Educazione scientifica ed educazione alla sostenibilita: una analisi di proposte didattiche

In questo lavoro di tesi sono stati analizzati tre progetti educativi proposti a livello della scuola superiore in cui si è posta l'attenzione sull'educazione alla sostenibilità, inserendola però in un contesto più vasto di educazione scientifica.

Assimilazione dati di precipitazione in un modello meteorologico ad alta risoluzione (MOLOCH): sviluppo ed applicazione alla previsione di eventi intensi in Liguria

L'Italia è spesso sede di eventi d'intensa precipitazione, frequentemente associati ad alluvioni con conseguente perdita di vite umane e gravi danni economici. È quindi di fondamentale importanza poter prevedere questi eventi con un adeguato anticipo. Allo stato attuale, i modelli meteorologici non permettono sempre di raggiungere tale obbiettivo e, di conseguenza, è in atto un'intensa attività di ricerca al fine di di renderne più accurata la previsione, sia attraverso il miglioramento dei modelli stessi, sia sviluppando l'assimilazione dati, la quale riduce l'incertezza della condizione iniziale da cui parte la previsione. All'interno di questo contesto, la tesi si prefigge l'obiettivo di studiare gli effetti dell'assimilazione di dati di precipitazione, effettuata mediante uno schema di nudging, nel modello non idrostatico MOLOCH. Al fine di ottimizzare lo schema e di valutarne l'impatto, sono stati simulati tutti gli eventi di maltempo di ottobre e novembre del 2014 che hanno interessato la Liguria, area frequentemente soggetta ad alluvioni. Dalla sistematica verifica dei risultati, effettuata sia qualitativamente che mediante numerosi metodi statistici (tra cui la tecnica SAL basata sull'individuazione dei nuclei di precipitazione), si riscontra un generale miglioramento della previsione della precipitazione anche se limitato alle prime ore dopo la fine del periodo di assimilazione. L'impatto dello schema di nudging varia a seconda dell'evento e, in particolare, si osserva una certa correlazione tra il miglioramento ottenuto e la tipologia di evento, come descritto dalla teoria dell'equilibrio convettivo e come riportato in alcuni studi analoghi recentemente comparsi in letteratura. La ricaduta del miglioramento della previsione meteorologica è stata valutata anche in termini di impatti al suolo accoppiando il modello meteorologico con il modello idrologico utilizzato dal Centro Funzionale della Regione Liguria, con risultati abbastanza positivi.

Galeata(FC). Rigenerazione urbana e recupero architettonico di plesso scolastico con retrofitting

Questa tesi si pone come obiettivo la riqualificazione architettonica del plesso scolastico del Comune di Galeata, cittadina della media valle del Bidente conosciuta sia per gli estesi ritrovamenti archeologici dell’antica città romana di Mevaniola e del cosiddetto “Palazzo di Teodorico”, sia per essere la città con la percentuale più alta di immigrati regolari a livello nazionale. Sono proprio queste peculiarità a guidare il progetto verso un intervento mirato non solo alla rigenerazione urbana dell’area ma anche civica e sociale attraverso la dotazione di nuovi servizi e spazi pubblici. Il progetto nasce dall’idea di dare un carattere unitario e riconoscibile ad un’area attualmente caratterizzata da singoli edifici che semplicemente si susseguono l’uno dopo l’altro in modo paratattico. La volontà è invece quella di dar vita ad un vero e proprio “palazzo” dell’istruzione, caratterizzato da spazi privati e spazi pubblici, spazi aperti e spazi chiusi in grado di dare una molteplicità di risposte e soluzioni alla complessità della società odierna galeatese. Proprio lo spazio pubblico è infatti il vero motore dell’intervento; quello spazio pubblico attualmente negato a Galeata, che si è vista mutilata nella parte centrale del suo centro storico sventrato alla fine dell’Ottocento per la costruzione della strada statale bidentina, diventa ora generatore di nuove relazioni con gli edifici dell’area e di nuove dinamiche tra il plesso scolastico e la città grazie alla realizzazione di corti aperte e terrazzate, piazze e strade pedonali che fungono sia da giardini sia da spazi espositivi o comunque spazi polifunzionali che possono accogliere eventi nei vari mesi dell’anno, entrando così a far parte di quella serie di attrezzature a servizio delle manifestazioni culturali in cui è sempre attiva la valle del Bidente e la comunità di Galeata. La scuola d’infanzia e di istruzione primaria viene così a configurarsi non solo come il primo luogo della crescita culturale del bambino, ma anche come primo luogo di integrazione sociale, perché il nuovo progetto genera all’interno e all’esterno degli edifici occasioni di incontro e confronto tra gli scolari grazie all’attenzione riservata agli spazi per le attività di interciclo e per le attività libere. Inoltre l’area viene dotata di un centro maternità/consultorio dove sono collocati servizi di assistenza per le donne in gravidanza e dove le stesse possono confrontare e condividere la propria esperienza con le altre future mamme. L’intero intervento è guidato a livello progettuale anche da criteri di ecoefficienza come educazione alla responsabilità ambientale.

