Dataspelet Minecraft i matematikundervisningen : en interventionsstudie

Finländska elever presterar fortsättningsvis bra i matematik men deras inre motivation till ämnet är klart under medelnivån för OECD-länderna. Det finns ett konstaterat samband mellan intresse och prestationer, och att höja elevernas intresse vore därför viktigt. Användningen av dataspel i undervisningen möjliggör just detta då det kunde höja elevernas motivation och intresse. Det finns en del tidigare forskning om hur dataspel påverkar inlärningen, men eftersom området fortfarande är relativt nytt finns luckor att fylla. De övergripande resultaten inom området inlärning genom dataspel är positiva och lovande. Tidigare forskning visar att användningen av dataspel i matematikundervisningen har en positiv inverkan på elevernas prestationer. Man har också kunnat konstatera att användningen av dataspel i undervisningen påverkar elevernas attityder till ämnet positivt, men forskning om hur specifika affektiva faktorer som intresse, självuppfattning och matematikångest påverkas saknas. Syftet med avhandlingen är att undersöka effekten av dataspelet MinecraftEdu på finländska studerande inom yrkesutbildningen. Forskningsfrågorna som avhandlingen utgår ifrån är följande: Hur påverkar användningen av MinecraftEdu i matematikundervisningen låg- och normalpresterande studerandes 1) matematiska färdigheter, 2) intresse för matematik, 3) matematiska självuppfattning och 4) matematikångest? Forskningsmetoden är kvantitativ och datainsamlingen har genomförts med hjälp av en webbenkät och det standardiserade testet RMAT samt 8 problemlösningsuppgifter. Respondenterna bestod av andra årets studerande inom den finländska yrkesutbildningen. Experimentgruppen som bestod av studerande inom datanomutbildningen undervisades med hjälp av dataspelet Minecraft. Kontrollgruppen, bestående av studerande inom utbildningen för fordonsmekaniker, undervisades traditionellt. Data samlades in vid två tillfällen, före och efter avslutad kurs. Som analysmetod valdes en kovariansanalys. Resultaten av undersökningen tyder på att användningen av MinecraftEdu kan ha positiva effekter på studerandes matematiska färdigheter, speciellt problemlösningsfärdigheter. Resultaten tyder också på att lågpresterande studerande kan gynnas av undervisning genom MinecraftEdu, speciellt med tanke på matematiskt intresse och matematiska färdigheter. Skillnaderna mellan grupperna var dock inte signifikanta och resultaten kan därför inte generaliseras. Resultaten ger däremot en uppfattning om vilken effekt den här typen av undervisning kan ha.

Electrical and dielectric properties of uncoated and coated wood-free paper for electrophotography

The print substrate influences the print result in dry toner electrophotography, which is a widely used digital printing method. The influence of the substrate can be seen more easily in color printing, as that is a more complex process compared to monochrome printing. However, the print quality is also affected by the print substrate in grayscale printing. It is thus in the interests of both substrate producers and printing equipment manufacturers to understand the substrate properties that influence the quality of printed images in more detail. In dry toner electrophotography, the image is printed by transferring charged toner particles to the print substrate in the toner transfer nip, utilizing an electric field, in addition to the forces linked to the contact between toner particles and substrate in the nip. The toner transfer and the resulting image quality are thus influenced by the surface texture and the electrical and dielectric properties of the print substrate. In the investigation of the electrical and dielectric properties of the papers and the effects of substrate roughness, in addition to commercial papers, controlled sample sets were made on pilot paper machines and coating machines to exclude uncontrolled variables from the experiments. The electrical and dielectric properties of the papers investigated were electrical resistivity and conductivity, charge acceptance, charge decay, and the dielectric permittivity and losses at different frequencies, including the effect of temperature. The objective was to gain an understanding of how the electrical and dielectric properties are affected by normal variables in papermaking, including basis weight, material density, filler content, ion and moisture contents, and coating. In addition, the dependency of substrate resistivity on the electric field applied was investigated. Local discharging did not inhibit transfer with the paper roughness levels that are normal in electrophotographic color printing. The potential decay of paper revealed that the charge decay cannot be accurately described with a single exponential function, since in charge decay there are overlapping mechanisms of conduction and depolarization of paper. The resistivity of the paper depends on the NaCl content and exponentially on moisture content although it is also strongly dependent on the electric field applied. This dependency is influenced by the thickness, density, and filler contents of the paper. Furthermore, the Poole-Frenkel model can be applied to the resistivity of uncoated paper. The real part of the dielectric constant ε’ increases with NaCl content and relative humidity, but when these materials cannot polarize freely, the increase cannot be explained by summing the effects of their dielectric constants. Dependencies between the dielectric constant and dielectric loss factor and NaCl content, temperature, and frequency show that in the presence of a sufficient amount of moisture and NaCl, new structures with a relaxation time of the order of 10-3 s are formed in paper. The ε’ of coated papers is influenced by the addition of pigments and other coating additives with polarizable groups and due to the increase in density. The charging potential decreases and the electrical conductivity, potential decay rate, and dielectric constant of paper increase with increasing temperature. The dependencies are exponential and the temperature dependencies and their activation energies are altered by the ion content. The results have been utilized in manufacturing substrates for electrophotographic color printing.

