentals els serviria per millorar l’assistència, el 86,7% esperen obtenir arguments sòlids respecte les seves desicions si la documentació consultada és de qualitat. Un 77,8% dels estudiants consideren estar més satisfets al saber incorporar la presa de decisions basada en evidències. Respecte el grau de dificultat en el procés de documentació la dificultat més gran la presenten en com buscar en les bases de dades de referències bibliogràfiques. Conclusions: L’aprenentatge dels estudiants a través de la simulació de casos és una estratègia vàlida que l’estudiant valora positivament al mateix temps que permet desenvolupar habilitats per a la pràctica professional. L’estratègia docent dissenyada per integrar les evidències en la presa de decisions es considera positiva, no obstant, després d’analitzar els resultats, s’han de modificar alguns aspectes per a la seva millora; tutoritzar per a millorar el procés de documentació i incidir més en la crítica i reflexió, de manera que les troballes de la investigació siguin canalitzades cap a la pràctica.

Implantació de noves metodologies docents en el pla d'estudis de l'EUETII d'Igualada en el marc de l'EEES

Aquest projecte pretén incorporar a la titulació d’Enginyeria Tècnica en Química Industrial les competències transversals amb què hauran de comptar els futurs enginyers perquè entrin en el món laboral amb tots els requisits tècnics i competencials que requereixen els canvis dels models educatius (crèdits ECTS) i la canviant situació laboral en l’àmbit de la Unió Europea. La incorporació de competències transversals en les assignatures del pla d’estudis és un dels eixos bàsics plantejats en el Pla Estratègic 2005-2009 de l’Escola Universitària d’Enginyeria Tècnica Industrial d’Igualada. Aquest procés s’ha portat a terme en quatre fases: Disseny: Implicar els empresaris en el disseny de programes de formació que capacitin els estudiant en les competències que demana el mercat de treball. Presentació: Sensibilitzar els professors i els alumnes de la importància de desenvolupar competències transversals dins del marc actual i futur de l’ensenyament. Planificació de les assignatures: Portar a terme la incorporació de competències transversals de forma gradual des del primer curs i donar suport i formació a tot el professorat. Difusió: Divulgar la important transformació que s’està realitzant a l’Escola dins de l’àmbit de la nova implantació de competències transversals per formar als enginyers per tal de fer-los més competitius. Per a aconseguir l’adaptació de les assignatures del pla d’estudis a les noves directrius de l’EEES s’ha treballat des de dues vessants: a) introduint canvis metodològics en la forma d’impartir les assignatures per part del professorat per permetre la incorporació de competències transversals, com ara el treball en equip, a través de l’aprenentatge basat en projectes, i la competència lingüística en anglès, a partir de la introducció de l’anglès a l’aula, i b) adaptant al nou sistema la documentació associada a les matèries que s’imparteixen: guia docent, guies de les assignatures, etc.

Desenvolupament de problemes virtuals i interactius per a l’aprenentatge de la Microbiologia

La finalitat del projecte ha estat desenvolupar un espai virtual teòric-pràctic per a l’aprenentatge de la Microbiologia. Aquest espai virtual, basat en l'aprenentatge a través de problemes, s’ha anomenat “Microbiologia Interactiva” i proposa a l’alumne les següents àrees temàtiques: Introducció a les tècniques de la Microbiologia; Estructura i funció de la cèl.lula microbiana; Creixement i control microbià; Microbiologia molecular; Fisiologia i metabolisme microbians; Virologia; Ecologia Microbiana; Diversitat microbiana. Per a cada temàtica s’han definit unes competències a assolir a través de la resolució de problemes teòrics o pràctics. En aquest darrer cas, se li proposa a l’alumne que entri en el laboratori virtual per a la resolució dels casos pràctics plantejats. A més, per a la resolució dels problemes, l’alumne disposa d’un seguit de recursos per a cada temàtica. Finalment, també s’inclouen activitats de relació i d’ampliació per tal d’estimular la discussió, l’esperit crìtic, el treball en grup i la recerca bibliogràfica. A més, per tal de facilitar el seu ús, el web disposa també d'un tutorial. El web “Microbiologia Interactiva” es va introduir de forma pilat en l’ensenyament de l'assignatura de Microbiologia de la Llicenciatura de Biologia i de la de Microbiologia I de la llicenciatura de Biotecnologia de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) durant el curs 2007-08. Al llarg d'aquest curs es va valorar la seva utilitat i acceptació per part dels alumnes mitjançant enquestes. Els bons resultats obtinguts van aconsellar que aquesta eina fora ja utilitzada en totes les assignatures generals de Microbiologia de les llicenciatures de Biologia, Biotecnologia, Bioquímica, Química, Enginyeria Química, Ciències Ambientals i Ciència i Tecnologia dels Aliments de la UAB. Actualment el web s’està també utilitzant amb molt bons resultats a les assignatures de Microbiologia dels nous graus que ofereix la Facultat de Biociències de la UAB. Així doncs, en aquest projecte s’han assolit amb escreix els objectius previstos. Es pot consultar el web desenvolupat a l’adreça http://microbiologia.uab.cat//Microbiologia_Interactiva_Web/.

