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Matematica, Statistica e Bioinformatica

Settore scientifico disciplinare	Numero crediti formativi (CFU)
MAT/06-INF/01	12

INFORMAZIONI GENERALI

 

Obiettivi Formativi

Il corso fornisce allo studente conoscenze di base di matematica, statistica ed elementi di bioinformatica. Per la parte di matematica lo studente svilupperà le capacità di comprendere gli aspetti essenziali del ragionamento matematico e della metodologia matematica. Lo studente affronterà i concetti base della teoria delle funzioni regolari e sarà introdotto al calcolo differenziale ed integrale. Completano la formazione la formazione l’acquisizione dei fondamenti della statistica descrittiva e l’introduzione al calcolo delle probabilità.

Per l’ambito bioinformatico, il corso si propone di fornire allo studente conoscenze di base per lo studio dei problemi biologici che vanno dall’ambito molecolare fino a quello in cui l’organismo è considerato in tutta la sua interezza.

Lo studente acquisirà la capacità di operare al personal computer con le comuni applicazioni e la conoscenza essenziale della tecnologia dell’informazione. La formazione sarà completata dalla presentazione dei principali tools utili nel settore della biologia compresi i fondamentali applicativi GIS.

 

Risultati di apprendimento attesi

 

Conoscenza e capacità di comprensione

Lo studente dovrà avere acquisito la conoscenza e capacità di comprensione:

• degli aspetti essenziali del calcolo e dell’algebra;
• i principi del calcolo differenziale ed integrale;
• i concetti base dell’ICT (Information and Communication Techonology) e della navigazione in rete;
• gli aspetti fondamentali per l’elaborazione di testi, articoli scientifici e presentazioni;
• la realizzazione e gestione di fogli di calcolo;
• la gestione di una banca dati;
• la conoscenza di base dei principali applicativi utili nel settore della biologia;
• gli strumenti fondamentali della biostatistica.

 

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente dovrà sviluppare la capacità di applicare le conoscenze acquisite con particolare riferimento:

• all’applicazione dei principi di matematica per la risoluzione dei problemi tipici del settore;
• all’applicazione dei concetti base di statistica per la valutazione della ricerca e l’analisi dei problemi tipici della biologia;
• all’utilizzo degli strumenti informatici per le ricerche, la preparazione di testi, di fogli di calcolo, di presentazioni, di gestione di banche dati;
• all’utilizzo degli strumenti della bioinformatica per la risoluzione dei problemi.

 

Autonomia di giudizio

Lo studente dovrà aver acquisito capacità di giudizio critico nell’applicazione delle conoscenze acquisite nei vari ambiti della biologia. In particolare, dovrà orientarsi correttamente nell’applicazione dei principi fondamentali per la risoluzione dei problemi individuando adeguatamente le strategie di lavoro.

 

Abilità di comunicare

Lo studente svilupperà con l’aiuto dei docenti la capacità di sintesi e correlazione tra i vari argomenti, utilizzando un linguaggio scientifico appropriato ai fini di una comunicazione puntuale e rigorosa anche con altri specialisti.

 

Capacità di apprendimento

Lo studente dovrà aver acquisito le basi per mantenere una capacità di apprendimento adeguata all’approfondimento e aggiornamento continuo delle proprie competenze in particolare per quanto riguarda la scelta delle statistiche opportune alla descrizione di particolari fenomeni oggetto di studio e l’aggiornamento continuo dei tools utili per il suo lavoro.

Lo studente acquisirà le competenze e conoscenze per comunicare in maniera efficace attraverso strumenti digitali.

 

 

PROGRAMMA DEL CORSO

Modulo I – Matematica e statistica

• Insiemi e funzioni. Insiemi infiniti. Gli insiemi: N, Z, Q, R, C;
• Principi di induzione Successioni e serie numeriche. Modelli discreti;
• Limiti. Funzioni continue. Derivate;
• Integrazione. Applicazioni del calcolo differenziale e integrale;
• Modelli continui;
• Statistica descrittiva. I dati statistici. Indici statistici;
• Introduzione al calcolo delle probabilità. Definizioni, concetti, primi teoremi.