IKT i huslig ekonomi : En kvantitativ enkätstudie om faktorer som inverkar på ämneslärarnas IKT-användning i huslig ekonomi

Det ställs allt högre krav på att kunna hantera den allt mer digitaliserade vardagen. Elevens möjligheter att få utveckla sådana kunskaper, färdigheter och attityder som behövs för att kunna fungera som aktiva medborgare i samhället och i vardagen betonas i både Lagen om grundläggande utbildning och i Grunderna för läroplanen för den grundläggande utbildningen 2014. För att eleven ska kunna uppnå dessa mål ställs krav på att alla elever får utveckla digital kompetens inom den grundläggande utbildningen. Digital kompetens är uppräknad som en av EU-kommissionens åtta nyckelkompetenser för livslångt lärande. Digital kompetens, som i sin tur är uppbyggd av grundläggande IKT-färdigheter finns representerad i Glgu 2014 som en del av den mångsidiga kompetensen. Att eleven ska ges möjlighet att utveckla digital kompetens inom alla läroämnen ställer också krav på att läraren tillämpar IKT i undervisningen. I tidigare forskning har det däremot framkommit att det finns flera faktorer som inverkar på lärarnas IKT-användning. Syftet med denna studie är att undersöka de faktorer som inverkar på ämneslärarnas IKT-användning i huslig ekonomi. Ett av husliga ekonomins uppdrag är att stödja elevernas förmåga att hantera vardagen och utveckla grundläggande färdigheter för att genomföra uppgifter i anslutning till hushållet. Med tanke på husliga ekonomins starka relation till samhället och läroämnets uppdrag finns ett starkt behov av att kartlägga faktorer som inverkar på lärarnas IKT-användning. Studien är en kvantitativ undersökning som i huvudsak grundar sig på statistisk hypotesprövning. I studien har totalt sju hypoteser formulerats för att undersöka samband mellan följande faktorers inverkan på ämneslärarnas IKT-användning i huslig ekonomi: digital kompetens, upplevt stöd, tillgång till IKT-infrastruktur och upplevd nytta med IKT. Dessa faktorer har i tidigare studier visat sig inverka på lärarnas användning av IKT. I studien finns också en deskriptiv målsättning att beskriva de faktorer som ingår i hypotesprövningen. Deskriptiv statistik framtas också för en variabel som på grund av bristande teoriunderlag och avsaknad av tidigare forskning inte ingår som en faktor i hypotesprövningen. Denna variabel utgörs av lärarnas upplevda nytta med IKT för elevens utveckling av de färdigheter, kunskaper och attityder i anslutning till de centrala innehållen i huslig ekonomi. Datamaterialet har samlats in via webbenkäter. Målpopulationen består av alla som undervisar huslig ekonomi i årskurserna 7–9 inom den grundläggande utbildningen i Finland. För att göra ett urval av målpopulationen tillämpades en kombination av slumpmässigt och icke-slumpmässiga urval. Själva enkätutskicket genomfördes i ett samarbete mellan Åbo Akademi och Helsingfors universitet. Det insamlade materialet har bearbetats och analyserats med statistikprogrammet SPSS. De uppställda hypoteserna testas med regressionsanalys. Den deskriptiva aspekten i studien syns i den beskrivande statistiken som presenteras med hjälp av frekvenser, procentandelar, lägesmått och centralmått. Resultaten från regressionsanalysen visar på positivt samband mellan lärarnas digitala kompetens och upplevd nytta samt mellan upplevd nytta och lärarnas IKT-användning. Regressionsanalysen visar också på ett signifikant samband mellan lärarnas digitala kompetens, IKT-infrastruktur och IKT-användning. Resultaten i den senare regressionsmodellen kan tolkas som att ju högre lärarna uppskattar sin digitala kompetens och ju bättre tillgång till IKT-infrastruktur desto oftare använder lärarna olika IKT-verktyg i undervisningen i huslig ekonomi. Inga signifikanta samband hittades mellan lärarnas upplevda stöd och IKT-användning. Enligt den deskriptiva statistiken upplever lärarna en stor brist på ämnesfortbildningar inom IKT. Lärarna upplever dessutom att det finns bristande tillgång till digitala verktyg. De övergripande resultaten pekar på att ämneslärarna i huslig ekonomi inte har tillräckligt goda förutsättningar för att tillämpa IKT på ett pedagogiskt ändamålsenligt sätt i undervisningen. Tyngdpunkten borde sättas på att trygga tillgången till IKT-infrastruktur, ge lärarna möjligheten att utveckla den digitala kompetensen och erbjuda ett större utbud av ämnesfortbildning inom IKT. Ett förslag på fortsatt forskning kunde vara att genomföra en större jämförelse mellan hur ämneslärare i olika läroämnen tillämpar IKT i undervisningen. En dylik jämförelse kunde ge en inblick i hur de olika läroämnena skulle kunna jobba för att IKT ska få en naturlig plats i undervisningen. Resultaten kunde eventuellt också gynna en helhetsskapande undervisning. En helhetsskapande undervisning kunde vidare lyfta upp husliga ekonomins roll för elevens utveckling av de färdigheter, kunskaper och attityder som behövs för ett livslångt lärande.