Proposta di un modello organizzativo aziendale per una efficace risposta agli incidenti informatici alla luce degli standard ISO/IEC 27035:2011 e 27037:2012

L'obiettivo di questo lavoro è quello di fornire una metodologia operativa, esposta sotto forma di modello organizzativo strutturato per casi, che le aziende possono utilizzare per definire le azioni immediate di risposta da intraprendere al verificarsi di un evento informatico di sicurezza, che potrebbe trasformarsi, come vedremo, in incidente informatico di sicurezza. La strutturazione di questo modello si basa principalmente su due standard prodotti dall'ISO/IEC ed appartenenti alla famiglia 27000, che delinea il sistema di gestione della sicurezza delle informazioni in azienda e che ha come scopo principale la protezione di riservatezza, integrità e disponibilità dei dati in azienda. Il contenuto di tali standard non può però prescindere dagli ordinamenti giuridici di ogni paese in cui vengono applicati, motivo per cui all'interno del lavoro sono stati integrati i riferimenti alle normative di rilevante interesse, soprattutto quelle collegate alla privacy e ai casi presi in esame all'interno del modello sviluppato. In prima battuta vengono quindi introdotti gli standard di riferimento, illustrati all'interno del Capitolo 1, proseguendo poi con la descrizione di concetti fondamentali per la strutturazione del modello organizzativo, come sicurezza informatica, incident response e informatica forense, che vengono esposti nel Capitolo 2. Nel Capitolo 3 vengono invece descritti gli aspetti normativi in merito alla privacy dei dati aziendali, dettagliando anche le motivazioni che portano alla creazione del modello organizzativo obiettivo di questo lavoro. Nel Capitolo 4 viene illustrato il modello organizzativo proposto, che presenta una struttra per casi e contiene una analisi dei casi più rilevanti dal punto di vista del business aziendale. Infine, nel Capitolo 5 vengono descritte le caratteristiche e le funzionalità di un software sviluppato sotto forma di Windows Service, nato in seguito a delle considerazioni basate sulle analisi di rischio svolte nel Capitolo 4.

Valutazione funzionale ed economica di una innovativa macchina utensile in alluminio

