Exemple d’una experiència en una assignatura del grau de telecomunicacions de l’EETAC - UPC Circuits i Sistemes Digital

1. Les competències en els graus d’enginyeria i el portafolis d’aprenentatge (learning portfolio) Exemple d’una experiència en una assignatura del grau de telecomunicacions de l’EETAC - UPC Circuits i Sistemes Digitals (CSD)

2. Competències genèriques del grau d’enginyeria de telecomunicacions

3. Digital technology roadmap Large volume of production Systems on Chip (SoC) & ASICS (GA) VHDL & C Large Altera/Lattice/Xilinx FPGA (>100k logic gates) Systems on Programmable Chip (SoPC) Electrical and digital simulation & verification using educational boards and laboratories Quartus II / ispLEVER / ISE Active HDL / ModelSim Professional applications in Telecommunications Systems and Networks Chapter 4: Microcontrollers (µC) Altera/Lattice/Xilinx CPLD and FPGA (2,5k – 100k logic gates) PIC16/18 families of microcontrollers Schematics & VHDL Chapter 3: Dedicated processors The versatile sPLD GAL22V10 (500 logic gates) Vendor specific design flow tools (MPLAB, assembler, C, simulation Proteus-VSM) Application specific digital systems (Datapath + control unit) Digital processors and subsystems (peripherals) Chapter 2: FSM The theory basics and the classic 74 series / CMOS (SSI & MSI) Introductory circuits & FSM Chapter 1: Combinational circuits Advanced optional subjects or research Digital Circuits & Systems

4. CSD competencies English Self-directed learning Programmable logic devices and VHDL Oral and written communication Project management Microcontrollers Team work Lab skills (Systematically design, analyse, simulate, implement, measure, report, present, publish on the web and reflect about … digital circuits and systems using state-of-the-art digital programmable devices, CAD/EDA software tools and laboratory equipment And show all your achievements constructing your ePortfolio

5. Mètodes d’avaluació (Dissenyats per avaluar els objectius d’aprenentatge) Activitats d’ensenyament i aprenentatge (Dissenyades per complir els objectius d’aprenentatge) Resultats previstos de l’aprenentatge (2) Programació d’activitats (PBL) i distribució del temps d’estudi (1) Objectius d’aprenentatge específics i genèrics (En diversos cursos) (3) Metodologies actives (5) Reflexió i millora del procés (4) Avaluació contínua de l’aprenentatge (portafolis) Alineament constructiu • Context de l'assignatura  metodologies actives  Docència de nivell 3 segons la classificació de John Biggs Disseny sistemàtic del curs Ref: Biggs, J.. “Teaching for Quality Learning at University”, Open University Press, 2003. Vídeo: Teaching Teaching & Understanding Understanding” (http://www.daimi.au.dk/~brabrand/short-film/)

6. CSD systematic instructional design After completing the course students have to be able to … Learning objectives and cross-curricular skills Repeated every term In and out of class timetable, problem-based learning, application project Activities and study time scheduling Course evaluation Coherence and consistency Student questionnaires, and instructors processing Systematic procedures for solving assignments (specify, plan, develop, simulate, prototype, measure, report) Continuous formative and summative assessment Active methodologies Cooperative Learning, integrated learning of content and cross-curricular skills, Learning by doing Individual and group assessing, every work sample counts and can be improved, group e-portfolio No need of traditional exams

7. Objectius de l’assignatura • #6, #7, #8, #9 Chapter 1 Combinational circuits Chapter 2 Finite state machines • #7, #8, #9, #10, #11 • #11 Chapter 3 Digital processor • #12, #13, #14 Chapter 4 Microcontrollers Cross-curricular objectives: #1, #2, #3, #4, #5, #14 http://epsc.upc.edu/projectes/ed/CSD/index_CSD.html

8. Objectius de l’assignatura Treballar en equip cooperatiu per planificar les activitats i realitzar els problemes i projectes, realitzant el seguiment del seu temps d'estudi i seguint la metodologia científica associada a la resolució de problemes. Cercar materials per a l'estudi autònom, preferentment en anglès, a la biblioteca i a Internet, per complementar les indicacions donades en els problemes i projectes. Documentar els treballs usant processador de textos, eines gràfiques, correctors automàtics, gestors de projectes, I altres eines ofimàtiques, seguint els criteris de qualitat especificats a les plantilles de l'assignatura. Editar i publicar, seguint les indicacions, un portafolis electrònic del grup de treball cooperatiu, per mostrar els treballs, la reflexió sobre el contingut del curs i la valoració del progrés personal en relació a l'aprenentatge de les competències de l'assignatura. Interpretar la documentació (normalment en anglès) de catàlegs de circuits integrats digital, per poder-los usar en el disseny d'aplicacions. Anàlisi, simulació i disseny de funcions lògiques (amb esquemes i VHDL) usant programari específic: Minilog (Expresso algorithm), WolframAlpha, Proteus-ISIS, etc. Deduir les especificacions així com la seva representació en VHDL dels blocs combinacionals i seqüencials estàndard, per tal d'incloure'ls com a components elementals en el disseny d'aplicacions més complexes.

