Aulas de física apoiadas por recursos virtuais: mapeando um projeto de alfabetização em Ciências no Ensino Médio

Pós-graduação em Educação para a Ciência - FC

Control design for multicast-aware class-based networks

The expectations of citizens from the Information Technologies (ITs) are increasing as the ITs have become integral part of our society, serving all kinds of activities whether professional, leisure, safety-critical applications or business. Hence, the limitations of the traditional network designs to provide innovative and enhanced services and applications motivated a consensus to integrate all services over packet switching infrastructures, using the Internet Protocol, so as to leverage flexible control and economical benefits in the Next Generation Networks (NGNs). However, the Internet is not capable of treating services differently while each service has its own requirements (e.g., Quality of Service - QoS). Therefore, the need for more evolved forms of communications has driven to radical changes of architectural and layering designs which demand appropriate solutions for service admission and network resources control. This Thesis addresses QoS and network control issues, aiming to improve overall control performance in current and future networks which classify services into classes. The Thesis is divided into three parts. In the first part, we propose two resource over-reservation algorithms, a Class-based bandwidth Over-Reservation (COR) and an Enhanced COR (ECOR). The over-reservation means reserving more bandwidth than a Class of Service (CoS) needs, so the QoS reservation signalling rate is reduced. COR and ECOR allow for dynamically defining over-reservation parameters for CoSs based on network interfaces resource conditions; they aim to reduce QoS signalling and related overhead without incurring CoS starvation or waste of bandwidth. ECOR differs from COR by allowing for optimizing control overhead minimization. Further, we propose a centralized control mechanism called Advanced Centralization Architecture (ACA), that uses a single state-full Control Decision Point (CDP) which maintains a good view of its underlying network topology and the related links resource statistics on real-time basis to control the overall network. It is very important to mention that, in this Thesis, we use multicast trees as the basis for session transport, not only for group communication purposes, but mainly to pin packets of a session mapped to a tree to follow the desired tree. Our simulation results prove a drastic reduction of QoS control signalling and the related overhead without QoS violation or waste of resources. Besides, we provide a generic-purpose analytical model to assess the impact of various parameters (e.g., link capacity, session dynamics, etc.) that generally challenge resource overprovisioning control. In the second part of this Thesis, we propose a decentralization control mechanism called Advanced Class-based resource OverpRovisioning (ACOR), that aims to achieve better scalability than the ACA approach. ACOR enables multiple CDPs, distributed at network edge, to cooperate and exchange appropriate control data (e.g., trees and bandwidth usage information) such that each CDP is able to maintain a good knowledge of the network topology and the related links resource statistics on real-time basis. From scalability perspective, ACOR cooperation is selective, meaning that control information is exchanged dynamically among only the CDPs which are concerned (correlated). Moreover, the synchronization is carried out through our proposed concept of Virtual Over-Provisioned Resource (VOPR), which is a share of over-reservations of each interface to each tree that uses the interface. Thus, each CDP can process several session requests over a tree without requiring synchronization between the correlated CDPs as long as the VOPR of the tree is not exhausted. Analytical and simulation results demonstrate that aggregate over-reservation control in decentralized scenarios keep low signalling without QoS violations or waste of resources. We also introduced a control signalling protocol called ACOR Protocol (ACOR-P) to support the centralization and decentralization designs in this Thesis. Further, we propose an Extended ACOR (E-ACOR) which aggregates the VOPR of all trees that originate at the same CDP, and more session requests can be processed without synchronization when compared with ACOR. In addition, E-ACOR introduces a mechanism to efficiently track network congestion information to prevent unnecessary synchronization during congestion time when VOPRs would exhaust upon every session request. The performance evaluation through analytical and simulation results proves the superiority of E-ACOR in minimizing overall control signalling overhead while keeping all advantages of ACOR, that is, without incurring QoS violations or waste of resources. The last part of this Thesis includes the Survivable ACOR (SACOR) proposal to support stable operations of the QoS and network control mechanisms in case of failures and recoveries (e.g., of links and nodes). The performance results show flexible survivability characterized by fast convergence time and differentiation of traffic re-routing under efficient resource utilization i.e. without wasting bandwidth. In summary, the QoS and architectural control mechanisms proposed in this Thesis provide efficient and scalable support for network control key sub-systems (e.g., QoS and resource control, traffic engineering, multicasting, etc.), and thus allow for optimizing network overall control performance.

