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Oggetto:
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Elementi di fisica, statistica e informatica

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Elements of physics, statistics, and informatics

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Anno accademico 2020/2021

Codice dell'attività didattica
VET0207
Docenti
Prof. Mario Giacobini (Responsabile)
Dott. Anna Vignati (Affidatario)
Dott. Ugo Ala (Affidatario)
Anno
1° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
Corso integrato
Crediti/Valenza
12
SSD dell'attività didattica
FIS/07 - fisica applicata (a beni culturali, ambientali, biologia e medicina)
INF/01 - informatica
MAT/06 - probabilita' e statistica matematica
Modalità di erogazione
Mista
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Scritto più orale obbligatorio
Prerequisiti

Matematica di base appresa nei corsi della Scuola Secondaria Superiore. Non sono necessarie nozioni di calcolo differenziale e/o integrale.

Basic knowledge of Mathematics at the level of High School courses. No notion of differential and integral calculus is required.
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Lo Studente al termine del Corso sapra' affrontare e risolvere problemi facendo uso del metodo scientifico e potra' gestire le problematiche analitiche inerenti. Tali competenze saranno utilizzate in gran parte dei Corsi successivi e, continuamente, nella pratica professionale oggetto degli studi.

MD Fisica applicata
Lo Studente dovrà acquisire una chiara conoscenza di come viene applicato il metodo scientifico attraverso le nozioni di base inerenti le grandezze fisiche ed i principi e le leggi fisiche. Il tutto è volto ad una ragionevole comprensione della fenomenologia fisica presente nelle materie che sono oggetto di studio nel corso di laurea.

MD Statistica applicata e MD Informatica
Lo Studente dovrà acquisire le nozioni fondamentali di statistica ed informatica necessarie alla gestione di dati e alla comprensione delle applicazioni statistiche nel campo della gestione zootecnica e faunistica. In particolare, le competenze relative alla gestione di dati saranno utili in successivi corsi di approfondimento sui principali sistemi informativi utilizzati nella pratica professionale.

The Student must acquire a detailed knowledge of the physical quantities and laws needed for a reasonable understanding of the physical phenomenology that will be used in the next Courses.

Applied Physics
The Student will acquire a detailed knowledge of the physical quantities and laws needed for a reasonable understanding of the physical phenomenology that will be used in the next Courses.

Applied Statistics and Informatics
The Student will acquire the fundamental notions of statistics and informatics useful to the management of data and to their statistical analysis in the field domestic and wildlife management. In particular, the competences on data management will be fundamental for the otional courses of the following years in the degree that analyze the main information systems used in the practice.

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Risultati dell'apprendimento attesi

MD di Fisica applicata

Conoscenza e capacità di comprensione. Lo studente dovrà conoscere le formule, le procedure di calcolo, la simbologia e le unità di misura necessarie per descrivere e quantificare un fenomeno fisico e da utilizzare nelle discipline oggetto del Corso di Studio e nell’ambito della professione.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Lo studente dovrà saper scegliere e applicare le formule, le tecniche e le procedure di calcolo appropriate per risolvere un problema/esercizio di Fisica e per utilizzarle nelle discipline oggetto del Corso di Studio e nell’ambito della professione.

Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà acquisire un buon grado di autonomia nell’impostare analiticamente la soluzione di un problema/esercizio e nel rappresentare graficamente il fenomeno/esercizio in analisi. Inoltre, lo Studente dovrà mostrare una buona capacità di discussione delle strategie adottate, utile per le discipline oggetto del Corso di Studio e per l’ambito professionale.

Abilità comunicative. Lo studente dovrà far uso della terminologia tecnico-scientifica specifica in modo adeguato, per poterla utilizzare nelle discipline oggetto del Corso di Studi e nell’ambito della professione.

Capacità di apprendimento. Le conoscenze e le competenze acquisite consentiranno allo studente di approfondire l’approccio analitico alla risoluzione di problemi e alla loro rappresentazione grafica, permettendogli di applicarli in autonomia nelle discipline oggetto del Corso di Studi e in diversi ambiti della pratica professionale. 