9. Learning objectives Implementar circuits combinacionals i seqüencials usant dispositius lògics programables (sPLD/CPLD) i FPGA, generant projectes modulars top-down basats en llenguatge de descripció de maquinari (VHDL) i usant el conjunt d'eines de programari associades al procés de disseny, simulació i implementació. Implementar projectes de circuits combinacionals i sistemes seqüencials en el laboratori usant targetes d'entrenament i instruments propis d'un laboratori d'electrònica per a mesura, verificació i caracterització. Dissenyar màquines d'estat finits (FSM) mitjançant VHDL, realitzant projectes de simulació i d'implementació en xips programables PLD i FPGA. Dissenyar, simular i implementar en PLD o FPGA un sistema digital avançat de complexitat mitjana (subsistema o perifèric), basat en una unitat operativa (registres dels operants més l'ALU) i una unitat de control (FSM). Classificar els microcontroladors comercials segons la seva tecnologia i capacitat de càlcul (8, 16, 32 bits), explicar les seves aplicacions més usuals (smallembeddedsystems) i descriure el conjunt d'eines de programari i maquinari associades al flux de disseny propi de cada fabricant. Implementar problemes que incloguin l'ús de perifèrics i la programació a través d'interrupcions en llenguatge assemblador i C (MPLAB XC compilers), seguint el flux de disseny per a microcontroladors PIC de Microchip proposat a l'assignatura. Concebre, dissenyar, simular i muntar un projecte d'aplicació basat en dispositius programables i/o microcontroladors PIC a partir d'unes especificacions inicials, presentar-lo oralment i redactar una memòria descriptiva seguint les indicacions d'una plantilla. Aquest projecte inclou la comparació d'alternatives al disseny d'un mateix sistema digital resolt amb dispositius programables o bé amb microcontroladors, així com explicar els avantatges i inconvenients de cada opció.

10. CSD specific content Chapter 1 Combinational circuits (35 h) – 1.4 ECTS Chapter 2 Finite state machines (FSM) (23h) – 0.92 ECTS Chapter 3 Digital processor (Datapath + control unit) (23h) – 0.92 ECTS Chapter 4 Microcontrollers (C) (69h) – 2.76 ECTS Laboratory skills: signal generators, oscilloscopes, logic analysers, debuggers/programmers, etc. … • Proteus-ISIS (Labcenter) • Minilog, IC prog • WolframAlpha • VHDL • ModelSim (Mentor Graphics), Active HDL (Aldec) • ISim (Xilinx) • SynplicitySynplify synthesis (Synopsys) • Altera Integrated Synthesis • XST (Xilinx Synthesis tools) • Quartus II (Altera) • ispLEVER Starter or Classic (Lattice Semiconductor) • ISE(Xilinx) • Proteus-VSM(Labcenter) • MPLAB(Microchip) • HI-TECH C Compiler for PIC10/12/16 MCUs (Lite mode) (Microchip) • Programmable logic devices (CPLD and FPGA) from Altera, Lattice, Xilinx • Training boards (UP2, DE2, Spartan 3AN Starter Kit, MachXO USB Starter Kit, NEXYS 2, etc. • PIC 16F/18F family of microcontrollers • Training boards PICDEM2+, etc. • Classic IC’s • sPLD GAL22V10 • ispLEVER Classic

11. CSD generic tools Self-directed learning Team work Project management Oral and written communication English • Google docs • Google sites • Web editing tools • Proofing tools • Google translate • etc. • Microsoft Office • Visio 2010 • Thunderbird • CMapTools • Gantt diagrams

12. Planning activities and study time in and out of the classroom (6 ECTS – 150 h) Weekly study plan Activities (~problem solving all the time) Problem solving teamwork session at classroom (2 h) 13 weeks Exercises (EX1 ... EX4) Problem solving teamwork session at classroom / laboratory (1 h)* Guided learning Application project 11.5 h per week Problem solving teamwork session at laboratory (2 h) Individual test (IT1 .. IT4) Student-conducted teamwork sessions (>6h) 6 ECTS Self-directed learning ePortfolio Extra individual work * Guided academic activities

