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Matematica, Statistica e Bioinformatica
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.
Abilità 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 sottoinsiemi. Operazioni e relazioni fra insiemi. Principali insiemi numerici. Rapporti. Proporzioni. Percentuali. Potenze. Logaritmi. La notazione scientifica
- Variabili. Coordinate cartesiane. Il piano cartesiano. Dalla tabella al grafico. Proporzionalità diretta. Proporzionalità inversa. I vettori. Rappresentazione e calcolo vettoriale. Definizione, esistenza, caratteristiche e rappresentazione grafica delle funzioni elementari. Retta. Funzioni polinomiali. Funzioni fratte. Funzioni esponenziale e logaritmica. Funzioni trigonometrche.
- Definizione, principali teoremi ed operazioni sui limiti. Limiti delle funzioni elementari. Limiti notevoli. Progressioni. Serie. Serie aritmetica e serie geometrica.
- Definizione, significato geometrico, esistenza della funzione derivata. Derivate delle funzioni elementari. Principali teoremi ed operazioni sulle derivate. Elementi di calcolo integrale: definizione, significato geometrico, teorema fondamentale. Alcune primitive di funzioni elementari.
- Raccolta e presentazione dei dati. Principali indici di posizione e di dispersione nella statistica descrittiva. Tipi di variabili statistiche. Teoria della Misura. Precisione e accuratezza di un procedimento di misurazione. Errore casuale ed errore sistematico. Frequenze e intervalli di frequenza. Le rappresentazioni grafiche: i principali tipi di diagrammi e il loro utilizzo.
- 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
- Matematica di base - Seconda edizione. Autori: Anna Maria Bigatti, Lorenzo Robbiano. Zanichelli Editore
- Statistica di base. Autore: Moore D.S. Editore: APOGEO
- Elementi di Matematica. Autore: Marcellini P., Sbordone C. Editore: Liguori
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
ESAME IN PRESENZA NON DIGITALE: Si svolgerà tramite una prova orale atta ad accertare la conoscenza e la comprensione degli argomenti svolti attraverso domande di tipo teorico o esercizi.
ESAME DIGITALE (IN PRESENZA O ONLINE): consta di un test scritto composto da 31 domande a risposta multipla (una sola risposta corretta). Lo studente avrà possibilità di selezionare una sola opzione fra quelle prospettate. Ogni risposta corretta verrà valutata “1” punto. La 31ma domanda sarà funzionale al conseguimento della lode. Pertanto, lo studente che risponderà correttamente a 30 domande su 31, conseguirà la lode solo se avrà risposto correttamente anche alla 31ma domanda; mentre lo studente che risponderà correttamente a meno di 30 domande su 31, conseguirà la votazione corrispondente al numero delle risposte esatte e la 31ma domanda non sarà valutata ai fini del punteggio, anche se corretta. Questa modalità di esame si utilizzerà per gli appelli online previsti nelle sedi periferiche oppure in presenza digitale.
Propedeuticità
Non sono previste propedeuticità.
Prerequisiti
Per il proficuo raggiungimento degli obiettivi formativi del corso, è auspicabile che lo studente possieda alcune conoscenze pregresse relative ai primi elementi di Matematica Generale, in particolare riguardo al calcolo algebrico, alle funzioni elementari, alla risoluzione di equazioni e disequazioni, nonché ai principi base del ragionamento ipotetico-deduttivo, che costituiscono prerequisiti essenziali per la comprensione e l'applicazione consapevole dei contenuti trattati.
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 7 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 2 ore di DI per ciascun CFU.
Attività didattica erogativa (30 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 (24 ore):
Attività di autoapprendimento:
- test di autovalutazione con domande a scelta multipla, alla fine di ogni lezione
- Materiale di studio ed articoli scientifici inerenti ai i contenuti del corso sono disponibili in piattaforma per approfondimento degli argomenti trattati da parte degli studenti.
L'articolazione tra DE e DI, per ciascun modulo, sarà organizzata coerentemente con gli obiettivi formativi specifici dell’insegnamento.
Ricevimento studenti
FONDAMENTI DI MATEMATICA E STATISTICA:
Gli studenti sono ricevuti il Martedì e il Mercoledì, previo appuntamento in presenza in sede a Roma o online su Zoom. Il docente è contattabile online al seguente indirizzo mail:
- G. Molica Bisci: giovanni.molicabisci@uniroma5.it