MD di Statistica applicata e MD di Informatica
Conoscenza e capacità di comprensione. Lo studente dovrà conoscere gli strumenti informatici necessari per gestire in modo logico e funzionale dati biologici. Una volta organizzati i dati, agli studenti verranno presentati gli strumenti metodologici che permettano loro di descrivere sia da un punto di vista grafico che statistico il campione rappresentato da tali dati. Lo studente dovrà quindi apprendere le nozioni di base di statistica  inferenziale, avere padronanza del concetto di ipotesi, distribuzione e di inferenza.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Lo studente dovrà essere in grado di utilizzare sistemi di gestione di basi di dati piatte e relazionali. Nell'uso di fogli elettronici, lo studente dovrà saper utilizzare funzioni grafiche, logiche, matematiche e statistiche per la descrizione di dati. Lo studente dovrà essere in grado di descrivere il quadro statistico delineato dallo studio in esame, scegliendo e applicando il test statistico più adatto per l'analisi statistica inferenziale scelta.
Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà acquisire un buon grado di autonomia nel discriminare quali paradigmi di oganizzazione di dati e gli strumenti grafici e di statistica descrittiva siano più adatti alla situazione in analisi. Lo studente dovrà quindi acquisire un buon grado di autonomia nel delineare il disegno sperimentale più adatto a studiare il fenomeno sotto investigazione. Una volta eseguita l'analisi statistica dei dati, lo studente dovrà mostrare una buona capacità di discussione dei risultati ottenuti.
Abilità comunicative.Lo studente dovrà essere in grado di utilizzare la terminologia tecnico-scientifica specifica in modo adeguato.
Capacità di apprendimento. Le conoscenze acquisite offrono  le basi per  un successivo approfondimento degli strumenti di organizzazione e gestione di basi di dati che potranno risultare utili in diversi ambiti della pratica professionale. Inoltre le conoscenze acquisite offrono  le basi per  affrontare in modo indipendente analisi statistiche inferenziali e per un successivo approfondimento dei modelli statistici.

Applied Physics

Knowledge and understanding. The student should know the formulas, the calculation procedures, the symbology and the units of measurement necessary to describe and quantify a physical phenomenon and to be used in the next Courses of the Corso di Studi and within the professional practice.

Applying knowledge and understanding. The student should be able to choose and apply the appropriate formulas, techniques and calculation procedures to solve a problem/exercise in Physics and to use them in the next Courses of the Corso di Studi and within the professional practice.

Making judgments. The student should gain a good autonomy in adopting an analytical approach to solve a problem/exercise and in graphically representing the phenomenon/exercise under investigation. Furthermore, the student should demonstrate a good confidence in discussing the chosen strategies, useful in the next Courses of the Corso di Studi and within the professional practice.

Communication skills. The student should make use of specific technical-scientific terminology in a proper way, in order to be familiar with such terminology in the next Courses of the Corso di Studi and within the professional practice.

Learning ability. The acquired knowledge and skills will make the students familiar with the analytical approach to problem solving and graphic representation, allowing them to exploit it in the next Courses of the Corso di Studi and within the professional practice.

Applied Statistics and Informatics
Knowledge and understanding. Students must know IT tools useful to manage in a logical and functional way biological data. Once organized the data, students will see the main methodological approaches to describe, both graphically and statistically, the sample represented by those data. Then, students must learn basic notions of inferential statistics, and master the concepts of hypothesis, distribution, and inference.
Applying knowledge and understanding.Students must be able to use management systems for flat and relational databases. When using spreadsheets, students must be able to use graphical, logical, mathematical, and statistical functions to describe a sample of data. Students must be able to draw the statistical framework useful to study the phenomenon under investigation, by choosing and applying the statistical test more adequate for the selected statistical analysis.
Making judgments. Students must gain a good authonomy in discriminating which paradigms of data organization and which graphical tools and descriptive statistics are more suitable to describe the phenomenon under investigation. Students must gain a good confidence in selecting the experimental design more suitable to study the phenomenon under investigation. Once conducted the statistical analysis of the data collected, students must show a good autonomy in discussing the obtained results.
Communication skills. Students must be able to correctly use the specific scientific and technological terminology.
Learning skills. The acquired knowledge offers the basis for a future learning of database management systems that will result useful in different areas of professional practice, as the management of a veterinary clinic or the use of datbases in public health. Morevoer, the acquired knowledge offers the basis to independently analyse data and for a future learning of statistical models.

