العلوم الإلكترونية

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

العلوم الإلكترونية ، أو ما يُعرف اختصارًا بـ eScience ، هي ممارسة إجراء البحوث العلمية المكثفة حسابيًا في بيئات شبكية موزعة على نطاق واسع . يتضمن هذا النوع من العلوم استخدام مجموعات بيانات ضخمة تستلزم الحوسبة الشبكية ، وهي طريقة للاستفادة من أجهزة حاسوب متعددة لمعالجة مجموعات البيانات الكبيرة بكفاءة. في بعض الحالات، يشمل المصطلح تقنيات تُسهّل التعاون الموزع، مثل شبكة الوصول . صاغ هذا المصطلح جون تايلور، المدير العام لمكتب العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة ، عام 1999، واستُخدم لوصف مبادرة تمويلية ضخمة بدأت في نوفمبر 2000. ومنذ ذلك الحين، توسّع نطاق تفسير مصطلح "العلوم الإلكترونية" ليشمل "تطبيق تكنولوجيا الحاسوب في إجراء البحوث العلمية الحديثة"، بما في ذلك إعداد التجارب، وجمع البيانات، ونشر النتائج، وتخزين جميع المواد الناتجة عن العملية العلمية على المدى الطويل، وإتاحتها للجميع. قد تشمل هذه نمذجة البيانات وتحليلها، ودفاتر المختبر الإلكترونية/الرقمية، ومجموعات البيانات الأولية والمُعدَّلة، وإنتاج المخطوطات ومسوداتها، والمطبوعات الأولية، والمنشورات المطبوعة و/أو الإلكترونية. [ 1 ] في عام 2014، اختصرت سلسلة مؤتمرات IEEE للعلوم الإلكترونية التعريف إلى "تعزيز العلوم الإلكترونية للابتكار في البحوث التعاونية، والبحوث كثيفة الحوسبة أو البيانات، عبر جميع التخصصات، طوال دورة حياة البحث" في أحد التعريفات العملية التي استخدمها المنظمون. [ 2 ] تشمل العلوم الإلكترونية "ما يُشار إليه غالبًا بالبيانات الضخمة [التي] أحدثت ثورة في العلوم... [مثل] مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في CERN... [ الذي] يُولِّد حوالي 780 تيرابايت سنويًا... تشمل المجالات العلمية الحديثة كثيفة البيانات للغاية... التي تُولِّد كميات كبيرة من بيانات العلوم الإلكترونية: علم الأحياء الحاسوبي ، والمعلوماتية الحيوية ، وعلم الجينوم" [ 1 ] والبصمة الرقمية البشرية للعلوم الاجتماعية . 3 ]

تخيّل جيم غراي، الحائز على جائزة تورينغ ، "العلم القائم على البيانات" أو " العلم الإلكتروني " باعتباره "نموذجاً رابعاً" للعلم ( التجريبي ، والنظري ، والحسابي، والآن القائم على البيانات)، وأكد أن "كل شيء يتعلق بالعلم يتغير بسبب تأثير تكنولوجيا المعلومات" وتدفق البيانات الهائل . [ 4 ] [ 5 ]

يُحدث العلم الإلكتروني ثورةً في ركيزتي المنهج العلمي الأساسيتين : البحث التجريبي ، لا سيما من خلال البيانات الضخمة الرقمية ؛ والنظرية العلمية ، لا سيما من خلال بناء نماذج المحاكاة الحاسوبية . [ 6 ] [ 7 ] وقد انعكست هذه الأفكار في بيان مكتب البيت الأبيض لسياسة العلوم والتكنولوجيا في فبراير 2013، الذي حدد العديد من مخرجات العلم الإلكتروني المذكورة آنفًا لمتطلبات الحفظ وإتاحة الوصول بموجب توجيهات المذكرة. [ 8 ] وتشمل العلوم الإلكترونية فيزياء الجسيمات، وعلوم الأرض، والمحاكاة الاجتماعية .

الخصائص والأمثلة

تركز معظم الأنشطة البحثية في مجال العلوم الإلكترونية على تطوير أدوات وبنى تحتية حاسوبية جديدة لدعم الاكتشافات العلمية. ونظرًا لتعقيد البرمجيات ومتطلبات البنية التحتية، فإن مشاريع العلوم الإلكترونية عادةً ما تضم ​​فرقًا كبيرة تُدار وتُطور من قِبل مختبرات بحثية أو جامعات كبرى أو جهات حكومية. ويُلاحظ حاليًا تركيز كبير على العلوم الإلكترونية في المملكة المتحدة، حيث يوفر برنامج العلوم الإلكترونية البريطاني تمويلًا ضخمًا. وفي أوروبا، أدى تطوير القدرات الحاسوبية لدعم مصادم الهادرونات الكبير في سيرن إلى تطوير بنى تحتية للعلوم الإلكترونية وشبكات الحوسبة السحابية، والتي تستخدمها أيضًا تخصصات أخرى.

