Reverse problem-based learning - a case study with a Braille machine

Engineering Education includes not only teaching theoretical fundamental concepts but also its verification during practical lessons in laboratories. The usual strategies to carry out this action are frequently based on Problem Based Learning, starting from a given state and proceeding forward to a target state. The possibility or the effectiveness of this procedure depends on previous states and if the present state was caused or resulted from earlier ones. This often happens in engineering education when the achieved results do not match the desired ones, e.g. when programming code is being developed or when the cause of the wrong behavior of an electronic circuit is being identified. It is thus important to also prepare students to proceed in the reverse way, i.e. given a start state generate the explanation or even the principles that underlie it. Later on, this sort of skills will be important. For instance, to a doctor making a patient?s story or to an engineer discovering the source of a malfunction. This learning methodology presents pedagogical advantages besides the enhanced preparation of students to their future work. The work presented on his document describes an automation project developed by a group of students in an engineering polytechnic school laboratory. The main objective was to improve the performance of a Braille machine. However, in a scenario of Reverse Problem-Based learning, students had first to discover and characterize the entire machine's function before being allowed (and being able) to propose a solution for the existing problem.

Addressing software impact in the design of remote laboratories

Remote Laboratories or WebLabs constitute a first-order didactic resource in engineering faculties. However, in many cases, they lack a proper software design, both in the client and server side, which degrades their quality and academic usefulness. This paper presents the main characteristics of a Remote Laboratory, analyzes the software technologies to implement the client and server sides in a WebLab, and correlates these technologies with the characteristics to facilitate the selection of a technology to implement a WebLab. The results obtained suggest the adoption of a Service Oriented Laboratory Architecture-based approach for the design of future Remote Laboratories so that client-agnostic Remote Laboratories and Remote Laboratory composition are enabled. The experience with the real Remote Laboratory, WebLab-Deusto, is also presented.

CrimsonHex: a service oriented repository of specialised learning objects

The corner stone of the interoperability of eLearning systems is the standard definition of learning objects. Nevertheless, for some domains this standard is insufficient to fully describe all the assets, especially when they are used as input for other eLearning services. On the other hand, a standard definition of learning objects in not enough to ensure interoperability among eLearning systems; they must also use a standard API to exchange learning objects. This paper presents the design and implementation of a service oriented repository of learning objects called crimsonHex. This repository is fully compliant with the existing interoperability standards and supports new definitions of learning objects for specialized domains. We illustrate this feature with the definition of programming problems as learning objects and its validation by the repository. This repository is also prepared to store usage data on learning objects to tailor the presentation order and adapt it to learner profiles.

PETCHA: a Programming Exercises Teaching Assistant

This paper presents a tool called Petcha that acts as an automated Teaching Assistant in computer programming courses. The ultimate objective of Petcha is to increase the number of programming exercises effectively solved by students. Petcha meets this objective by helping both teachers to author programming exercises and students to solve them. It also coordinates a network of heterogeneous systems, integrating automatic program evaluators, learning management systems, learning object repositories and integrated programming environments. This paper presents the concept and the design of Petcha and sets this tool in a service oriented architecture for managing learning processes based on the automatic evaluation of programming exercises. The paper presents also a case study that validates the use of Petcha and of the proposed architecture.

Bridging between programming exercises formats with BabeLO

Assessment plays a vital role in learning. This is certainly the case with assessment of computer programs, both in curricular and competitive learning. The lack of a standard – or at least a widely used format – creates a modern Ba- bel tower made of Learning Objects, of assessment items that cannot be shared among automatic assessment systems. These systems whose interoperability is hindered by the lack of a common format include contest management systems, evaluation engines, repositories of learning objects and authoring tools. A prag- matical approach to remedy this problem is to create a service to convert among existing formats. A kind of translation service specialized in programming prob- lems formats. To convert programming exercises on-the-fly among the most used formats is the purpose of the BabeLO – a service to cope with the existing Babel of Learning Object formats for programming exercises. BabeLO was designed as a service to act as a middleware in a network of systems typically used in auto- matic assessment of programs. It provides support for multiple exercise formats and can be used by: evaluation engines to assess exercises regardless of its format; repositories to import exercises from various sources; authoring systems to create exercises in multiple formats or based on exercises from other sources. This paper analyses several of existing formats to highlight both their differ- ences and their similar features. Based on this analysis it presents an approach to extensible format conversion. It presents also the features of PExIL, the pivotal format in which the conversion is based; and the function definitions of the proposed service – BabeLO. Details on the design and implementation of BabeLO, including the service API and the interfaces required to extend the conversion to a new format, are also provided. To evaluate the effectiveness and efficiency of this approach this paper reports on two actual uses of BabeLO: to relocate exercises to a different repository; and to use an evaluation engine in a network of heterogeneous systems.