"Ungdomsgarantin håller på att försvinna" : en kvalitativ undersökning om ungdomsgarantins implementeringsprocess i Österbotten

År 2013 infördes ungdomsgarantin för att försöka stoppa den negativa trenden att ungdomsarbetslösheten ökar i landet. Trots ungdomsgarantins införande ökar ungdomsarbetslösheten fortfarande. Därför är syftet med denna avhandling att utgående från implementeringsteorier och den empiriska undersökningen som gjorts undersöka ifall det finns hinder i ungdomsgarantins implementeringsprocess. Forskningsfrågorna i avhandlingen är att kartlägga ifall det finns hinder i ungdomsgarantins implementeringsprocess och i så fall hurudana dessa är. Avhandlingen är avgränsad till Österbotten där det empiriska materialet samlats in våren 2016. Metoden som använts är kvalitativ forskningsmetod med semistrukturerade intervjuer. Materialet utgörs av åtta informantintervjuer med personer som arbetar med ungdomsgarantin. Fyra av informanterna arbetar på lokal nivå vid olika ungdomsverkstäder. De resterande fyra informanterna arbetar på regional nivå vid en myndighet. Dessa arbetar vid endera Österbottens arbets- och näringsbyrå eller vid Regionförvaltningsverket i Västra och Inre Finland. Materialet har analyserats enligt abduktiv innehållsanalys. Resultaten från det insamlade materialet visar att det finns hinder i ungdomsgarantins implementeringsprocess. De främsta hindren som nämns är det allmänna läget på arbetsmarknaden och ekonomiska nedskärningar. Även det minskade antalet arbets- och näringsbyråer och dess konsekvenser nämns som hinder. Dessutom anser vissa av informanterna att informationsflödet och sekretessen mellan olika aktörer och nätverk är ytterligare hinder. Det framkommer i resultaten att nya projekt inom ungdomsgarantin som ersätter oavslutade projekt leder till överlappningar och dubbelarbeten och även dessa upplevs som hinder. Slutsatser som kan dras utgående från resultaten är att ungdomsgarantins genomförande behöver mera ekonomiska resurser. Dessutom behöver dess målsättningar konkretiseras och utvecklas mer långsiktigt så att både verkställare och brukare förstår syftet. Då kan ungdomsgarantin ha större möjligheter att implementeras framgångsrikt och ge positiva effekter på det finländska samhället.