Network virtualisation from an operator perspective

Network virtualisation is seen as a promising approach to overcome the so-called “Internet impasse” and bring innovation back into the Internet, by allowing easier migration towards novel networking approaches as well as the coexistence of complementary network architectures on a shared infrastructure in a commercial context. Recently, the interest from the operators and mainstream industry in network virtualisation has grown quite significantly, as the potential benefits of virtualisation became clearer, both from an economical and an operational point of view. In the beginning, the concept has been mainly a research topic and has been materialized in small-scale testbeds and research network environments. This PhD Thesis aims to provide the network operator with a set of mechanisms and algorithms capable of managing and controlling virtual networks. To this end, we propose a framework that aims to allocate, monitor and control virtual resources in a centralized and efficient manner. In order to analyse the performance of the framework, we performed the implementation and evaluation on a small-scale testbed. To enable the operator to make an efficient allocation, in real-time, and on-demand, of virtual networks onto the substrate network, it is proposed a heuristic algorithm to perform the virtual network mapping. For the network operator to obtain the highest profit of the physical network, it is also proposed a mathematical formulation that aims to maximize the number of allocated virtual networks onto the physical network. Since the power consumption of the physical network is very significant in the operating costs, it is important to make the allocation of virtual networks in fewer physical resources and onto physical resources already active. To address this challenge, we propose a mathematical formulation that aims to minimize the energy consumption of the physical network without affecting the efficiency of the allocation of virtual networks. To minimize fragmentation of the physical network while increasing the revenue of the operator, it is extended the initial formulation to contemplate the re-optimization of previously mapped virtual networks, so that the operator has a better use of its physical infrastructure. It is also necessary to address the migration of virtual networks, either for reasons of load balancing or for reasons of imminent failure of physical resources, without affecting the proper functioning of the virtual network. To this end, we propose a method based on cloning techniques to perform the migration of virtual networks across the physical infrastructure, transparently, and without affecting the virtual network. In order to assess the resilience of virtual networks to physical network failures, while obtaining the optimal solution for the migration of virtual networks in case of imminent failure of physical resources, the mathematical formulation is extended to minimize the number of nodes migrated and the relocation of virtual links. In comparison with our optimization proposals, we found out that existing heuristics for mapping virtual networks have a poor performance. We also found that it is possible to minimize the energy consumption without penalizing the efficient allocation. By applying the re-optimization on the virtual networks, it has been shown that it is possible to obtain more free resources as well as having the physical resources better balanced. Finally, it was shown that virtual networks are quite resilient to failures on the physical network.

Envolvimento dos usuários no processo de inovação por meio da web 2.0: um estudo de caso na indústria automobilística

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Aplicação do laboratório virtual no curso de licenciatura em física da Universidade de São Paulo - Trabalho e Apresentação.

Fazendo uso de recursos virtuais buscamos apresentar ao professor uma nova estratégia de ensino para aulas de física que atraia o aluno e o envolva de forma investigativa na busca pelo conhecimento. Para tanto será apresentado o Laboratório Virtual, espaço esse que visa complementar a ação docente em sala de aula, a fim de trabalhar conceitos abstratos de maneira experimental. Este laboratório foi desenvolvido a partir da filmagem de sistemas reais com o objetivo de observar todo o movimento do objeto em estudo junto com um instrumento que possibilitou a medida de sua posição. Posteriormente, incorporou-se ao vídeo um código de tempo, de modo que, ao transformar-se o filme em quadros independentes, as imagens extraídas permitiram medir a posição ocupada pelo corpo em instantes sucessivos e conhecidos. Com uma tabela de posição por tempo toda a evolução dinâmica do sistema pode ser obtida. Esse espaço virtual vem sendo usado desde 2004 nos cursos de mecânica da graduação em Licenciatura em Física da Universidade de São Paulo e vem se apresentando como uma inovação no método de desenvolvimento curricular, uma vez que busca na tecnologia uma nova maneira de trazer a experimentação para o contexto do ensino.

