Наблюдение за почасовыми изменениями скорости ветра во время выхода урагана Ида на сушу во Флориде в 2021 году.
Несмотря на то, что он находится за пределами целевой аудитории Fluid Earth, был интерес к его использованию со стороны студентов, изучающих атмосферные науки, и экспертов в других дисциплинах, которые плохо знакомы с изучением данных о погоде / климате, где он может служить отправной точкой для последующих исследований с использованием более сложных и специализированных продуктов.
Мы также стремились помочь преподавателям, разбирающимся в компьютерах, которые могут захотеть развернуть инструмент визуализации для обмена своими собственными уроками и наборами данных, но не обязательно имеют ресурсы для создания этого инструмента с нуля. Наше приложение имеет открытый исходный код, легко устанавливается и настраивается, включает в себя веб-компонент, который легко встраивается в веб-страницу без необходимости реализации полного приложения.
Уроки для парадигм разработки программного обеспечения на основе студентов
Оригинальный Fluid Earth Viewer был построен по специальному принципу. Каждый разработчик работал в основном изолированно, сочиняя своеобразный код, чтобы быстро добавлять небольшие функции или исправлять ошибки по мере их возникновения. Этот подход пренебрегал важными методами обеспечения устойчивости, такими как периодическая документация, реструктуризация кода и прогнозирование будущих потребностей.
Мы накопили «технический долг» до такой степени, что исправление старого кода стало невозможным. Нашей единственной реалистичной альтернативой была перестройка с нуля, которая также дала бы нам возможность заново внедрить лучшие практики.
Чтобы достичь этого в контексте пандемии COVID-19, мы предприняли попытку эксперимента: поддерживаемый NSF проект по переразработке веб-приложения в преимущественно удаленной рабочей среде с использованием команды студентов Research Experiences for Understudents (REU).
В зависимости от времени семестра наша команда состояла из 3-5 студентов, каждый из которых прошел обучение без отрыва от производства основам веб-разработки. Менеджер группы и один из студентов (специалист в предметной области) выступали в качестве координаторов, администрируя инструменты для совместной работы (такие как инфраструктура GitLab), предупреждая команду о лучших практиках кодирования, а также создавая структуру для приобретения навыков и пулов задач для группы. В рамках этой структуры отдельным студентам была предоставлена определенная степень самостоятельности при выборе областей проекта для работы.
На протяжении всего цикла разработки мы также регулярно встречались с нашим координатором по связям с общественностью Джейсоном Червенеком для получения рекомендаций по адаптации инструмента для преподавателей схоластики и нашим ученым-атмосферником Аароном Уилсоном для получения рекомендаций по визуальному представлению наборов данных о погоде и климате.
Большое внимание было направлено на общение в условиях удаленной командной работы, с системой управления задачами Basecamp, ежедневными онлайн-регистрациями и еженедельными встречами в Zoom, дополненными целенаправленными звонками для устранения блокировок или помощи разработчику в планировании более сложной задачи.
Один из уроков, который мы извлекли по ходу программы, заключался в том, что наш первоначальный подход, вдохновленный корпоративно-ориентированной «гибкой» философией сотрудничества, нуждался в перекалибровке для университетской среды. Мы сохранили фокус на циклической оценке прогресса команды в сочетании с регулярным перепланированием на основе эмпирических данных. Тем не менее, мы признали необходимость несколько ослабить систему и предоставить нашим сотрудникам (студентам с многочисленными обязательствами и ограничениями по доступности) большую гибкость и автономию.
По мере того, как команда приобретала компетентность и уверенность в течение семестра, наши ранние структуры встреч уступили место более частой самостоятельной работе с отзывчивым вниманием к конкретным проблемам.
Учитывая эту практику, мы обнаружили, что наши студенты REU были более чем способны производить высококачественный продукт, который заметно улучшился по сравнению с нашей предыдущей версией FE. (Следует отметить, что именно один из студентов REU сам предложил капитальный ремонт кодекса в первую очередь, продемонстрировав высокий уровень компетентности и инициативы, проявленные группой.)
Учитывая разнообразный опыт, личности и навыки, которые каждый член команды привнес в проект, мы считаем, что эти результаты могут быть обобщены для будущих проектов удаленной разработки в том же духе.