13. Exercises and calendar on the CSD web

14. The CSD Blog http://digsys.upc.es/wp/wordpress/

15. Activities  Design of real world applications >> PBL Design using PLD/VHDL Design using microcontrollers

16. The content on the CSD web (units) is focused on problem solving

17. Course timetable EX : exercise/problem A : assessment IM: improvement AP: project eP: e-portfolio IT: Individual unannounced test

18. Cooperative Learning as the instructional method • Positive interdependence • Team members are obliged to rely on one another to achieve their common goal • Individual accountability • All students in a group are held accountable for doing their share of the work and for mastery of all of the content to be learned • Face-to-face promotive interaction • Group members providing one another with feedback, challenging one another’s conclusions and reasoning, and teaching and encouraging one another • Appropriate use of collaborative skills • Students are encouraged and helped to develop and practice skills in communication, leadership, decision-making, conflict management, and other aspects of effective teamwork • Regular self-assessment of group functioning • Team members periodically assess what they are doing well as a team and what they need to work on for functioning more effectively in the future

19. A typical 2-hour group work session Questions from previous sessions or exercises • Up to 15 minutes Introduction of new concepts or materials (generally, the problem to be designed) • Up to 15 minutes Group work for revising concepts and planning exercises • 30 minutes Questions, discussion and general orientations Up to 15 minutes Group work for developing exercises 30 minutes Conclusions and planning for the student-directed sessions outside the classroom 15 minutes

20. Student assessment Assessment is not a mechanism for verifying student knowledge, but an stimulus to guarantee that (motivated) students will do the group tasks which lead them to learn the content and skills Assessment is another learning activity integrated in the course dynamics  ePortfolio • Every piece of work counts for the final grade • Final exams are no longer needed

21. Assessment scheme • Rubrics and examples from previous terms, facilitates assessing and giving fast feedback Exercises (EX) + Another integrative exercise that includes an oral presentation and a written report Individual Test (IT) + Examples to demonstrate content learning, cross-curricular skills development and reflection Application Project (AP) 6 deliverables with optional improvement + e-Portfolio 4 individual “unannounced” exams + Oral: 12.5% Written doc: 7.5% Participation and attitude Ep1: Week 9, 5% Ep2: Week 14 , 10% Continuous assessment: you’ll always know where you are and what you have to do to improve

22. Assessment scheme A remark on the Exercises assessment: There is a link between the IT and the EX: Exercises (30%) Individual Test (25%) IT1 EX1A , EX1B, EX1C IT2 EX2 IT3 EX3 IT4 EX4 • The EX will have a preliminary group grade. In order to get its final grade, students have to pass the corresponding IT. If a given student fail its IT, its EX will be graded with a “4”. • At week 9 there will be another opportunity to pass or improve IT1 and IT2. IT3 and 4 can be assessed again at week 14.

23. Course evaluation and processing Learning objectives and cross-curricular skills This quality cycle has to be repeated every term Activities and study time scheduling Course evaluation CSD WEB page  Coherence and consistency Student questionnaires, and instructors processing Continuous formative and summative assessment Active methodologies The evaluation’s aim is to prepare a plan with specific actions to improve teaching in upcoming courses (problems redesigning, timetable scheduling, workload, teaching materials, new software, demonstration exercises, etc.)

24. El portafoli d’aprenentatge de l’estudiantat • Què és el portafoli? • Elements que conté  evidències del treball i reflexió • Útil per a les noves metodologies centrades en l’estudiant • Context en què és possible usar-lo  Docència de nivell 3: “què fa l’estudiant?”. • Avantatges i inconvenients del portafoli • Portafoli electrònic en altres universitats • Bibliografia i referències web

25. Alguns tipus de dossiers o portafolis ..... • El dossier del centre docent (la web de l’escola?) (semblant a una guia docent dels estudis i a una presentació de l’escola) • El dossier de l’assignatura -> courseportfolio (fer visible una assignatura com la web de CSD) • El dossier del professor  teachingportfolio (semblant a un currículum reforçat amb opinions i filosofia personals, vegeu curs Dossier Docent ICE) • El dossier de l’estudiantat, portafolis, la carpeta d’aprenentatge, learningportfolio, etc... (el que es presenta en aquest curs... ) Aquesta eina del dossier té diversos nivells d’aplicació i utilitat: Dossiers en paper Dossiers en web (e-portfolio)

