Development of Biomimetic Robots in the EPS Engineering Programme Capstone Project

This paper presents the development of a fish-like robot called Bro-Fish. Bro-Fish aims to be an educational toy dedicated to teaching mechanics, programming and the physics of floating objects to youngsters. The underlying intention is to awaken the interest of children for technology, especially biomimetic (biologically inspired) approaches, in order to promote sustainability and raise the level of ecological awareness. The main focus of this project was to create a robot with carangiform locomotion and controllable swimming, providing the opportunity to customize parts and experiment with the physics of floating objects. Therefore, the locomotion principles of fishes and mechanisms developed in related projects were analysed. Inspired by this background knowledge, a prototype was designed and implemented. The main achievement is the new tail mechanism that propels the robot. The tail resembles the undulation motion of fish bodies and is actuated in an innovative way, triggered by an elegant movement of a rotating helicoidal. First experimental tests revealed the potential of the proposed methodology to effectively generate forward propulsion.

A learning environment for robotic production line simulation

This paper presents a framework for a robotic production line simulation learning environment using Autonomous Ground Vehicles (AGV). An eLearning platform is used as interface with the simulator. The objective is to introduce students to the production robotics area using a familiar tool, an eLearning platform, and a framework that simulates a production line using AGVs. This framework allows students to learn about robotics but also about several areas of industrial management engineering without requiring an extensive prior knowledge on the robotics area. The robotic production line simulation learning environment simulates a production environment using AGVs to transport materials to and from the production line. The simulator allows students to validate the AGV dynamics and provides information about the whole materials supplying system which includes: supply times, route optimization and inventory management. The students are required to address several topics such as: sensors, actuators, controllers and an high level management and optimization software. This simulator was developed with a known open source tool from robotics community: Player/Stage. This tool was extended with several add-ons so that students can be able to interact with a complex simulation environment. These add-ons include an abstraction communication layer that performs events provided by the database server which is programmed by the students. An eLearning platform is used as interface between the students and the simulator. The students can visualize the effects of their instructions/programming in the simulator that they can access via the eLearning platform. The proposed framework aims to allow students from different backgrounds to fully experience robotics in practice by suppressing the huge gap between theory and practice that exists in robotics. Using an eLearning platform eliminates installation problems that can occur from different computers software distribution and makes the simulator accessible by all students at school and at home.

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

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

Ontologies learn by searching

Dissertation to obtain the Master degree in Electrical Engineering and Computer Science

Odin: a service for gamification of learning activities

Existing gamification services have features that preclude their use by e-learning tools. Odin is a gamification service that mimics the API of state-of-the-art services without these limitations. This paper describes Odin, its role in an e-learning system architecture requiring gamification, and details its implementation. The validation of Odin involved the creation of a small e-learning game, integrated in a Learning Management System (LMS) using the Learning Tools Interoperability (LTI) specification.

Integrating rich learning applications in LMS

Currently, a learning management system (LMS) plays a central role in any e-learning environment. These environments include systems to handle the pedagogic aspects of the teaching–learning process (e.g. specialized tutors, simulation games) and the academic aspects (e.g. academic management systems). Thus, the potential for interoperability is an important, although over looked, aspect of an LMS. In this paper, we make a comparative study of the interoperability level of the most relevant LMS. We start by defining an application and a specification model. For the application model, we create a basic application that acts as a tool provider for LMS integration. The specification model acts as the API that the LMS should implement to communicate with the tool provider. Based on researches, we select the Learning Tools Interoperability (LTI) from IMS. Finally, we compare the LMS interoperability level defined as the effort made to integrate the application on the study LMS.

Decision Support for Energy Contracts Negotiation with Game Theory and Adaptive Learning

This paper presents a decision support methodology for electricity market players’ bilateral contract negotiations. The proposed model is based on the application of game theory, using artificial intelligence to enhance decision support method’s adaptive features. This model is integrated in AiD-EM (Adaptive Decision Support for Electricity Markets Negotiations), a multi-agent system that provides electricity market players with strategic behavior capabilities to improve their outcomes from energy contracts’ negotiations. Although a diversity of tools that enable the study and simulation of electricity markets has emerged during the past few years, these are mostly directed to the analysis of market models and power systems’ technical constraints, making them suitable tools to support decisions of market operators and regulators. However, the equally important support of market negotiating players’ decisions is being highly neglected. The proposed model contributes to overcome the existing gap concerning effective and realistic decision support for electricity market negotiating entities. The proposed method is validated by realistic electricity market simulations using real data from the Iberian market operator—MIBEL. Results show that the proposed adaptive decision support features enable electricity market players to improve their outcomes from bilateral contracts’ negotiations.