 

Modulo II – Informatica

• Fondamenti del computer: hardware, software, reti e sicurezza, uso del computer: gestione dei file e delle cartelle;
• Navigazione in rete: ricerca delle informazioni, comunicazione online e uso della posta elettronica;
• Documenti e fogli elettronici e di calcolo;
• Gestione di basi di dati: preparazione di Data Base, sviluppo di formule standard e funzioni, creazione e formattazione di grafici o tabelle, utilizzo di applicazioni;
• Realizzazione presentazioni. Creare, formattare, modificare e preparare presentazioni professionali. Strumenti avanzati per una comunicazione efficace.

 

Modulo III – Bioinformatica

• Biologia Computazionale: gli aspetti quantitativi dell'indagine molecolare e lo studio del rapporto fra sequenza/struttura e funzione delle macromolecole biologiche;
• Metodi di caratterizzazione funzionale di acidi nucleici e proteine basati sulla loro sequenza;
• Principali algoritmi e strumenti per analisi e confronto di sequenze di acidi nucleici e proteine;
• Banche dati di sequenze di acidi nucleici e proteine;
• Struttura e classificazione delle banche dati;
• Sistemi informatici per la consultazione delle banche dati, formulazione della query ed utilizzo degli operatori booleani;
• Struttura e consultazione di banche dati;
• Metodi di allineamento e ricerca di biosequenze in banche dati;
• Matrici di sostituzione. Allineamenti multipli e profili. Alberi filogenetici;
• Motivi funzionali. Ricerca di elementi funzionali in sequenze. Annotazione funzionale di geni e genomi Classificazione, confronto e predizione di strutture secondarie e terziarie delle proteine;
• Metodi computazionali per la predizione e lo studio delle interazioni molecolari. Reti di interazioni proteiche.

 

 

Testi consigliati

Il docente stabilisce la necessità di integrare il materiale fornito (videolezioni, slides, esercitazioni) con i seguenti testi, cui il docente può fare riferimento durante le lezioni:

 

Modulo I

• Marcellini, Sbordone, Elementi di Calcolo, Liguori Editore.
• Naldi G., Pareschi L., Aletti G., Calcolo differenziale e algebra lineare, McGraw-Hill.
• Walter Dambrosio, Analisi matematica. Fare e comprendere. Con elementi di probabilità e statistica, Zanichelli
• Silvia Annaratone, Matematica sul campo, Pearson, 2017
• Invernizzi, Rinaldi, Comoglio, MODULI DI MATEMATICA E STATISTICA con l’uso di R - Seconda edizione, Zanichelli

 

Modulo II

- Paolo Camagni, Algoritmi e basi della programmazione, Hoepli

- J. Glenn Brookeshear, “Informatica Una Panoramica Generale”, Pearson/Addison Wesley

 

Modulo III

• Helmer Citterich M, Ferrè F, Pavesi G, Romualdi C, Pesole G, Fondamenti di Bioinformatica, Zanichelli, Bologna, 2018
• Pascarella S, Paiardini A, Bioinformatica. Dalla sequenza alla struttura delle proteine, Zanichelli, Bologna,2010
• Krane DE, Raymer ML, Fondamenti di Bioinformatica, Pearson Italia, Milano, Torino, 2007Tramontano A, Bioinformatica, Zanichelli, Bologna, 2002

 

 

MODALITÀ DI ESAME, PREREQUISITI, ESAMI PROPEDEUTICI

 

Modalità di accertamento dei risultati di apprendimento acquisiti dallo studente

L'acquisizione dei risultati di apprendimento previsti viene accertata attraverso la verifica del completamento delle attività di autovalutazione presenti alla fine di ogni sezione dell'insegnamento e attraverso la prova di esame.

I test di autovalutazione permettono allo studente di monitorare la propria comprensione degli argomenti somministrati e, nel caso ci siano delle difficoltà, di attivarsi per colmare le lacune o chiedere ulteriori spiegazioni al docente tramite incontri di didattica interattiva.

Tutti i contenuti trattati nell’ambito dell’insegnamento costituiscono oggetto di valutazione.

La valutazione delle competenze acquisite dallo studente avverrà attraverso un colloquio orale o in forma scritta nelle date d’appello previste dall’Ateneo e pubblicate in piattaforma.