Evolution of decision-making and learning under fluctuating social environments

The capacity to learn to associate sensory perceptions with appropriate motor actions underlies the success of many animal species, from insects to humans. The evolutionary significance of learning has long been a subject of interest for evolutionary biologists who emphasize the bene¬fit yielded by learning under changing environmental conditions, where it is required to flexibly switch from one behavior to another. However, two unsolved questions are particularly impor¬tant for improving our knowledge of the evolutionary advantages provided by learning, and are addressed in the present work. First, because it is possible to learn the wrong behavior when a task is too complex, the learning rules and their underlying psychological characteristics that generate truly adaptive behavior must be identified with greater precision, and must be linked to the specific ecological problems faced by each species. A framework for predicting behavior from the definition of a learning rule is developed here. Learning rules capture cognitive features such as the tendency to explore, or the ability to infer rewards associated to unchosen actions. It is shown that these features interact in a non-intuitive way to generate adaptive behavior in social interactions where individuals affect each other's fitness. Such behavioral predictions are used in an evolutionary model to demonstrate that, surprisingly, simple trial-and-error learn¬ing is not always outcompeted by more computationally demanding inference-based learning, when population members interact in pairwise social interactions. A second question in the evolution of learning is its link with and relative advantage compared to other simpler forms of phenotypic plasticity. After providing a conceptual clarification on the distinction between genetically determined vs. learned responses to environmental stimuli, a new factor in the evo¬lution of learning is proposed: environmental complexity. A simple mathematical model shows that a measure of environmental complexity, the number of possible stimuli in one's environ¬ment, is critical for the evolution of learning. In conclusion, this work opens roads for modeling interactions between evolving species and their environment in order to predict how natural se¬lection shapes animals' cognitive abilities. - La capacité d'apprendre à associer des sensations perceptives à des actions motrices appropriées est sous-jacente au succès évolutif de nombreuses espèces, depuis les insectes jusqu'aux êtres hu¬mains. L'importance évolutive de l'apprentissage est depuis longtemps un sujet d'intérêt pour les biologistes de l'évolution, et ces derniers mettent l'accent sur le bénéfice de l'apprentissage lorsque les conditions environnementales sont changeantes, car dans ce cas il est nécessaire de passer de manière flexible d'un comportement à l'autre. Cependant, deux questions non résolues sont importantes afin d'améliorer notre savoir quant aux avantages évolutifs procurés par l'apprentissage. Premièrement, puisqu'il est possible d'apprendre un comportement incorrect quand une tâche est trop complexe, les règles d'apprentissage qui permettent d'atteindre un com¬portement réellement adaptatif doivent être identifiées avec une plus grande précision, et doivent être mises en relation avec les problèmes écologiques spécifiques rencontrés par chaque espèce. Un cadre théorique ayant pour but de prédire le comportement à partir de la définition d'une règle d'apprentissage est développé ici. Il est démontré que les caractéristiques cognitives, telles que la tendance à explorer ou la capacité d'inférer les récompenses liées à des actions non ex¬périmentées, interagissent de manière non-intuitive dans les interactions sociales pour produire des comportements adaptatifs. Ces prédictions comportementales sont utilisées dans un modèle évolutif afin de démontrer que, de manière surprenante, l'apprentissage simple par essai-et-erreur n'est pas toujours battu par l'apprentissage basé sur l'inférence qui est pourtant plus exigeant en puissance de calcul, lorsque les membres d'une population interagissent socialement par pair. Une deuxième question quant à l'évolution de l'apprentissage concerne son lien et son avantage relatif vis-à-vis d'autres formes plus simples de plasticité phénotypique. Après avoir clarifié la distinction entre réponses aux stimuli génétiquement déterminées ou apprises, un nouveau fac¬teur favorisant l'évolution de l'apprentissage est proposé : la complexité environnementale. Un modèle mathématique permet de montrer qu'une mesure de la complexité environnementale - le nombre de stimuli rencontrés dans l'environnement - a un rôle fondamental pour l'évolution de l'apprentissage. En conclusion, ce travail ouvre de nombreuses perspectives quant à la mo¬délisation des interactions entre les espèces en évolution et leur environnement, dans le but de comprendre comment la sélection naturelle façonne les capacités cognitives des animaux.