Ser Professora: à conquista de um sonho: Relatório de Estágio da Prática Educativa

Este relatório de estágio, inserido no âmbito da unidade curricular de Integração Curricular: Prática Educativa e Relatório de Estágio, apresenta-se neste momento como o culminar de um processo académico que se iniciou num primeiro ciclo de estudos, na Licenciatura em Educação Básica, e se complementou com o segundo ciclo de estudos, o Mestrado em Ensino do 1.º e 2.º Ciclo do Ensino Básico. Pretende-se com este documento analisar reflexivamente o percurso de desenvolvimento profissional da mestranda, no âmbito da sua intervenção educativa em contexto do 1.º e 2.º CEB. Evidencia-se, num primeiro momento, o quadro referencial académico e profissional que sustenta e norteia a intencionalidade educativa inerente a toda a ação pedagógica da professora estagiária. Destaca-se, a nível académico, os pressupostos legais que orientam a formação profissional dos docentes e a prática educativa supervisionada. Salienta-se, a nível profissional, alguns princípios teóricos e práticos que guiam o professor para a sua ação, dando especial destaque à importância da reflexão, da investigação e da supervisão nos diferentes momentos da ação pedagógica. O segundo momento é dedicado à descrição das experiências educativas vivenciadas nos contextos educativos do 1.º e 2.º CEB, em cooperação com o par pedagógico. Procede-se, primeiramente, à descrição dos contextos educativos com objetivo de contextualizar as práticas educativas propostas e realizadas pela professora estagiária. A análise crítica e fundamentada acontece seguidamente e recai sobre a intervenção educativa dentro da sala de aula e a dinamização de projetos educativos contextualizados não só para as turmas, como para a escola e para toda a comunidade educativa. A realização deste documento conclui um momento da formação inicial de professores, mas fica a certeza de que a construção de aprendizagens não termina aqui, sendo este apenas o início de um longo caminho envolvido por um conjunto de desafios que culminarão sempre em aprendizagens.

Relatório de Estágio

O presente relatório de estágio foi concebido no âmbito da na unidade curricular de Integração Curricular: Prática Educativa e Relatório de Estágio inserida do mestrado profissionalizante em Ensino do 1.º e 2º Ciclo do Ensino Básico. Tem como objetivo dar a conhecer, de forma refletida e fundamentada, a prática realizada pela mestranda no âmbito da sua intervenção educativa em contexto de prática de ensino supervisionada. Como o estágio é de natureza profissional e sendo uma oportunidade de colocar na prática os diversos conhecimentos que foram obtidos ao longo da formação académica, este documento começa com a realização de um enquadramento académico e profissional que destaca os princípios que nortearam a ação da professora estagiária. A nível académico lança-se uma visão sobre os pressupostos legais que alicerçam a formação profissional de professores, em geral, e da prática de ensino supervisionada, em particular. Por outro lado, a nível profissional destacam-se princípios estruturantes da construção e desenvolvimento profissional, que sustentou a prática da professora estagiária ao longo deste percurso. Num segundo momento, descrevem-se as experiências vividas no decorrer da Prática de Ensino Supervisionada desenvolvida no ano letivo 2013/2014 que foi realizada no Agrupamento de Escolas do Cerco, com uma turma do 5.º ano de escolaridade da Escola Básica e Secundária do Cerco e outra do 2.º ano de escolaridade da EB1/JI do Falcão. Este estágio permitiu desenvolver competências pessoais, sociais e profissionais: observação; cooperação; regência; participação e desenvolvimento de atividades e projetos no contexto educativo. Estas experiências de ensino e aprendizagem procuraram a promoção de uma aprendizagem ativa e significativa para os alunos. Este percurso formativo apesar de ser uma base da identidade profissional docente, não é estanque e estará em constante mudança e evolução, para uma formação contínua ao longo da vida.

