Design and manufacture of a microdistillation column

Aim of this thesis was to design and manufacture a microdistillation column. The literature review part of this thesis covers stainless steels, material processing and basics about engineering design and distillation. The main focus, however, is on the experimental part. Experimental part is divided into five distinct sections: First part is where the device is introduced and separated into three parts. Secondly the device is designed part by part. It consists mostly of detail problem solving, since the first drawings had already been drawn and the critical dimensions decided. Third part is the manufacture, which was not fully completed since the final assembly was left out of this thesis. Fourth part is the test welding for the device, and its analysis. Finally some ideas for further studies are presented. The main goal of this thesis was accomplished. The device only lacks some final assembly but otherwise it is complete. One thing that became clear during the process was how difficult it is to produce small and precise steel parts with conventional manufacturing methods. Internal stresses within steel plates and thermal distortions can easily ruin small steel structures. Designing appropriate welding jigs is an important task for even simple devices. Laser material processing is a promising tool for this kind of steel processing because of the flexibility, good cutting quality and also precise and low heat input when welding. Next step in this project is the final assembly and the actual distillation tests. The tests will be carried out at Helsinki University of Technology.

Conceptions of mathematics teacher education : thoughts among teacher educators in Tanzania

This study addresses the question of teacher educators’ conceptions of mathematics teacher education (MTE) in teacher colleges in Tanzania, and their thoughts on how to further develop it. The tension between exponents of content as opposed to pedagogy has continued to cause challenging conceptual differences, which also influences what teacher educators conceive as desirable in the development of this domain. This tension is connected to the dissatisfaction of parents and teachers with the failure of school mathematics. From this point of view, the overall aim was to identify and describe teacher educators’ various conceptions of MTE. Inspired by the debate among teacher educators about what the balance should be between subject matter and pedagogical knowledge, it was important to look at the theoretical faces of MTE. The theoretical background involved the review of what is visible in MTE, what is yet to be known and the challenges within the practice. This task revealed meanings, perspectives in MTE, professional development and assessment. To do this, two questions were asked, to which no clear solutions satisfactorily existed. The questions to guide the investigation were, firstly, what are teacher educators’ conceptions of MTE, and secondly, what are teacher educators’ thoughts on the development of MTE? The two questions led to the choice of phenomenography as the methodological approach. Against the guiding questions, 27 mathematics teacher educators were interviewed in relation to the first question, while 32 responded to an open-ended questionnaire regarding question two. The interview statements as well as the questionnaire responses were coded and analysed (classified). The process of classification generated patterns of qualitatively different ways of seeing MTE. The results indicate that MTE is conceived as a process of learning through investigation, fostering inspiration, an approach to learning with an emphasis on problem solving, and a focus on pedagogical knowledge and skills in the process of teaching and learning. In addition, the teaching and learning of mathematics is seen as subject didactics with a focus on subject matter and as an organized integration of subject matter, pedagogical knowledge and some school practice; and also as academic content knowledge in which assessment is inherent. The respondents also saw the need to build learner-educator relationships. Finally, they emphasized taking advantage of teacher educators’ neighbourhood learning groups, networking and collaboration as sustainable knowledge and skills sharing strategies in professional development. Regarding desirable development, teacher educators’ thoughts emphasised enhancing pedagogical knowledge and subject matter, and to be determined by them as opposed to conventional top-down seminars and workshops. This study has revealed various conceptions and thoughts about MTE based on teacher educators´ diverse history of professional development in mathematics. It has been reasonably substantiated that some teacher educators teach school mathematics in the name of MTE, hardly distinguishing between the role and purpose of the two in developing a mathematics teacher. What teacher educators conceive as MTE and what they do regarding the education of teachers of mathematics revealed variations in terms of seeing the phenomenon of interest. Within limits, desirable thoughts shed light on solutions to phobias, and in the same way low self-esteem and stigmatization call for the building of teacher educator-student teacher relationships.