26. Definicions del portafoli de estudiant (o carpeta o dossier) • “Un sistema d’avaluació integrat en el procés ensenyament – aprenentatge. Selecció d’evidències /mostres que formen un dossier o una carpeta que ha de recollir i aportar l’estudiant durant un període de temps i per un objectiu determinat. Cal acompanyar les evidències amb justificació i reflexió per part de l'estudiant sobre el què i com ha anat aprenent“. (E. Barberà, et. al., “Portfolio electrónico: desarrollo de competencias profesionales en la red”, Revista de Universidad y Sociedad del Conocimiento, vol. 3, nº 2, octubre 2006) • “Students become far more sophisticated and educated when they can organize their work into a portfolio that represents the quality of their learning in a course or college year. There is no substitute for having students collect and organize their work samples and write a rationale connecting the work samples into a complete and holistic picture of the student’s achievements, growth, and development. The resulting portfolio may feature the student’s “best works” or the “process” the student is using to learn.” (D. W. Johnson, R. T. Johnson, K. A. Smith, “Active learning: Cooperation in the College Classroom,” Interaction Book Company, Edina, MN, 1991)

27. Elements d’un portafoli  evidències del treball i reflexió • Relació amb la competència de comunicació escrita • Relació amb altres competències genèriques: treball en grup, aprenentatge autònom, anglès, recursos d’informació, etc. • Escriure força als estudiants a invertir temps en la reflexió • Escriure els força a organitzar-se i a clarificar i ordenar els pensaments per poder-los expressar d’una manera lineal • Escriure força la seva atenció i els activa • Escriure els ajuda a veure si entenen o no els conceptes que s’estudien. Si no poden explicar una cosa probablement és que tampoc l’entenen • Si se’t demana que escriguis sobre un tema concret, és possible que tractis d’aprendre significativament sobre aquest tema, de manera que després et sigui més fàcil redactar les explicacions, o bé les explicacions que proporcionis siguin de més qualitat • Escriure ja és un sistema vàlid d’autoavaluació (sobretot si s’han donat indicacions i rúbriques sobre com s’ha de realitzar la tasca) • Escriure estimula la creativitat i el pensament crític, a més que permet capturar les idees i connectar amb conceptes i coneixements que ja es posseeixen

28. http://electronicportfolios.org/balance/index.html

29. Contingut del dossier D. W. Johnson, R. T. Johnson, K. A. Smith, “Activelearning: Cooperation in theCollegeClassroom”,InteractionBook Company, Edina, MN, 1991(www.co-operation.org)

30. Exemples de dossiers a la web ( RMIT Melbourne) Exemple: http://www.rmit.edu.au/courses/037072 Hi ha una immensa quantitat d’informació a la web. No serà pas per manca d’informació que deixarem d’aplicar aquesta eina innovadora.

31. El dossier de l’estudiant a la web

32. El dossier de l’estudiant a la web

33. Avantatges del portafolis • Promou l’avaluació formativa holística • Integra competències genèriques amb les específiques • Permet que l’estudiant demostri la profunditat del seu aprenentatge motivació tant de l’estudiant com del professorat • Proporciona oportunitats per a que reflexionin sobre el seu aprenentatge i fins on han arribat • Aprenen a aprendre i pren més responsabilitat en el seu procés d’aprenentatge • Proporciona oportunitats i evidències per avaluar l’ensenyament • Facilita la coordinació horitzontal i vertical de continguts (feedback de companys, departament, etc.)

34. Inconvenients del portafoli • Hem d’aclarir-nos i assessorar-nos sobre el nivell de docència que volem impartir  metodologies del nivell 3 (què fa l’estudiant) • El temps inicial que representa planificar l’assignatura per incloure aquestes metodologies actives • Si no es donen directrius clares, els estudiants poden trobar-se perduts • El nombre d'estudiants d’una classe (< 40 estudiants, 13 grups,  13 portafolis) • La familiarització dels estudiants amb aquest mètode actiu d’avaluació (els estudiants estan acostumats al de sempre i són els primers en queixar-se) • El context institucional on ens trobem o la manca de suport de companys i direcció (tot i que el nucli de l’EEES és el canvi metodològic)

35. Experiència prèvia amb portafolis en paper (ED) i en format pdf (SED) http://epsc.upc.edu/projectes/ed http://epsc.upc.edu/projectes/sed Format PDF SED ED Un registre ben classificat, presentat, i raonat de la feina feta durant el quadrimestre