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Modalità di insegnamento

N.B. A causa della grave emergenza sanitaria in atto ed in ottemperanza alle misure di contenimento della diffusione dell’infezione da Coronavirus, in deroga rispetto a quanto in precedenza riportato nella presente scheda, l’insegnamento verrà erogato secondo modalità di didattica alternativa utilizzando la piattaforma Moodle, con una pagina per il MD Informatica e il MD Statistica Applicata e una pagina per il MD Fisica Applicata. I link alle diverse pagine Moodle sono reperibili al fondo della pagina dei relativi moduli. Le istruzioni per l’utilizzo della piattaforma sono disponibili ed accessibili sul sito di Unito.

Le misure introdotte sono applicate in via transitoria sino alla cessazione della situazione emergenziale legata a COVID 19

Lezioni frontali (24 ore per il MD Fisica Applicata e 26 ore per i MD Informatica e Statistica Applicata) integrate da attività esercitative collettive in aula (6 ore per il MD Fisica Applicata) e a gruppi (20 ore per i MD Informatica e Statistica Applicata) in aula informatica.

Traditional frontal lessons (24 hours for MD Applied Physics and 26 hours for MD Informatics and Applied Statistics) integrated by collective practical works (6 hours for MD Applied Physics) in the classroom and by groups of students (20 hours for MD Informatics and Applied Statistics) in labs.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

MODALITA' PROVVISORIE DURANTE L'EMERGENZA SANITARIA

L’esame del corso integrato di Elementi di Fisica, Statistica e Informatica prevede una prova scritta per il MD di Fisica Applicata seguita da un colloquio orale sul programma dei MD Statistica Applicata e Informatica.

A causa della grave emergenza sanitaria in atto ed in ottemperanza alle misure di contenimento della diffusione dell’infezione da Coronavirus, tutte le prove dei diversi MD (esoneri, prove scritte e colloqui) saranno svolte a distanza utilizzando la piattaforma Webex.

Anche per l'espletamento delle procedure di esame finale sarà utilizzata la piattaforma Webex. Le istruzioni per l’utilizzo della piattaforma sono disponibili ed accessibili sul sito di Unito. Le misure introdotte sono applicate in via transitoria sino alla cessazione della situazione emergenziale legata a COVID 19

L'esame verte sugli argomenti oggetto delle lezioni e si articola in due parti.

MD Fisica applicata: prova scritta, consistente in esercizi da svolgere per esteso. Ogni esercizio prevede 2 domande da 4 punti ciascuna, per un massimo di 32 punti totalizzabili. 

MD Statistica applicata e MD Informatica: colloquio orale sul materiale trattato, accompagnato da verifica delle capacità di inserimento ed elaborazione dati. Tale verifica consiste nello svolgimento di un esercizio simile a quelli svolti nelle esercitazioni mediante i software visti durante i laboratori informatici.

Le votazioni delle due parti concorreranno in modo proporzionale ai relativi CFU al voto finale. Una volta superata una delle due prove, lo/a studente/ssa ha un anno solare di tempo per completare l'esame superando la restante prova.