Increase of the Delivered Power Probability in Distribution Networks using Pareto DC Programming

A methodology to increase the probability of delivering power to any load point through the identification of new investments in distribution network components is proposed in this paper. The method minimizes the investment cost as well as the cost of energy not supplied in the network. A DC optimization model based on mixed integer non-linear programming is developed considering the Pareto front technique in order to identify the adequate investments in distribution networks components which allow increasing the probability of delivering power for any customer in the distribution system at the minimum possible cost for the system operator, while minimizing the energy not supplied cost. Thus, a multi-objective problem is formulated. To illustrate the application of the proposed methodology, the paper includes a case study which considers a 180 bus distribution network

Aplicação de um modelo de programação linear inteira mista (PLIM) na expansão da rede de distribuição de energia elétrica em Angola

Em Angola, apenas cerca de 30% da população tem acesso à energia elétrica, nível que decresce para valores inferiores a 10% em zonas rurais mais remotas. Este problema é agravado pelo facto de, na maioria dos casos, as infraestruturas existentes se encontrarem danificadas ou não acompanharem o desenvolvimento da região. Em particular na capital angolana, Luanda que, sendo a menor província de Angola, é a que regista atualmente a maior densidade populacional. Com uma população de cerca de 5 milhões de habitantes, não só há frequentemente problemas relacionados com a falha do fornecimento de energia elétrica como há ainda uma percentagem considerável de municípios onde a rede elétrica ainda nem sequer chegou. O governo de Angola, no seu esforço de crescimento e aproveitamento das suas enormes potencialidades, definiu o setor energético como um dos fatores críticos para o desenvolvimento sustentável do país, tendo assumido que este é um dos eixos prioritários até 2016. Existem objetivos claros quanto à reabilitação e expansão das infraestruturas do setor elétrico, aumentando a capacidade instalada do país e criando uma rede nacional adequada, com o intuito não só de melhorar a qualidade e fiabilidade da rede já existente como de a aumentar. Este trabalho de dissertação consistiu no levantamento de dados reais relativamente à rede de distribuição de energia elétrica de Luanda, na análise e planeamento do que é mais premente fazer relativamente à sua expansão, na escolha dos locais onde é viável localizar novas subestações, na modelação adequada do problema real e na proposta de uma solução ótima para a expansão da rede existente. Depois de analisados diferentes modelos matemáticos aplicados ao problema de expansão de redes de distribuição de energia elétrica encontrados na literatura, optou-se por um modelo de programação linear inteira mista (PLIM) que se mostrou adequado. Desenvolvido o modelo do problema, o mesmo foi resolvido por recurso a software de otimização Analytic Solver e CPLEX. Como forma de validação dos resultados obtidos, foi implementada a solução de rede no simulador PowerWorld 8.0 OPF, software este que permite a simulação da operação do sistema de trânsito de potências.

Scalable and Efficient Configuration of TimeDivision Multiplexed Resources

Consumer-electronics systems are becoming increasingly complex as the number of integrated applications is growing. Some of these applications have real-time requirements, while other non-real-time applications only require good average performance. For cost-efficient design, contemporary platforms feature an increasing number of cores that share resources, such as memories and interconnects. However, resource sharing causes contention that must be resolved by a resource arbiter, such as Time-Division Multiplexing. A key challenge is to configure this arbiter to satisfy the bandwidth and latency requirements of the real-time applications, while maximizing the slack capacity to improve performance of their non-real-time counterparts. As this configuration problem is NP-hard, a sophisticated automated configuration method is required to avoid negatively impacting design time. The main contributions of this article are: 1) An optimal approach that takes an existing integer linear programming (ILP) model addressing the problem and wraps it in a branch-and-price framework to improve scalability. 2) A faster heuristic algorithm that typically provides near-optimal solutions. 3) An experimental evaluation that quantitatively compares the branch-and-price approach to the previously formulated ILP model and the proposed heuristic. 4) A case study of an HD video and graphics processing system that demonstrates the practical applicability of the approach.