WALK Community Garden

WALK operate a Community Garden in Dublin 12 which promotes the growing of fresh fruit, vegetable, salad leaves and flowers which change seasonally. The garden helps create a sense of community and advocates the benefits of growing healthy food, environmental awareness and sustainability. It offers an opportunities for people to take part in hand-on, activity based learning with some formal training offered to local groups and individuals with varying levels of skill and ability. This outdoor space fosters an interest in growing and guides people in learning new skills which can be transferred to their own gardens or allotments. Dublin City Council Initiative Type Community Food Growing Projects Location Dublin 12 Funding Dublin City Council Partner Agencies Dublin City Council Dublin Mainstream Access Project Scoil Colm

Apprenticeship Council Report on New Apprenticeship Programme Proposals

In May 2013, the then Minister for Education and Skills announced a wide ranging review of apprenticeship in Ireland. The review was undertaken by an independent Review Group under the chairmanship of Kevin Duffy. The objective of the review was to “examine the future of apprenticeship training in Ireland with a greater focus on a work based learning and a closer alignment of the current needs if the Irish labour market”. The Apprenticeship Review took place in the context of a wider reform programme in education and training, including major structural change in further education and training, the establishment of SOLAS and the development of new national strategies in both further and higher education. Apprenticeship was defined by the Apprenticeship Review Group as a programme of structured education and training, which formally combines and alternates learning in the work place with learning in an education or training centre, (a dual system i.e. a blended combination of on-the-job employer-based training and off-the-job training) whose completion - Prepares the participant for a specific occupation - Leads to an award, recognised under the National Framework of Qualifications from Level 5 to Level 1

The Value of Imperfection : the Wabi-Sabi Principle in Aesthetics and Learning

OER-based learning has the potential to overcome many shortcomings and problems of traditional education. It is not hampered by IP restrictions; can depend on collaborative, cumulative, iterative refinement of resources; and the digital form provides unprecedented flexibility with respect to configuration and delivery. The OER community is a progressive group of educators and learners with decades of learning research to draw from, who know that we must prepare learners for an evolving and diverse reality. Despite this OER tends to replicate the unsuccessful characteristics of traditional education. To remedy this we may need to remember the importance of imperfection, mistakes, problems, disagreement, and the incomplete for engaged learning, and relinquish our notions of perfection, acknowledging that learners learn differently and we need diverse learners. We must stretch our perceptions of quality and provide mechanisms for engaging the incredible pool of educators globally to fulfill the promise of inclusive education.

Evaluation of an online, case-based interactive approach to teaching pathophysiology

AIM: The aim of this study was to evaluate a new pedagogical approach in teaching fluid, electrolyte and acid-base pathophysiology in undergraduate students. METHODS: This approach comprises traditional lectures, the study of clinical cases on the web and a final interactive discussion of these cases in the classroom. When on the web, the students are asked to select laboratory tests that seem most appropriate to understand the pathophysiological condition underlying the clinical case. The percentage of students having chosen a given test is made available to the teacher who uses it in an interactive session to stimulate discussion with the whole class of students. The same teacher used the same case studies during 2 consecutive years during the third year of the curriculum. RESULTS: The majority of students answered the questions on the web as requested and evaluated positively their experience with this form of teaching and learning. CONCLUSIONS: Complementing traditional lectures with online case-based studies and interactive group discussions represents, therefore, a simple means to promote the learning and the understanding of complex pathophysiological mechanisms. This simple problem-based approach to teaching and learning may be implemented to cover all fields of medicine.

