La comprensione del concetto di limite, dalla storia alla pratica didattica.

Molti concetti basilari dell'Analisi Matematica si fondano sulla definizione di limite, della quale si è avuta una formulazione rigorosa solo nel XIX secolo, grazie a Cauchy e a Weierstrass. Il primo capitolo ripercorre brevemente le tappe storiche di un percorso lungo e difficile, durato circa 2000 anni, evidenziando le difficoltà dei grandi matematici che si sono occupati dei concetti infinitesimali. Nel secondo capitolo vengono esposte le possibili cause delle difficoltà degli studenti nell'apprendimento dei limiti. Nel terzo capitolo vengono descritte ed analizzate le risposte degli studenti liceali ed universitari ad un questionario sui limiti.

La teoria dei nodi: un esperimento didattico in una scuola superiore

La teoria dei nodi è una parte della topologia che studia l'equivalenza dei nodi, in particolare il problema di quando due nodi possono essere trasformati l'uno nell'altro con un movimento continuo. L'intento di questo progetto di tesi è quello di proporre a ragazzi di una scuola superiore un tema attuale come la teoria dei nodi, osservandone le reazioni di fronte a un argomento matematico molto distante da ciò che viene usualmente trattato a scuola, nella speranza di infondere loro il piacere della scoperta, in particolare in matematica.

Dalla gestione cartacea dei testi a quella digitale: lo stato dell'arte e possibili miglioramenti.

Questa tesi tratta la gestione dei formati digitali dei testi, parziale argomento del progetto Biblio dell'università di Bologna. L'analisi proposta in questa tesi prevede la proposta di un'architettura che sfrutta in parte tecnologie già esistenti come linguaggi di markup, gestione di frammenti di testo con XPointer e epubcfi, tools per NLP, TEI, DocBook. Questa architettura ha il compito di modificare i formati digitali dei documenti in modo tale che la struttura sia indipendente dall'impaginazione. Ciò avviene attraverso l'introduzione delle unità informative, ossia nuovi elementi nella struttura del testo. Le unità informative sono di vari tipi, quelle più rilevanti ed innovative riguardano parti di testo e periodi; esse, infatti, permettono di identificare un preciso periodo dall'opera senza che esso dipenda dal tipo di impaginazione. Per ottenere questo risultato sono state sollevate tre problematiche principali: la gestione delle opere già esistenti, la gestione delle traduzioni, la gestione di opere inedite; esse vengono rispettivamente risolte nelle proposte dei postprocessor, del translationSystem e dell'authorSystem. Tutte e tre si basano sulla produzione di un'enumerazione delle unità informative, con una particolare attenzione per i periodi. Per riuscire a reperire i periodi si sfruttano le tecnologie di riconoscimento NLP. Il translationSystem e l'authorSystem presentano inoltre funzioni per la gestione della numerazione. Inoltre si prende in considerazione un repository e un sistema di autenticazione certificato per combattere furti d'identità, plagi e simili. Comprende accenni al recupero di unità informative sulla base di FRBR e una proposta per un sistema multiautore.

Tecnologie biomediche per lo studio e la riabilitazione della funzionalita retinica in condizioni fisiopatologiche

L’occhio è l’organo di senso responsabile della visione. Uno strumento ottico il cui principio di funzionamento è paragonabile a quanto avviene in una macchina fotografica. Secondo l’Organizzazione mondiale della sanità (WHO 2010) sulla Terra vivono 285 milioni di persone con handicap visivo grave: 39 milioni sono i ciechi e 246 milioni sono gli ipovedenti. Si evince pertanto la necessità di tecnologie in grado di ripristinare la funzionalità retinica nelle differenti condizioni fisiopatologiche che ne causano la compromissione. In quest’ottica, scopo di questa tesi è stato quello di passare in rassegna le principali tipologie di sistemi tecnologici volti alla diagnosi e alla terapia delle fisiopatologie retiniche. La ricerca di soluzioni bioingegneristiche per il recupero della funzionalità della retina in condizioni fisiopatologiche, coinvolge differenti aree di studio, come la medicina, la biologia, le neuroscienze, l’elettronica, la chimica dei materiali. In particolare, sono stati descritti i principali impianti retinali tra cui l’impianto di tipo epiretinale e subretinale, corticale e del nervo ottico. Tra gli impianti che ad oggi hanno ricevuto la certificazione dell’Unione Europea vi sono il sistema epiretinale Argus II (Second Sight Medical Products) e il dispositivo subretinale Alpha IMS (Retina Implant AG). Lo stato dell’arte delle retine artificiali, basate sulla tecnologia inorganica, trova tuttavia limitazioni legate principalmente a: necessità di un’alimentazione esterna, biocompatibilità a lungo termine, complessità dei processi di fabbricazione, la difficoltà dell’intervento chirurgico, il numero di elettrodi, le dimensioni e la geometria, l’elevata impedenza, la produzione di calore. Approcci bioingegneristici alternativi avanzano nel campo d’indagine della visione artificiale. Fra le prospettive di frontiera, sono attualmente in fase di studio le tecnologie optogenetiche, il cui scopo è la fotoattivazione di neuroni compromessi. Inoltre, vengono annoverate le tecnologie innovative che sfruttano le proprietà meccaniche, optoelettroniche e di biocompatibilità delle molecole di materiali organici polimerici. L’integrazione di funzioni fotoniche nell’elettronica organica offre nuove possibilità al campo dell’optoelettronica, che sfrutta le proprietà ottiche e elettroniche dei semiconduttori organici per la progettazione di dispositivi ed applicazioni optoelettronici nel settore dell’imaging e del rilevamento biomedico. La combinazione di tecnologie di tipo organico ed organico potrebbe aprire in prospettiva la strada alla realizzazione di dispositivi retinici ed impianti di nuova generazione.

