Browsing by Title

Tässä tutkimuksessa perehdytään lukion maantieteen opetuksen sähköistämiseen niin yhteiskunnan digitaalisen murroskauden kuin myös ainetta opettavien opettajien kautta. Lukion maantieteen opettajien asema tutkimuksessa on keskeinen, koska heidän vastuullaan on opetussuunnitelman mukaisesti toteuttaa opetusta nykypäivän vaatimusten mukaan. Sähköistäminen on tapahtunut vauhdilla eivätkä opetusmenetelmät ole pysyneet mukana. Nuoret käyttävät usein sähköisiä välineitä paremmin kuin opettajansa. Ero kasvaa, kun opetetaan vanhoilla menetelmillä ja välineillä arjessaan uutta teknologiaa käyttäviä nuoria. Arjen ja tulevaisuuden vaatimukset tulisi saada kunnolla osaksi kouluopetusta. Viimeistään ylioppilaskirjoitusten sähköistäminen syksyllä 2016 herättää siihen, että sähköisiä opetusmenetelmiä ja -välineitä tulisi käyttää jo nyt. Mutta mikä tilanne on nyt ja miten opettajat asiaan suhtautuvat? Tässä tutkimuksessa selvitettiin sähköisen kyselytutkimuksen avulla eri puolella Suomea työskentelevien lukion maantieteen opettajien (n = 96) käyttämiä sähköisiä opetusmenetelmiä ja -välineitä sekä asenteita koko sähköistämistapahtumaan. Kolmantena tutkimuskysymyksenä toimi opetuksen sähköistymisen tulevaisuuden kehitys. Kyselyä täydensi kolmen asiantuntijan haastattelut aihepiiristä. Kyselyn tulokset analysoitiin ja esitettiin tilastokuvioina aina laitekäytettävyydestä oman tietoteknologiseen osaamisen arviointiin. Tulosten analysoinnin yleisenä linjana paljastui lukion maantieteen opettajien myönteinen asenne muutoksia kohtaan teoriassa, mutta uusien menetelmien ja välineiden ottaminen konkreettisesti mukaan opetukseen ei ollut ajan tasalla. Koulutuksen ja ajan puute, vähäiset resurssit ja osaamattomuus nousivat suurimmiksi kompastuskiviksi. Tutkimuksen mukaan opettajat kokivat, että ylioppilaskirjoitusten sähköistäminen tapahtuu liian nopeasti eikä koettu, että siitä olisi tiedotettu tarpeeksi. Perusohjelmat ja sähköiset opetusvälineet olivat käytössä yleisesti, mutta esimerkiksi tilastollisia menetelmiä ja paikkatieto-ohjelmia ei hyödynnetty vielä kaikkialla Suomessa. Tuloksista nousee esiin kysymys sähköisten ylioppilaskirjoitusten ajoituksesta ja siitä, miten maantieteen opetuksen käytännön puoli saataisiin mukaan päättäjätason edellyttämän kehityksen mukaiseksi.