التكتلات

تشمل أمثلة البنى التحتية للعلوم الإلكترونية شبكة الحوسبة العالمية لمصادم الهادرونات الكبير ، وهي اتحاد يضم شركاء مختلفين بما في ذلك البنية التحتية للشبكة الأوروبية ، وشبكة العلوم المفتوحة، ومرفق شبكة البيانات الشمالية .

لدعم تطبيقات العلوم الإلكترونية، تجمع شبكة العلوم المفتوحة (Open Science Grid) واجهات لأكثر من 100 مجموعة حوسبة على مستوى الولايات المتحدة، و50 واجهة لمخازن بيانات موزعة جغرافيًا، و8 شبكات جامعية (جامعات بيردو، ويسكونسن-ماديسون، كليمسون، نبراسكا-لينكولن، فيرمي غريد في مختبر فيرمي الوطني للمختبرات النووية، جامعة ولاية نيويورك في بوفالو، وجامعة أوكلاهوما في الولايات المتحدة؛ وجامعة ولاية ساو باولو في البرازيل). تشمل مجالات العلوم التي تستفيد من شبكة العلوم المفتوحة ما يلي:

برنامج المملكة المتحدة

بعد تعيينه مديراً عاماً لمجالس البحوث في عام 1999، تقدم جون تايلور، بدعم من وزير العلوم ديفيد سينسبري ووزير الخزانة جوردون براون ، بطلب إلى وزارة الخزانة البريطانية لتمويل برنامج لتطوير البنية التحتية الإلكترونية للعلوم، والذي من شأنه أن يوفر الأساس لريادة العلوم والصناعة في المملكة المتحدة على مستوى العالم في اقتصاد المعرفة، الأمر الذي حفز استراتيجية لشبونة للنمو الاقتصادي المستدام التي التزمت بها حكومة المملكة المتحدة في مارس 2000.

في نوفمبر 2000، أعلن جون تايلور عن تخصيص 98 مليون جنيه إسترليني لبرنامج العلوم الإلكترونية الوطني في المملكة المتحدة. وتم التخطيط لمساهمة إضافية قدرها 20 مليون جنيه إسترليني من قطاع الصناعة البريطاني كتمويل مُطابق للمشاريع التي شاركوا فيها. من هذه الميزانية البالغة 120 مليون جنيه إسترليني على مدى ثلاث سنوات، خُصص 75 مليون جنيه إسترليني لمشاريع تجريبية لتطبيقات الشبكات في جميع مجالات العلوم، بإدارة مجلس البحوث المسؤول عن كل مجال، بينما خُصص 35 مليون جنيه إسترليني لإدارة مجلس أبحاث الهندسة والعلوم الفيزيائية (EPSRC) كبرنامج أساسي لتطوير برمجيات وسيطة للشبكات ذات كفاءة عالية. ودُعمت المرحلة الثانية من البرنامج للفترة 2004-2006 بمبلغ إضافي قدره 96 مليون جنيه إسترليني لمشاريع التطبيقات، و27 مليون جنيه إسترليني للبرنامج الأساسي لمجلس أبحاث الهندسة والعلوم الفيزيائية. ودُعمت المرحلة الثالثة من البرنامج للفترة 2007-2009 بمبلغ إضافي قدره 14 مليون جنيه إسترليني للبرنامج الأساسي لمجلس أبحاث الهندسة والعلوم الفيزيائية، ومبلغ إضافي للتطبيقات. كما تم توفير تمويل إضافي لأنشطة العلوم الإلكترونية في المملكة المتحدة من تمويل الاتحاد الأوروبي، ومن تمويل صندوق الاستثمار البحثي (SRIF) التابع لمجلس تمويل الجامعات للأجهزة، ومن مؤسسة Jisc للشبكات والبنية التحتية الأخرى.