Будущая работа и сотрудничество «Fluid Earth» — это развивающийся проект, и существует ряд направлений для будущего развития, в том числе: добавление дополнительных наборов данных для преподавателей, занимающихся науками об атмосфере и океанографией, включая долгосрочные средние климатические показатели и аномалии; потенциальное добавление наборов данных с более высоким разрешением, в том числе ориентированных на полярные регионы; возможность одновременного отображения нескольких слоев растровых данных; и улучшение доступности для аудитории с нарушениями зрения.
Новые функции могут быть первоначально протестированы в «Расширенном режиме», который доступен через тумблер в главном меню и который дает доступ как к экспериментальным функциям, так и к функциям, ориентированным на более опытную аудиторию, которая появляется в нашей работе с Permafrost Discovery Gateway (
https://arcticdata.io/catalog/portals/permafrost/).
Мы также стремимся поддерживать постоянную актуальность Fluid Earth, расширяя ее применения в новых образовательных контекстах и лучше обслуживая как более широкие воздействия, так и исследовательские сообщества.
Если вы заинтересованы в использовании Fluid Earth, либо представив основное приложение (
https://fluid-earth.byrd.osu.edu), либо адаптировав полный код сайта или веб-компонент (
https://github.com/byrd-polar/fluid-earth), пожалуйста, обратитесь к проектной группе BPCRC за поддержкой и обсуждением возможностей сотрудничества.
Наконец, команда проекта была вдохновлена предложить виртуальные летние возможности REU во время пандемии COVID-19. В то время как проектная группа изначально не решалась приступить к этому предприятию, в прошлом мы нанимали студентов бакалавриата, имели опыт предложения студентам независимых областей исследований в рамках финансируемых нами проектов и были очень мотивированы на предоставление полезного опыта во время крайних потрясений в студенческой жизни.
При поддержке нашего менеджера программы NSF Лизы Ром мы сделали решительный шаг и предложили что-то новое. Несмотря на то, что у нас был четкий план, который включал синхронные и асинхронные коммуникации, регулярное обсуждение личных и институциональных целей, богатые возможности для развития навыков, еженедельные встречи наставников и семинар по командной науке, нам также приходилось вносить коррективы на лету.
Опыт был оценен как положительным как студентами, так и командой проекта, что вдохновило нас планировать его расширение на третье лето. Помимо того, что он предлагает студентам, у которых мало опыта программирования, возможность учиться, он предоставляет возможности для развития навыков прототипирования и пользовательского тестирования, управления проектами и контроля версий, внутренней и внешней коммуникации и итеративного проектирования между экспертами по контенту, профессионалами в области кодирования и конечными пользователями.
Несмотря на то, что виртуальный опыт REU был создан для пандемии, он также приносит пользу нетрадиционным студентам, которые не могут переехать на лето, и позволяет использовать ограниченные средства для поддержки большего числа студентов (в то время как студентам платили почасовую заработную плату за летний опыт на общую сумму 6,000 долларов, не было необходимости в транспортных расходах, питании или проживании).
Для академических исследовательских проектов, финансируемых извне, студенты REU предлагали другие преимущества, такие как возможность иметь разнообразную команду людей, работающих над целенаправленной серией результатов, которые ограничены по продолжительности. Студенты часто приходят с подходами к решению проблем и навыками, которые дают командам свежий взгляд, как это было в нашем случае.
Благодарности
Авторы хотели бы отметить вклад Жюльена Николя в создание первой базы данных и пользовательского интерфейса для FEV, текущую работу Бидхьянанды Ядава и Аарона Уилсона по поддержанию наборов данных FEV/FE, Тома Кассебаума и Пэм Теодоту за техническую экспертизу, а также талантливую группу студентов и студентов REU, которые помогали в разработке пользовательского интерфейса, проведении пользовательского тестирования, систематизации данных и создания учебных пособий: Бинъю (София) Ли, Дингю Ху, Жуйян Чанг, Джоуи Вонг, Крейг Боссли, Мими Цай, Аделин Аренс, Деван Агравал, Дэниел Гамильтон и Шаниква Мартин.
Открытый исходный код, который стал отправной точкой для FEV, был создан Кэмероном Беккарио, чья визуализация Земли доступна в Интернете по адресу
https://earth.nullschool.net/.
Заявление о декларировании интересов Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов или выгод, возникших в результате применения этой работы.
Информация о финансировании Эта работа была поддержана Национальным научным фондом в рамках гранта No 1612741.