L’oggetto di studio della presente tesi è una macchina utensile ad altra produttività con tavola rotante (transfer) che presenta numerosi elementi di innovazione rispetto a versioni precedenti. In particolare è stata ottimizzata la scelta dei materiali che compongono i vari elementi della struttura, sono stati ripensati gli impianti di servizio e, infine, è stato reso possibile l’impiego di tecnologie di lavorazione che permettono una notevole riduzione del consumo elettrico. Il transfer è costituito da una stazione di carico/scarico e da numerose stazioni di lavoro equipaggiate con moduli a tre assi che permettono di eseguire le diverse operazioni da realizzare sul componente in lavorazione. Le unità a tre assi vengono impiegate per movimentare gli elettromandrini che mettendo in rotazione gli utensili permettono l’esecuzione delle diverse lavorazioni. L’attività svolta è stata suddivisa in diverse fasi: nella prima è stata realizzata un’analisi funzionale che ha permesso di valutare (i) la rigidezza dell’unità a tre assi che equipaggia ogni stazione di lavoro e (ii) l’errore di posizionamento indotto dal riscaldamento delle viti di manovra che permettono la movimentazione dei tre assi della macchina. Nella seconda fase sono state valutate le potenzialità della tecnologia Minimum Quantity Lubrication (MQL) come alternativa ecologica ed economica alla tradizionale tecnica di lubrorefrigerazione con emulsione. La tecnica MQL consiste nel nebulizzare nella zona di taglio un aerosol composto da aria e olio. In particolare è stato calibrato il sistema di generazione dell’aerosol stesso ed è stata indagata l’influenza dei diversi parametri di taglio sulla qualità della lavorazione. Infine è stata effettuata un’analisi economica che ha permesso di valutare il vantaggio economico in termini di potenza installata e consumo di energia elettrica del transfer in relazione ad una macchina utensile di pari taglia che presenta le soluzioni costruttive standard per questa tipologia di dispositivo.

Analisi di modelli teorico-empirici di capacità per le intersezioni a rotatoria

In questa tesi di laurea si affronta l’analisi di diversi modelli per il calcolo della capacità di un’intersezione a rotatoria: alcuni di questi sono di tipo empirico, altri invece sono di tipo teorico (teoria del gap acceptance). Innanzitutto si descrivono le caratteristiche di tutti i modelli studiati e si esaminano i risultati ottenuti nel calcolo della capacità al variare del flusso circolante, effettuato su un campione di venti rotatorie. In particolare si cerca di confrontare tra loro i vari modelli e di interpretare il significato dei parametri che compaiono nelle diverse formule. Successivamente si amplia l’analisi, utilizzando i dati raccolti come punto di partenza per una serie di altre elaborazioni ed interpolazioni. Alla base di questa seconda parte dello studio c’è l’idea di provare a vedere se sia possibile ricavare un nuovo modello, derivante da quelli studiati, che possa riassumerli in maniera semplice e aiutare a chiarire quali sono i parametri più importanti dai quali dipende il valore di capacità di una rotatoria. Questo nuovo modello dovrebbe eventualmente servire più che altro per interpretare i modelli studiati e per capire se uno di questi si comporti meglio degli altri in situazioni particolari oppure se sia più adatto in determinate condizioni di traffico piuttosto che in altre. Uno degli obiettivi principali di questo studio è infatti quello di provare a capire se la capacità di una rotatoria è influenzata maggiormente da aspetti geometrici, legati quindi alla forma e alle dimensioni della rotatoria stessa, oppure se un ruolo predominante è svolto da fattori comportamentali, legati quindi all’interazione tra i veicoli e ai processi di scelta degli utenti, che devono decidere se immettersi o meno nella rotatoria.

Caratterizzazione sperimentale di dispositivi antivibranti e ottimizzazione del loro impiego su un auto da F1