ضمّ برنامج العلوم الإلكترونية في المملكة المتحدة مجموعة واسعة من الموارد والمراكز والأفراد، بما في ذلك المركز الوطني للعلوم الإلكترونية (NeSC) الذي تديره جامعتا غلاسكو وإدنبرة ، وله مرافق في كلتا المدينتين. [ 9 ] قاد توني هاي البرنامج الأساسي من عام 2001 إلى عام 2005. [ 10 ]

تدعم مراكز العلوم الإلكترونية الإقليمية في المملكة المتحدة جامعاتها ومشاريعها المحلية، بما في ذلك:

كما توجد مراكز تميز ومراكز بحثية متنوعة.

بالإضافة إلى المراكز، تم تمويل المشاريع التجريبية لتطبيق الشبكة من قبل مجلس البحوث المسؤول عن كل مجال من مجالات تمويل العلوم في المملكة المتحدة.

قام مجلس أبحاث العلوم الفيزيائية والهندسية (EPSRC) بتمويل 11 مشروعًا تجريبيًا في مجال العلوم الإلكترونية على ثلاث مراحل (بقيمة حوالي 3 ملايين جنيه إسترليني لكل مشروع في المرحلة الأولى):

  • المرحلة الأولى (2001-2005) كانت CombEchem وDAME و Discovery Net وGEODISE و myGrid وRealityGrid.
  • المرحلة الثانية (2004-2008) كانت GOLD وعلم الأحياء التكاملي
  • المرحلة الثالثة (2005-2010) كانت PMSEG (MESSAGE) و CARMEN و NanoCMOS

قام مجلس أبحاث البترول والفيزياء الفلكية / مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا بتمويل مشروعين: GridPP (المرحلة 1 مقابل 17 مليون جنيه إسترليني، والمرحلة 2 مقابل 5.9 مليون جنيه إسترليني، والمرحلة 3 مقابل 30 مليون جنيه إسترليني، ومرحلة رابعة تمتد من 2011 إلى 2014) و Astrogrid (14 مليون جنيه إسترليني على مدى 3 مراحل).

تم تقسيم مبلغ الـ 23 مليون جنيه إسترليني المتبقي من تمويل المرحلة الأولى بين مشاريع الطلبات الممولة من قبل BBSRC وMRC وNERC:

خضع برنامج العلوم الإلكترونية البريطاني الممول للمراجعة عند اكتماله عام 2009 من قبل لجنة دولية برئاسة دانيال إي. أتكينز ، مدير مكتب البنية التحتية الإلكترونية التابع لمؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية . وخلص التقرير إلى أن البرنامج قد طور مجموعة من الخبرات الماهرة، وبعض الخدمات، وأدى إلى تعاون بين الأوساط الأكاديمية والصناعية، إلا أن هذه الإنجازات كانت على مستوى المشاريع وليست ناتجة عن إنشاء بنية تحتية أو تحويل التخصصات لتبني العلوم الإلكترونية كمنهج عمل أساسي، وأنها لم تكن مستدامة ذاتيًا دون مزيد من الاستثمار.

الولايات المتحدة

تُموَّل المبادرات التي تتخذ من الولايات المتحدة مقرًا لها، حيث يُستخدم مصطلح البنية التحتية الإلكترونية عادةً لوصف مشاريع العلوم الإلكترونية، بشكل أساسي من قِبَل مكتب البنية التحتية الإلكترونية التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم (NSF OCI) [ 11 ] ووزارة الطاقة (وخاصةً مكتب العلوم). بعد انتهاء مشروع TeraGrid في عام 2011، أُنشئ برنامج ACCESS ومُوِّل من قِبَل المؤسسة الوطنية للعلوم لمساعدة الباحثين والمعلمين، سواءً بمنحٍ داعمة أو بدونها، على استخدام أنظمة وخدمات الحوسبة المتقدمة في البلاد.

هولندا

يتم تنسيق أبحاث العلوم الإلكترونية الهولندية من قبل مركز العلوم الإلكترونية الهولندي في أمستردام، وهي مبادرة أسستها NWO و SURF .

أوروبا

بلان-يوروب هي منصة تضم مراكز الأبحاث الوطنية في مجال العلوم الإلكترونية/البيانات في أوروبا، وقد تأسست خلال الاجتماع التأسيسي الذي عُقد في الفترة من 29 إلى 30 أكتوبر 2014 في أمستردام، هولندا، وتستند إلى بنود مرجعية متفق عليها. تضم بلان-يوروب مجموعة أساسية من الأعضاء النشطين، وتعقد اجتماعاتها مرتين سنويًا. يمكنكم الاطلاع على المزيد من المعلومات على موقع بلان-يوروب .