Valutazione dell'accuratezza e della precisione di un algoritmo di correlazione digitale di volumi applicato a vertebre naturali e trattate

La Digital Volume Correlation (DVC) è una tecnica di misura a tutto campo, non invasiva, che permette di misurare spostamenti e deformazioni all’interno della struttura ossea in esame. Mediante la comparazione d’immagini con provino scarico e con provino carico, ottenute attraverso sistemi di tomografia computerizzata, si può ottenere la mappa degli spostamenti per ogni direzione e la mappa di deformazione per ogni componente di deformazione. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è la validazione della DVC, attraverso la determinazione dell’errore sistematico (accuratezza) e dell’errore casuale (precisione), in modo da poter valutare il livello di affidabilità della strumentazione. La valutazione si effettua su provini di vertebre di maiale, aumentate e non, sia a livello d’organo, sia a livello di tessuto. The Digital Volume Correlation (DVC) is a full field and contact less measurement technique that allowed estimating displacement and strain inside bone specimen. Images of the unloaded and loaded specimen were obtained from micro-CT and compared in order to obtain the displacement map and, differentiating, the strain map. The aim of this work is the validation of the approach, estimating the lack of accuracy (systematic error) and the lack of precision (random error) on different kinds of porcine vertebra, augmented and not, analysing the specimen on tissue level and on organ level.

Tangram ed edutainment per l'apprendimento della geometria

Partendo dalle analisi condotte sulla relazione esistente tra il divertimento ed un migliore apprendimento, e sui concetti di Edutainment e Gamification, si è realizzata una applicazione per dispositivi mobili che riproduce in formato digitale il gioco cinese del Tangram al fine di utilizzarlo come strumento di edutainment volto all'apprendimento di alcune nozioni di geometria ed all'allenamento delle abilità legate alla logica. Nello sviluppo di tale applicazione si è fatto riferimento alla metodologia di progettazione delle applicazioni ibride, in modo da semplificare la portabilità cross-platform tra i dispositivi, e si è prestata particolare attenzione alla creazione di un sistema che possa essere inserito come modulo all'interno di una applicazione multi-gioco di più ampio respiro. Per la progettazione si è fatto riferimento al paradigma ad oggetti e ad una gestione delle dinamiche di gioco event-driven.

Caratterizzazione fisica di apparati per tomosintesi digitale della mammella

In questo lavoro di tesi sono state studiate le caratteristiche di una macchina per tomosintesi Fujifilm AMULET Innovality in uso presso l'Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori (I.R.S.T.) di Meldola. Le valutazioni sono state fatte utilizzando diversi fantocci, uno dei quali costruito durante il lavoro di tesi. Per la valutazione delle immagini di mammografia digitale e di tomosintesi sono state seguite le linee guida della International Electrotechnical Commission (IEC) e della European Reference Organisation for Quality Assured Breast Screening and Diagnostic Services (EUREF). Per lo studio delle mammografie digitali sono stati valutati, utilizzando i software COQ e ImageJ, i parametri di NPS, MTF e DQE. Per lo studio delle immagini di tomosintesi sono stati appositamente sviluppati degli algoritmi in linguaggio Java, integrati poi all'interno del software COQ. Il programma sviluppato ha permesso di valutare ASF, MTF, NPS e omogeneità delle immagini ricostruite.