The development and implementation of math projects in a HEI: expectations, objectives, experiences and analysis

An overwhelming problem in Math Curriculums in Higher Education Institutions (HEI), we are daily facing in the last decade, is the substantial differences in Math background of our students. When you try to transmit, engage and teach subjects/contents that your “audience” is unable to respond to and/or even understand what we are trying to convey, it is somehow frustrating. In this sense, the Math projects and other didactic strategies, developed through Learning Management System Moodle, which include an array of activities that combine higher order thinking skills with math subjects and technology, for students of HE, appear as remedial but important, proactive and innovative measures in order to face and try to overcome these considerable problems. In this paper we will present some of these strategies, developed in some organic units of the Polytechnic Institute of Porto (IPP). But, how “fruitful” are the endless number of hours teachers spent in developing and implementing these platforms? Do students react to them as we would expect? Do they embrace this opportunity to overcome their difficulties? How do they use/interact individually with LMS platforms? Can this environment that provides the teacher with many interesting tools to improve the teaching – learning process, encourages students to reinforce their abilities and knowledge? In what way do they use each available material – videos, interactive tasks, texts, among others? What is the best way to assess student’s performance in these online learning environments? Learning Analytics tools provides us a huge amount of data, but how can we extract “good” and helpful information from them? These and many other questions still remain unanswered but we look forward to get some help in, at least, “get some drafts” for them because we feel that this “learning analysis”, that tackles the path from the objectives to the actual results, is perhaps the only way we have to move forward in the “best” learning and teaching direction.

A família, uma estratégia para o sucesso escolar. Um estudo de caso com alunos do 2.º ano do 1.º CEB

O estudo que aqui apresentamos tem como objetivos estudar: o impacto do acompanhamento dos pais ou Encarregados de Educação no Estudo Autónomo e na realização dos Trabalhos de Casa, nos resultados escolares e na motivação para a escola e aprendizagens; ainda as necessidades sentidas pelos pais ou Encarregados de Educação ao fazerem este acompanhamento Neste estudo elaboramos seis propostas que planificamos, analisamos e, do seu desenvolvimento, tiramos as respetivas conclusões. As propostas foram dinamizadas pelo professor de turma e investigador em pequenas sessões/reuniões de esclarecimento com os pais ou Encarregados de Educação sendo quatro delas aplicadas num 2.º ano de escolaridade e as outras duas a um 3.º ano. Nas propostas do 2.º ano foram trabalhadas as frações e as estratégias de cálculo mental bem como foi dinamizado o projeto “Clube de Pais Leitores” e o “Concurso de Espantalhos” também aberto à comunidade educativa. Nas propostas do 3.º ano de escolaridade abordamos as propriedades da multiplicação, sua utilização no cálculo mental, a consolidação da operação divisão através do jogo do 24 e orientações para o Estudo Acompanhado e Trabalhos de Casa para auxiliar os pais ou Encarregados de Educação. Com a implementação destas tarefas, apresentamos os tipos de envolvimento parental solicitado por cada atividade, os benefícios para a família, aluno e professor, os sistemas envolvidos no processo de desenvolvimento da criança e os fatores que influenciaram negativamente na realização destas atividades. A implementação destas atividades foi feita seguindo uma metodologia qualitativa, inserida num contexto de um estudo de caso. Os participantes no estudo foram entrevistados com o objetivo de completar o estudo realizado através do seu feedback. Neste estudo fizemos uma revisão bibliográfica e abordámos o envolvimento dos pais ou Encarregados de Educação e famílias na escola numa perspetiva cronológica, a tipologia de envolvimento parental na escola, os sistemas que influenciam o desenvolvimento da criança e ainda uma referência aos benefícios para a comunidade educativa do envolvimento parental e familiar na escola. Através dos dados obtidos, pudemos verificar que o acompanhamento dos pais ou Encarregados de Educação no Estudo Autónomo e Trabalhos de Casa e nos projetos de turma traz bastantes benefícios para todos os elementos da comunidade educativa, sendo o aluno o mais beneficiado, e influenciado primariamente pela família em articulação com a escola e comunidade. Também verificamos que os pais ou Encarregados de Educação têm necessidades de estarem informados sobre conteúdos escolares e serem conhecedores das estratégias utilizadas na sala de aulas pelo que, sem isto, apresentam dificuldades em acompanharem os seus educados em casa. A realização deste estudo visa contribuir para a compreensão das necessidades sentidas pelos pais ou Encarregados de Educação no acompanhamento do Estudo Autónomo e Trabalho de Casa e as formas de dinamizar a cooperação entre o professor da turma e a família, promovendo o sucesso e a motivação escolar. Palavras-chave: Cooperação; Envolvimento; Família; Alunos; Escola.