36. Cooperative group ePortfolio and instructor’s feedback A semi structured group e-portfolio organised to show your learning process and results

37. Comencem el portafoli amb el primer exercici del curs

38. Exemple de criteris de correcció del portafoli

39. Assessment scheme • Rubrics and examples from previous terms, facilitates assessing and giving fast feedback Exercises Includes an oral presentation and a written report + Individual test + Examples to demonstrate content learning, cross-curricular skills development and reflection Application Project 6 deliverables with optional improvement + e-Portfolio 4 individual “unannounced” exams + Oral: 12.5% Written doc: 7.5% Participation and attitude Ep1: Week 9, 5% Ep2: Week 14 , 10% Continuous assessment: you’ll always know where you are and what you have to do to improve

40. Exemple detutorial per arrencar un portafolis

41. - Exemples de materials - Exemple d’un exercici- Exemple de gràfica de temps d’estudi- Exemple de reflexió- Exemple de vídeo incrustat- Exemple de test- Exemple de materials extra- Exemple del “portafoli del professor” per al seguiment del curs

42. Algunes referències del portafolis (http://digsys.upc.es/ed//llibres/lt_books/portfolio.html) • Webs i articles: • El grup de treball sobre el portafoli de l’estudiant que empenyem a la UPC: http://www.upc.edu/rima https://www.upc.edu/rima/grups/gtpoe/ • Xarxa estatal ePortafolio (Elena Barberà UOC) [http://www.redportfolio.org] • Dr. Helen Barrett, http://electronicportfolios.org (també aquest interessant article: http://electronicportfolios.com/reflect/whitepaper.pdf • EIfELcommunityhttp://www.eife-l.org/ • http://www.eife-l.org/publications/eportfolio • Electronic Portfolios, Student ReflectivePractices, andtheEvaluation of EffectiveLearninghttp://www.aare.edu.au/01pap/bha01333.htm ... i un milió de referències més ......

43. Algunes referències del portafoli • Llibres, articles: • Kimball, M., “The Web Portfolio Guide: Creating Electronic Portfolios for the Web”, Longman, 2002 • Satterthwaite, F., D'Orsi, G., “The Career Portfolio Workbook: Using the Newest Tool in Your Job‐Hunting Arsenal to Impress Employers and Land a great Job!”, McGraw‐Hill, 2002 • Banta, T. W., (Editor), “Portfolio Assessment Uses, Cases, Scoring, and Impact”, Jossey‐Bass, 2003 • Cambridge, B. L., “Electronic Portfolios: Emerging Practices in Student, Faculty, and Institutional Learning”, Stylus Publishing, 2001 • Zubizarreta, J., “The Learning Portfolio: Reflective Practice for Improving Student Learning”, Jossey‐Bass, 2007 • Stefani, L., Mason, R., Pegler, C., “The Educational Potential of e‐Portfolios: Supporting Personal Development and Reflective Learning”, Connecting With E‐Learning Series, Routledge, 2007 • Johnson, R. S., Mims‐Cox, J. S., Doyle‐Nichols, A., “Developing Portfolios in Education: A Guide to Reflection, Inquiry, and Assessment”, Sage publications, 2006 • Jafari, A., Kaufman, C., (editors), “Handbook of Research on ePortfolios “, Idea Group Reference, 2006 • Johnson, D. W., Johnson, R. T., Smith, K. A., “Active learning: Cooperation in the College Classroom”, Interaction Book Company, Edina, MN, 1998, (http://www.co‐operation.org) • Wyatt III, R. L., Looper, S., “So You Have to Have a Portfolio: A Teacher's Guide to Preparation and Presentation”, 2nd ed., Corwin Press, 2004

44. El dossier de l’estudiant a la web http://wp.stolaf.edu/cis/st-olaf-college-center-for-integrative-studies-cis/individual-majors/individual-majors-web-portfolios/

45. http://www.studenteportfolio.qut.edu.au/ El dossier de l’estudiant a la web

46. El dossier de l’estudiant a la web • Articles com aquest en trobareu molts: • “EMPOWERING ENGINEERING STUDENTS´ • SELF-DIRECTED LEARNING IN • PROFESSIONAL ENGLISH COURSES • THROUGH E-PORTFOLIO” • RaijaFonselius & Tuula-Harriet Kotikoski • Jyväskylä University of Applied Sciences/ Language Centre • Finland • http://www.eife-l.org/publications/eportfolio/proceedings2/ep06/ep2006_papers/kotikoski