Thesis (Ph. D.)--Harvard University, 1985. / Includes bibliographical references (p).

A maioria das aplicações envolvendo a influência do clima na agricultura requer um grande volume de dados que, geralmente, não estão disponíveis. Desta forma, há necessidade de um aplicativo computacional para facilitar a organização dos dados necessários. O sistema computacional SIAGRO foi desenvolvido para dar suporte a uma plataforma de coleta de dados termo-pluviométricos e para atender à demanda dos usuários da informação agrometeorológica para agricultura. O sistema proposto permite, a partir de dados coletados a intervalos de 15 minutos, cadastrar outras estações, importar dados, calcular a evapotranspiração por diferentes modelos (Thornthwaite; Camargo; Thornthwaite modificado por Camargo e Hagreaves e Samani), utilizar a classificação climática de Thornthwaite e determinar médias para os parâmetros coletados em períodos distintos de tempo. Os resultados são apresentados em forma de gráficos e tabelas num computador pessoal ou via Internet, que podem ser exportados para uso em outros aplicativos computacionais ou comparados com os resultados de outras estações cadastradas no sistema. Disponibilizar o SIAGRO de informação que permita gerir de forma eficiente programas de irrigação para atender as carências de água nos cultivos, permitiu que se avaliasse o desempenho de três métodos de referência para estimar a evapotranspiração com dados obtidos em lisímetros de lençol freático constante. Os dados foram coletados diariamente e processados em escala mensal. O desempenho dos métodos foi analisado a partir do coeficiente de correlação r e do índice de concordância de Willmot d. Os resultados mostraram que a melhor estimativa foi obtida com o modelo de Thornthwaite modificado por Camargo, devido ao seu melhor ajuste aos dados lisimétricos, apresentando uma concordância ótima, com índice d de 0,91. / Since most of the applications involving the influence of climate in agriculture require a great amount of data that usually are unavailable, a computational tool is needed to help to organize the necessary data. The computational system SIAGRO was developed in an attempt to support such a demand of users of climate information in agriculture. The system makes it possible to register other stations, import climatic data, to calculate evapotranspiration by means of different methods (Thornthwaite; Camargo; Thornthwaite modified by Camargo and Hagreaves e Samani), to apply a climatic classification and to determine averages for different periods of time from daily data. The system presents its results in graphics and tables, which can be copied for use in other computer applications or used to be compared with results of other weather stations registered in this system. To supply SIAGRO with profitable information for irrigation scheduling and increase the efficiency in water use by crops, allowed the evaluation of three reference methods to estimating evapotranspiration through correlation with data obtained in constant water table lisimeter. The data were collected daily and processed in a monthly basis. The performance evaluations of the methods were based on the correlation coefficient r and Willmott agreement coefficient d. The results showed that the best estimate was obtained with the Thornthwaite modified by Camargo model, which shows the best adjustment to lysimeter data, with the index d equal to 0.91.

Fundação Araucária / A Predição da Estrutura das Proteínas, conhecida como PSP (Protein Structure Prediction) pode ser considerada um dos problemas mais desafiadores da Bioinformática atualmente. Quando uma proteína está em seu estado de conformação nativa, a energia livre tende para um valor mínimo. Em geral, a predição da conformação de uma proteína por métodos computacionais é feita pela estimativa de dois valores de energia livre que são provenientes das interações intra e intermoleculares entre os átomos. Alguns estudos recentes indicam que estas interações estão em conflito, justificando o uso de abordagens baseadas em otimização multiobjetivo para a solução do PSP. Neste caso, a otimização destas energias é realizada separadamente, diferente da formulação mono-objetivo que considera a soma das energias. A Evolução Diferencial (ED) é uma técnica baseada em Computação Evolucionária e representa uma alternativa interessante para abordar o PSP. Este trabalho busca desenvolver um otimizador baseado no algoritmo de ED para o problema da Predição da Estrutura de Proteínas multiobjetivo. Este trabalho investiga ainda estratégias baseadas em parâmetros adaptativos para a evolução diferencial. Nicialmente avalia-se uma abordagem simples baseada em ED proposta para a solução do PSP. Uma evolução deste método que incorpora conceitos do algoritmo MOEA/D e adaptação de parâmetros é testada em um conjunto de problemas benchmark de otimização multiobjetivo. Os