Criação e desenvolvimento de uma experiência, considerada "laboratório virtual" - Resumo e Apresentação.

Fazendo uso de recursos virtuais buscamos apresentar ao professor uma nova estratégia de ensino para aulas de física. Para tanto será apresentado o processo de criação do Laboratório Virtual realizado no Instituto de Física da Universidade de São Paulo. Esse laboratório foi idealizado a partir da filmagem de sistemas reais com o intuito de observar todo o movimento do corpo em estudo junto com um instrumento que possibilitou a medida de sua posição. Posteriormente, incorpora-se ao vídeo um código de tempo, de modo que, ao transformar-se o filme em quadros independentes, as imagens extraídas permitem medir a posição ocupada pelo corpo em instantes sucessivos e conhecidos. Na oficina, os participantes terão a oportunidade de aprender a criar um experimento virtual, filmando o movimento de um corpo e fazendo a edição desse vídeo. Compreendido o processo, analisarão um experimento virtual já desenvolvido e disponível em www.fisfoto.if.usp.br para aprenderem como são feitas as análises no laboratório virtual.

Contribuições teórico-metodológicas para produção de materiais didáticos : um estudo das aplicações computacionais para a construção de recursos de aprendizagem em ambientes virtuais

Com o aumento acelerado da oferta de cursos na modalidade a distância nas instituições privadas de ensino superior brasileiras e com a ampliação de serviços e produtos para atender a demanda de produção dessa modalidade de ensino. Surgem, consequentemente, novos desafios e referenciais teórico-metodológicas para produção de materiais didáticos em espaços virtuais de aprendizagem. Para tanto, esta pesquisa visa investigar elementos que potencializem o uso de aplicações computacionais que são disponibilizados em ambientes virtuais de aprendizagem, na tentativa de fornecer contribuições para indicação de parâmetros de qualidade para a construção de recursos de aprendizagem para o ensino e aprendizagem no ensino online. Com isso, as condições que podem propiciar a ressignificação dos processos de mediação pedagógica e construção de material didático em AVAs passam a ser elementos importantes a se considerar. Além de contemplar os recursos computacionais, surge a necessidade de identificar o perfil dos profissionais (professor conteudista e designer instrucional) envolvidos diretamente com o processo de elaboração de materiais, sem desconsiderar as ferramentas ágeis de produção (rapid learning) como possíveis elementos facilitadores para aprimorar a qualidade de aula e ainda, constatar por meio de um mapeamento a experiência dos alunos diante do preparo das aulas. Com base nas contribuições e nos achados referenciados nessa investigação, sob o olhar de autores consagrados na escolha da temática em questão, vislumbram-se os conceitos norteadores das teorias da aprendizagem, da motivação, do perfil formador na visão docente e discente, dos estilos de ensino e aprendizagem online, dos processos cognitivos, do planejamento e produção de um curso, dos recursos e interfaces educacionais e, por conseguinte, dos aspectos interacionais promovidos no ensino online. Os temas sobre educação e sociedade foram embasados em textos de Delors (1996), Santos (2002) e Castells (1999). Foi estudada, ainda, a relação docente com as novas tecnologias nas visões de Moran (2007), Lévy (1999) e Demo (1993) e por último as contribuições de Filatro (2007, 2008) sobre as competências necessárias para atuação e participação do trabalho do Designer Instrucional no processo de elaboração de material para facilitar aspectos inerentes à cognição e facilitação do ensino e aprendizagem. A escolha metodológica aplicada na pesquisa pode ser considerada qualiquantitativa, por preocupar-se não apenas em quantificar as opiniões, mas também fornecer elementos que possam gerar contribuições para ampliar a qualidade de serviços nesse cenário. O percurso escolhido para análise dos dados se deu a partir da criação de um curso gratuito de extensão acadêmica a distância, onde foi adicionado um questionário para os alunos participantes que tinham perfil de idade de 18 a 35 anos (gerações de 70', 80' e 90') com intuito de investigar as contribuições dos aplicativos utilizados para contextualizar o material teórico disponibilizado no AVA.

