Феномен літніх шкіл, або Наука про дані для молодих учених

У відомій праці Colleges and Universities in World War II автор V. R. Cardozier показує, як університети США включалися та переживали Другу світову війну. Одна з перших речей, яку зробили практично всі університети, — максимальна мобілізація ресурсів та їх ефективне використання. Одним із таких ресурсів є час, тож переважна більшість університетів перейшла на трирічний бакалаврат, включивши літній семестр як додатковий час навчання. А як проводять літо українські університети зараз, під час війни? Чи ефективно ми використовуємо потенціал наших університетів, Національної академії наук і нагоди, які створює літо, коли маємо вільний час і приміщення? Одна з можливостей літа — створювати літні школи.

Літні школи бувають різного рівня — для школярів, студентів, аспірантів/докторантів/викладачів, але зазвичай їхні цілі є однаковими й належать до однієї з трьох категорій: (1) підтягування знань; (2) збагачення знаннями; (3) подовження навчального року. В Українському католицькому університеті ми маємо літні школи різних категорій, але тут хочемо більше розповісти про наукові літні школи, які ставлять за мету не лише збагачувати знання учасників, а й творити нові знання у співпраці учасників і викладачів школи.

З багаторічного досвіду проведення літніх шкіл можемо стверджувати, що наукові літні школи відіграють чи не вирішальну роль у розвитку й успіху молодих науковців. І основна причина не лише в здобутих знаннях — такі школи дають можливість молодим дослідникам спілкуватися з колегами з різних сфер і галузей, сприяючи налагодженню цінної співпраці та нетворкінгу, що може мати наслідком спільні дослідницькі проєкти й кар’єрні можливості.

Зазвичай літні школи включають і лекції, й практичні роботи, спрямовані на розвиток наукової комунікації та креативності. Набуття цих навичок має вирішальне значення для успіху в науковій кар’єрі. Ба більше, літні школи допомагають молодим науковцям дізнатися про найновіші наукові розробки, методи досліджень і тенденції від досвідчених дослідників. Взаємодія зі старшими дослідниками, зокрема з-за кордону, забезпечує цінне наставництво й показує успішні рольові моделі молодим науковцям, допомагаючи їм орієнтуватися у викликах академічного середовища, формувати власні напрями досліджень і розвивати наукову кар’єру. Не обов’язково, але часто літні школи об’єднують дослідників із різних галузей, заохочуючи міждисциплінарну співпрацю та «перехресне запилення» ідей. Таке знайомство з різними перспективами дає змогу виробити спільну мову між представниками різних галузей і часто приводить до інноваційних дослідницьких підходів.

Історія наукових літніх (і навіть зимових) шкіл в Україні є досить давньою й великою мірою успішною (особливо з урахуванням досить обмежених ресурсів). Багато років поспіль такі школи проводять, зокрема, державні наукові установи Національної академії наук і державні університети, а останніми роками зі зростанням приватних університетів таких заходів, а отже, можливостей для наукової молоді стає ще більше.

Прикладом є Львівська літня школа з наук про дані/Lviv Data Science Summer School.

У травні 2023 року один з авторів цього допису, Ярослав Притула, зустрівся на конференції-представленні Дія.Сіті у Вашингтоні з Юлею Безвершенко, стипендіаткою 2021–2022 Ukrainian Emerging Leaders Program Стенфордського університету, співзасновницею ініціативи Science at Risk. Юля розповіла, що Фонд Саймонса та Національна академія наук США шукають партнера, з яким можна було б провести літню школу з науки про дані в Україні. Часу на підготовку було лише два місяці. Залучивши Олексія Ігнатенка та обговоривши ідею з колегами, ми вирішили ризикнути й використати цю нагоду як для прямої підтримки українських науковців, так і для створення нових можливостей наукової кооперації.

Загальна ідея викристалізувалася під час розмов у Zoom — й це було використання наук про дані в різних областях фундаментальних та інших наук. Ми живемо в інформаційному суспільстві та генеруємо неймовірну кількість даних. Ці дані дають змогу ухвалювати кращі рішення і, що не менш важливо, методи аналізу даних є універсальними. Машинне навчання (МН) — це алгоритми, які можуть навчатися на даних, тобто покращувати роботу без безпосередньої допомоги людини. Використання алгоритмів машинного навчання в різних областях науки здатне покращити наше розуміння й досягти нових результатів, тому метою нашої школи є знайомство науковців із сучасними методами МН.

Ми підібрали лекторів для школи: четверо були з України і ще четверо — науковці світового рівня, які приїхали з Америки. Вони підготували лекції про застосування машинного навчання та дослідження даних у космології, моделюванні розвитку ембріонів, хвиль у складних середовищах, топологічному аналізі даних, морфології галактик і навіть державних фінансах.

Для кращого засвоєння теорії учасникам запропонували розбитися на групи, й кожна обрала собі одного з лекторів. Ми особливо наголошували на міждисциплінарності груп і радили учасникам обирати напрями досліджень, які не є для них основними.

Кожен лектор запропонував своїй групі завдання, достатньо просте, щоб почати його виконувати під час школи й завершити за кілька місяців, і достатньо нетривіальне, щоб учасникам було необхідно застосувати нові знання, здобуті під час школи.

Мета проєктної роботи насправді багатошарова: по-перше, учасники мають змогу співпрацювати з науковцем високого рівня; по-друге, вони змагаються за призи й можливість виконати якісне наукове дослідження; по-третє, вони утворюють зв’язки, обмінюються досвідом, можуть поглянути на проблему під різними кутами зору. До речі, буквально цими днями одна з груп завершила написання статті за результатами завдання, поставленого лектором.

Цього року відбулась уже друга школа, організована УКУ разом із Національною академією наук США. Як і минулого року, конкуренція за участь була дуже серйозною — близько 180 заявок на 50 місць. Успіх попередньої школи та її відомість дали змогу зібрати особливо цікавий і різнорідний склад учасників: фізики, біологи, хіміки, комп’ютерні науковці, програмісти, економісти, астрофізики. Серед них половина — кандидати й доктори наук, але також є аспіранти, магістри, бакалаври. Й у цій переплетеності виникає особлива синергія, оскільки різноманітність, обмін ідеями, спільна робота — це те, що завжди сприяє розвитку.

Науки про дані та методи машинного навчання є тут зв’язувальною компонентою, яка дає можливість аналізувати складні дані, прогнозувати властивості нових матеріалів, ліків, будувати моделі Всесвіту. І все це на власному ноутбуці!

Львівська літня школа з наук про дані замислювалась як місце зустрічі, наукове перехрестя, де можуть спілкуватись українські та іноземні науковці, студенти й доктори наук, хіміки та соціологи, програмісти й фізики-теоретики. Наша мрія полягає у створенні зв’язків між учасниками, які привели б до подальшої інтеграції українських науковців у світову науку, виникнення наукових груп, обміну ідеями та досвідом.

Одним із результатів літньої школи 2023 стало подання та здобуття гранту від Фонду Саймонса для творення Львівського товариства науковців. Товариство має на меті створити сприятливе середовище для міждисциплінарної співпраці та розвитку молодих науковців. Протягом наступних п’яти років ініціатива планує залучити понад сотню старших і молодших науковців, організувати серію наукових семінарів і неформальних зустрічей для обміну ідеями. У певному сенсі мета товариства — відродити традиції Львівської математичної школи, коли вчені збиралися в кав’ярнях, щоб обговорити математичні ідеї, поширивши їх на всі науки, й створити платформу для взаємодії науковців із різних галузей.