ORCID Майкл Гравина
http://orcid.org/0000-0002-8385-5113 Джейсон Червенек
http://orcid.org/0000-0003-2608-1198 Заявление о доступности данных Обмен данными не применим к этой статье, поскольку в этом исследовании не было создано или проанализировано никаких новых данных.
Ссылки Червенек, Дж., Фокс, Дж., Пеггау, К., Уилсон, А.Б., Ли, Б., Ху, Д., Чанг, Р., Вонг, Дж., и Боссли, К. 2021. «Интерактивная визуализация данных атмосферы Земли: влияние на вовлеченность учащихся и восприятие обучения». Рукопись представлена к публикации.
Об авторах Майкл Гравина - системный разработчик / инженер в Центре полярных и климатических исследований Берда Университета штата Огайо, возглавляющий усилия по веб-разработке для образования и информационно-пропагандистской деятельности и координирующий команду Центра исследовательского опыта для студентов бакалавриата. Майкл получил степень бакалавра наук об окружающей среде в Университете Кларка и степень магистра биологии в Школе повышения квалификации Гарвардского университета. Он работал в различных областях, включая фармацевтическое производство, геномику, вычислительную психологию, медицинские исследования, спортивную аналитику и работу с климатом, стремясь сделать информацию более доступной и простой для понимания и использования в каждой из этих сред.
https://orcid.org/0000-0002-8385-5113https://www.linkedin.com/in/michael-t-gravina-03b62a21/
*Автор, ответственный за переписку. Электронная почта:
[email protected] Майкл Чжан — фронтенд-разработчик и разработчик полного стека, который с 2020 по 2021 год работал стажером NSF Research Experience for Understudents в группе по образованию и связям с общественностью Центра полярных и климатических исследований Берда. За это время Майкл проявил себя как лидер проекта по восстановлению приложения Fluid Earth, изложив план разработки, выступая в качестве эксперта в предметной области на еженедельных стратегических совещаниях, обучая других членов команды соответствующим технологиям и методам, проектируя серверную часть и архитектуру пользовательского интерфейса, а также создавая большую часть нового кода для Fluid Earth.
https://www.linkedin.com/in/michaelemilzhan/ Мими Цай учится на 4-м курсе Университета штата Огайо по специальности «Аналитика данных» и изучает немецкий язык. Она обнаружила свою страсть к количественной аналитике, посещая занятия по визуализации данных на факультете политологии, и продолжала применять междисциплинарный подход к данным, проводя исследования для студентов в различных академических областях. Ее эклектичные интересы варьируются от данных в государственной политике до обработки естественного языка. В настоящее время она планирует продолжить обучение в аспирантуре по специальности «Компьютерная лингвистика».
Аделин Аренс учится на третьем курсе по специальности «Аналитика данных и экономика» со специализацией в области лидерства в Университете штата Огайо. С лета 2020 года она работает в Центре полярного климата и исследований Берда как над Fluid Earth Viewer, так и над виртуальными турами по ледяной шапке. Помимо Берда, Аделин участвовала в различных аналитических и исследовательских мероприятиях, таких как стажировка в Кливлендской клинике в качестве бизнес-аналитика (лето 2021 г.), написание диссертационной работы по молодежному спорту и отношениям между родителями и детьми, активное участие в Ассоциации аналитики больших данных и стажировка в качестве стажера по бизнес-аналитике в Cisco (предстоящее лето 2022 г.). В ее планы на будущее входит потенциальное продолжение работы в области аналитики в штате Огайо после окончания учебы по программам «Инженерия промышленных систем» или «Прикладная статистика».
www.linkedin.com/in/adelyn-arens-026158192 Джейсон Червенек является директором по образованию и связям с общественностью Центра полярных и климатических исследований Берда при Университете штата Огайо, чей информационно-пропагандистский портфель ежегодно охватывает около 12 000 человек и включает программы в области передовой науки, научного образования, истории и искусства. Джейсон получил степень бакалавра биологии и магистра в области среднего научного образования в Университете штата Огайо. Он преподавал более десяти лет в качестве учителя естественных наук в средней школе, создал две команды научных олимпиад, работал ведущим инструктором по гранту Попечительского совета штата Огайо для обучения учителей моделированию и принял участие в обмене учителями Фулбрайта в Мумбаи, Индия, где он воочию увидел проблемы, с которыми сталкивается большая часть населения мира. В настоящее время он возглавляет Целевую группу по плану действий по изменению климата Колумбуса и работает волонтером в кругах восстановительного правосудия округа Франклин.