Speech is the most common form of human communication. An understanding of the speech production mechanism and the perception of speech is therefore an important topic when studying human communication. This understanding is also of great importance both in medical treatment regarding a patient's voice and in human-computer interaction via speech. In this thesis we will present a model for digital speech called the source-filter model. In this model speech is represented with two independent components, the glottal excitation signal and the vocal tract filter. The glottal excitation signal models the airflow created at the vocal folds, which works as the source for the created speech sound. The vocal tract filter describes how the airflow is filtered as it travels through the vocal tract, creating the sound radiated to the surrounding space from the lips, which we recognize as speech. We will also present two different parametrized models for the glottal excitation signal, the Rosenberg-Klatt model (RK-model) and the Liljencrants-Fant model (LF-model). The RK-model is quite simple, being parametrized with only one parameter in addition to the fundamental frequency of the signal, while the LF-model is more complex, taking in four parameters to define the shape of the signal. A transfer function for vocal tract filter is also derived from a simplified model of the vocal tract. Additionally, relevant parts of the theory of signal processing are presented before the presentation of the source-filter model. A relatively new model for glottal inverse filtering (GIF), called the Markov chain Monte Carlo method for glottal inverse filtering (MCMC-GIF) is also presented in this thesis. Glottal inverse filtering is a technique for estimating the glottal excitation signal from a recorded speech sample. It is a widely used technique for example in phoniatrics, when inspecting the condition of a patient's vocal folds. In practice the aim is to separate the measured signal into the glottal excitation signal and the vocal tract filter. The first method for solving glottal inverse filtering was proposed in the 1950s and since then many different methods have been proposed, but so far none of the methods have been able to yield robust estimates for the glottal excitation signal from recordings with a high fundamental frequency, such as women's and children's voices. Recently, using synthetic vowels, MCMC-GIF has been shown to produce better estimates for these kind of signals compared to other state of the art methods. The MCMC-GIF method requires an initial estimate for the vocal tract filter. This is obtained from the measurements with the iterative adaptive inverse filtering (IAIF) method. A synthetic vowel is then created with the RK-model and the vocal tract filter, and compared to the measurements. The MCMC method is then used to adjust the RK excitation parameter and the parameters for the vocal tract filter to minimize the error between the synthetic vowel and the measurements, and ultimately receive a new estimate for the vocal tract filter. The filter can then be used to calculate the glottal excitation signal from the measurements. We will explain this process in detail, and give numerical examples of the results of the MCMC-GIF method compared against the IAIF method.

All aerobic organisms require oxygen, which is taken into the lungs from the outside air during inhalation. From the lungs it travels all the way to the alveoli. The lung surfactant inside the alveoli consists of roughly 90% lipids and 10% proteins. Its primary functions are the reduction of the surface tension of the fluid inside the alveoli and its role as a part of the innate immune defense. The four most abundant proteins in the lung surfactant are called SP-A, SP-B, SP-C, and SP-D. The hydrophobic surfactant protein C (or SP-C) is the smallest of the four. It has a primarily α-helical structure with two palmitoylated cysteines attached to the N-terminal, helping SP-C to be bound to the surfactant membranes more tightly. The primary functions of SP-C include the transfer of lipids from lipid monolayers to multilayered structures, the enhancement of the adsorption of surface active molecules into the air-liquid interface, and the maintenance of the integrity of the multilayered structure. Lack of SP-C is known to lead to severe chronic respiratory pathologies. A potential dimerization motif has been suggested to be located near the C-terminus of SP-C. The purpose of this project was to study the possible dimerization of SP-C using the tools of molecular dynamics simulations. In this method Newton's second law is used to calculate the time evolution of the system. The resulted trajectory describes how the positions and velocities of the particles in the system change with time. Both coarse-grained (Martini force field) and atomistic (OPLS force field) models were used in the project. Dimerization was found to occur in coarse-grained simulations of 20 SP-Cs embedded into a bilayer: both aggregation and dissociation of the proteins were observed during a period of 1μs. Excessive aggregation of membrane proteins is known to be a problem when using the Martini force field. However, the dimers in the simulations were not irreversible, which indicates that the usage of the Martini force field was rather well justified. The dimerization motif found in the simulations is largely consistent with the one suggested by experiment. The dimers were also studied through atomistic simulations based on the fine-grained structures of coarse-grained simulations, and the atomistic simulations indicated the dimers to be stable. Altogether, the simulation results are in favor of the view that SP-C exists in a dimeric form. The function of the dimer structure remains to be clarified in future studies.