Crescer com os desafios. Uma intervenção psicossocial em acolhimento institucional

O acolhimento institucional é concebido como uma medida com vista à promoção e proteção de crianças e jovens em risco. Esta resposta concretiza-se na capacidade de resposta dos Lares de Infância e Juventude e da especialização dos profissionais, tendo em conta as diferentes necessidades e caraterísticas dos educandos. A necessidade de compreender os jovens institucionalizados, como sujeitos participativos e com voz nas decisões que afectam as suas vidas, assume um especial significado para estes sujeitos se considerarmos que o impacte da institucionalização nas suas vidas influencia o seu desenvolvimento e a relação com os diferentes contextos nos quais se inserem. O presente Relatório reflete o desenvolvimento de um Projeto de investigação posicionado metodologicamente na Investigação-Acção Participativa, intitulado “Crescer com os desafios”, desenvolvido com jovens e educadores do LIJ. Este projeto teve como grande finalidade “Potenciar o “empowerment” dos jovens do LIJ no contexto institucional e escolar, favorecendo uma aprendizagem centrada nas suas necessidades e valorização do seu próprio processo educativo, através de uma intervenção psicossocial”. A finalidade deste Projeto e todos os objetivos propostos foram ao encontro dos problemas e necessidades priorizados pelos participantes, propondo-se, a partir de um conjunto de ações e atividades, alcançar a mudança. Os resultados deste Projeto revelam-se significativos, uma vez que promoveram um processo de reflexão e de partilha acerca dos desafios do acolhimento institucional, apontando para a necessidade de traçar linhas de intervenção adequadas às necessidades e ao percurso escolar de cada jovem.

High-Content Analysis of Breast Cancer Using Single-Cell Deep Transfer Learning

High-content analysis has revolutionized cancer drug discovery by identifying substances that alter the phenotype of a cell, which prevents tumor growth and metastasis. The high-resolution biofluorescence images from assays allow precise quantitative measures enabling the distinction of small molecules of a host cell from a tumor. In this work, we are particularly interested in the application of deep neural networks (DNNs), a cutting-edge machine learning method, to the classification of compounds in chemical mechanisms of action (MOAs). Compound classification has been performed using image-based profiling methods sometimes combined with feature reduction methods such as principal component analysis or factor analysis. In this article, we map the input features of each cell to a particular MOA class without using any treatment-level profiles or feature reduction methods. To the best of our knowledge, this is the first application of DNN in this domain, leveraging single-cell information. Furthermore, we use deep transfer learning (DTL) to alleviate the intensive and computational demanding effort of searching the huge parameter's space of a DNN. Results show that using this approach, we obtain a 30% speedup and a 2% accuracy improvement.

A learning approach to swarm-based path detection and tracking

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

BEHAVIORAL AND MEMORY CHANGES IN Mus musculus COINFECTED BY Toxocara canis AND Toxoplasma gondii

Several researchers have stated that parasites can alter the behavior of their hosts, in order to increase the transmission rate, principally when prey-predator relationships are a reliable way of infection transmission. The aim of this study was to verify the occurrence of changes in anxiety and short-term memory patterns in experimentally infected Mus musculus by Toxocara canis and/or Toxoplasma gondii. Forty male Mus musculus (Balb/c) eight-week-old were divided into four groups of 10 mice each. One group was infected with 300 eggs of Toxocara canis; a second group was submitted to infection with 10 cysts of Toxoplasma gondii; a third group was concomitantly infected with both parasites with the same inoculums and the last group was maintained without infection. The anxiety levels were evaluated using an elevated plus maze and an actometer; the short-term memory was determined by a two-way active avoidance equipment. The determination of anxiety levels were conducted 40 and 70 days after infection and the short-term memory was evaluated 140 days after infection. Mice chronically infected by Toxoplasma gondii showed impaired learning and short-term memory, but no significant differences were found in mice infected by Toxocara canis or concomitantly infected by Toxocara canis and Toxoplasma gondii when compared to non infected mice.