New biomass derived carbon catalysts for biomass valorization

Due to diminishing petroleum reserves, unsteady market situation and the environmental concerns associated with utilization of fossil resources, the utilization of renewables for production of energy and chemicals (biorefining) has gained considerable attention. Biomass is the only sustainable source of organic compounds that has been proposed as petroleum equivalent for the production of fuels, chemicals and materials. In fact, it would not be wrong to say that the only viable answer to sustainably convene our future energy and material requirements remain with a bio-based economy with biomass based industries and products. This has prompted biomass valorization (biorefining) to become an important area of industrial research. While many disciplines of science are involved in the realization of this effort, catalysis and knowledge of chemical technology are considered to be particularly important to eventually render this dream to come true. Traditionally, the catalyst research for biomass conversion has been focused primarily on commercially available catalysts like zeolites, silica and various metals (Pt, Pd, Au, Ni) supported on zeolites, silica etc. Nevertheless, the main drawbacks of these catalysts are coupled with high material cost, low activity, limited reusability etc. – all facts that render them less attractive in industrial scale applications (poor activity for the price). Thus, there is a particular need to develop active, robust and cost efficient catalytic systems capable of converting complex biomass molecules. Saccharification, esterification, transesterification and acetylation are important chemical processes in the valorization chain of biomasses (and several biomass components) for production of platform chemicals, transportation fuels, food additives and materials. In the current work, various novel acidic carbons were synthesized from wastes generated from biodiesel and allied industries, and employed as catalysts in the aforementioned reactions. The structure and surface properties of the novel materials were investigated by XRD, XPS, elemental analysis, SEM, TEM, TPD and N2-physisorption techniques. The agro-industrial waste derived sulfonic acid functionalized novel carbons exhibit excellent catalytic activity in the aforementioned reactions and easily outperformed liquid H2SO4 and conventional solid acids (zeolites, ion-exchange resins etc). The experimental results indicated strong influence of catalyst pore-structure (pore size, pore-volume), concentration of –SO3H groups and surface properties in terms of the activity and selectivity of these catalysts. Here, a large pore catalyst with high –SO3H density exhibited the highest esterification and transesterification activity, and was successfully employed in biodiesel production from fatty acids and low grade acidic oils. Also, a catalyst decay model was proposed upon biodiesel production and could explain that the catalyst loses its activity mainly due to active site blocking by adsorption of impurities and by-products. The large pore sulfonated catalyst also exhibited good catalytic performance in the selective synthesis of triacetin via acetylation of glycerol with acetic anhydride and out-performed the best zeolite H-Y with respect to reusability. It also demonstrated equally good activity in acetylation of cellulose to soluble cellulose acetates, with the possibility to control cellulose acetate yield and quality (degree of substitution, DS) by a simple adjustment of reaction time and acetic anhydride concentration. In contrast, the small pore and highly functionalized catalysts obtained by hydrothermal method and from protein rich waste (Jatropha de-oiled waste cake, DOWC), were active and selective in the esterification of glycerol with fatty acids to monoglycerides and saccharification of cellulosic materials, respectively. The operational stability and reusability of the catalyst was found to depend on the stability of –SO3H function (leaching) as well as active site blocking due to adsorption of impurities during the reaction. Thus, our results corroborate the potential of DOWC derived sulfated mesoporous active carbons as efficient integrated solid acid catalysts for valorization of biomass to platform chemicals, biofuel, bio-additive, surfactants and celluloseesters.

Chemistry of potassium halides and their role in corrosion in biomass and waste firing

Compared to the use of traditional fossil fuels (coal, oil, natural gas), combustion of biomass and waste fuels has several environmental and economic advantages for heat and power generation. However, biomass and waste fuels might contain halogens (Cl, Br, F), alkali metals (Na, K) and heavy metals (Zn, Pb), which may cause harmful emissions and corrosion problems. Hightemperature corrosion occurs typically on furnace waterwalls and superheaters. The corrosion of the boiler tube materials limits the increase of thermal efficiency of steam boilers and leads to costly shutdowns and repairs. In recent years, some concerns have been raised about halogen (Cl, Br, and F)-related hightemperature corrosion in biomass- and waste-fired boilers. Chlorine-related high-temperature corrosion has been studied extensively. The presence of alkali chlorides in the deposits is believed to play a major role in the corrosion observed in biomass and waste fired boilers. However, there is much less information found in literature on the corrosion effect of bromine and fluorine. According to the literature, bromine is only assumed to play a role similar to chlorine; the role of fluorine is even less understood. In this work, a series of bubbling fluidized bed (BFB) bench-scale tests were carried out to characterize the formation and sulfation behaviors of KCl and KBr in BFB combustion conditions. Furthermore, a series of laboratory tests were carried out to investigate the hightemperature corrosion behaviors of three different superheater steels (10CrMo9-10, AISI 347 and Sanicro 28) exposed to potassium halides in ambient air and wet air (containing 30% H2O). The influence of H2O and O2 on the high-temperature corrosion of steels both with and without a salt (KCl) in three gas atmospheres (2% H2O-30% O2-N2, 2% H2O-2% O2-N2 and 30% H2O-2% O2-N2) was also studied. From the bench-scale BFB combustion tests, it was found that HBr has a clearly higher affinity for the available K forming KBr than HCl forming KCl. The tests also indicated that KCl has a higher tendency for sulfation than KBr. From the laboratory corrosion tests in ambient air (also called “dry air” in Paper III and Paper IV), it was found that at relatively low temperatures (≤ 550 °C) the corrosivity of KBr and KF are similar to KCl. At 600 °C, KF showed much stronger corrosivity than KBr and KCl, especially for 10CrMo9-10 and AISI 347. When exposed to KBr or KF, 10CrMo9-10 was durable at least up to 450 °C, while AISI 347 and Sanicro 28 were durable at least up to 550 °C. From the laboratory corrosion tests in wet air (30% H2O), no obvious effect of water vapor was detected at 450 °C. At 550 °C, the influence of water vapor became significant in some cases, but the trend was not consistent. At 550 °C, after exposure with KBr, 10CrMo9-10 suffered from extreme corrosion; after exposure with KF and KCl, the corrosion was less severe, but still high. At 550 °C, local deep pitting corrosion occurred on AISI 347 and Sanicro 28 after exposure with KF. Some formation of K2CrO4 was observed in the oxide layer. At 550 °C, AISI 347 and Sanicro 28 suffered from low corrosion (oxide layer thickness of < 10 μm) after exposure with KBr and KCl. No formation of K2CrO4 was observed. Internal oxidation occurred in the cases of AISI 347 with KBr and KCl. From the laboratory corrosion tests in three different gas atmospheres (2% H2O-30% O2-N2, 2% H2O-2% O2-N2 and 30% H2O-2% O2-N2), it was found that in tests with no salt, no corrosion occurred on AISI 347 and Sanicro 28 up to 600 °C in both the “O2-rich” (2% H2O-30% O2-N2) and “H2O-rich” (30% H2O-2% O2-N2) gas atmospheres; only 10CrMo9-10 showed increased corrosion with increasing temperature. For 10CrMo9-10 in the “O2-rich” atmosphere, the presence of KCl significantly increased the corrosion compared to the “no salt” cases. For 10CrMo9-10 in the “H2O-rich” atmosphere, the presence or absence of KCl did not show any big influence on corrosion. The formation of K2CrO4 was observed only in the case with the “O2-rich” atmosphere. Considering both the results from the BFB tests and the laboratory corrosion tests, if fuels containing Br were to be combusted, the corrosion damage of superheaters would be expected to be higher than if the fuels contain only Cl. Information generated from these studies can be used to help the boiler manufacturers in selecting materials for the most demanding combustion systems.