resultados preliminares obtidos para o PSP (para seis proteínas reais) são promissores e aqueles obtidos para o conjunto benchmark colocam a abordagem proposta como candidata para otimização multiobjetivo. / Protein Structure Prediction (PSP) can be considered one of the most challenging problems in Bioinformatics nowadays. When a protein is in its conformation state, the free energy is minimized. Evaluation of protein conformation is generally performed based on two values of the estimated free energy, i.e., those provided by intra and intermolecular interactions among atoms. Some recent experimental studies show that these interactions are in conflit, justifying the use of multiobjective optimization approaches to solve PSP. In this case, the energy optimization is performed separately, different from the mono-objective optimization which considers the sum of free energy. Differential Evolution (DE) is a technique based on Evolutionary Computation and represents an interesting alternative to solve multiobjective PSP. In this work, an optimizer based on DE is proposed to solve the PSP problem. Due to the great number of parameters, typical for evolutionary algorithms, this work also investigates adaptive parameters strategies. In experiments, a simple approach based on ED is evaluated for PSP. An evolution for this method, which incorporates concepts of the MOEA/D algorithm and parameter adaptation techniques is tested for a set of benchmarks in the multiobjective optimization context. The preliminary results for PSP (for six real proteins) are promising and those obtained for the benchmark set stands the proposed approach as a candidate to the state-of-art for multiobjective optimization.

Fundação Araucária / A Predição da Estrutura das Proteínas, conhecida como PSP (Protein Structure Prediction) pode ser considerada um dos problemas mais desafiadores da Bioinformática atualmente. Quando uma proteína está em seu estado de conformação nativa, a energia livre tende para um valor mínimo. Em geral, a predição da conformação de uma proteína por métodos computacionais é feita pela estimativa de dois valores de energia livre que são provenientes das interações intra e intermoleculares entre os átomos. Alguns estudos recentes indicam que estas interações estão em conflito, justificando o uso de abordagens baseadas em otimização multiobjetivo para a solução do PSP. Neste caso, a otimização destas energias é realizada separadamente, diferente da formulação mono-objetivo que considera a soma das energias. A Evolução Diferencial (ED) é uma técnica baseada em Computação Evolucionária e representa uma alternativa interessante para abordar o PSP. Este trabalho busca desenvolver um otimizador baseado no algoritmo de ED para o problema da Predição da Estrutura de Proteínas multiobjetivo. Este trabalho investiga ainda estratégias baseadas em parâmetros adaptativos para a evolução diferencial. Nicialmente avalia-se uma abordagem simples baseada em ED proposta para a solução do PSP. Uma evolução deste método que incorpora conceitos do algoritmo MOEA/D e adaptação de parâmetros é testada em um conjunto de problemas benchmark de otimização multiobjetivo. Os resultados preliminares obtidos para o PSP (para seis proteínas reais) são promissores e aqueles obtidos para o conjunto benchmark colocam a abordagem proposta como candidata para otimização multiobjetivo. / Protein Structure Prediction (PSP) can be considered one of the most challenging problems in Bioinformatics nowadays. When a protein is in its conformation state, the free energy is minimized. Evaluation of protein conformation is generally performed based on two values of the estimated free energy, i.e., those provided by intra and intermolecular interactions among atoms. Some recent experimental studies show that these interactions are in conflit, justifying the use of multiobjective optimization approaches to solve PSP. In this case, the energy optimization is performed separately, different from the mono-objective optimization which considers the sum of free energy. Differential Evolution (DE) is a technique based on Evolutionary Computation and represents an interesting alternative to solve multiobjective PSP. In this work, an optimizer based on DE is proposed to solve the PSP problem. Due to the great number of parameters, typical for evolutionary algorithms, this work also investigates adaptive parameters strategies. In experiments, a simple approach based on ED is evaluated for PSP. An evolution for this method, which incorporates concepts of the MOEA/D algorithm and parameter adaptation techniques is tested for a set of benchmarks in the multiobjective optimization context. The preliminary results for PSP (for six real proteins) are promising and those obtained for the benchmark set stands the proposed approach as a candidate to the state-of-art for multiobjective optimization.