Studio di alcuni dispositivi presenti nelle vetture di formula 1, ma anche in quelle di serie più comuni, per l’ancoraggio e per l’isolamento delle vibrazioni fra componentistiche elettriche e telaio del veicolo. Questi dispositivi, noti come antivibranti (AV), svolgono un ruolo essenziale nel cercare di preservare i dispositivi elettrici: centraline, scatole cablate e connessioni elettriche. Il diffondersi di strumentazione adeguata a costi non più proibitivi ha permesso di studiare più in dettaglio e più scientificamente il comportamento degli AV per sfruttarli al meglio. Obiettivo di questo studio è dare una caratterizzazione scientifica e rigorosa alla maggior parte degli antivibranti presenti in STR7 monoposto Toro Rosso (mondiale di F1 2012), buona parte dei quali verrà utilizzata anche nelle successive vetture. Si volevano, inoltre, sviluppare alcuni modelli che potessero simulare correttamente montaggi di centraline generiche con tutte le diverse tipologie di antivibranti, in modo tale da poter vedere, prima ancora di realizzarli, come si comportavano i sistemi in quelle condizioni e dunque poter apportare modifiche al progetto tali da ottenere la configurazione di montaggio migliore. La continua ricerca di miglioramenti prestazionali che una competizione motoristica ad altissimi livelli richiede, il costante bisogno di alleggerimenti e maggiore affidabilità spingono la ricerca e l'azienda voleva passare da una progettazione basata sulla ripetizione delle configurazioni dimostratesi affidabili nel passato ad una progettazione più tecnica, scientifica e prestazionale. Per una buona caratterizzazione delle proprietà degli antivibranti sono stati progettati specifici test da eseguire al banco vibrante con i quali, lavorando nel dominio delle frequenze, si sono sfruttate le funzioni di risposte in frequenze di ogni antivibrante per ricavare i parametri caratteristici degli stessi nelle varie configurazioni. Con strategie grafiche, numeriche e teoriche si sono ricavati, con buone precisioni, i valori dei coefficienti di smorzamento e di rigidezza che caratterizzano i componenti studiati. Per l’esecuzione di questi test sono stati utilizati tutti gli strumenti messi a disposizione da Scuderia Toro Rosso nel laboratorio per prove vibrazionali recentemente approntato. Per la parte di simulazione numerica invece sono stati sfruttati i risultati ottenuti nella caratterizzazione degli antivibranti per creare programmi in ambiente Matlab che possano simulare il comportamento di generiche centraline montate in generici modi. Risultati di questo studio saranno gli andamenti dei coefficienti di rigidezza e smorzamento dei vari antivibranti nelle diverse configurazioni; inoltre si renderanno disponibili ai progettisti istruzioni e semplici programmi per la valutazione delle scelte fatte al fine di minimizzare le vibrazioni dei dispositivi.

Analisi, modellizzazione e calibrazione di un dispositivo, impiantabile su catetere, per la misura di flusso all'interno di vasi sanguigni.

Progetto SCATh allo ZHAW. Il dipartimento di meccatronica (IMS) dell'Università di scienze applicate di Winterthur (ZHAW), ha partecipato attivamente al progetto SCATh concentrandosi principalmente sullo sviluppo, il condizionamento, e la modellizzazione di un sensore di flusso che fosse facilmente applicabile e di piccole dimensioni in modo da poter essere applicato su catetere e permettere la misura diretta della grandezza fisica sopracitata. All'interno della struttura universitaria è stato possibile inizialmente analizzare il fenomeno che sta alla base del sensore, utilizzando conoscenze già presenti in dispositivi quali l'anemometria a filo caldo, che sfruttano lo scambio di calore tra sensore (riscaldato) e fluido sanguigno. La realizzazione del circuito di condizionamento è stato il passo successivo, necessario sia per mantenere il sensore ad una temperatura voluta e sia per leggere i dati di flusso mediante una tensione in uscita. Una volta effettuato ciò si è proceduto alla calibrazione del sensore (relazione tra flusso e tensione) ed infine alla trasposizione del circuito su LTspice. Nell' Introduzione (Capitolo 1) verranno presentati tutti i concetti preliminari, ossia i principi fisici, necessari a comprendere il funzionamento del sensore. Dunque dopo una breve definizione di flusso (riferito a liquidi) saranno presentati i principi di trasmissione del calore con particolare attenzione riservata alla convezione. Infine, parte dello stesso capitolo sarà dedicata ad una descrizione anatomica dell'aorta e dei rami collaterali. Successivamente nel secondo capitolo verrà analizzato, sia dal punto di vista statico che dal punto di vista dinamico, il circuito di condizionamento, ossia la circuiteria che sta a valle del sensore. Questo circuito permette al sensore di acquisire talune caratteristiche fondamentali per la misura di velocità ed inoltre consente la trasduzione da variabile fisica (velocità del flusso) a variabile elettrica (Tensione). In questo capitolo verrà inoltre fornita una descrizione delle relazioni matematiche fondamentali che legano la temperatura del sensore, la velocità del flusso e la tensione in uscita. Una descrizione del set sperimentale utilizzato per raccogliere dati sarà presente nel terzo capitolo. Qui si troverà una descrizione di tutte le attrezzature utilizzate al fine di poter testare il funzionamento del sensore. Nel quarto capitolo verranno visualizzati i risultati ottenuti facendo riferimento ai test effettuati prima su acqua e successivamente su sangue (suino). Verrà inoltre trovata la curva di calibrazione che permetterà di trovare una relazione biunivoca tra velocità del flusso e tensione in uscita. Infine, nel quinto capitolo verrà proposto un modello del circuito di condizionamento ottenuto mediante LTspice. Mediante il modello sarà possibile simulare un flusso di una velocità voluta e seguire l'andamento della tensione e della temperatura del sensore.