Tämä pro gradu –tutkielma käsittelee Diofantoksen yhtälöitä. Diofantoksen yhtälöt on nimetty kreikkalaisen matemaatikon Diofantoksen mukaan. Diofantos eli 200 -luvulla ja häntä kutsutaan kreikkalaisen algebran isäksi. Tutkielman tarkoitus on laajentaa ja syventää lukion Lukuteoria ja logiikka -kurssin sisältöjä. Jotta tutkielman asiat voi käsittää, tarvitaan pohjatiedoiksi yllämainitun kurssin tiedot. Tarkoituksena on, että tätä tutkielmaa voi käyttää lisämateriaalina Lukuteoria ja logiikka -kurssilla. Diofanktoksen yhtälöt ovat kokonaislukukertoimisia kahden tai useamman muuttujan polynomiyhtälöitä. Keskeisiä matemaattisia käsitteitä tässä tutkielmassa ovat luonnolliset luvut ja kokonaisluvut, suurin yhteinen tekijä, pienin yhteinen jaettava, Diofantoksen yhtälö ja kongruenssi. Tutkielmassa käydään läpi joitain määritelmiä ja lauseita, joiden avulla Diofantoksen yhtälöitä voidaan ratkaista. Lauseiden teoriaa ja todistuksia selvennetään esimerkkien avulla. Osat todistuksista on hyvin suoraviivaisia ja osat todistuksista voivat olla lukiolaiselle haastavia, mutta esimerkkien kautta kaikki lauseet ovat helposti ymmärrettävissä. Tutkielmassa käydään aluksi läpi joitain määritelmiä, jotka voivat olla jo tuttuja lukio-opinnoista. Määritelmien jälkeen käydään pulmatehtävän avulla läpi Diofantoksen yhtälöihin liittyvää teoriaa ja lauseita, joiden avulla pulmatehtävä lopulta ratkeaa. Lopuksi tutkielmassa tarkastellaan lineaarisia kongruensseja ja niiden yhteyttä Diofantoksen yhtälöihin.

The QCD axion arises as a necessary consequence of the popular Peccei-Quinn solution to the strong CP problem in particle physics. The axion turns out to very naturally possesses all the usual qualities of a good dark matter (DM) candidate. Having the potential to solve two major problems in particle cosmology in one fell swoop makes the axion a very attractive prospect. In recent years, the weakening of the traditional WIMP dark matter paradigm and axion search experiments just beginning to reach the sensitivities required to look for the QCD axion have further increased interest in axion physics. In this thesis, the basics of axion physics are reviewed, and an in-depth exposition of common direct detection experiments and astrophysical and laboratory limits is given. Particular emphasis is placed on direct detection by using the axion-photon coupling as it is the only coupling in which experimental sensitivity is enough to probe the QCD axion. The benchmark experiments of light-shining-through-wall (LSTW), helioscopes and cavity haloscopes are given a thorough theoretical treatment. Other couplings and related experiments are relevant when looking for axion-like particles (ALPs), which are postulated by various extensions of the Standard Model but which do not solve the strong CP problem. A general overview of the prevalent ALP-searches is given. Most of the described experimental setups, with some exceptions, are actually searches for very general weakly interacting particles, WISPs, with a certain coupling. The searches are thus well motivated regardless of the future standing of the QCD axion. A chapter is dedicated to axion dark matter and its creation mechanisms, in particular the misalignment mechanism. Two scenarios are mapped out, depending on whether the Peccei-Quinn symmetry spontaneously breaks before or after inflation. Both cases have experimental implications, which are compared. These considerations motivate an axion dark matter window which should be prioritized by experiments. A significant part of this thesis is dedicated to mapping out the experimental landscape of axions today. The up-to-date astrophysical and laboratory limits on the most prominent axion couplings along with projections of some near-future experiments are compiled into a set of exclusion plots.