A gestão por processos como fator diferencial na usabilidade de recursos tecnológicos dentro dos empreendimentos virtuais

O presente estudo propõe-se a discutir a questão da utilização da gestão por processos para o melhor tratamento da usabilidade de tecnologia dentro das organizações. Normalmente as organizações utilizam o que chamamos de gestão funcional e esse tipo de administração apresenta uma série de situações divergentes da gestão por processos, as quais serão mostradas e analisadas. Será também retratado o papel do gestor no desempenho desta função e as vantagens do trabalho em equipe. A seguir serão abordadas considerações sobre tecnologia, cujo objetivo é o entendimento necessário às condições que serão contempladas no cruzamento de ideias com a gestão por processos. O trabalho trará ainda considerações teóricas sobre organizações virtuais e empreendedorismo para que se possa melhor conhecer o cenário onde o alinhamento final das ideias desse estudo será abordado, envolvendo gestão por processos, tecnologia e empreendimentos virtuais. O trabalho mostrará uma pesquisa baseada na observação pessoal e na aplicação de entrevista junto a duas empresas de sucesso que atuam no mercado de empreendimentos virtuais no Estado do Pará. O objetivo desta prática é identificar a utilização e aplicabilidade dos princípios de uma adequada gestão tecnológica discutida e sugerida por esse estudo, comprovando sua eficiência nos negócios organizacionais virtuais.

Modelo de interoperabilidade para utilização dos recursos dos ambientes virtuais de aprendizagem através de dispositivos móveis

The technological evolution has been making the Distance Education accessible for a greater number of citizens anytime and anywhere. The potential increase of the supply for mobile devices integrated to mobile learning environments allows that the information comes out of the physical environment, creating opportunities for students and teachers to create geographically distributed learning scenarios. However, many applications developed for these environments remain isolated from each other and do not become integrated sufficiently into the virtual learning environments (AVA). This dissertation presents an interoperability model between mobile devices and distinct AVA based on webservices. For the conception of this model, requirements engineering and software architecture techniques were used. With the goal of showing the model viability, a mobile application focused on surveys has been developed, and additionally, the main functionalities related to the interoperability were tested

Leitura em meios virtuais: uma análise qualitativa do trabalho e desafios docentes

A presente pesquisa caracteriza-se como um estudo de caso com abordagem qualitativa de análise, tem caráter etnográfico e propôs dar continuidade à pesquisa de Guimarães (2008). Analisamos, na prática de sala de aula de um sujeito selecionado entre os participantes do estudo anterior, como ocorre o trabalho com leitura em E/LE em materiais retirados da Internet. Para isso, partimos dos seguintes questionamentos: (1) o que, para o professor, em sua prática, representa desenvolver atividades de leitura; (2) que tratamento recebem os textos oriundos do meio virtual e (3) como a prática, objetivos e base teórica deste professor se relacionam com a sua auto-imagem que aparece no questionário (Guimarães, 2008).Selecionamos o sujeito em função de sua alta adesão ao uso de recursos informáticos e sua proposta de ensino-aprendizagem de espanhol como língua estrangeira com base no desenvolvimento da compreensão leitora. Utilizamos como instrumentos de coleta de dados: o questionário da pesquisa de Guimarães (2008), os materiais utilizados pelo professor nas aulas observadas, as fontes originais virtuais dos textos presentes nesses materiais, o diário de campo do pesquisador, as gravações em áudio das aulas analisadas e a entrevista realizada com o informante. Nossa base teórica está fundamentada nos modelos de leitura, em especial o sócio-interacional, na caracterização da leitura em meio digital e no processo de transposição didática. Verificamos que o sujeito, baseado na teoria sócio-interacional, tem como foco de seu trabalho o desenvolvimento da habilidade leitora de seus alunos. Analisamos, também, as mudanças promovidas nos textos usados em sala de aula, em comparação às suas versões originais digitais. Discutimos que essas alterações podem trazer as consequências para o desenvolvimento da competência leitora e compreensão do texto por parte dos leitores-alunos, tanto no que se refere, especificamente, ao seu letramento digital como no processo leitor como um todo. Sobre a auto-imagem que o professor constrói através do questionário de Guimarães (2008), concluímos que, como apontado, o informante desenvolve um trabalho direcionado ao ensino de leitura em E/LE, assim como tem a internet como uma das principais fontes de materiais para suas aulas. Porém, a estrutura da instituição na qual atua o limita e altera as formas de trabalhar com textos e ferramentas virtuais, proporcionando uma mudança no perfil definido pelo questionário