A maioria das aplicações envolvendo a influência do clima na agricultura requer um grande volume de dados que, geralmente, não estão disponíveis. Desta forma, há necessidade de um aplicativo computacional para facilitar a organização dos dados necessários. O sistema computacional SIAGRO foi desenvolvido para dar suporte a uma plataforma de coleta de dados termo-pluviométricos e para atender à demanda dos usuários da informação agrometeorológica para agricultura. O sistema proposto permite, a partir de dados coletados a intervalos de 15 minutos, cadastrar outras estações, importar dados, calcular a evapotranspiração por diferentes modelos (Thornthwaite; Camargo; Thornthwaite modificado por Camargo e Hagreaves e Samani), utilizar a classificação climática de Thornthwaite e determinar médias para os parâmetros coletados em períodos distintos de tempo. Os resultados são apresentados em forma de gráficos e tabelas num computador pessoal ou via Internet, que podem ser exportados para uso em outros aplicativos computacionais ou comparados com os resultados de outras estações cadastradas no sistema. Disponibilizar o SIAGRO de informação que permita gerir de forma eficiente programas de irrigação para atender as carências de água nos cultivos, permitiu que se avaliasse o desempenho de três métodos de referência para estimar a evapotranspiração com dados obtidos em lisímetros de lençol freático constante. Os dados foram coletados diariamente e processados em escala mensal. O desempenho dos métodos foi analisado a partir do coeficiente de correlação r e do índice de concordância de Willmot d. Os resultados mostraram que a melhor estimativa foi obtida com o modelo de Thornthwaite modificado por Camargo, devido ao seu melhor ajuste aos dados lisimétricos, apresentando uma concordância ótima, com índice d de 0,91. / Since most of the applications involving the influence of climate in agriculture require a great amount of data that usually are unavailable, a computational tool is needed to help to organize the necessary data. The computational system SIAGRO was developed in an attempt to support such a demand of users of climate information in agriculture. The system makes it possible to register other stations, import climatic data, to calculate evapotranspiration by means of different methods (Thornthwaite; Camargo; Thornthwaite modified by Camargo and Hagreaves e Samani), to apply a climatic classification and to determine averages for different periods of time from daily data. The system presents its results in graphics and tables, which can be copied for use in other computer applications or used to be compared with results of other weather stations registered in this system. To supply SIAGRO with profitable information for irrigation scheduling and increase the efficiency in water use by crops, allowed the evaluation of three reference methods to estimating evapotranspiration through correlation with data obtained in constant water table lisimeter. The data were collected daily and processed in a monthly basis. The performance evaluations of the methods were based on the correlation coefficient r and Willmott agreement coefficient d. The results showed that the best estimate was obtained with the Thornthwaite modified by Camargo model, which shows the best adjustment to lysimeter data, with the index d equal to 0.91.

Submitted by Wagner Junior (wagner.junior@unioeste.br) on 2018-07-26T20:37:44Z No. of bitstreams: 2 Felipe_Jose_Rezende_de_Carvalho_2018.pdf: 2958592 bytes, checksum: e4b0edf98a631b77128766f37cc19717 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-26T20:37:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Felipe_Jose_Rezende_de_Carvalho_2018.pdf: 2958592 bytes, checksum: e4b0edf98a631b77128766f37cc19717 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-07-15 / Mathematical Modeling is a trend of Mathematics Education that values, among other things, the exploratory work by the students on themes linked to daily life.It creates the possibility of a an interdisciplinary work together with other tendencies, allowing the construction of knowledge in a dynamic way. Our interest is in the area of inquiry that concerns the association of Mathematical Modeling and Digital Technologies of Information and Communication, specifically regarding the possibilities and challenges of allying computer programming to a Mathematical Modeling task. Moved by this interest, we establish the question: What is revealed of a task of Mathematical Modeling, in the environment of computer programming, developed by students of Basic Education? We seek to understand what is shown when we develop a Mathematical Modeling task allied to computer programming and what the possibilities and the challenges are which emerge from this association. This question guided all research, conducted by a qualitative approach according to a phenomenological view. In order to account for our questioning, we constructed a task of Mathematical Modeling that was developed by students of Basic Education of a public school in the interior of the state of Minas Gerais, through programming in blocks, using Scratch software. The development of this task was recorded by filming videos that were watched several times in such a way that, in the light of our research question, we could highlight relevant passages that converged to our question, and, from them, build our units of meaning. After the construction of these units, from repeated readings, we established convergences, which culminated in four categories, namely: C1: On the debates, discussions and talks between students and between students and teachers in the development of the task; C2: On the actions of the students in the context of the Modeling task; C3: On relationships with school mathematics that emerged in the development of the Modeling task; C4: