Когда идёт дождь, ручьи наполняются водой. Когда дождь прекращается, их уровень снижается. Эта простая закономерность лежит в основе гидрологии. Однако преподавание науки, стоящей за этими процессами, всегда было сложным. Студенты часто нуждались в навыках программирования и специализированном программном обеспечении, чтобы моделировать это поведение.
Новый веб-инструмент, разработанный гидрологом Дж. П. Гэнноном, доцентом кафедры лесных ресурсов и охраны окружающей среды в Виргинском технологическом университете, устраняет эти барьеры. Созданный в сотрудничестве с учёным из Цюрихского университета Яном Зайбертом, этот инструмент позволяет студентам исследовать, как осадки, почва и растительность влияют на сток воды в водосборных бассейнах по всему миру. Всё, что им нужно, — это веб-браузер.
«Модели лежат в основе современной гидрологии, — говорит Гэннон. — Но в большинстве аудиторий учебные цели направлены на понимание концепций, а не на трату недель на устранение неполадок в коде. Этот инструмент позволяет студентам сосредоточиться на концептуальном понимании моделирования».
Работа опубликована в журнале Hydrological Processes.
Инструмент использует данные более чем из 700 водосборных бассейнов по всему миру, используя набор данных CARAVAN с открытым исходным кодом. Студенты могут настраивать такие условия, как хранение почвенной влаги или эвапотранспирация, и сразу видеть, как это влияет на сток. Расширенные функции, включая моделирование методом Монте-Карло и генетические алгоритмы, дают студентам старших курсов возможность изучить реальные подходы к моделированию.
Размещённый онлайн Консорциумом университетов по развитию гидрологических наук, инструмент работает в любом браузере, от смартфона до Chromebook в классе. Для преподавателей это означает, что в курсы теперь можно включать упражнения по моделированию без необходимости дорогостоящих лабораторий или сложных технических требований.
Первые испытания в аудитории в Виргинском технологическом университете показывают, что подход работает. Студенты как на вводных, так и на продвинутых курсах по гидрологии сообщили о более чётком понимании того, как функционируют модели, и большей уверенности в применении этих идей к реальным данным.
Проект подчёркивает ценность международного сотрудничества. Зайберт, профессор Цюрихского университета, имеет десятилетний опыт использования модели HBV, широко применяемой в гидрологии. Его опыт сформировал научную основу приложения, в то время как Гэннон внёс свой вклад, разработав интуитивно понятные учебные инструменты для веб-среды.
«Объединив перспективы, мы создали нечто более полезное, чем могли бы сделать в одиночку», — сказал Гэннон.
Проект отражает приверженность Виргинского технологического университета охране окружающей среды и инновационному обучению. Предоставляя сложные концепции в доступной форме, университет готовит следующее поколение учёных, политиков и жителей к принятию обоснованных решений об использовании водных ресурсов.
«Это больше, чем гидрология, — говорит Гэннон. — Это о том, чтобы дать студентам инструменты, необходимые для решения экологических проблем значимыми способами».
Предоставлено Виргинским технологическим университетом.