Феномен летних школ, или Наука о данных для молодых ученых

В известной работе Colleges and Universities in World War II автор V. R. Cardozier показывает, как университеты США включались и переживали Вторую мировую войну. Одна из первых вещей, которую сделали практически все университеты, — максимальная мобилизация ресурсов и их эффективное использование. Одним из таких ресурсов является время, поэтому подавляющее большинство университетов перешло на трехлетний бакалаврат, включив летний семестр как дополнительное время обучения. А как проводят лето украинские университеты сейчас, во время войны? Эффективно ли мы используем потенциал наших университетов, Национальной академии наук и возможности, которые создает лето, когда есть свободное время и помещения? Одна из возможностей лета — создавать летние школы.

Летние школы бывают разного уровня — для школьников, студентов, аспирантов/докторантов/преподавателей, но обычно их цели одинаковы и относятся к одной из трех категорий: (1) подтягивание знаний; (2) обогащение знаниями; (3) продление учебного года. В Украинском католическом университете есть летние школы разных категорий, но здесь хотим больше рассказать о научных летних школах, цель которых не только пополнять знания участников, но и создавать новые знания в сотрудничестве участников и преподавателей школы.

По многолетнему опыту проведения летних школ можем утверждать, что научные летние школы играют едва ли не решающую роль в развитии и успехе молодых ученых. И основная причина не только в полученных знаниях, — такие школы дают возможность молодым исследователям общаться с коллегами из разных сфер и отраслей, способствуя налаживанию ценного сотрудничества и нетворкинга, следствием чего могут быть совместные исследовательские проекты и карьерные возможности.

Обычно летние школы включают и лекции, и практические работы, направленные на развитие научной коммуникации и креативности. Приобретение этих навыков имеет решающее значение для успеха в научной карьере. Более того, летние школы помогают молодым ученым узнать о новейших научных разработках, методах исследований и тенденциях от опытных исследователей. Взаимодействие со старшими исследователями, в частности из-за границы, обеспечивает ценное наставничество и показывает успешные ролевые модели молодым ученым, помогая им ориентироваться в вызовах академической среды, формировать собственные направления исследований и развивать научную карьеру. Не обязательно, но часто летние школы объединяют исследователей из разных отраслей, поощряя междисциплинарное сотрудничество и «перекрестное опыление» идей. Такое знакомство с разными перспективами позволяет выработать общий язык между представителями разных отраслей и часто приводит к инновационным исследовательским подходам.

История научных летних (и даже зимних) школ в Украине довольно давняя и в большой степени успешная (особенно с учетом достаточно ограниченных ресурсов). Много лет подряд такие школы проводят, в частности, государственные научные учреждения Национальной академии наук и государственные университеты, а в последние годы с ростом частных университетов таких мероприятий, а значит, возможностей для научной молодежи становится еще больше.

Примером является Львовская летняя школа по наукам о данных/Lviv Data Science Summer School.

В мае 2023 года один из авторов этой статьи, Ярослав Притула, встретился на конференции-представлении «Дія.Сіті» в Вашингтоне с Юлей Безвершенко, стипендиаткой 2021–2022 Ukrainian Emerging Leaders Program Стенфордского университета, соучредителем инициативы Science at Risk. Юля рассказала, что Фонд Саймонса и Национальная академия наук США ищут партнера, с которым можно было бы провести летнюю школу по науке о данных в Украине. Времени на подготовку было всего два месяца. Мы привлекли Алексея Игнатенко, обсудили идею с коллегами и решили рискнуть, используя эту возможность как для прямой поддержки украинских ученых, так и для создания новых возможностей научной кооперации.

Общая идея выкристаллизовалась во время разговоров в Zoom — и это было использование наук о данных в разных сферах фундаментальных и других наук. Мы живем в информационном обществе и генерируем невероятное количество данных. Эти данные позволяют принимать лучшие решения и, что не менее важно, методы анализа данных являются универсальными. Машинное обучение (МО) — это алгоритмы, которые могут учиться на данных, то есть улучшать работу без непосредственной помощи человека. Использование алгоритмов машинного обучения в разных сферах науки способно улучшить наше понимание и достичь новых результатов, поэтому целью нашей школы является знакомство ученых с современными методами МО.

Мы подобрали лекторов для школы: четверо были с Украины и еще четверо — ученые мирового уровня, приехавшие из Америки. Они подготовили лекции о применении машинного обучения и исследовании данных в космологии, моделировании развития эмбрионов, волн в сложных средах, топологическом анализе данных, морфологии галактик и даже государственных финансах.

Для лучшего усвоения теории участникам предложили разбиться на группы, и каждая выбрала себе одного из лекторов. Мы особенно подчеркивали междисциплинарность групп и советовали участникам выбирать направления исследований, которые не являются для них основными.

Каждый лектор предложил своей группе задачу, достаточно простую, чтобы начать ее выполнять во время школы и закончить через несколько месяцев, и достаточно нетривиальную, чтобы участникам было необходимо применить новые знания, полученные во время школы.

Цель проектной работы на самом деле многослойная: во-первых, участники имеют возможность сотрудничать с учеными высокого уровня; во-вторых, они соревнуются за призы и возможность выполнить качественное научное исследование; в-третьих, они образуют связи, обмениваются опытом, могут взглянуть на проблему под разными углами зрения. Кстати, буквально на днях одна из групп завершила написание статьи по результатам задачи, поставленной лектором.

В этом году состоялась уже вторая школа, организованная УКУ вместе с Национальной академией наук США. Как и в прошлом году, конкуренция за участие была очень серьезной — около 180 заявок на 50 мест. Успех предыдущей школы и ее известность позволили собрать особенно интересный и разнородный состав участников: физики, биологи, химики, компьютерные ученые, программисты, экономисты, астрофизики. Среди них половина — кандидаты и доктора наук, но также есть аспиранты, магистры, бакалавры. И в этом переплетении возникает особая синергия, поскольку разнообразие, обмен идеями, совместная работа — это то, что всегда способствует развитию.

Науки о данных и методах машинного обучения являются здесь связующей компонентой, позволяющей анализировать сложные данные, прогнозировать свойства новых материалов, лекарства, строить модели Вселенной. И все это на собственном ноутбуке!

Львовская летняя школа по наукам о данных задумывалась как место встречи, научный перекресток, где могут общаться украинские и иностранные ученые, студенты и доктора наук, химики и социологи, программисты и физики-теоретики. Наша мечта состоит в создании связей между участниками, которые бы привели к дальнейшей интеграции украинских ученых в мировую науку, возникновению научных групп, обмену идеями и опытом.

Одним из результатов летней школы 2023 стало подача и получение гранта от Фонда Саймонса для создания Львовского общества ученых. Общество имеет целью создать благоприятную среду для междисциплинарного сотрудничества и развития молодых ученых. На протяжении следующих пяти лет инициатива планирует привлечь более сотни старших и младших научных сотрудников, организовать серию научных семинаров и неформальных встреч для обмена идеями. В некотором смысле цель общества — возродить традиции Львовской математической школы, когда ученые собирались в кофейнях, чтобы обсудить математические идеи, распространив их на все науки, и создать платформу для взаимодействия ученых из разных отраслей.