On the ways students viewed the project. These categories, interpreted hermeneutically, allowed us to observe, among other things, that the task of Modeling guided the development of computational thinking through a computer programming activity, strengthening the discussions and reflections on the context involved by the task, opening space to learn-with-another, in a dialogic and dynamic environment built by the synergy of Modeling with computer programming. / El Modelado Matemático es una tendencia de la Educación Matemática que valora, entre otras cosas, el trabajo exploratorio por parte de los alumnos sobre temáticas relacionadas al cotidiano, posibilitando un trabajo interdisciplinar y conjunto con otras tendencias, dando oportunidad a la construcción de conocimientos de manera dinámica. Nuestro interés está en la región de investigaciones en lo que toca a la asociación del Modelado Matemático y las Tecnologías Digitales de la Información y Comunicación, más específicamente en lo relacionado a las posibilidades y retos de unir la programación de ordenadores a una tarea de Modelado Matemático. Movidos por ese interés, establecemos la pregunta: ¿Qué se revela de una tarea de Modelado Matemático, en el ambiente de programación de ordenadores, desarrollada por estudiantes de la Educación Básica? Buscamos comprender qué se enseña cuando desarrollamos una tarea de Modelado Matemático junto a la programación de ordenadores, cuáles son las posibilidades y los retos que emergen de esa asociación. Esa cuestión ha guiado toda la investigación, conducida por un abordaje cualitativo según una visión fenomenológica. Buscando dar cuenta de nuestra pregunta, construimos una tarea de Modelado Matemático que fue desarrollada por estudiantes de la Educación Básica de una escuela pública del interior del estado de Minas Gerais, por medio de programación en bloques, utilizando para ello el software Scratch. El desarrollo de esa tarea ha sido registrado por grabación de videos que han sido asistidos diversas veces de tal modo que pudiéramos, a la luz de nuestra cuestión de investigación, destacar trechos relevantes que convergían para nuestra pregunta, y, a partir de ellos, construir nuestras unidades de significado. Tras la construcción de esas unidades, a partir de repetidas lecturas, hemos establecido convergencias, que han culminado en cuatro categorías, a saber: C1: Sobre los debates, discusiones y tertulias entre alumnos y entre alumnos y profesores en el desarrollo de la tarea; C2: Sobre las acciones de los alumnos en el contexto de la tarea de Modelado; C3: Sobre las relaciones con la matemática escolar que emergieron en el desarrollo de la tarea de Modelado; C4: Sobre los modos que los alumnos han visto el proyecto. Esas categorías, interpretadas hermenéuticamente, permitieron observar, entre otras cosas, que la tarea de Modelado orientado el desarrollo del pensamiento computacional a través de una actividad de programación de ordenadores, potenciando las discusiones y reflexiones sobre el contexto implicado en la tarea, abriendo espacio para aprender-con-otro, en un ambiente dialógico y dinámico construido por la sinergia del Modelado con la programación de ordenadores. / A Modelagem Matemática é uma tendência da Educação Matemática que valoriza, entre outras coisas, o trabalho exploratório por parte dos alunos sobre temáticas ligadas ao cotidiano, possibilitando um trabalho interdisciplinar e conjunto com outras tendências, oportunizando a construção de conhecimentos de maneira dinâmica. Nosso interesse está na região de inquérito que diz respeito à associação da Modelagem Matemática e as Tecnologias Digitais da Informação e Comunicação, mais especificamente no que tange às possibilidades e desafios de aliar a programação de computadores a uma tarefa de Modelagem Matemática. Movidos por esse interesse, estabelecemos a interrogação: O que se revela de uma tarefa de Modelagem Matemática, no ambiente de programação de computadores, desenvolvida por estudantes da Educação Básica? Buscamos compreender o que se mostra quando desenvolvemos uma tarefa de Modelagem Matemática aliada à programação de computadores, quais são as possibilidades e os desafios que emergem dessa associação. Essa interrogação guiou toda a pesquisa, conduzida por uma abordagem qualitativa segundo uma visão fenomenológica. Buscando dar conta de nossa interrogação, construímos uma tarefa de Modelagem Matemática que foi desenvolvida por estudantes da Educação Básica de uma escola pública do interior do estado de Minas Gerais, por meio de programação em blocos, utilizando para isso o software Scratch. O desenvolvimento dessa tarefa foi registrado por gravação de vídeos que foram assistidos diversas vezes de tal modo que pudéssemos, à luz da nossa interrogação de pesquisa, destacar trechos relevantes que convergiam para nossa interrogação, e, a partir deles, construir nossas unidades de significado. Após a construção dessas unidades, a partir de repetidas leituras, estabelecemos convergências, que culminaram em quatro categorias, a saber: C1: Sobre os debates, discussões e falas entre alunos e entre alunos e professores no desenvolvimento da tarefa; C2: Sobre as ações dos alunos no contexto da tarefa de Modelagem; C3: Sobre as relações com a matemática escolar que emergiram no desenvolvimento da tarefa de Modelagem; C4: Sobre os modos que os alunos viram o projeto. Essas categorias, interpretadas hermeneuticamente, permitiram observar, dentre outras coisas, que a tarefa de Modelagem norteou o desenvolvimento do pensamento computacional por meio de uma atividade de programação de computadores, potencializando as discussões e reflexões sobre o contexto envolvido pela tarefa, abrindo espaço para aprender-com-outro, em um ambiente dialógico e dinâmico construído pela sinergia da Modelagem com a programação de computadores.