Criação e atualização de aplicações para área de retalho por MDA

Nos últimos anos tem-se verificado a constante evolução dos mercados em plataformas na Internet como forma de melhoria não só dos serviços prestados, mas também para o aumento de vendas de produtos e respetiva internacionalização dos mesmos. Este aumento da procura por este tipo de softwares, assim como a constante evolução e atualização dos mesmos tem contribuído para que estas aplicações evoluam em termos de funcionalidades e complexidade. Isto contribui cada vez para a dificuldade de formar equipas capazes de manter e desenvolver estes sistemas sem que comprometa em grandes custos para as organizações. Neste sentido surgiram diversas ferramentas que permitem criar soluções pré desenvolvidas de aplicações na Internet denominadas de "E-commerce applications". Estas plataformas, apesar do utilizador não ter obrigatoriamente que deter conhecimentos de programação para proceder à sua instalação, são bastante restritas tanto aos serviços que podem ser usados, e na sua escalabilidade, visto que normalmente correm em servidores específicos e por vezes as configurações necessárias para instalação tornam-se bastante complexas de ser efetuadas. Pretende-se no âmbito desta dissertação de mestrado propor um modelo de uma arquitetura de um sistema baseado em mecanismos MDA para a área de retalho, particularmente em ambientes de e-commerce. Serão inicialmente sistematizados os principais tipos de ecommerce numa perspetiva de evolução histórica. Será igualmente enquadrado o MDA no desenvolvimento de um sistema de e-commerce. Neste sentido, serão equacionadas as diferenças entre o modelo típico de desenvolvimento de software e o desenvolvimento de software orientado pelas metodologias do MDA. No processo de especificação e desenvolvimento do modelo proposto será realizada uma análise de requisitos, assim como, a proposta do modelo da arquitetura de um sistema baseado em mecanismos MDA, tendo como orientação os requisitos e arquitetura definida na fase de análise. Finalmente no sentido de analisar o resultado esperado para um sistema orientado por metodologias definidas por MDA, serão realizado alguns testes no sistema desenvolvido de forma a analisar o seu desempenho e validar a sua adequabilidade no âmbito do processo de desenvolvimento de sistemas e-commerce

Desenvolvimento de software com integração contínua

A integração contínua é uma prática no desenvolvimento de software que já existe há algum tempo mas ainda não é muito conhecida nem usada. Esta prática no desenvolvimento de software surgiu com a programação extrema e tem evoluído ao longo dos últimos anos, adaptando-se às novas tecnologias. O estudo aqui apresentado pretende essencialmente mostrar a real importância e o valor acrescido que a integração contínua pode trazer a um projeto de desenvolvimento de software. O trabalho aqui exposto surge no âmbito de um projeto interno, realizado pelo autor na empresa Konkconsulting, cuja finalidade se prende com o conhecimento mais aprofundado da integração contínua e com o levantamento das necessidades e criação de soluções, de modo a conseguir a sua utilização nos produtos que irão ser desenvolvidos pela empresa. Nesta dissertação, é proposto um conjunto de ferramentas para responder às necessidades imediatas da empresa na implementação de integração contínua num dos seus projetos. Estas ferramentas devem ser de simples e de fácil utilização, de modo a ajudar os programadores durante os desenvolvimentos e responder às necessidades da utilização da integração contínua em um projeto a ser desenvolvido pela empresa, mas ao mesmo tempo, podendo ser facilmente incorporadas em futuros projetos.

Reconfiguração e desenvolvimento do sistema de controlo de um AGV

O veículo guiado automaticamente (AGV) adquirido pelo Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) tem vindo a ficar obsoleto devido ao hardware, que nos dias de hoje começa a dar sinais de falhas bem como falta de peças de substituição, e ao software, sendo o PLC (Programmable Logic Controller) usado muito limitado quanto às suas funções de controlo, ficando as principais tarefas de controlo do AGV a cargo de placas eletrónicas de controlo. Para promover o controlo autónomo do AGV, foi decidido retirar toda a parte de hardware que detinha o controlo do mesmo e passou a ser um novo PLC, com maior capacidade de processamento, a executar todo o tipo de controlo necessário ao funcionamento do mesmo. O hardware considerado apenas incluí, de forma resumida, os motores responsáveis pelo movimento e direção, placa de controlo de potência dos motores, placa de interface entre as saídas digitais do PLC e as entradas da placa de controlo de potência dos motores e os demais sensores necessários à deteção de obstáculos, fins de curso da direção, sensores dos postos de trabalho e avisadores de emergência. Todo o controlo de movimento e direção bem como a seleção das ações a executar passou a ficar a cargo do software programado no PLC assim como a interação entre o sistema de supervisão instalado num posto de controlo e o PLC através de comunicação via rádio. O uso do PLC permitiu a flexibilidade de mudar facilmente a forma como as saídas digitais são usadas, ao contrário de um circuito eletrónico que necessita de uma completa remodelação, tempo de testes e implementação para efetuar a mesma função. O uso de um microcontrolador seria igualmente viável para a aplicação em causa, no entanto o uso do PLC tem a vantagem de ser robusto, mais rápido na velocidade de processamento, existência de software de interface de programação bastante intuitivo e de livre acesso, facilidade de alterar a programação localmente ou remotamente, via rádio, acesso a vários protocolos de comunicação robustos como Modbus, Canbus, Profinet, Modnet, etc., e acesso integrado de uma consola gráfica totalmente programável. iv É ainda possível a sua expansão com adição de módulos de entradas e saídas digitais e/ou analógicas permitindo expandir largamente o uso do AGV para outros fins. A solução está a ser amplamente testada e validada no Laboratório de Automação (LabA) do Departamento de Engenharia Mecânica do ISEP (Instituto Superior de Engenharia do Porto), permitindo a otimização dos sistemas de controlo de direção bem como a interatividade entre o PLC e o programa de interface/supervisão do posto de trabalho.