Predictors of academic achievement and social competence in adolescence : facilitation, inhibition and general cognitive processing /

The relevance of attentional measures to cognitive and social adaptive behaviour was examined in an adolescent sample. Unlike previous research, the influence of both inhibitory and facilitory aspects of attention were studied. In addition, contributions made by these attentional processes were compared with traditional psychometric measures of cognitive functioning. Data were gathered from 36 grade 10 and 1 1 high school students (20 male and 16 female students) with a variety of learning and attentional difficulties. Data collection was conducted in the course of two testing sessions. In the first session, students completed questionnaires regarding their medical history, and everyday behaviours (the Brock Adaptive Functioning Questionnaire), along with non-verbal problem solving tasks and motor speed tasks. In the second session, students performed working memory measures and computer-administered tasks assessing inhibitory and facilitory aspects of attention. Grades and teacher-rated measures of cognitive and social impulsivity were also gathered. Results indicate that attentional control has both cognitive and social/emotional implications. Performance on negative priming and facilitation trials from the Flanker task predicted grades in core courses, social functioning measures, and cognitive and social impulsivity ratings. However, beneficial effects for academic and social functioning associated with inhibition were less prevalent in those demonstrating a greater ability to respond to facilitory cues. There was also some evidence that high levels of facilitation were less beneficial to academic performance, and female students were more likely to exceed optimal levels of facilitory processing. Furthermore, lower negative priming was ''S'K 'i\':y-: -'*' - r " j«v ; ''*.' iij^y Inhibition, Facilitation and Social Competence 3 associated with classroom-rated distraction and hyperactivity, but the relationship between inhibition and social aspects of impulsivity was stronger for adolescents with learning or reading problems, and the relationship between inhibition and cognitive impulsivity was stronger for male students. In most cases, attentional measures were predictive of performance outcomes independent of traditional psychometric measures of cognitive functioning. >,, These findings provide support for neuropsychological models linking inhibition to control of interference and arousal, and emphasize the fundamental role of attention in everyday adolescent activities. The findings also warrant further investigation into the ways which inhibitory and facilitory attentional processes interact, and the contextdependent nature of attentional control.associated with classroom-rated distraction and hyperactivity, but the relationship between inhibition and social aspects of impulsivity was stronger for adolescents with learning or reading problems, and the relationship between inhibition and cognitive impulsivity was stronger for male students. In most cases, attentional measures were predictive of performance outcomes independent of traditional psychometric measures of cognitive functioning. >,, These findings provide support for neuropsychological models linking inhibition to control of interference and arousal, and emphasize the fundamental role of attention in everyday adolescent activities. The findings also warrant further investigation into the ways which inhibitory and facilitory attentional processes interact, and the contextdependent nature of attentional control.

Étude des relations entre la résilience d'enseignantes et d’enseignants du primaire œuvrant en milieux défavorisés et la réflexion sur la pratique