السويد

تم تنفيذ مشروعين بحثيين أكاديميين في السويد من قبل مجموعتين مختلفتين من الجامعات، وذلك لمساعدة الباحثين على تبادل موارد ومعارف الحوسبة العلمية والوصول إليها:

مقارنة بالعلوم التقليدية

يمثل العلم التقليدي اتجاهين فلسفيين متميزين في تاريخ العلوم، لكن يُقال إن العلم الإلكتروني يتطلب تحولًا جذريًا في النموذج العلمي ، وإضافة فرع ثالث من فروع العلوم. "إن فكرة البيانات المفتوحة ليست جديدة؛ ففي الواقع، عند دراسة تاريخ وفلسفة العلوم، يُنسب إلى روبرت بويل الفضل في التأكيد على مفاهيم الشك والشفافية وإمكانية التكرار من أجل التحقق المستقل في النشر العلمي في ستينيات القرن السابع عشر. وقد انقسم المنهج العلمي لاحقًا إلى فرعين رئيسيين، هما المنهج الاستنتاجي والمنهج التجريبي. واليوم، تدعو فيكتوريا ستودن إلى مراجعة نظرية للمنهج العلمي تتضمن فرعًا جديدًا، وهو المنهج الحسابي، حيث تُكشف فيه، كما هو الحال في المنهجين الآخرين، جميع الخطوات الحسابية التي يستخلص العلماء من خلالها النتائج. ويعود ذلك إلى أن العلماء، خلال العشرين عامًا الماضية، كانوا يكافحون من أجل كيفية التعامل مع التغيرات في الحوسبة عالية الأداء والمحاكاة." [ 1 ] يهدف العلم الإلكتروني، بالتالي، إلى الجمع بين التقاليد التجريبية والنظرية، [ 3 ] حيث يمكن لمحاكاة الحاسوب إنشاء بيانات اصطناعية، ويمكن استخدام البيانات الضخمة الآنية لمعايرة نماذج المحاكاة النظرية. [ 7 ] من الناحية المفاهيمية، يتمحور العلم الإلكتروني حول تطوير أساليب جديدة لدعم العلماء في إجراء البحوث العلمية بهدف تحقيق اكتشافات علمية جديدة من خلال تحليل كميات هائلة من البيانات المتاحة عبر الإنترنت باستخدام موارد حاسوبية ضخمة. مع ذلك، لا يمكن تحقيق اكتشافات قيّمة بمجرد توفير أدوات حاسوبية أو بنية تحتية إلكترونية أو باتباع مجموعة محددة مسبقًا من الخطوات للوصول إلى نتيجة. بل يجب أن يكون هناك جانب أصيل وإبداعي في النشاط لا يمكن أتمتته بطبيعته. وقد أدى ذلك إلى إجراء العديد من الأبحاث التي تسعى إلى تحديد الخصائص التي ينبغي أن توفرها منصات العلوم الإلكترونية لدعم نموذج جديد لممارسة العلوم، وقواعد جديدة لتلبية متطلبات حفظ نتائج البيانات الحاسوبية وإتاحتها بطريقة تجعلها قابلة للتكرار في خطوات منطقية قابلة للتتبع، كشرط أساسي للحفاظ على النزاهة العلمية الحديثة التي تسمح بتوسيع نطاق "تقليد بويل في العصر الحاسوبي". [ 1 ]

نمذجة عمليات العلوم الإلكترونية

يرى أحد الآراء [ 14 ] أنه بما أن عملية الاكتشاف الحديثة تخدم غرضًا مشابهًا للبرهان الرياضي، فينبغي أن تتمتع بخصائص مماثلة، أي أنها تسمح بإعادة إنتاج النتائج بشكل حتمي عند إعادة تنفيذها، وأن النتائج الوسيطة يمكن الاطلاع عليها للمساعدة في الفحص والفهم. في هذه الحالة، لا يكفي مجرد نمذجة مصدر البيانات، بل يجب نمذجة مصدر الفرضيات والنتائج الناتجة عن تحليل البيانات أيضًا، وذلك لتوفير أدلة تدعم الاكتشافات الجديدة. ومن ثم، تم اقتراح وتطوير مسارات عمل علمية لمساعدة العلماء على تتبع تطور بياناتهم ونتائجهم الوسيطة والنهائية، كوسيلة لتوثيق وتتبع تطور الاكتشافات ضمن بحث علمي.