Analisi di interazione tra la linea Metro C e le Mura Aureliane: il caso del pozzo multifunzionale di Porta Asinaria

La tesi ha natura sperimentale ed è mirata alla valutazione, attraverso l’uso di un programma agli elementi finiti tridimensionale, dell’interazione tra lo scavo del pozzo di introduzione scudi e le Mura Aureliane adiacenti a Porta Asinaria, a Roma. La prima parte della tesi si è concentrata sulla caratterizzazione geotecnica, a partire dai dati ricavati dalle campagne d’indagine eseguite nel tempo. Una volta effettuata la caratterizzazione geotecnica si è passati alla calibrazione del modello costitutivo per il terreno; si è scelto di adottare un legame costitutivo elasto-plastico incrudente, l’Hardening Soil Model with Small Strain Stiffness. Si è quindi passati alla definizione geometrica e dei materiali, utilizzando i rilievi strutturali e topografici, e alla conseguente definizione dei parametri del modello costitutivo adottato per la muratura e per il nucleo interno. In questo caso è stato adottato il modello di Mohr-Coulomb. La geometria globale è stata infine importata dal programma di calcolo PLAXIS 3D a partire da un modello tridimensionale realizzato con il programma Autocad Civil 3D. L'analisi agli elementi finiti ha valutato la realizzazione di diverse configurazioni possibili riguardanti la modellazione del pozzo e di eventuali opere di mitigazione degli effetti, quali lo sbancamento a tergo delle Mura e il successivo rinterro, a scavo ultimato. Si è inoltre analizzata l’influenza provocata da un possibile degrado della muratura. In ultimo sono stati analizzati e commentati i risultati di ciascun’analisi eseguita, in termini di stati deformativi e tensionali, ponendo l’attenzione sulle differenze di comportamento rilevate nelle diverse configurazioni adottate.

Sanificazione delle acque di approvvigionamento in PVS Caso di studio: Sori-Kenya

L’elaborato è nato dall’interesse verso un progetto di un impianto di sanificazione delle acque in corso di realizzazione in Kenya. Valutando le differenti realtà di tale sito rispetto alla nostra quotidianità è nata l’esigenza di approfondire preliminarmente le varie tecnologie di approvvigionamento e sanificazione delle acque, più consone per siti in via di sviluppo. Oltre 2.5 miliardi di persone non hanno accesso ai cosiddetti “improved water supply and sanitation”, le fonti idriche migliorate: acquedotti e fognature pubbliche, eventualmente con collegamenti domestici, sorgenti e serbatoi protetti, cisterne per la raccolta delle acque piovane, ecc. Maggior interesse è stata attribuita alla qualità dell’acqua e ai possibili trattamenti di sanificazione. Impianti semplici, economici ed efficaci alla rimozione totale della carica microbiologica sono sicuramente bisogni di base e componenti essenziali di assistenza sanitaria primaria. Dove è possibile le soluzioni ottimali consigliate sono tecnologie a basso costo che sono facili da progettare, costruire e impiegare, e sono costituite da materiali facilmente disponibili nei luoghi dove si applicano. Nel villaggio di Sori, in Kenya, un impianto di ozonizzazione delle acque del Lago Vittoria, con un precedente trattamento di sedimentazione e filtrazione rende disponibili a 16000 abitanti circa 30 l/ab giorno microbiologicamente sana.