Le contexte actuel de la profession enseignante au Québec est caractérisé par l’évolution manifeste qu’a connue l’enseignement depuis les dernières décennies, évolution marquée par une complexification de la tâche, accentuée par divers phénomènes sociaux. En dépit de l’épuisement professionnel et de l’attrition de certains, plusieurs enseignantes et enseignants relèvent le défi de l’enseignement en milieux difficiles et réussissent à se développer professionnellement. Ce phénomène s’apparente au concept de résilience. Parmi les facteurs personnels de protection qui favorisent la résilience, les habiletés et compétences professionnelles ont déjà été mises en évidence chez le personnel scolaire résilient. De son côté, la littérature sur le développement des compétences professionnelles valorise l’importance de la réflexion sur la pratique comme vecteur privilégié de ce processus. Dans cette perspective, la question de recherche posée est à savoir si des relations peuvent être établies entre la résilience et la réflexion sur la pratique en enseignement. Ainsi, suivant la conceptualisation de G.E. Richardson (2002), nous avons tenté d’explorer les relations entre la résilience et la réflexion du personnel enseignant, telle que conceptualisée par Korthagen (1985, 2004), à l’aide de stratégies mixtes de collecte et d’analyse des données. Nous avons d’abord opérationnalisé les deux concepts par des indices provenant de plusieurs instruments: questionnaire sur la qualité de vie au travail, journal d’autoévaluation du stress, entretien semi-dirigé. Vingt-et-une enseignantes et deux enseignants de sept écoles primaires parmi les plus défavorisées de Montréal ont participé à l’étude. Près de 7000 unités de sens ont été codées dans les entretiens. Des analyses quantitatives et qualitatives ont permis de décrire l’adversité (stress) vécue par les participants, leur qualité de vie au travail et leurs compétences professionnelles (adaptation positive), de même que leurs facteurs de risque et de protection, individuels et environnementaux. Cette démarche a permis de dégager quatre profils généraux de résilience parmi les 23 participants: très résilient (2), résilient (9), peu résilient (8) et non résilient (2). Parallèlement, le processus et les contenus de la réflexion des participants ont été analysés à partir des modèles théoriques choisis. On remarque que la plupart des participants se centrent davantage sur la description des situations problématiques, plutôt que sur la recherche de solutions, et sur les contenus environnementaux, plutôt que personnels. L’analyse verticale de quatre cas représentatifs des profils de résilience a permis des comparaisons approfondies au plan de la réflexion. Ce sont les enseignantes situées aux extrêmes du continuum de résilience (la plus résiliente et la moins résiliente de l’échantillon) qui ont montré les distinctions les plus nettes. Notamment, il semblerait qu’une faible résilience soit liée à une centration accrue sur les problèmes plutôt que sur les solutions, ainsi que sur les contenus réflexifs environnementaux plutôt que personnels, et inversement. Enfin, malgré certaines limites méthodologiques et conceptuelles, cette étude révèle l’existence de liens empiriques entre la réflexion et la résilience d’enseignantes et d’enseignants œuvrant en milieux défavorisés. Elle ouvre également la voie à des pistes pour développer la résilience du personnel scolaire et propose des idées de recherches prospectives.

Examen des liens entre les comportements de soutien affectif maternel et les profils d'apprentissage en contexte de prise de décisions affectives chez les enfants de 48 mois

Plusieurs recherches ont démontré que la qualité des interactions mère-enfant influence le développement de la fonction exécutive (FE) chez les enfants d’âge préscolaire. Ces recherches se sont attardées à la dimension « froide » de la FE qui regroupe les habiletés de prise de décisions générales en situation de résolution de problèmes. Cette recherche s’intéresse à l’autre dimension de la FE, les cognitions « chaudes », qui entrent en jeu lorsque la prise de décisions en situation de résolution de problèmes implique une charge émotionnelle. Cette dimension joue un rôle dans la prise de décisions affectives (PDA). Les études empiriques qui portent sur la PDA ont principalement regardé les liens avec le sexe et l’âge des enfants ainsi que les relations avec les facteurs neurologiques. Aucune étude à notre connaissance n’a examiné les liens avec la qualité des interactions mère-enfant. L’exploration empirique de la contribution des facteurs environnementaux proximaux de l’enfant, tel que le soutien affectif maternel, reste à faire. Dans un premier temps, cette recherche examine l’effet du soutien affectif maternel sur la PDA globale. Dans un deuxième temps, l’effet du sexe et l’effet d’interaction entre la qualité du soutien affectif maternel et les profils d’apprentissage des enfants de 48 mois sont examinés. Enfin, cette étude examine cent quatre-vingt-onze enfants (109 filles et 82 garçons) et leur mère qui ont participé à une journée d'évaluation en laboratoire dans le cadre de l’Étude Longitudinale sur le Développement des Enfants du Québec - groupe Pilote (ELDEQ-P, Santé Québec, 1997). Ils ont réalisé différentes activités permettant de les évaluer en dyade ou individuellement. La PDA a été évaluée à l’aide du Children’s Gambling Task (CGT) (Kerr & Zelazo, 2001). Le soutien affectif maternel a été évalué à partir d’une tâche de récits narratifs co-construits entre la mère et l’enfant (MacArthur Story-Stem Battery (MSSB), Bretherton, Oppenheim, Buchsbaum, Emde & the MacArthur Narrative Group, 1990) et la grille d’évaluation du Climat affectif a été utilisée pour évaluer la qualité du soutien affectif maternel (Boutin, Parent, et Lapalme-L’Heureux, 1998). Nos résultats indiquent que la qualité du soutien affectif maternel n’a pas d’effet principal sur la PDA globale mais interagit avec les profils d’apprentissage des enfants en contexte de PDA. Cette interaction est toutefois significative uniquement chez les garçons. Les garçons qui reçoivent un soutien affectif maternel dans la moyenne ou élevé obtiennent un meilleur profil d’apprentissage en situation de PDA comparativement à ceux qui ont un soutien affectif maternel sous la moyenne. En outre, les résultats révèlent que les 26 enfants (12 garçons, 14 filles) qui ont abandonné en cours de tâche obtiennent des scores plus faibles sur la qualité du soutien affectif maternel. Ce résultat suggère que les enfants obtenant un faible soutien affectif maternel sont plus enclins à abandonner une tâche d’apprentissage en situation de PDA. En somme, les résultats de la présente étude suggèrent que la qualité des interactions mère-enfant est importante sur le développement d’habiletés cognitives en contexte émotionnel chez les enfants d’âge préscolaire.