La valutazione prevede l’identificazione del raggiungimento degli obiettivi previsti ed in particolare per ogni argomento saranno valutati:

-          il grado di acquisizione della conoscenza degli argomenti trattati (50% del punteggio)

-          la capacità di sintesi e correlazione tra i vari argomenti oltre a una corretta terminologia (25% del punteggio)

-          la comprensione e la capacità di interpretazione dei meccanismi e fenomeni fisiologici (25% del punteggio).

 

Modalità di esame

La valutazione finale avverrà nelle date d’appello previste dall’Ateneo e pubblicate in piattaforma, in modalità scritta online, scritta strutturata in presenza e/o orale.

 

Prova scritta strutturata:

-15/30 domande (scelta multipla, vero o falso con o senza risposta motivata)

-ad ogni domanda viene assegnato un punteggio massimo di 1

-ad ogni risposta non data o errata viene assegnato un valore di 0

-ad ogni risposta imprecisa (descrizione incompleta di schede/mappe mute) viene assegnato un valore parziale (0.25 oppure 0.50 a seconda del livello di completezza)

 

Prova orale: colloquio della durata di circa 20 minuti per studente.

 

Propedeuticità

Non sono previste propedeuticità.

 

Prerequisiti

È richiesta, per la comprensione del corso, la conoscenza delle basi di geometria elementare (inclusa geometria analitica), trigonometria, logaritmi, algebra elementare.

 

 

ORGANIZZAZIONE DIDATTICA

 

Modalità di erogazione del corso:

Il corso si articola in 3 moduli. Sono comprese videolezioni e attività di didattica interattiva.

I contenuti delle videolezioni sono parte integrante del programma d’esame, ma per numerosi argomenti sono necessari ulteriori approfondimenti ed è raccomandata la consultazione dei libri di testo indicati dai docenti.

 

Attività didattiche previste

Le attività di didattica, suddivise tra didattica erogativa (DE) e didattica interattiva (DI), saranno costituite da 6 ore per CFU e ripartite secondo una struttura di almeno 2,5 ore di DE (5 ore, tenuta in considerazione la necessità di riascolto) e di 1 ora di DI per ciascun CFU.

 

Attività didattica erogativa (60 ore):

• 60 lezioni frontali, videoregistrate, della durata di circa 30 minuti ciascuna, sempre disponibili in piattaforma didattica (ogni videolezione corrisponde a 1 ora di didattica erogativa considerando la necessità di riascolto).

 

Attività didattica interattiva (12 ore):

• Glossario: contiene la descrizione dei termini scientifici che gli studenti troveranno nel corso delle videolezioni. Gli studenti possono partecipare attivamente ad ampliare la quantità di termini specialistici contenuti in questo glossario, inserendo i termini scientifici incontrati nel corso delle video-lezioni. I termini scientifici inseriti da ciascun studente saranno sottoposti a valutazione da parte del docente, il quale, nel corso dell'esame, terrà conto dell'operato degli studenti partecipanti.
• Forum di approfondimento tematici: ha lo scopo di approfondire gli argomenti del corso che risultano di difficile comprensione per gli studenti o che interessano maggiormente. Si tratta di uno strumento che dà a ciascun studente la possibilità di aggiungere un argomento di discussione che verrà successivamente approfondiremo insieme al docente.
• Su richiesta degli studenti e dopo un sondaggio sulle preferenze, si organizzano incontri interattivi periodici in videoconferenza in date e orari concordati e su tematiche specifiche del programma per gli studenti che preparano l’esame.

 

Attività di autoapprendimento:

• test di autovalutazione con domande a scelta multipla, alla fine di ogni lezione

 

L'articolazione tra DE e DI, per ciascun modulo, sarà organizzata coerentemente con gli obiettivi formativi specifici dell’insegnamento.

 

Ricevimento studenti       

I docenti all’inizio dell’anno accademico propongono un incontro online con tutti gli studenti del primo anno per presentare il corso, discutere il focus delle lezioni e gli obiettivi del programma e rispondere alle domande sull’organizzazione del corso. L’incontro è aperto anche agli studenti del secondo anno.

I docenti sono sempre reperibili via e-mail e altri contatti messi a disposizione tramite la piattaforma didattica oltre che tramite il forum nella sezione "Comunica col docente" presente anch’essa in piattaforma didattica.