Exploring the feasibility of applying data mining for library reference service improvement : a case study of Turku Main Library

Data mining, as a heatedly discussed term, has been studied in various fields. Its possibilities in refining the decision-making process, realizing potential patterns and creating valuable knowledge have won attention of scholars and practitioners. However, there are less studies intending to combine data mining and libraries where data generation occurs all the time. Therefore, this thesis plans to fill such a gap. Meanwhile, potential opportunities created by data mining are explored to enhance one of the most important elements of libraries: reference service. In order to thoroughly demonstrate the feasibility and applicability of data mining, literature is reviewed to establish a critical understanding of data mining in libraries and attain the current status of library reference service. The result of the literature review indicates that free online data resources other than data generated on social media are rarely considered to be applied in current library data mining mandates. Therefore, the result of the literature review motivates the presented study to utilize online free resources. Furthermore, the natural match between data mining and libraries is established. The natural match is explained by emphasizing the data richness reality and considering data mining as one kind of knowledge, an easy choice for libraries, and a wise method to overcome reference service challenges. The natural match, especially the aspect that data mining could be helpful for library reference service, lays the main theoretical foundation for the empirical work in this study. Turku Main Library was selected as the case to answer the research question: whether data mining is feasible and applicable for reference service improvement. In this case, the daily visit from 2009 to 2015 in Turku Main Library is considered as the resource for data mining. In addition, corresponding weather conditions are collected from Weather Underground, which is totally free online. Before officially being analyzed, the collected dataset is cleansed and preprocessed in order to ensure the quality of data mining. Multiple regression analysis is employed to mine the final dataset. Hourly visits are the independent variable and weather conditions, Discomfort Index and seven days in a week are dependent variables. In the end, four models in different seasons are established to predict visiting situations in each season. Patterns are realized in different seasons and implications are created based on the discovered patterns. In addition, library-climate points are generated by a clustering method, which simplifies the process for librarians using weather data to forecast library visiting situation. Then the data mining result is interpreted from the perspective of improving reference service. After this data mining work, the result of the case study is presented to librarians so as to collect professional opinions regarding the possibility of employing data mining to improve reference services. In the end, positive opinions are collected, which implies that it is feasible to utilizing data mining as a tool to enhance library reference service.