العلوم 2.0

تتضمن وجهات النظر الأخرى مفهوم "العلم 2.0"، حيث يُنظر إلى العلم الإلكتروني على أنه تحول من نشر النتائج النهائية من قِبل مجموعات تعاونية محددة المعالم إلى نهج أكثر انفتاحًا، يشمل مشاركة البيانات الأولية والنتائج التجريبية التمهيدية والمعلومات ذات الصلة علنًا. ولتيسير هذا التحول، يركز مفهوم "العلم 2.0" على توفير أدوات تُبسط التواصل والتعاون بين الأطراف المعنية. يمتلك هذا النهج القدرة على: تسريع عملية الاكتشاف العلمي؛ والتغلب على المشكلات المرتبطة بالنشر الأكاديمي ومراجعة الأقران؛ وإزالة عوائق الوقت والتكلفة التي تحد من عملية توليد المعرفة الجديدة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 بوهل، س. "ما هو العلم الإلكتروني وكيف ينبغي إدارته؟" Nature.com، Spektrum der Wissenschaft (Scientific American)، http://www.scilogs.com/scientific_and_medical_libraries/what-is-e-science-and-how-should-it-be-managed/ .
  2. ↑ المؤتمر الدولي لعلوم الإلكترونيات التابع لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، الصفحة الرئيسية، تم الاطلاع عليه في 18 ديسمبر 2014، https://escience-conference.org/
  3. ١ ٢ DT&SC ٧-٢: العلوم الاجتماعية الحاسوبية. https://www.youtube.com/watch?v=TEo0Au1brHs من دورة DT&SC الإلكترونية بجامعة كاليفورنيا: https://canvas.instructure.com/courses/949415
  4. ↑ ستيوارت تانسلي؛ كريستين ميشيل تول (2009). النموذج الرابع: الاكتشاف العلمي القائم على البيانات المكثفة . مايكروسوفت للأبحاث. ISBN 978-0-9825442-0-4.
  5. ↑ بيل، ج.؛ هاي، ت.؛ زالاي، أ . (2009). "علوم الحاسوب: ما وراء طوفان البيانات". مجلة ساينس . 323 (5919): 1297-1298 . doi : 10.1126/science.1170411 . ISSN 0036-8075 . PMID 19265007. S2CID 9743327 .   
  6. ↑ DT&SC 7-1: مقدمة في العلوم الإلكترونية: https://www.youtube.com/watch?v=9x3d75ZMuYU . من دورة DT&SC الإلكترونية بجامعة كاليفورنيا: https://canvas.instructure.com/courses/949415
  7. 1 2 هيلبرت، م. (2015). العلوم الإلكترونية من أجل التنمية الرقمية: تكنولوجيا المعلومات والاتصالات من أجل التنمية. مركز معلومات التنمية، SEED، جامعة مانشستر. "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 24-09-2015 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 13-08-2015 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  8. ↑ المكتب التنفيذي للرئيس، مكتب سياسة العلوم والتكنولوجيا، "مذكرة لرؤساء الإدارات والوكالات التنفيذية: زيادة الوصول إلى نتائج البحوث العلمية الممولة اتحادياً". 22 فبراير 2013، تم الاطلاع عليه في 7 يوليو 2013، https://obamawhitehouse.archives.gov/sites/default/files/microsites/ostp/ostp_public_access_memo_2013.pdf .
  9. ↑ "المركز الوطني للعلوم الإلكترونية" . الموقع الرسمي . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 ديسمبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 سبتمبر 2011 .
  10. ↑ ريتشارد بويندر (12 ديسمبر 2006). "حوار مع توني هاي من مايكروسوفت" . مدونة Open and Shut?. تاريخ الاطلاع: 20 سبتمبر 2011. في الولايات المتحدة ، اختاروا اسمًا آخر. شخصيًا، أعتقد أن "العلوم الإلكترونية" اسم أفضل بكثير من "البنية التحتية الإلكترونية".تم أرشفة النص الكامل في 25 مارس 2012، على موقع Wayback Machine، وتم تحديثه في 15 ديسمبر 2006.
  11. ↑ "مكتب البنية التحتية الإلكترونية (OCI)" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 سبتمبر 2011 .
  12. ↑ "مركز الأبحاث السويدي للعلوم الإلكترونية (SeRC)" .
  13. ↑ "eSSENCE، التعاون في مجال العلوم الإلكترونية" .
  14. ↑ سيد، ج.؛ غانم، م.؛ غو، ي. (2007). "دعم عمليات الاكتشاف العلمي في شبكة ديسكفري". التزامن والحوسبة: الممارسة والتجربة . 19 (2): 167. doi : 10.1002/cpe.1049 . S2CID 16212949 .