QR-VEY: Una piattaforma software per la creazione di sondaggi basata sulla tecnologia del QR-Code

Le metodologie per la raccolta delle idee e delle opinioni si sono evolute a pari passo con il progresso tecnologico: dalla semplice comunicazione orale si è passati alla diffusione cartacea, fino a che l'introduzione e l'evoluzione di internet non hanno portato alla digitalizzazione e informatizzazione del processo. Tale progresso ha reso possibile l'abbattimento di ogni barriera fisica: se in precedenza la diffusione di un sondaggio era limitata dall'effettiva possibilità di distribuzione del sondaggio stesso, lo sviluppo della rete globale ha esteso tale possibilità (virtualmente) a tutto il mondo. Nonostante sia un miglioramento non indifferente, è importante notare come la valorizzazione della diffusione di un sondaggio abbia inevitabilmente portato a trascurarne le proprietà e i vantaggi intrinsechi legati alla sua diffusione prettamente locale. Ad esempio, un sondaggio che mira a valutare la soddisfazione degli utenti riguardo alla recente introduzione di una nuova linea di laptop ottiene un guadagno enorme dall'informatizzazione, e dunque delocalizzazione, del processo di raccolta dati; dall'altro lato, un sondaggio che ha come scopo la valutazione dell'impatto sui cittadini di un recente rinnovamento degli impianti di illuminazione stradale ha un guadagno pressoché nullo. L'idea alla base di QR-VEY è la ricerca di un ponte tra le metodologie classiche e quelle moderne, in modo da poter sfruttare le proprietà di entrambe le soluzioni. Tale ponte è stato identificato nella tecnologia del QR-Code: è possibile utilizzare un generico supporto che presenti proprietà di localizzazione, come un foglio cartaceo, ma anche un proiettore di una conferenza, come base per la visualizzazione di tale codice, ed associare alla scansione dello stesso funzionalità automatizzate di raccolta di dati e opinioni.

Cittadinanza scientifica e educazione al futuro: analisi di una sperimentazione didattica sui cambiamenti climatici in una classe quarta di liceo scientifico

Questo lavoro di tesi nasce per fornire un contributo originale alle ricerche già portate avanti dal gruppo di didattica della fisica volte a rispondere a tre principali esigenze evidenziate dai report europei: rendere la cittadinanza sempre più attiva e sensibile verso azioni di mitigazione e adattamento ai cambiamenti climatici, orientare i giovani verso professioni in settori denominati dall’acronimo STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica), colmare il divario tra le competenze possedute da chi entra nel mondo del lavoro e quelle richieste dalle aziende che operano in campo tecnologico per affrontare le sfide dello sviluppo e dell’innovazione. Per integrare le tre esigenze, il gruppo di ricerca ha avviato nell’ultimo anno una collaborazione con l’Area della Ricerca dell’Università di Bologna (ARIC) al fine di individuare modalità per fare entrare gli strumenti di progettazione noti come Project Cycle Management (PCM) e Goal Oriented Project Planning (GOPP) nelle scuole e sviluppare competenze progettuali a partire dall’analisi di tipo logico dei problemi in situazioni complesse. La collaborazione ha portato alla produzione di nuovi materiali sui cambiamenti climatici finalizzati a guidare gli studenti ad analizzare documenti di sintesi dei report dell’IPCC con tecniche di analisi per problemi e obiettivi tipiche del PCM e del GOPP e, quindi, a progettare azioni di mitigazione o adattamento. Il lavoro di tesi si colloca in questo contesto e si è concretizzato nell’analisi di una sperimentazione realizzata in una classe IV del Liceo Scientifico “A. Einstein” di Rimini tra aprile e maggio, 2015.