Meta-heuristic Solution Methods for Rich Vehicle Routing Problems

Le problème de tournées de véhicules (VRP), introduit par Dantzig and Ramser en 1959, est devenu l'un des problèmes les plus étudiés en recherche opérationnelle, et ce, en raison de son intérêt méthodologique et de ses retombées pratiques dans de nombreux domaines tels que le transport, la logistique, les télécommunications et la production. L'objectif général du VRP est d'optimiser l'utilisation des ressources de transport afin de répondre aux besoins des clients tout en respectant les contraintes découlant des exigences du contexte d’application. Les applications réelles du VRP doivent tenir compte d’une grande variété de contraintes et plus ces contraintes sont nombreuse, plus le problème est difficile à résoudre. Les VRPs qui tiennent compte de l’ensemble de ces contraintes rencontrées en pratique et qui se rapprochent des applications réelles forment la classe des problèmes ‘riches’ de tournées de véhicules. Résoudre ces problèmes de manière efficiente pose des défis considérables pour la communauté de chercheurs qui se penchent sur les VRPs. Cette thèse, composée de deux parties, explore certaines extensions du VRP vers ces problèmes. La première partie de cette thèse porte sur le VRP périodique avec des contraintes de fenêtres de temps (PVRPTW). Celui-ci est une extension du VRP classique avec fenêtres de temps (VRPTW) puisqu’il considère un horizon de planification de plusieurs jours pendant lesquels les clients n'ont généralement pas besoin d’être desservi à tous les jours, mais plutôt peuvent être visités selon un certain nombre de combinaisons possibles de jours de livraison. Cette généralisation étend l'éventail d'applications de ce problème à diverses activités de distributions commerciales, telle la collecte des déchets, le balayage des rues, la distribution de produits alimentaires, la livraison du courrier, etc. La principale contribution scientifique de la première partie de cette thèse est le développement d'une méta-heuristique hybride dans la quelle un ensemble de procédures de recherche locales et de méta-heuristiques basées sur les principes de voisinages coopèrent avec un algorithme génétique afin d’améliorer la qualité des solutions et de promouvoir la diversité de la population. Les résultats obtenus montrent que la méthode proposée est très performante et donne de nouvelles meilleures solutions pour certains grands exemplaires du problème. La deuxième partie de cette étude a pour but de présenter, modéliser et résoudre deux problèmes riches de tournées de véhicules, qui sont des extensions du VRPTW en ce sens qu'ils incluent des demandes dépendantes du temps de ramassage et de livraison avec des restrictions au niveau de la synchronization temporelle. Ces problèmes sont connus respectivement sous le nom de Time-dependent Multi-zone Multi-Trip Vehicle Routing Problem with Time Windows (TMZT-VRPTW) et de Multi-zone Mult-Trip Pickup and Delivery Problem with Time Windows and Synchronization (MZT-PDTWS). Ces deux problèmes proviennent de la planification des opérations de systèmes logistiques urbains à deux niveaux. La difficulté de ces problèmes réside dans la manipulation de deux ensembles entrelacés de décisions: la composante des tournées de véhicules qui vise à déterminer les séquences de clients visités par chaque véhicule, et la composante de planification qui vise à faciliter l'arrivée des véhicules selon des restrictions au niveau de la synchronisation temporelle. Auparavant, ces questions ont été abordées séparément. La combinaison de ces types de décisions dans une seule formulation mathématique et dans une même méthode de résolution devrait donc donner de meilleurs résultats que de considérer ces décisions séparément. Dans cette étude, nous proposons des solutions heuristiques qui tiennent compte de ces deux types de décisions simultanément, et ce, d'une manière complète et efficace. Les résultats de tests expérimentaux confirment la performance de la méthode proposée lorsqu’on la compare aux autres méthodes présentées dans la littérature. En effet, la méthode développée propose des solutions nécessitant moins de véhicules et engendrant de moindres frais de déplacement pour effectuer efficacement la même quantité de travail. Dans le contexte des systèmes logistiques urbains, nos résultats impliquent une réduction de la présence de véhicules dans les rues de la ville et, par conséquent, de leur impact négatif sur la congestion et sur l’environnement.