The main result is a new original algorithm: CONDOR ("COnstrained, Non-linear, Direct, parallel Optimization using trust Region method for high-computing load, noisy functions"). The aim of this algorithm is to find the minimum x* of an objective function F(x) (x is a vector whose dimension is between 1 and 150) using the least number of function evaluations of F(x). It is assumed that the dominant computing cost of the optimization process is the time needed to evaluate the objective function F(x) (One evaluation can range from 2 minutes to 2 days). The algorithm will try to minimize the number of evaluations of F(x), at the cost of a huge amount of routine work. CONDOR is a derivate-free optimization tool (i.e. the derivatives of F(x) are not required. The only information needed about the objective function is a simple method (written in Fortran, C++,) or a program (a Unix, Windows, Solaris, executable) which can evaluate the objective function F(x) at a given point x. The algorithm has been specially developed to be very robust against noise inside the evaluation of the objective function F(x). This hypotheses are very general, the algorithm can thus be applied on a vast number of situations. CONDOR is able to use several CPU's in a cluster of computers. Different computer architectures can be mixed together and used simultaneously to deliver a huge computing power. The optimizer will make simultaneous evaluations of the objective function F(x) on the available CPU's to speed up the optimization process. The experimental results are very encouraging and validate the quality of the approach: CONDOR outperforms many commercial, high-end optimizer and it might be the fastest optimizer in its category (fastest in terms of number of function evaluations). When several CPU's are used, the performances of CONDOR are currently unmatched (may 2004). CONDOR has been used during the METHOD project to optimize the shape of the blades inside a Centrifugal Compressor (METHOD stands for Achievement Of Maximum Efficiency For Process Centrifugal Compressors THrough New Techniques Of Design). In this project, the objective function is based on a 3D-CFD (computation fluid dynamic) code which simulates the flow of the gas inside the compressor. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Orientadores: Varese Salvador Timóteo, Francisco José Arnold / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-24T09:10:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CesarioJunior_JoseMaria_M.pdf: 2596300 bytes, checksum: 6b11eb547957a0632bbc647946da04ce (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A crescente evolução mundial dos sistemas de medição inteligentes, a liberação de regulamentações Brasileiras, incentivando a adoção de sistemas de medição de energia elétrica inteligentes, direcionaram a presente dissertação a propor um sistema composto de um equipamento eletrônico para medição, em tempo real, das grandezas de corrente, tensão e calcular a energia consumida e terá canais de comunicação com as tecnologias Wi-Fi, GSM/GPRS e GPS. As informações sobre consumo serão disponibilizadas para os usuários finais com o objetivo de mudar o padrão de consumo de energia elétrica, ou até reduzi-lo, através da conscientização e disponibilização das informações de consumo em tempo real / Abstract: The growing worldwide trend of smart metering systems, the release of Brazilian regulations, encouraging the adoption of smart electricity metering systems, guided this dissertation to propose a system composed of an electronic device for measuring, in real time, the magnitudes of current, voltage and calculate the consumed power and will have communication channels based on Wi-Fi, GSM /GPRS and GPS technologies. The consumption information will be made available to end users with the goal of changing the electricity consumption pattern, or even reduce it, through awareness and provision of consumer information in real time / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestre em Tecnologia

L’objectif de cette recherche doctorale est de décrire et comprendre les effets de la programmation informatique sur l’apprentissage et la mobilisation de compétences d’élèves du primaire. Notre intérêt pour ce phénomène se justifie sous deux considérations : d’abord, la programmation est une activité qui a connu une démocratisation au cours des dernières années, notamment dans le milieu scolaire. Puis, en ce qui concerne la résolution collaborative de problèmes (RCP), il s’agit de compétences appartenant à ce que certains appellent les compétences du 21e siècle (voir notamment Chalkiadaki, 2018; van Laar et al., 2017), et que d’autres appellent les compétences du futur (Conseil des compétences futures, 