Tutkielmassa käydään läpi Dirichletin ja Bergmanin avaruuksien ominaisuuksia, ja tutkitaan niiden yhteyttä analyyttiseen Poincarén epäyhtälöön. Tämän lisäksi tutkitaan erilaisia yhdesti yhtenäisiä, rajoitettuja alueita, joissa ei päde analyyttinen Poincarén epäyhtälö. Dirichletin avaruus on niiden rajoitetussa alueessa määriteltyjen analyyttisten funktioiden joukko, joiden derivaattafunktion L2 normi kyseisen alueen yli on äärellinen, ja Bergmanin avaruus on niiden analyyttisten funktioiden joukko, joiden L2 normi vastaavan alueen yli on äärellinen. Tutkielman alussa annetaan karakterisaatio sille, milloin Dirichletin avaruus on Bergmanin avaruuden osajoukko yhdesti yhtenäisissä, rajoitetuissa alueissa. Käyttämällä suljetun kuvaajan teoreemaa, ja funktionaalianalyysin perustuloksia, todistetaan, että Dirichletin avaruuden sisältyminen Bergmanin avaruuteen rajoitetussa alueessa on ekvivalenttia sen kanssa, että kyseisessä alueessa pätee analyyttinen Poincarén epäyhtälö. Tämän tuloksen avulla todistetaan, että rajoitetuissa, tähtimäisissä alueissa pätee analyyttinen Poincarén epäyhtälö. Tästä edetään määrittelemällä paloittain tähtimäinen alue, ja todistamalla, että siinä pätee analyyttinen Poincarén epäyhtälö. Tutkielmassa etsitään myös kompleksitason origokeskisen kiekon analyyttiselle Poincarén epäyhtälölle konkreettinen vakio. Seuraavaksi esitetään kompleksitason rajoitettu, yhdesti yhtenäinen alue, jossa ei päde analyyttinen Poincarén epäyhtälö. Konstruktiossa hyödynnetään kompleksianalyysin ja analyyttisen geometrian perusideoita. Tätä aluetta muokkaamalla löydetään yhdesti yhtenäinen, rajoitettu alue, jossa pätee analyyttinen Poincarén (2, 2) epäyhtälö, mutta jos epäyhtälössä korvataan vasemmanpuoleisen funktion L2-normi oleellisella supremum-normilla, niin epäyhtälö ei enää päde. Tutkielman lopuksi esitetään erityisen yksinkertainen konstruktio spiraalimaisesta, rajoitetusta alueesta, jossa analyyttinen Poincarén epäyhtälö ei päde.

Discourse dynamics is one of the important fields in digital humanities research. Over time, the perspectives and concerns of society on particular topics or events might change. Based on the changing in popularity of a certain theme different patterns are formed, increasing or decreasing the prominence of the theme in news. Tracking these changes is a challenging task. In a large text collection discourse themes are intertwined and uncategorized, which makes it hard to analyse them manually. The thesis tackles a novel task of automatic extraction of discourse trends from large text corpora. The main motivation for this work lies in the need in digital humanities to track discourse dynamics in diachronic corpora. Machine learning is a potential method to automate this task by learning patterns from the data. However, in many real use-cases ground truth is not available and annotating discourses on a corpus-level is incredibly difficult and time-consuming. This study proposes a novel procedure to generate synthetic datasets for this task, a quantitative evaluation method and a set of benchmarking models. Large-scale experiments are run using these synthetic datasets. The thesis demonstrates that a neural network model trained on such datasets can obtain meaningful results when applied to a real dataset, without any adjustments of the model.

This thesis examines discrete complex analysis and potential theory on isoradial graphs. Isoradial graphs form a general class of graphs where all faces of the graph can be inscribed into circles of equal radii. For instance, the square, the honeycomb, and the triangular lattices belong to this family. Discrete analogues (on isoradial graphs) of the classical complex analysis objects such as holomorphic and harmonic functions are considered. The focus is on two fundamental operators: the discrete Cauchy-Riemann and the discrete Laplace operator. Their inverses are studied as well: the discrete Cauchy kernel and the discrete Green’s function. The latter part of the thesis deals with discrete multiplicatively multivalued functions such as discrete complex power functions. Discrete multivalued functions are not extensively studied in general, but instead from a viewpoint of two special functions: the discrete multivalued Cauchy kernel and the discrete multivalued Green's function. These functions have relevance, for instance, when studying the asymptotics of the electric correlators of the dimer model. The dimer model is a classical model of statistical mechanics. The thesis is based on the following articles: "Discrete complex analysis on isoradial graphs" by Chelkak and Smirnov (2011), "Dimers and families of Cauchy-Riemann operators" by Dubédat (2015), and "The Laplacian and Dirac operators on critical planar graphs" by Kenyon (2002). The latter part of the thesis that deals with discrete multivalued functions, is built upon the Dubédat’s work (2015).