Durante il corso è prevista la possibilità di sostenere una prova in itinere relativa al MD Fisica e due esoneri per i MD Informatica e MD Statistica Applicata. Il  superamento di ogni prova esonera gli argomenti oggetto della prova stessa dall'esame scritto (MD Fisica Applicata) o durante il colloquio orale (MD Statistica e MD Informatica). Le votazioni in trentesimi ottenute nelle diverse prove concorrono alla valutazione finale in modo ponderato secondo i crediti relativi ai diversi programmi.

L'esonero di Informatica consiste in una prova pratica in aula informatica in cui lo studente deve risolvere esercizi pratici dimostrando le competenze acquisite nell'organizzazione di dati e nella loro descrizione mediante strumenti grafici e statistici.

L'esonero di Statistica Applicata consiste in  colloquio orale sul programma trattato nel MD, accompagnato da verifica delle capacità di interrogazione di basi di dati realzionali e di elaborazione statistica di dati con i software visti durante i laboratori informatici.

PROVISIONAL RULES DURING THE HEALTH EMERGENCY

The exam of the integrated course includes a written test for the MD of Applied Physics followed by an oral interview on the MD of Statistica and Informatica.

Due to the health emergency in progress and in compliance with the measures to contain the spread of the Coronavirus infection, the Physics written test will be carried out remotely using the Webex platform.

The Webex platform will also be used for the completion of the final exam procedures. The instructions for using the platform are available and accessible on the Unito website. The measures introduced are applied on a transitional basis until the emergency situation linked to COVID 19 ends

The evaluations on the topics covered during the lectures and the practical works is composed by two parts.

Applied Physics:written exam, consisting in 4 exercises to be solved. Two questions for each exercise are required, each question count 4 points for a total of 32 points.

Applied Statistics and Informatics: practical test followed by an oral discussion. The practical test consists in the solution at the computer of a problem involving the management and the statistical analysis of data similar to those seen during the practical sessions. The discussion with the examiners of the proposed solution will be integrated by questions on other topics of the program in order to verify the acquisition of all the required competences.

The evaluation consist in a mark over 30 points that averages the partial marks of the two examinations  proportionally to the modules' credits. Once the student has successfully passed the first part of the exam, he/she has one calendar year to complete the exam with the other part.

During the semester two ongoing practical tests are scheduled on the first part of Applied Physics, and on the program of Informatics. If passed with a sufficient mark, the ongoing practical tests exonerate from the parts covered at the final examinations.

The ongoing practical test on Informatics exectuted in the computer lab consists in the solution of exercizede on the management of data using flat and relational databases, and the graphical and statistical description of some data extracted from the databases.

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Attività di supporto

E' prevista un'attività di tutorato disciplinare: 40 ore per il MD Fisica Applicata e 40 ore per i MD Statistica Applicata e Informatica.

The students will be supported with 40 hours of mentoring for the MD Applied Physics, and 40 hours for the MD Applied Statistics and Informatics

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Programma

MD Fisica applicata
Metodo scientifico e grandezze fisiche. Analisi dimensionale e cifre significative. Calcolo Vettoriale e grandezze scalari. Cinematica. Dinamica. Lavoro ed energia. Leggi di conservazione. Momento angolare e momenti di una forza. Fluidodinamica. Termodinamica. Fenomeni molecolari. Diffusione e osmosi. Cenni di elettromagnetismo.