Política de escalonamento de recursos computacionais em clusters de física de altas energias

Este trabalho apresenta uma proposta para permitir o uso compartilhado dos recursos computacionais utilizados em um cluster de forma a atender simultaneamente aos quatro experimentos do CERN. A abordagem adotada utiliza o conceito de contratos, onde os requisitos e restrições de cada experimento são descritos em perfis, e uma política de alocação de recursos é definida para manter a utilização dos recursos de forma a atender aos perfis. Propomos um modelo de arquitetura para gerenciar o uso compartilhado de um cluster pelas quatro Organizações Virtuais do LHC. Este modelo de arquitetura é composto de elementos comuns a um cluster típico da Tier-2, acrescidos de funcionalidades para controlar a admissão de novos jobs de todas as Organizações Virtuais do LHC. Este modelo monitora a utilização de recursos do cluster por cada OV, aloca recursos para cada job de acordo com uma política estabelecida para o cluster de forma a procurar respeitar os requisitos de cada uma delas. Definimos um algoritmo para o escalonamento de jobs, que utiliza mecanismos de preempção para controlar a alocação de nós do cluster dependendo o uso corrente e acumulado de recursos por cada OV. Este algoritmo é executado em um dos elementos da arquitetura batizado de broker, dado que o mesmo intermedeia a chegada de novos jobs e a alocação dos nós do cluster, e tem com objetivo manter o controle dos contratos de cada OV. A simulação da arquitetura proposta foi feita no simulador de grades GridSim e os resultados obtidos foram avaliados.

Otimização de recursos e economia de energia em clusters usando virtualização.

Este trabalho propõe uma arquitetura reutilizável que permite a gerência de uma infraestrutura de suporte para aplicações Web, utilizando máquinas virtuais. O objetivo da arquitetura é garantir qualidade de serviço, atuando nos servidores físicos (hospedeiros) ou manipulando as máquinas virtuais, e avaliando o cumprimento das restrições de operação (tempo de resposta máximo). Além disso, através do uso racional dos recursos utilizados, a proposta visa à economia de energia. O trabalho também inclui uma avaliação de desempenho realizada sobre um sistema implementado com base na arquitetura. Esta avaliação mostra que a proposta é funcional e o quanto ela pode ser vantajosa do ponto de vista do uso de recursos, evitando desperdício, mantendo-se ainda a qualidade de serviço em níveis aceitáveis pela aplicação.

Utilização de modelos virtuais tridimensionais na interação com a informação georreferenciada

Esta pesquisa tem como finalidade explorar os recursos de interação do usuário com a informação georreferenciada, utilizando o próprio ambiente físico e seus elementos como interface. A indexação geográfica de arquivos digitais e os recursos disponíveis pela computação móvel estabeleceram um novo modelo de interação com a informação. Cabe ao designer criar sistemas e interfaces que levem em consideração a localização do usuário no acesso da informação atribuída ao entorno. Foi identificado que as soluções desenvolvidas para esse propósito utilizam telas e outros aparatos tecnológicos que constrangem a relação do usuário com o ambiente e interferem na experiência interativa. Como desdobramento da pesquisa foi desenvolvido um aplicativo que dispensa a tela na visualização e interação com a camada informacional do ambiente físico. O sistema utiliza os sensores de localização e orientação presentes nos smartphones para interagir com o entorno mapeado e georreferenciado. Dessa forma, o usuário, ao apontar o aparelho e selecionar diretamente o objeto de interesse, recebe os dados atribuídos a ele. Sem a interferência de telas ou dispositivos imersivos, o próprio ambiente se apresenta como interface de interação, dispensando novos ícones ou símbolos e tornando a tecnologia mais sutil em seu uso cotidiano.