Progettazione ed implementazione di un database per la gestione della mappa della connettivita urbana utilizzando tecnologie nosql

Nella tesi, inizialmente, viene introdotto il concetto di Big Data, descrivendo le caratteristiche principali, il loro utilizzo, la provenienza e le opportunità che possono apportare. Successivamente, si sono spiegati i motivi che hanno portato alla nascita del movimento NoSQL, come la necessità di dover gestire i Big Data pur mantenendo una struttura flessibile nel tempo. Inoltre, dopo un confronto con i sistemi tradizionali, si è passati al classificare questi DBMS in diverse famiglie, accennando ai concetti strutturali sulle quali si basano, per poi spiegare il funzionamento. In seguito è stato descritto il database MongoDB orientato ai documenti. Sono stati approfonditi i dettagli strutturali, i concetti sui quali si basa e gli obbiettivi che si pone, per poi andare ad analizzare nello specifico importanti funzioni, come le operazioni di inserimento e cancellazione, ma anche il modo di interrogare il database. Grazie alla sue caratteristiche che lo rendono molto performante, MonogDB, è stato utilizzato come supporto di base di dati per la realizzazione di un applicazione web che permette di mostrare la mappa della connettività urbana.

La penna 3D e l'insegnamento della geometria: un'esperienza sul campo

In questa tesi si presenta l’attività didattica "Fascinating World of Geometric Forms", la relativa sperimentazione fatta su un campione di 175 studenti al quarto anno di scuola secondaria di secondo grado e i risultati ottenuti. In questo progetto, grazie alla penna 3D, è stato possibile fare matematica costruttiva in classe. Gli studenti hanno potuto disegnare e costruire nello spazio 3D, senza più essere costretti a disegnare in prospettiva sul foglio. La ricerca principalmente tenta di sviluppare l'intuito geometrico, pertanto è facilmente adattabile a studenti di varie età. Si propongono una serie di attività volte a rispondere alla domanda "Come uscire dal piano?" e, a tal proposito, si suggeriscono vari metodi: aggiungere la profondità agli elementi del piano; comporre sviluppi piani di poliedri; ruotare figure geometriche piane limitate attorno a un asse contenuto nel piano della figura; comporre nello spazio sezioni piane di quadriche. Questo progetto di ricerca, sviluppato sotto la supervisione del professor Alberto Parmeggiani del Dipartimento di Matematica di Bologna e in collaborazione con il professor Gianni Brighetti del Dipartimento di Psicologia di Bologna, si pone come obiettivo quello di avvicinare gli studenti allo studio della geometria dello spazio e, soprattutto, di sviluppare in loro la capacità di creare immagini mentali e concetti figurali.

Misure della morfologia e della funzionalita del piede tramite scanner plantare 3D e pedana baropodometrica

Il piede, con la sua complessa struttura anatomica, permette la stabilità e la deambulazione e per questo risulta fondamentale studiarne l’anatomia, la morfologia e la biomeccanica. La Pedana Baropodometrica è uno strumento che misura le pressioni plantari e permette di stimare alcuni parametri morfologici e funzionali del piede in modo veloce e relativamente economico. Lo Scanner Plantare 3D permette di acquisire in tempi brevi la geometria del piede creandone un modello tridimensionale digitale. Queste qualità hanno agevolato la diffusione di questi strumenti nella produzione di ortesi plantari su misura e, dato il crescente interesse del mercato verso le tematiche di customizzazione, alla loro commercializzazione su larga scala. Per ammortizzare i costi, tuttavia, questi strumenti sono spesso basati su tecnologie low-cost. Lo scopo dello studio svolto in questa tesi è quello di determinare la bontà e l’accuratezza di alcuni parametri morfologici e funzionali del piede acquisiti con una pedana baropodometrica resistiva a basso costo. Questi valori sono stati rapportati con misurazione dirette e con dati raccolti dall’elaborazione dell’immagine ricavata con uno scanner plantare 3D. In particolare sono state valutate misure di lunghezza e larghezza del piede, dell’arch index definito come il rapporto tra l’area del mesopiede e l’area totale del piede meno le dita, dell’angolo di progressione del passo e del CPEI, un parametro che indica la variazione della traiettoria del centro di massa. In conclusione la pedana baropodometrica, pur non essendo precisa nel determinare la distribuzione delle pressioni massime, si è dimostrata sufficientemente accurata nella stima delle dimensioni del piede, delle aree di appoggio e di alcune caratteristiche funzionali del piede.

Analisi della visibilità e della leggibilità delle intersezioni a T mediante tecnologie innovative

La tesi affronta in modo approfondito lo studio del comportamento degli utenti alla guida di un veicolo in corrispondenza di intersezioni a T nelle quali la precedenza non è riservata alla corrente principale ma a quella secondaria. L'analisi è stata condotta in due modalità parallele, ovvero attraverso l'uso di dispositivi elettronici e con la metodologia Mobile Eye Tracker.

