[論文レビュー] The Revolution in Astronomy Education: Data Science for the Masses

K. D. Borne, Suzanne Jacoby+6 more|ArXiv.org|Sep 22, 2009

Data Analysis with R参考文献 13被引用数 19

ひとこと要約

この論文は、公式および非公式な学習環境において、データサイエンスを天文学教育に統合することを提唱している。実際の天文学的データと市民科学の取り組みを通じて、学生や一般大衆が真正の科学的発見に参加できるようにする。データリテラシーをSTEM教育および研究の根幹的スキルとするために、カリキュラム、資金、制度的支援の仕組み的変化を求める。

ABSTRACT

As our capacity to study ever-expanding domains of our science has increased (including the time domain, non-electromagnetic phenomena, magnetized plasmas, and numerous sky surveys in multiple wavebands with broad spatial coverage and unprecedented depths), so have the horizons of our understanding of the Universe been similarly expanding. This expansion is coupled to the exponential data deluge from multiple sky surveys, which have grown from gigabytes into terabytes during the past decade, and will grow from terabytes into Petabytes (even hundreds of Petabytes) in the next decade. With this increased vastness of information, there is a growing gap between our awareness of that information and our understanding of it. Training the next generation in the fine art of deriving intelligent understanding from data is needed for the success of sciences, communities, projects, agencies, businesses, and economies. This is true for both specialists (scientists) and non-specialists (everyone else: the public, educators and students, workforce). Specialists must learn and apply new data science research techniques in order to advance our understanding of the Universe. Non-specialists require information literacy skills as productive members of the 21st century workforce, integrating foundational skills for lifelong learning in a world increasingly dominated by data. We address the impact of the emerging discipline of data science on astronomy education within two contexts: formal education and lifelong learners.

研究の動機と目的

• 天文学的データの量の増大と科学的理解の間のギャップを埋めるために、将来の科学者および一般大衆にデータサイエンスを訓練すること。
• 公式なSTEM教育および生涯学習において、データリテラシーを基盤的スキルとして推進すること。
• 市民科学およびオープンデータの取り組みを通じて、一般の人々の科学への関与を拡大すること。
• データサイエンスおよびアストロインフォマティクスを、天文学教育および研究の中心的要素として確立すること。
• データ集約型科学教育のニーズに合わせて、資金、制度的方針、職業的発展の仕組みを調整すること。

提案手法

• 助成金、義務化、教員へのインcentiveを活用して、中等教育および学部教育のカリキュラムに実際の天文学的データを統合することを提言する。
• 一般参加によるデータ分析と発見に活用できる市民科学プロジェクトの開発と支援を行う。
• 公式および非公式な教育現場で、データサイエンスのカリキュラムとツールを共有できるデジタル図書館およびリソースセンターを設立する。
• 大規模な科学プロジェクトおよび資金プログラムにおいて、オープンデータ方針と啓発活動の要素を義務化する。
• データサイエンスおよび天文学におけるマイノリティ層の支援を目的としたメンターシップおよび多様性プログラムを創設する。
• 機器開発と同等の評価とキャリアパスをデータサイエンス分野に認めるよう提言する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにしてデータサイエンスを公式な天文学およびSTEM教育に効果的に統合し、学生の学習と関与を向上させることができるか？
• RQ2 教室でデータ中心の研究体験を広く導入するためには、どのような制度的および政策的変更が必要か？
• RQ3 市民科学と一般参加を活用すれば、大規模な天文学的調査の範囲と影響をどのように拡大できるか？
• RQ4 21世紀の科学的リテラシーの実現に、データリテラシーが果たすべき役割は何か？
• RQ5 資金機関および専門協会は、どのように支援体制を見直し、データサイエンス教育および啓発活動を優先するのか？

主な発見

• 天文学的データの爆発的増加—テラバイトからペタバイトへ—により、データの可用性と科学的理解の間の深刻なギャップが生じている。
• データサイエンスのスキルは、専門家であれ非専門家であれ、現代社会で科学的発見を進めるのと効果的に参加する上で不可欠である。
• 教室に実際の科学的データを統合することで、学生の関与が高まり、計算的・分析的スキルが育成される。
• 市民科学の取り組みは、人間の認知能力と一般参加を活用することで、科学的発見を効果的に拡張している。
• オープンデータ方針と大規模プロジェクトにおける専用の啓発活動の要素は、一般のアクセスと科学的影響を顕著に向上させる。
• 天文学教育におけるデータサイエンスの制度的定着には、資金、カリキュラム、職業的評価の仕組み的変化が必要である。