LdShake: learning design solutions sharing and co-edition

Two important challenges that teachers are currently facing are the sharing and the collaborative authoring of their learning design solutions, such as didactical units and learning materials. On the one hand, there are tools that can be used for the creation of design solutions and only some of them facilitate the co-edition. However, they do not incorporate mechanisms that support the sharing of the designs between teachers. On the other hand, there are tools that serve as repositories of educational resources but they do not enable the authoring of the designs. In this paper we present LdShake, a web tool whose novelty is focused on the combined support for the social sharing and co-edition of learning design solutions within communities of teachers. Teachers can create and share learning designs with other teachers using different access rights so that they can read, comment or co-edit the designs. Therefore, each design solution is associated to a group of teachers able to work on its definition, and another group that can only see the design. The tool is generic in that it allows the creation of designs based on any pedagogical approach. However, it can be particularized in instances providing pre-formatted designs structured according to a specific didactic method (such as Problem-Based Learning, PBL). A particularized LdShake instance has been used in the context of Human Biology studies where teams of teachers are required to work together in the design of PBL solutions. A controlled user study, that compares the use of a generic LdShake and a Moodle system, configured to enable the creation and sharing of designs, has been also carried out. The combined results of the real and controlled studies show that the social structure, and the commenting, co-edition and publishing features of LdShake provide a useful, effective and usable approach for facilitating teachers' teamwork.

Reusing IMS-LD formalized best practices in collaborative learning structuring

Designs of CSCL (Computer Supported Collaborative Learning)activities should be flexible, effective and customizable toparticular learning situations. On the other hand, structureddesigns aim to create favourable conditions for learning. Thus,this paper proposes the collection of representative and broadlyaccepted (best practices) structuring techniques in collaborative learning. With the aim of establishing a conceptual common ground among collaborative learning practitioners and softwaredevelopers, and reusing the expertise that best practicesrepresent, the paper also proposes the formulation of these techniques as patterns: the so-called CLFPs (CollaborativeLearning Flow Patterns). To formalize these patterns, we havechosen the educational modelling language IMS Learning Design (IMS-LD). IMS-LD has the capability to specify many of the collaborative characteristics of the CLFPs. Nevertheless, the language bears limited capability for describing the services that mediate interactions within a learning activity and the specification of temporal or rotated roles. This analysis isdiscussed in the paper, as well as our approaches towards thedevelopment of a system capable of integrating tools using IMSLDscripts and a CLFP-based Learning Design authoring tool.

Teaching evidence-based management with a focus on producing local evidence

We present an approach to teaching evidence-based management (EBMgt) that trains future managers how to produce local evidence. Local evidence is causally interpretable data, collected on-site in companies to address a specific business problem. Our teaching method is a variant of problem-based learning, a method originally developed to teach evidence-based medicine. Following this method, students learn an evidence-based problem-solving cycle for addressing actual business cases. Executing this cycle, students use and produce scientific evidence through literature searches and the design of local, experimental tests of causal hypotheses. We argue the value of teaching EBMgt with a focus on producing local evidence, how it can be taught, and what can be taught. We conclude by outlining our contribution to the literature on teaching EBMgt and by discussing limitations of our approach.

Oscillations, phase-of-firing coding, and spike timing-dependent plasticity: an efficient learning scheme

Recent experiments have established that information can be encoded in the spike times of neurons relative to the phase of a background oscillation in the local field potential—a phenomenon referred to as “phase-of-firing coding” (PoFC). These firing phase preferences could result from combining an oscillation in the input current with a stimulus-dependent static component that would produce the variations in preferred phase, but it remains unclear whether these phases are an epiphenomenon or really affect neuronal interactions—only then could they have a functional role. Here we show that PoFC has a major impact on downstream learning and decoding with the now well established spike timing-dependent plasticity (STDP). To be precise, we demonstrate with simulations how a single neuron equipped with STDP robustly detects a pattern of input currents automatically encoded in the phases of a subset of its afferents, and repeating at random intervals. Remarkably, learning is possible even when only a small fraction of the afferents (~10%) exhibits PoFC. The ability of STDP to detect repeating patterns had been noted before in continuous activity, but it turns out that oscillations greatly facilitate learning. A benchmark with more conventional rate-based codes demonstrates the superiority of oscillations and PoFC for both STDP-based learning and the speed of decoding: the oscillation partially formats the input spike times, so that they mainly depend on the current input currents, and can be efficiently learned by STDP and then recognized in just one oscillation cycle. This suggests a major functional role for oscillatory brain activity that has been widely reported experimentally.