Statistica – corso introduttivo
Progetto
Introduzione alla Analisi Statistica dei Dati e alla Progettazione degli Esperimenti
Responsabili del progetto
Prof. Patrizia Facchini, Prof. Renzo Traversini (esperto esterno)
Descrizione del progetto
Il progetto si propone di fornire agli studenti la formazione di base a:
- la professione di analista dei dati (data scientist), trasmettendo agli studenti competenze e strumenti concreti che sono parte integrante del profilo della figura professionale;
- la progettazione di esperimenti scientifici e la relativa analisi dei dati raccolti e sintesi delle informazioni prodotte.
Il progetto è rivolto a studenti delle classi terza e quarta e, a seguire nel successivo anno scolastico, alla classe quinta del Liceo Scientifico che può impiegare i metodi studiati nella analisi dei dati di esperienza del laboratorio di Fisica. Il progetto si collega direttamente
- ai contenuti di Statistica del programma di Matematica delle classi terza, quarta e quinta;
- al programma di Fisica del triennio, per lo svolgimento degli esempi relativi alla progettazione degli esperimenti. Gli argomenti e i concetti trattati possono essere rilevanti anche per il corso di Scienze.
Obiettivi
- Comprendere le basi della analisi statistica dei dati attraverso attività pratiche che conducono alla realizzazione di prodotti finali concreti
- Apprendere i concetti base e le metodologie fondamentali inerenti la professione di data scientist
- Svolgere una prima esperienza d’uso di strumenti software statistici professionali
- Apprendere la metodologia di progettazione, esecuzione ed analisi degli esperimenti in ambito scientifico e industriale
- Approfondire alcuni aspetti specifici del programma di fisica, inerenti gli esperimenti che saranno parte del progetto
- Apprendere gli schemi fondamentali di comunicazione delle attività svolte e esercitarsi nella produzione di rapporti tecnici dettagliati
Programma di massima
- Prima parte – Analisi Statistica dei Dati
- Introduzione alla raccolta e alla analisi statistica dei dati
- Introduzione al software statistico e al suo impiego
- Realizzazione di un caso di studio basato sulla realizzazione di un esperimento, raccolta dei dati e relativa analisi (L’esperimento scelto nella precedente edizione era la misura della lunghezza d’onda di due sorgenti laser mediante studio della figura di diffrazione)
- Seconda parte – Progettazione degli Esperimenti
- Introduzione alla metodologia di progettazione degli esperimenti
- Realizzazione di alcuni casi pratici di progettazione e analisi di un esperimento di fisica
Il programma prevede l’impiego di software per la analisi dei dati e per la redazione delle relazioni delle attività che gli studenti dovranno svolgere, in particolare Excel e le relative funzionalità di analisi dei dati, oltre ad altri strumenti software che dovessero risultare idonei a disponibili, quali ad esempio il software SAS.
| Attività | Titolo | Contenuto | ore | Risorse |
| Lezione 1 | Introduzione alla attività; set up delle sessione software | Presentazione sintetica del percorso ed esempi (dataset 1, vedi nota) | 1 | Lab. Informatica / Aula / Dad |
| Lezione 2 | Caricamento di un dataset | Esempio di dataset (dataset 2) e suo caricamento ell’ambiente di lavoro | 1 | Lab. Informatica / Aula / Dad |
| Lezione 3 | Descrizione di un dataset | Come si descrive un dataset in relazione ai contenuti del corso di statistica; Esempio di dataset 3 (vedi nota) e suo caricamento | 2 | Lab. Informatica / Aula / Dad |
| Esercitazione 1 | Descrizione di un dataset | Produzione di un documento descrittivo (doc, ppt) dei dataset 1, 2, 3 | 2 | (lavoro a casa) |
| Lezione 4 | Analisi della relazione tra variabili | Analisi delle variabili del dataset 3, misura del coefficiente di correlazione | 2 | Lab. Informatica / Aula / Dad |
| Esercitazione 2 | Analisi della relazione tra variabili | Produzione di un ulteriore documento descrittivo (doc, ppt) del dataset 3 | 2 | (lavoro a casa) |
| Lezione 5 | Regressione lineare | Ripresa del concetto di modello di regressione lineare, estensione alla validazione del modello | 2 | Lab. Informatica / Aula / Dad |
| Esercitazione 3 | Regressione lineare | Esecuzione di esercizi di regressione (dataset 1 e 2) e produzione di un documento riassuntivo | 2 | (lavoro a casa) |
| Lezione 6 | Progettazione della esperienza di laboratorio | Simulazione di un esperimento (esperimento 1) e della sua progettazione | 1 | Lab. Informatica / Aula / Dad |
| Lezione 7 | Esperienza di laboratorio | Esecuzione dell’esperimento 1 – raccolta dei dati, costruzione del dataset e prima analisi | 2 | Lab. Fisica / Dad |
| Esercitazione 4 | Analisi dell’esperienza di laboratorio | Produzione di un documento descrittivo dell’esperimento 1, del relativo dataset e della regressione con analisi della sua validità | 2 | (lavoro a casa) |
| Lezione 8 | Presentazione della analisi dell’esperimento | Presentazione, da parte dei gruppi di studenti, dei dati raccolti, della analisi dei dati, dei risultati e del confronto con i dati di riferimento | 2 | Lab. Informatica / Aula / Dad |
| Lezione 9 | Introduzione alla programmazione statistica | Come costruire un programma di elaborazione dati specifico – simulazione dell’errore di misura dell’esperimento 1 tramite numeri casuali | 2 | Lab. Informatica / Aula / Dad |
| Lezione 10 | Ricapitolazione del percorso e feedback | Descrivere l’attività svolta, dare riscontro della efficacia del lavoro e della esperienza vissuta | 1 | Lab. Informatica / Aula / Dad |
| totale ore di lezione | 16 | Lab. Informatica, Fisica / Aula / Dad | ||
| totale ore di esercitazione (lavoro individuale o di gruppo degli studenti) | 8 | (lavoro a casa) | ||
| TOTALE ORE | 24 |
Impegno previsto
L’impegno previsto per lo svolgimento del progetto è il seguente:
- 16 ore di lezione in aula informatica / laboratorio di fisica
- 8 ore di lavoro a casa
per un totale di ore 24.