[论文解读] 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 19

一句话总结

本文倡导将数据科学整合到正式与非正式学习环境中的天文学教育中，提出利用真实的天文数据和公民科学项目，使学生和公众能够参与真实的科学发现。文章呼吁在课程、资金和机构支持方面进行系统性改革，使数据素养成为STEM教育和研究中的核心能力。

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.

研究动机与目标

• 通过培训未来的科学家和公众掌握数据科学技能，弥合天文数据量与科学理解之间的日益扩大的差距。
• 在正式STEM教育和终身学习中，将数据素养确立为一项基础技能。
• 通过公民科学和开放数据计划，扩大公众参与科学的范围。
• 将数据科学和天体信息学确立为天文学教育和研究的核心组成部分。
• 使资金支持、机构政策和专业发展与数据密集型科学教育的需求保持一致。

提出的方法

• 通过拨款、强制要求和教师激励措施，将真实的天文数据整合到中学和本科课程中。
• 开发并支持利用公众参与数据分析和发现的公民科学项目。
• 建立数字图书馆和资源中心，在正式与非正式教育环境中共享数据科学课程和工具。
• 在大型科学项目和资金计划中强制实施开放数据政策和外展活动。
• 建立导师制和多样性项目，支持在数据科学和天文学中代表性不足的群体。
• 倡导在数据科学领域获得与仪器开发相当的专业认可和职业发展路径。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何有效将数据科学整合到正式的天文学和STEM教育中，以增强学生的学习效果和参与度？
• RQ2 为在课堂中广泛采用以数据为中心的研究体验，需要哪些机构和政策变革？
• RQ3 如何利用公民科学和公众参与，扩展大型天文调查的覆盖范围和影响力？
• RQ4 在21世纪实现全民科学素养的过程中，数据素养应发挥何种作用？
• RQ5 资金机构和专业协会如何转型其支持结构，以优先考虑数据科学教育和外展工作？

主要发现

• 天文数据量的指数级增长——从千兆字节到拍字节——已造成数据可及性与科学理解之间的关键鸿沟。
• 数据科学技能现在对专业人员和非专业人员而言，都是推进科学发现和有效参与现代社会的必要能力。
• 将真实科学数据引入课堂可增强学生参与度，并培养关键的计算与分析技能。
• 公民科学项目通过利用人类认知和公众参与，成功扩展了科学发现的边界。
• 开放数据政策和大型项目中专门的外展组件，显著提高了公众获取数据和科学影响力。
• 为在天文学教育中制度化数据科学，必须在资金、课程和专业认可方面进行系统性变革。