MD Statistica applicata e MD Informatica
Introduzione alla statistica e all'informatica: ambiti e breve storia delle due discipline, dati e variabili, elaborazione di dati mediante sistemi informatici e informativi.
Creazione e utilizzo di basi di dati: organizzazione logica di dati, basi di dati piatte e loro implementazione e interrogazione mediante fogli elettronici, creazione e interrogazione di basi di dati relazionali.
Statistica descrittiva: campioni e popolazioni, rappresentazione grafica di dati, indici di posizione (media, moda e mediana) e dispersione (range, varianza, deviazione standard, percentili), forme di una distribuzione, distribuzione normale, asimmetria.
Cenni di probabilità: eventi e probabilità, probabilità di eventi indipendenti e di eventi mutualmente esclusivi, distribuzioni di probabilità.
Statistica inferenziale: teorema del limite centrale e test a confutazione di ipotesi,  errore standard, intervalli di confidenza, disegni sperimentali, metodi di campionamento, test per differenze tra medie di due gruppi indipendenti (t-test, Wilcoxon) e dipendenti (t-test e Wilcoxon per dati appaiati),  test per differenze tra medie di più di due gruppi (analisi della varianza ad un fattore, test ANOVA), correlazione di Pearson e Sperman.
Esercitazioni
Tutti gli argomenti trattati durante le lezioni teoriche saranno integrati da esempi e affiancati da esercitazioni in aula informatica. Le basi di dati piatte e relazionali saranno gestite mediante MS Excel e Access, mentre per l'analisi statistica sarà utilizzato il software  R con interfaccia grafica RCommander.

Applied Physics
Scientific method and physical quantities. Vectors and scalars. Kinematics. Newton Law and Dynamics. Energy. Conservation laws. Angular momentum and torques. Fluidodynamics. Thermodynamics. Molecular phenomena. Diffusion and Osmosis. Basic notion of electromagnetism.

Applied Statistics and Informatics
Introduction to statistics and informatics: definition of the disciplines, brief historical sketch, data and varfiables, data elabvoration by means of informatic and information systems.

Design and use of databases: logical organization of data, flat and relational databases, data retrival from databeses.

Notion of descriptive statistics: samples and populations, graphical representation of data, measures of central tendency (mean, median, mode) and of dispersion (range, variance, standard deviation, percentiles), shapes of distributions of data, normal distribution, asimmetry measures.

First notions in probability: events and probability, probabilities of independent and mutually exclusive events, probability distributions.
Inferential statistics: central limit theorem and statistical hypothesis testing, standard error, confidence intervals, experimental design, sampling methods, tests for two paired and unpaired samples (t-test and Wilcoxon), tests for more than two samples (one factor analysis of variance, ANOVA test), Pearson and Sperman correlation tests.
Practical works
All topics seen during the lectures will be integrated by examples and completed by practical works in the computer labs. Flat and relational databases will be managed with MS Excel and Access, while statistical analyses will be performed using the R software with its graphical interface RCommander.

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Testi consigliati e bibliografia

Materiale didattico di riferimento

Mudulo di Fisica Applicata:

  • J.S.Walker, Fondamenti di Fisica, Pearson (V ed.)
  • Dispense e materiale didattico pubblicati sulla pagina web del corso
  • Slide del corso di Fisica relative al progetto START@UniTO

Moduli di Informatica e di Statistica Applicata:

  • G. Norman, D. Streiner, Biostatistica - tutto quello che avreste voluto sapere, 2° edizione, Casa Editrice Ambrosiana
  • Dispense e materiale didattico pubblicati sulla pagina web del corso

 

Materiale didattico per ulteriori approfondimenti

Mudulo di Fisica Applicata:

  • D. Giancoli, Fisica, CEA (II ed.)
  • A. Giambattista, Fisica generale, McGraw-Hill (II ed.)
  • D. Scannicchio, Fisica biomedica, Edises (III ed.)
  • R.Serway J.Jewett, Principi di Fisica, EdiSES (V ed.)

Moduli di Informatica e di Statistica Applicata:

  • A. Petrie, P. Watson, Statistics for Veterinary and Animal Science, Wiley Blackwell
  • M. Klaps, W. Lamberson, Biostatistics for animal science, CABI
  • S. A. Glantz, Statistica  per discipline biomediche, 6° edizione, Ed. McGraw-Hill Companies
  • Avalle U., Carmagnola F., Cena F., Console L., Ribaudo M. Introduzione all'informatica, UTET Libreria
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Note

Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso. In ogni caso è assicurata la modalità a distanza per tutto l'anno accademico.

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Moduli didattici

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Ultimo aggiornamento: 26/02/2021 11:35