2020; Gouvernement du Canada, 2020). Les recherches empiriques menées en contextes authentiques de classe sont très peu nombreuses dans la littérature (Lye et Koh, 2014), ce qui atteste pour nous la nécessité de porter un regard contemporain et imprégné des nouvelles tendances technopédagogiques sur ce phénomène d’envergure internationale. Les principaux référents conceptuels sont associés au champ de l’apprentissage collaboratif à l’aide de l’ordinateur (en anglais le Computer-supported collaborative learning, CSCL), un champ dont nous citons plusieurs travaux réalisés dans les années 1990 (Koschmann et al., 1996; Scardamalia et Bereiter, 1994). Il nous a permis d’aborder les aspects techniques (programmation, ordinateur), sociaux (interactions, médiatisation) et pédagogiques (apprentissage, développement de compétences) du phénomène que nous souhaitions étudier. À l’aide d’un devis qualitatif et interprétatif de type étude de cas multiples, nous avons mis en place un scénario pédagogique dans trois écoles primaires au Québec. Amenant les élèves à découvrir graduellement les concepts fondamentaux de la programmation informatique, le scénario Deviens un maître NAO mise sur la programmation visuelle et tangible pour mobiliser, voire développer, un ensemble d’habiletés et de compétences, tant transversales que disciplinaires. Une série de 20 niveaux sont proposés aux élèves, qui doivent réaliser des programmes ayant pour but d’animer un robot humanoïde nommé NAO. Le premier cas a été observé dans une école alternative de Montréal. Les élèves (n=29) ont été séparés en équipes multiniveau, ce qui a amené la collaboration d’élèves d’âges et de niveaux scolaires différents. Les cas 2 à 5 ont été étudiés dans une école de Montréal et présentent des élèves de quatrième, cinquième et sixième année (n=70). Enfin, le dernier cas se situait dans une classe de cinquième année de la grande région de Québec (n=10). Plusieurs de ces élèves ont des difficultés d’apprentissage ou sont en situation de handicap. Nous avons observé les pratiques effectives de programmation ainsi que la mobilisation des compétences de RCP à l’aide d’un appareillage méthodologique considérable : (a) une caméra filmant l’activité des élèves dans leur environnement immédiat, (b) la caméra intégrée de l’ordinateur qui filmait le visage des élèves et leurs interactions verbales, et (c) l’enregistrement de l’écran d’ordinateur que les élèves utilisaient pour faire la programmation visuelle et tangible du robot NAO. Nous avons ensuite utilisé ce corpus de données vidéos pour déterminer une typologie des pratiques effectives de programmation d’élèves du primaire, pour créer une grille d’observation de la RCP à partir d’observations empiriques et authentiques et pour comprendre le processus de RCP dans le cadre d’une activité de programmation au primaire. Parmi les principaux résultats, nous proposons une typologie des pratiques de programmation visuelle fortement basée sur nos observations empiriques, ce qui l’ancre fortement dans la réalité du terrain de recherche. Puis, nous avons également été en mesure de concevoir une grille d’observation de la RCP en nous appuyant sur les travaux scientifiques antérieurs et, surtout, sur nos observations empiriques. Cette grille, présentant 3 dimensions et 15 indicateurs, permet d’observer les processus et habiletés mis en œuvre par les élèves de façon collaborative. Enfin, l’utilisation de cette grille a mené à l’analyse systématique et compréhensive de la façon dont les élèves parvenaient à compléter les activités de programmation de façon collaborative. Nous soulignons d’une part la prépondérance de certaines habiletés (échanges à propos du problème, attribution explicite ou implicite des rôles, vérification des solutions, etc.), et d’autre part la faible mobilisation d’habiletés comme l’adaptation des interventions, l’identification des forces et des faiblesses et la vérification des actions. / The objective of this doctoral research is to describe and understand the effects of computer programming on the learning and mobilization of skills of elementary school students. Our interest in this phenomenon is justified by two considerations: first, programming is an activity that has been democratized in recent years, especially in the school environment. Second, with respect to collaborative problem solving (CPS), these are skills that belong to what some call 21st century skills (see, for example, Chalkiadaki, 2018; van Laar et al., 2017), and others call future skills (Future Skills Council, 2020; Government of Canada, 2020). Empirical research conducted in authentic classroom contexts is very scarce in the literature (Lye and Koh, 2014), which attests to the need for us to take a contemporary look