O uso das comunidades virtuais no ensino secundário: o caso do "Palco Virtual" ESEN-Net

A evolução do fluxo de informação e os potenciais da comunicação entre pessoas têm-se revelado deveras importante para o sucesso de diferentes organizações. A escola, enquanto organização social, apresenta uma complexidade natural própria a que se juntam todas as valências de ordem educativa, curricular e pedagógica. Tanto no âmbito educativo como organizacional, as Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) têm vindo a assumir um papel cada vez mais influente e imprescindível. Baseado numa metodologia de trabalho participativo e colaborativo, a construção de “palcos virtuais” resulta de uma análise de requisitos funcionais. Deste modo elabora-se um diagnóstico das necessidades de informação pela replicação das práticas diárias que podem ser quer suportadas, quer melhoradas por esta nova solução, fazendo-se um aproveitamento dos recursos físicos e humanos existentes nas escolas. A partir da iniciativa individual de um professor do grupo de informática da ESEN (Escola Secundária de Emídio Navarro – Viseu), teve início em 1999 o projecto ESEN-Net, como uma proposta de metodologia genérica para a construção de soluções baseadas em intranets para a gestão pedagógica de escolas do ensino secundário. O objectivo central deste trabalho é estudar uma comunidade que desenvolve um projecto de integração das TIC numa escola secundária, no sentido de proporcionar elementos que possam servir como contributos para melhorar a sua organização e, eventualmente, como referência para o desenvolvimento de projectos idênticos noutras escolas. A recolha de dados demonstra que a integração da TIC e o palco virtual ESEN-net veio transformar as práticas diárias na comunidade educativa através da utilização das redes telemáticas como instrumentos de ensino-aprendizagem. As TIC e o palco virtual ESEN-net vieram trazer benefícios à comunidade escolar, facilitando assim a criação e partilha de informação e contribuindo para a criação e desenvolvimento de uma comunidade virtual, onde a construção do saber pode ser feita de uma forma activa e partilhada.

As comunidades virtuais no Facebook no setor do vinho: estudo de caso

A Internet tem conseguido mudar os limites das interações sociais e económicas, por fornecer uma infraestrutura robusta para comunicação sem constrangimento de distâncias no tempo e no espaço, que pode ser usada em diversas formas para acumulação e arquivo de recursos de conhecimento. Esta revolução da Internet levou a uma difusão sem precedentes de comunidades virtuais em que os consumidores participam e expressam as suas opiniões sobre os produtos e serviços que consomem ou pretendem consumir. O presente trabalho pretende explorar a temática das comunidades virtuais como fator de inovação, tendo como base o estudo de caso de uma comunidade virtual ligada ao setor do vinho, procurando compreender até que ponto as comunidades virtuais podem contribuir para a evolução dos produtos ou mesmo para a criação de novos produtos. O trabalho inicia-se com a revisão da literatura em torno do conhecimento, internet, comunidades virtuais, lead users e o processo de inovação, crowdsourcing e a cocriação no processo de desenvolvimento de novos produtos. Conclui-se que as empresas podem construir estratégias que permitam uma canalização da informação proporcionada pelos consumidores e Lead Users, procurando, por exemplo, utilização de ferramentas de crowdsourcing. Segue-se a aplicação de uma estratégia de investigação qualitativa, o estudo de caso, à página no Facebook Vinhos do Alentejo, em que se analisa uma comunidade de consumidores de vinhos do Alentejo que proporciona ideias de melhoria do produto ou da experiência de consumo. A recolha dos dados dessa página e a análise de conteúdo foram apoiadas pelo NVivo 10. Como principais resultados destacam-se a utilização desta página como ferramenta de marketing, na divulgação dos vinhos, da gastronomia, da região do Alentejo e ainda a obtenção de experiências preferidas de consumo dos vinhos.