Lien entre l'activité pariéto-occipitale enregistrée pendant une tâche de mémoire à court terme visuelle et les habiletés mathématiques : une étude en magnétoencéphalographie

La mémoire à court terme visuelle (MCTv) est un système qui permet le maintien temporaire de l’information visuelle en mémoire. La capacité en mémoire à court terme se définit par le nombre d’items qu’un individu peut maintenir en mémoire sur une courte période de temps et est limitée à environ quatre items. Il a été démontré que la capacité en MCTv et les habiletés mathématiques sont étroitement liées. La MCTv est utile dans beaucoup de composantes liées aux mathématiques, comme la résolution de problèmes, la visualisation mentale et l’arithmétique. En outre, la MCTv et le raisonnement mathématique font appel à des régions similaires du cerveau, notamment dans le cortex pariétal. Le sillon intrapariétal (SIP) semble être particulièrement important, autant dans la réalisation de tâches liées à la MCTv qu’aux habiletés mathématiques. Nous avons créé une tâche de MCTv que 15 participants adultes en santé ont réalisée pendant que nous enregistrions leur activité cérébrale à l’aide de la magnétoencéphalographie (MEG). Nous nous sommes intéressés principalement à la composante SPCM. Une évaluation neuropsychologique a également été administrée aux participants. Nous souhaitions tester l’hypothèse selon laquelle l’activité cérébrale aux capteurs pariéto-occipitaux pendant la tâche de MCTv en MEG sera liée à la performance en mathématiques. Les résultats indiquent que l’amplitude de l’activité pariéto-occipitale pendant la tâche de MCTv permet de prédire les habiletés mathématiques ainsi que la performance dans une tâche de raisonnement perceptif. Ces résultats permettent de confirmer le lien existant entre les habiletés mathématiques et le fonctionnement sous-jacent à la MCTv.

Electrical Design: A Problem for Artificial Intelligence Research

This report outlines the problem of intelligent failure recovery in a problem-solver for electrical design. We want our problem solver to learn as much as it can from its mistakes. Thus we cast the engineering design process on terms of Problem Solving by Debugging Almost-Right Plans, a paradigm for automatic problem solving based on the belief that creation and removal of "bugs" is an unavoidable part of the process of solving a complex problem. The process of localization and removal of bugs called for by the PSBDARP theory requires an approach to engineering analysis in which every result has a justification which describes the exact set of assumptions it depends upon. We have developed a program based on Analysis by Propagation of Constraints which can explain the basis of its deductions. In addition to being useful to a PSBDARP designer, these justifications are used in Dependency-Directed Backtracking to limit the combinatorial search in the analysis routines. Although the research we will describe is explicitly about electrical circuits, we believe that similar principles and methods are employed by other kinds of engineers, including computer programmers.