Physicochemical characteristics of silica nanoparticles tailored for nanomedicine

Multifunktionella kiseldioxidnanopartiklar har en bred tillämpning inom nanomedicin. En attraktiv kombination är samtidig läkemedelstillförsel och spårning av nanopartiklarna, vilket är känt som ”teranostik”. Genom kontrollerad design av kiseldioxidnanopartiklarna kan terapi och diagnostik på detta sätt kombineras i samma partikel. För en lyckad användning av nanopartiklar inom nanomedicin måste deras fysikalisk-kemiska egenskaper vara välkontrollerade för att kunna förutspå deras beteende i biologiska system. I denna studie tillverkades kiseldioxidnanopartiklar med varierande storlek, form, yta och sammansättning med fokus på att utrusta nanopartiklarna med multifunktionalitet och på så sätt främja deras användning inom biomedicinska tillämpningar. Kiseldioxidnanopartiklar med sfäriska och stav-liknande former, porösa, icke-porösa och ihåliga strukturer tillverkades. De erhållna resultaten visade att nanopartiklarnas form har större inverkan på upptaget i celler jämfört med effekten av deras ytladdning. Nanopartiklarnas dispersionsstabilitet är en annan viktig aspekt för både diagnostiska och terapeutiska tillämpningar. Genom att ändra kiseldioxidnanopartiklarnas fysikalisk-kemiska ytegenskaper med ytfunktionalisering, bedömdes dispersionstabiliteten av nanopartiklarna. Nanopartiklarnas ytsammansättning justerades och skillnader i dispergerbarhet och dispersionsstabilitet undersöktes i biologiskt medium. Inom terapeutiska tillämpningar är målsökande läkemedelsfyllda nanopartiklar en lovande taktik som medför lägre läkemedelsdoser och minskar sidoeffekterna. I denna avhandling designades mesoporösa kiseldioxidnanopartiklar för användning som målsökande läkemedelsbärare. Dessa partiklar laddades med ett potentiellt anti-cancer läkemedel. En klart högre apoptotisk effekt kunde påvisas med de läkemedelsfyllda partiklarna jämfört med fri drog in vitro. En viktig egenskap för sådana multifunktionella nanopartiklar är också att kunna spåra dem under läkemedelsfrisättningen i biologisk miljö med olika bildåtergivningsmetoder. Detta kan uppnås genom att infoga en markör i kiseldioxidnätverket. Kiseldioxidnanopartiklarnas bildåtergivningsförmåga modifierades på olika sätt och inverkan på detekterbarheten analyserades med fluorescerande metoder och med magnetisk resonanstomografi. Denna avhandling lyfter fram de kritiska parametrarna vid syntes av kiseldioxidnanopartiklar för teranostiska tillämpningar. Olika metoder undersöktes för att erhålla skräddarsydda nanopartiklar. Detta arbete bidrar med en djup insikt i hur nanopartiklarnas fysikalisk-kemiska egenskaper påverkar deras beteende i biologisk miljö, och arbetet kan därför fungera som riktlinje för att designa säkra och effektiva nanomediciner.

Modeling of burden distribution in the blast furnace

The blast furnace is the main ironmaking production unit in the world which converts iron ore with coke and hot blast into liquid iron, hot metal, which is used for steelmaking. The furnace acts as a counter-current reactor charged with layers of raw material of very different gas permeability. The arrangement of these layers, or burden distribution, is the most important factor influencing the gas flow conditions inside the furnace, which dictate the efficiency of the heat transfer and reduction processes. For proper control the furnace operators should know the overall conditions in the furnace and be able to predict how control actions affect the state of the furnace. However, due to high temperatures and pressure, hostile atmosphere and mechanical wear it is very difficult to measure internal variables. Instead, the operators have to rely extensively on measurements obtained at the boundaries of the furnace and make their decisions on the basis of heuristic rules and results from mathematical models. It is particularly difficult to understand the distribution of the burden materials because of the complex behavior of the particulate materials during charging. The aim of this doctoral thesis is to clarify some aspects of burden distribution and to develop tools that can aid the decision-making process in the control of the burden and gas distribution in the blast furnace. A relatively simple mathematical model was created for simulation of the distribution of the burden material with a bell-less top charging system. The model developed is fast and it can therefore be used by the operators to gain understanding of the formation of layers for different charging programs. The results were verified by findings from charging experiments using a small-scale charging rig at the laboratory. A basic gas flow model was developed which utilized the results of the burden distribution model to estimate the gas permeability of the upper part of the blast furnace. This combined formulation for gas and burden distribution made it possible to implement a search for the best combination of charging parameters to achieve a target gas temperature distribution. As this mathematical task is discontinuous and non-differentiable, a genetic algorithm was applied to solve the optimization problem. It was demonstrated that the method was able to evolve optimal charging programs that fulfilled the target conditions. Even though the burden distribution model provides information about the layer structure, it neglects some effects which influence the results, such as mixed layer formation and coke collapse. A more accurate numerical method for studying particle mechanics, the Discrete Element Method (DEM), was used to study some aspects of the charging process more closely. Model charging programs were simulated using DEM and compared with the results from small-scale experiments. The mixed layer was defined and the voidage of mixed layers was estimated. The mixed layer was found to have about 12% less voidage than layers of the individual burden components. Finally, a model for predicting the extent of coke collapse when heavier pellets are charged over a layer of lighter coke particles was formulated based on slope stability theory, and was used to update the coke layer distribution after charging in the mathematical model. In designing this revision, results from DEM simulations and charging experiments for some charging programs were used. The findings from the coke collapse analysis can be used to design charging programs with more stable coke layers.