La valutazione della sicurezza dei percorsi ciclabili mediante tecnologie innovative

Nel presente lavoro di tesi, si studiano due itinerari presenti nella città di Bologna, con stessa origine e stessa destinazione, ma differenti caratteristiche strutturali. L'obiettivo è quello di conoscere il gradimento degli utenti che si spostano utilizzando tali percorsi, analizzare tramite due strumenti innovativi (check list e questionario) la scelta dell'utente di non percorrere il corridoio ciclabile dedicato e comprendere gli accorgimenti tecnici che determinano questa scelta.

Analisi della sicurezza dei percorsi ciclabili mediante tecnologie innovative

La tesi si pone l’obiettivo di valutare l’efficienza in termini di sicurezza stradale e di gradimento per l’utenza di una pista ciclabile esistente all’interno dell’area urbana del comune di Bologna. La ricerca è nata dalla necessità di avere degli strumenti di analisi che permettano di migliorare e potenziare le infrastrutture ciclabili. Essendo noto che il conducente di un velocipede durante la guida scansiona con lo sguardo l’ambiente che lo circonda, cercando informazioni significative per la posizione spaziale e temporale in cui si trova, per progettare ciclabili sicure diventa fondamentale conoscere quali elementi dell’ambiente sono maggiormente guardati e considerati dagli utenti. La Tangenziale delle Biciclette è un' infrastruttura ciclabile di recente realizzazione; importante dunque è studiarne le criticità, in modo da rendere le viabilità ciclabile su di essa più fluida e rapida possibile. Il campo prova su cui sono stati effettuati i test è quindi il tratto "Tangenziale Nord-Ovest delle Biciclette". La sperimentazione si è articolata in due parti: inizialmente sono state effettuate indagini preliminari sul campo prova, nello specifico sono stati distribuiti questionari di gradimento ad un totale di 50 utenti ciclabili. In un secondo momento invece sono stati eseguiti in loco test tramite la strumentazione Mobile Eye, cioè un dispositivo per il rilievo in continuo dello sguardo dei conducenti durante la guida. Mediante lo studio combinato dei risultati acquisiti dai questionari e dai video del Mobile Eye è stato possibile dedurre alcune criticità che compromettono la fluidità della viabilità ciclabile. L'ultimo paragrafo della tesi è dedicato all'elenco di alcune soluzioni strutturali che potrebbero rendere queste criticità meno impattanti.

Sperimentazione di tecniche di fitodepurazione a flusso verticale applicate allo scarico della scuola di ingegneria: primi risultati

Quattro sistemi pilota, cilindrici, rappresentanti SFS a flusso verticale sono stati adoperati in parallelo per attività di ricerca. Il refluo trattato, defluente dalla sede di Ingegneria di via Terracini e classificabile come urbano, è stato immesso negli SFSV a valle di una sedimentazione primaria. Segue una breve descrizione dei sistemi. 1. VFF - Vertical Flow Filter - Reattore assimilabile ad un filtro a sabbia; 2. VFCWW - Vertical Flow Constructed Wetland with worms - Reattore dotato sia di piante (tipologia Phragmites Australis) sia di vermi (lombrichi); 3. VFCW - Vertical Flow Constructed Wetland - Reattore dotato di piante (tipologia Phragmites Australis); 4. VFFW - Vertical Flow Filter with worms - Reattore assimilabile ad un filtro a sabbia dotato di vermi (lombrichi). Il rendimento offerto da ciascun sistema è stato calcolato sulla base dei risultati forniti dalle analisi eseguite in laboratorio su campioni prelevati in input ed output da ciascun reattore. L'obiettivo dello studio è stato quello di valutare l'efficienza dei sistemi in relazione ai parametri misurati (azoto e fosforo totale, solidi sospesi, COD, ione ammoniacale, ortofosfato).

Alla scoperta dei criteri di congruenza dei triangoli tramite la didattica laboratoriale

Questa tesi ha l'obiettivo di presentare un’esperienza di didattica laboratoriale come elemento di sostegno all’insegnamento della geometria, attualmente in declino nella scuola dell’obbligo italiana. Il lavoro, che inquadra brevemente la storia dell’insegnamento della geometria, con accenni alle probabili cause della sua decadenza e alle problematiche legate al suo insegnamento in Italia, offre alcuni spunti per ridare alla materia il valore che le spetta. A tale riguardo si prende in esame un esperimento di didattica con esito positivo: un laboratorio geometrico, imperniato sui tre criteri di congruenza dei triangoli, ideato e attuato nel corso del tirocinio universitario, in due classi di un Liceo Scientifico Statale.