Using problem-based learning for introducing producer theory and market structure in intermediate microeconomics

This paper shows how instructors can use the problem‐based learning method to introduce producer theory and market structure in intermediate microeconomics courses. The paper proposes a framework where different decision problems are presented to students, who are asked to imagine that they are the managers of a firm who need to solve a problem in a particular business setting. In this setting, the instructors’ role is to provide both guidance to facilitate student learning and content knowledge on a just‐in‐time basis

Metacognitive experience and transfer of logical reasoning

The experiments examine the influence of metacognitive experience on the transfer of logical processes in a problem solving setting. Subjects were presented with two versions of Wason's (1966) selection task. Although they were able to perform successfully on the concrete tasks (following a minimal explanation of the correct solution on an initial trial), the majority were not able to transfer a successful method to the abstract tasks. Verbalization during, or following, the concrete tasks produced substantial transfer effects however. It is suggested that verbalization may lead to an increased awareness of past behaviour, particularly of those aspects necessary for successful solution.

Working memory and working attention: What could possibly evolve?

The concept of “working” memory is traceable back to nineteenth century theorists (Baldwin, 1894; James 1890) but the term itself was not used until the mid-twentieth century (Miller, Galanter & Pribram, 1960). A variety of different explanatory constructs have since evolved which all make use of the working memory label (Miyake & Shah, 1999). This history is briefly reviewed and alternative formulations of working memory (as language-processor, executive attention, and global workspace) are considered as potential mechanisms for cognitive change within and between individuals and between species. A means, derived from the literature on human problem-solving (Newell & Simon, 1972), of tracing memory and computational demands across a single task is described and applied to two specific examples of tool-use by chimpanzees and early hominids. The examples show how specific proposals for necessary and/or sufficient computational and memory requirements can be more rigorously assessed on a task by task basis. General difficulties in connecting cognitive theories (arising from the observed capabilities of individuals deprived of material support) with archaeological data (primarily remnants of material culture) are discussed.

Age and flexible thinking: an experimental demonstration of the beneficial effects of increased cognitively stimulating activity on fluid intelligence in healthy older adults

The disuse hypothesis of cognitive aging attributes decrements in fluid intelligence in older adults to reduced cognitively stimulating activity. This study experimentally tested the hypothesis that a period of increased mentally stimulating activities thus would enhance older adults' fluid intelligence performance. Participants (N = 44, mean age 67.82) were administered pre- and post-test measures, including the fluid intelligence measure, Cattell's Culture Fair (CCF) test. Experimental participants engaged in diverse, novel, mentally stimulating activities for 10-12 weeks and were compared to a control condition. Results supported the hypothesis; the experimental group showed greater pre- to post-CCF gain than did controls (effect size d = 0.56), with a similar gain on a spatial-perceptual task (WAIS-R Blocks). Even brief periods of increased cognitive stimulation can improve older adults' problem solving and flexible thinking.

On Aspects of Mathematical Reasoning : Affect and Gender

This thesis explores two aspects of mathematical reasoning: affect and gender. I started by looking at the reasoning of upper secondary students when solving tasks. This work revealed that when not guided by an interviewer, algorithmic reasoning, based on memorising algorithms which may or may not be appropriate for the task, was predominant in the students reasoning. Given this lack of mathematical grounding in students reasoning I looked in a second study at what grounds they had for different strategy choices and conclusions. This qualitative study suggested that beliefs about safety, expectation and motivation were important in the central decisions made during task solving.  But are reasoning and beliefs gendered? The third study explored upper secondary school teachers conceptions about gender and students mathematical reasoning. In this study I found that upper secondary school teachers attributed gender symbols including insecurity, use of standard methods and imitative reasoning to girls and symbols such as multiple strategies especially on the calculator, guessing and chance-taking were assigned to boys. In the fourth and final study I found that students, both male and female, shared their teachers view of rather traditional feminities and masculinities. Remarkably however, this result did not repeat itself when students were asked to reflect on their own behaviour: there were some discrepancies between the traits the students ascribed as gender different and the traits they ascribed to themselves. Taken together the thesis suggests that, contrary to conceptions, girls and boys share many of the same core beliefs about mathematics, but much work is still needed if we should create learning environments that provide better opportunities for students to develop beliefs that guide them towards well-grounded mathematical reasoning. 

Simple heuristics for the assembly line worker assignment and balancing problem

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)