Structure learning of context-specific graphical models

Abstract The ultimate problem considered in this thesis is modeling a high-dimensional joint distribution over a set of discrete variables. For this purpose, we consider classes of context-specific graphical models and the main emphasis is on learning the structure of such models from data. Traditional graphical models compactly represent a joint distribution through a factorization justi ed by statements of conditional independence which are encoded by a graph structure. Context-speci c independence is a natural generalization of conditional independence that only holds in a certain context, speci ed by the conditioning variables. We introduce context-speci c generalizations of both Bayesian networks and Markov networks by including statements of context-specific independence which can be encoded as a part of the model structures. For the purpose of learning context-speci c model structures from data, we derive score functions, based on results from Bayesian statistics, by which the plausibility of a structure is assessed. To identify high-scoring structures, we construct stochastic and deterministic search algorithms designed to exploit the structural decomposition of our score functions. Numerical experiments on synthetic and real-world data show that the increased exibility of context-specific structures can more accurately emulate the dependence structure among the variables and thereby improve the predictive accuracy of the models.

Usability and Security in Medication Administration Applications

The traditional process of filling the medicine trays and dispensing the medicines to the patients in the hospitals is manually done by reading the printed paper medicine chart. This process can be very strenuous and error-prone, given the number of sub-tasks involved in the entire workflow and the dynamic nature of the work environment. Therefore, efforts are being made to digitalise the medication dispensation process by introducing a mobile application called Smart Dosing application. The introduction of the Smart Dosing application into hospital workflow raises security concerns and calls for security requirement analysis. This thesis is written as a part of the smart medication management project at Embedded Systems Laboratory, A° bo Akademi University. The project aims at digitising the medicine dispensation process by integrating information from various health systems, and making them available through the Smart Dosing application. This application is intended to be used on a tablet computer which will be incorporated on the medicine tray. The smart medication management system include the medicine tray, the tablet device, and the medicine cups with the cup holders. Introducing the Smart Dosing application should not interfere with the existing process carried out by the nurses, and it should result in minimum modifications to the tray design and the workflow. The re-designing of the tray would include integrating the device running the application into the tray in a manner that the users find it convenient and make less errors while using it. The main objective of this thesis is to enhance the security of the hospital medicine dispensation process by ensuring the security of the Smart Dosing application at various levels. The methods used for writing this thesis was to analyse how the tray design, and the application user interface design can help prevent errors and what secure technology choices have to be made before starting the development of the next prototype of the Smart Dosing application. The thesis first understands the context of the use of the application, the end-users and their needs, and the errors made in everyday medication dispensation workflow by continuous discussions with the nursing researchers. The thesis then gains insight to the vulnerabilities, threats and risks of using mobile application in hospital medication dispensation process. The resulting list of security requirements was made by analysing the previously built prototype of the Smart Dosing application, continuous interactive discussions with the nursing researchers, and an exhaustive stateof- the-art study on security risks of using mobile applications in hospital context. The thesis also uses Octave Allegro method to make the readers understand the likelihood and impact of threats, and what steps should be taken to prevent or fix them. The security requirements obtained, as a result, are a starting point for the developers of the next iteration of the prototype for the Smart Dosing application.

Textmiljön i tre klassrum: En beskrivning av skrifthändelser i en finlandssvensk skola, en språkbadsskola och en sverigesvensk skola