Derivation and consistency checking of models in early software product line engineering

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Informática

The Development of an Internal Testing Process for a Bluetooth Product

BlueGiga Technologies on uusi Bluetooth -teknologiaa soveltava pk-yritys. Yrityksen tuotekehitysprosessia täydentämään tarvittiin testausprosessi. Testausprosessin luominen oli haastavaa, koska Bluetooth -teknologia on uutta ja yritys on vielä nuori. Lisäksi se integroi kovo- ja ohjelmistokomponentteja tuotteissaan. Testaus aloitettiin evaluoimalla standardinmukaista tapaa dokumentoida testit. Tämän jälkeen tutkittiin BlueGigan ohjelmistokehitysprosessin suhdetta olemassa oleviin ohjelmistokehitysprosesseihin. Samanaikaisesti perehdyttiin Bluetooth -kvalifikaation testaukselle asettamiin vaatimuksiin. Tämän seurauksena TTCN:ää kokeiltiin helppolukuisen testitapauksen määrittelyssä. Käyttötapauksiin perustuvan testauksen sopivuutta Wireless Remote Access Platform:in (WRAP) testaamiseen arvioitiin kokeilemalla sitä Man-to-Machine -käyttötapauksen testaamisessa. Yllämainittujen tehtävien aikana kerätyn tiedon ja hankittujen kokemusten pohjalta laadittiin testausprosessi, joka kattaa yksikkö-, integraatio- ja järjestelmätason testauksen. Painopiste on järjestelmätason testauksessa. Prosessi määrittelee myös vastuuhenkilön tai -henkilöt eri testaustasoille.

The use of future-oriented knowledge in regional innovation processes: Research on knowledge generation, transfer and conversion

The importance of the regional level in research has risen in the last few decades and a vast literature in the fields of, for instance, evolutionary and institutional economics, network theories, innovations and learning systems, as well as sociology, has focused on regional level questions. Recently the policy makers and regional actors have also began to pay increasing attention to the knowledge economy and its needs, in general, and the connectivity and support structures of regional clusters in particular. Nowadays knowledge is generally considered as the most important source of competitive advantage, but even the most specialised forms of knowledge are becoming a short-lived resource for example due to the accelerating pace of technological change. This emphasizes the need of foresight activities in national, regional and organizational levels and the integration of foresight and innovation activities. In regional setting this development sets great challenges especially in those regions having no university and thus usually very limited resources for research activities. Also the research problem of this dissertation is related to the need to better incorporate the information produced by foresight process to facilitate and to be used in regional practice-based innovation processes. This dissertation is a constructive case study the case being Lahti region and a network facilitating innovation policy adopted in that region. Dissertation consists of a summary and five articles and during the research process a construct or a conceptual model for solving this real life problem has been developed. It is also being implemented as part of the network facilitating innovation policy in the Lahti region.

Anxiety and learning / response behaviour in the context of intellectual problem solving by young children

Twenty-eight grade four students were ca.tegorized as either high or low anxious subjects as per Gillis' Child Anxiety Scale (a self-report general measure). In determining impulsivity in their response tendencies, via Kagan's Ma.tching Familiar Figures Test, a significant difference between the two groups was not found to exist. Training procedures (verbal labelling plus rehearsal strategies) were introduced in modification of their learning behaviour on a visual sequential memory task. Significantly more reflective memory recall behaviour was noted by both groups as a result. Furthermore, transfer of the reflective quality of this learning strategy produced significantly less impulsive response behaviour for high and low anxious subjects with respect to response latency and for low anxious subjects with respect to response accuracy.