at this international phenomenon, infused with new techno-pedagogical trends. The main conceptual referents are associated with the field of Computer-supported collaborative learning (CSCL), a field from which we cite several studies conducted in the 1990s (Koschmann et al., 1996; Scardamalia and Bereiter, 1994). It allowed us to address the technical (programming, computer), social (interactions, mediatization) and pedagogical (learning, skill development) aspects of the phenomenon we wanted to study. Using a qualitative and interpretative multiple case study design, we implemented a pedagogical scenario in three elementary schools in Quebec. By gradually introducing students to the fundamental concepts of computer programming, the Become a NAO Master scenario relies on visual and tangible programming to mobilize and even develop a set of skills and competencies, both transversal and disciplinary. A series of 20 levels are offered to students, who must create programs to animate a humanoid robot named NAO. The first case was observed in an alternative school in Montreal. The students (n=29) were separated into multi-level teams, which led to the collaboration of students of different ages and grade levels. Cases 2-5 were studied in a Montreal school and featured students in grades 4, 5, and 6 (n=70). Finally, the last case was in a fifth grade class in the greater Quebec City area (n=10). Many of these students have learning difficulties or disabilities. We observed the effective programming practices as well as the mobilization of CPR skills using a considerable methodological apparatus. Indeed, for each team in each class, we had: (a) a camera filming students' activity in their immediate environment, (b) the computer's built-in camera that filmed students' faces and verbal interactions, and (c) the recording of the computer screen that students used to do the visual and tangible programming of the NAO robot. We then used this video data set to determine a typology of elementary students' effective programming practices, to create a CPS observation grid based on empirical and authentic observations, and to understand, using the created grid, the process of CPS in an elementary programming activity. Among the main results, we propose a typology of visual programming practices strongly based on our empirical observations, which anchors it strongly in the reality of the research field. Then, we were also able to design a CPS observation grid based on previous scientific works and, above all, on our empirical observations. This grid, presenting 3 dimensions and 15 indicators, allows us to observe the processes and skills implemented by the students in a collaborative manner. Finally, the use of this grid led to a systematic and comprehensive analysis of the way in which students managed to complete programming activities in a collaborative manner. On the one hand, we note the preponderance of certain skills (exchanges about the problem, explicit or implicit assignment of roles, verification of solutions, etc.), and on the other hand, the weak mobilization of skills such as adapting interventions, identifying strengths and weaknesses, and verifying actions.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Learning in Partially Observable Markov Decision process (POMDP) is motivated by the essential need to address a number of realistic problems. A number of methods exist for learning in POMDPs, but learning with limited amount of information about the model of POMDP remains a highly anticipated feature. Learning with minimal information is desirable in complex systems as methods requiring complete information among decision makers are impractical in complex systems due to increase of problem dimensionality. In this thesis we address the problem of decentralized control of POMDPs with unknown transition probabilities and reward. We suggest learning in POMDP using a tree based approach. States of the POMDP are guessed using this tree. Each node in the tree has an automaton in it and acts as a decentralized decision maker for the POMDP. The start state of POMDP is known as the landmark state. Each automaton in the tree uses a simple learning scheme to update its action choice and requires minimal information. The principal result derived is that, without proper knowledge of transition probabilities and rewards, the automata tree of decision makers will converge to a set of actions that maximizes the long term expected reward per unit time obtained by the system. The analysis is based on learning in sequential stochastic games and properties of ergodic Markov chains. Simulation results are presented to compare the long term rewards of the system under different decision control algorithms.