Avhandlingens övergripande syfte är att beskriva och förstå elevers skrifthändelser i tre olika skolors skriftpraktiker. Mer specifikt beskrivs vilka skrifthändelser som ingår i årskurs 5 i en finlandssvensk skola och i en språkbadsskola, samt i skolår 5 i en sverigesvensk skola. Med utgångspunkt i att skrifthändelserna är didaktiskt valda beskrivs även eventuella likheter och skillnader i skolornas textmiljöer. Denna delstudie ingår i projektet Skrivkompetens (2014-) som är ett samarbete mellan Åbo Akademi, Vasa universitet och Stockholms universitet. Materialet består av fotografier tagna av ett av projektets forskningsbiträden. Utifrån en hermeneutisk forskningsansats analyseras materialet enligt ett eget skapat tolkningsmönster som baserar sig på analysmetoderna meningskategorisering och innehållsanalys. Det empiriska materialet är indelat i sex kategorier, som ytterligare är indelade i underkategorier beroende på skrifthändelsernas innehåll. Resultaten visar att det finns en bred variation gällande skrifthändelserna i skolorna och majoriteten av skrifthändelserna består av elevernas egna texter. Det finns även multimodala skrifthändelser, skrifthändelser på tavlan och väggarna, litterära skrifthändelser, digitala skrifthändelser, samt övriga skrifthändelser. Skolorna emellan varierar antalet skrifthändelser i de olika kategorierna och en del likheter och skillnader kan utläsas. I samtliga skolor är det svenska språket det mest förekommande språket och det finska språket förekommer inte alls i den sverigesvenska skolan. När eleverna skriver själva skriver de mest fritext där de själva får formulera texten. En tydlig skillnad som kan utläsas vid språkbadsskolan är att eleverna skriver betydligt mer på datorn än de två övriga skolorna, samt att webben inte används. Ytterligare en skillnad är att lärare skriver mer än eleverna på tavlan och väggarna vid den finlandssvenska skolan, medan eleverna skriver mer i de två övriga skolorna. Gällande litteraturen förekommer det mest läromedel i alla skolor och det förekommer mera skönlitteratur än facklitteratur vid språkbadsskolan och den sverigesvenska skolan. Vid den finlandssvenska skolan förekommer det däremot mer facklitteratur än skönlitteratur. Illustrationer förekommer mest bland de multimodala skrifthändelserna och majoriteten av alla multimodala skrifthändelser är färgglada.

Främjande av psykisk hälsa i skolan: Lärares definitioner, arbetssätt och upplevelser

Det övergripande syftet med min avhandling är att undersöka lärares syn på psykisk hälsa. Utgående från syftet har följande forskningsfrågor utarbetats: 1. Hur definierar lärare begreppet psykisk hälsa? 2. Hur arbetar lärare för att främja den psykiska hälsan hos elever? 3. Hur upplever lärare det främjande arbetet? Utgående från syftet valdes en fenomenografisk forskningsansats. Kvalitativa intervjuer användes som metod för att samla in datamaterialet. Respondenterna är fem lärare som är verksamma i årskurs 1–6. Undersökningens resultat visar att lärarna har en ganska homogen definition på vad psykisk hälsa är. Lärarna främjar elevernas psykiska hälsa genom olika främjande program, främjande av relationer mellan eleverna, genom att vara uppmärksamma och konsekventa som lärare, träning av social kompetens och ett gott samarbete mellan hemmet och skolan. Lärarna upplever det främjande arbetet som en viktig och utmanande och till viss del givande del av skolvardagen.

Online MBPeT dashboard : enabling performance testing as a service in the cloud

In this thesis, tool support is addressed for the combined disciplines of Model-based testing and performance testing. Model-based testing (MBT) utilizes abstract behavioral models to automate test generation, thus decreasing time and cost of test creation. MBT is a functional testing technique, thereby focusing on output, behavior, and functionality. Performance testing, however, is non-functional and is concerned with responsiveness and stability under various load conditions. MBPeT (Model-Based Performance evaluation Tool) is one such tool which utilizes probabilistic models, representing dynamic real-world user behavior patterns, to generate synthetic workload against a System Under Test and in turn carry out performance analysis based on key performance indicators (KPI). Developed at Åbo Akademi University, the MBPeT tool is currently comprised of a downloadable command-line based tool as well as a graphical user interface. The goal of this thesis project is two-fold: 1) to extend the existing MBPeT tool by deploying it as a web-based application, thereby removing the requirement of local installation, and 2) to design a user interface for this web application which will add new user interaction paradigms to the existing feature set of the tool. All phases of the MBPeT process will be realized via this single web deployment location including probabilistic model creation, test configurations, test session execution against a SUT with real-time monitoring of user configurable metric, and final test report generation and display. This web application (MBPeT Dashboard) is implemented with the Java programming language on top of the Vaadin framework for rich internet application development. The Vaadin framework handles the complicated web communications processes and front-end technologies, freeing developers to implement the business logic as well as the user interface in pure Java. A number of experiments are run in a case study environment to validate the functionality of the newly developed Dashboard application as well as the scalability of the solution implemented in handling multiple concurrent users. The results support a successful solution with regards to the functional and performance criteria defined, while improvements and optimizations are suggested to increase both of these factors.