オンライン情報教育における講義・演習環境の構成例
横山 重俊 1),5) , 浜元 信州 1) , 桑田 喜隆 2) , 長久 勝 3) , 中川 晋吾 4) ,政谷 好伸 5) , 竹房 あつ子 5) , 合田 憲人 5)1) 群馬大学, 2) 室蘭工業大学, 3) ライフマティックス,4) カラビナシステムズ, 5) 国立情報学研究所
yoko@gunma-u.ac.jp

Conﬁguration Example of Online Lecture/Exercise Environment
in Information Technology Education
Shigetoshi Yokoyama1),5) , Nobukuni Hamamoto1) , Yoshitaka Kuwata2) , Masaru Nagaku3) ,Shingo Nakagawa4) , Yoshinobu Masatani5) , Atsuko Takefusa5) , Kento Aida5)
1) Gunma University, 2) Muroran Institute of Technology, 3) Lifematics,
4) Carabiner Systems, 5) National Institute of Informatics

概要
データ科学教育やプログラミング教育などで活用が始まっている Jupyter Notebook を情報関連講義群に適用する取り組みを行なっている．本報告では，対面授業を想定して開発と教育実践を進めて来た講義演習環境を，オンライン授業へ応用した際の工夫点について述べたい． 具体的には，対面授業に適用した講義・演習環境構成例と教育実践例を先行研究として文献を引用しながら振り返る．その後，オンライン授業にこれらを適用した際の効果と必要な工夫を述べ，最後にオンライン授業向けに新たに加えた取り組みについて紹介する．これらの取り組みについての述べることが，今後，様々な利用場面に適用できる講義演習環境の情報教育への活用について議論を進める材料としていただきたい．

1 はじめに情報教育およびデータサイエンスの全学展開が必然いて述べ，最後に５章で今後の展開について触れる．

2 先行研究的な事項として認識され，これらの授業の大規模化に情報関連講義群は，どの講義も講義対象となる知識どのように対応して行くべきかについて，各教育機関範囲が広範なことに加えて講義時間に制約があるたで検討が進められている．さらに，教育機会の多様化

め，どうしても概要的な説明が主体となってしまう．にともなう要望，大学経営統合などの状況変化にともこのため単なる座学だけの講義では受講側のエンゲーなう要求，感染症対策からの必然などにより，オンラジメントを確保するのが難しい．また，データ科学にイン授業の必要性が増大している．

関する知識を提供するカリキュラムを全学的に展開す一方，これを支えるネットワークや端末技術に加え，る要求も近年強くなってきている．

オンライン授業用ツールの普及も進んでいる．また，現状の教員体制で情報に関する講義を全学対応とす

日本に限らずデータサイエンス教育およびプログラミるための現実的な方法として，講義動画などを活用しング教育を主なターゲットとして，ノートブックを教た反転授業を援用することが考えられる．加えてこれ育メディアとして活用するためのオープンソースプロ

らの授業は対象受講者が大人数になることが多く，大ダクト Jupyter Notebook の講義・演習環境の教育現

規模講義の品質を確保するための仕組みを導入する必場への浸透も始まっている．筆者らはこれらの動きに要もある．

沿った講義・演習環境構築とそれを活用した教育実践を行なっている．
次章で筆者らによる先行研究について振り返り，3
章でオンライン授業への適用，４章でその実践例につさらに，カリキュラム作成上で新しく導入するデー
タ科学教育と既存の情報教育を統合することが実際に起こっていて，この統合を行うにあたってこれらの間に親和性を持たせた形で実現する必要がある．

筆者らは，これらの課題を解決するための研究開発

2.3

オンデマンド講義・演習環境構築

および教育実践を行なって来た．これまでの取り組み

各教育機関が自らの要求にあった最適な講義・演習

経緯は文献 [1] にまとめられている．以下に，その中環境を利用するためには，自ら，リソース確保から，の主な取り組みについて簡単にまとめる．各取り組み構築する CoursewareHub の仕様の設定，そして，その詳細はそれぞれに関する報告を参照いただきたい．の確保したリソース上への CoursewareHub 構築・運2.1 CoursewareHub の活用用を各機関が自立して実施できることが必要になる．

Jupyter Notebook 環境は，個々人が研究環境としこれは単純に JupyterHub のコードに加えて Course-て構築し，利用するためのリソースとして良く整備さwareHub のコードをオープンソース化すれば解決すれている．しかし，複数の受講生に対して演習環境とる単純な問題ではない．各機関の CoursewareHub のして提供する場合，アカウントの管理や，実行環境の構築・運用をサポートする仕掛けが重要である．

分離など，いくつかの機能が不足している．これに対それを支援する仕組みとして，国立情報学研究所のする解として，Project Jupyter は，JupyterHub を開提供する学認クラウドオンデマンド構築サービス [5]発した．JupyterHub には複数のアカウントを管理すのアプリケーションテンプレートとして Courseware-るとともに，アカウント毎に分離した実行環境を多数Hub 用のものを開発した．そのアプリケーションテン並列に提供する機能などがある．

プレート（CoursewareHub テンプレート）を使ってしかし，JupyterHub は汎用的な Jupyter Notebook各講義の要求条件に合わせた Jupyter Notebook 実行

環境提供基盤であるため，講義・演習のライフサイク環境をクラウド上に動的に構築することでデータサイル全体をカバーするには至っていない．規模がスケー

エンス教育における講義・演習環境の構築・運用のコルするプラットフォームを提供することのみを目的とストの削減を目論める．関連研究をはじめ詳細は文献している JupyterHub に対して，国立情報学研究所で[6] を参照いただきたい．

は，講義・演習の準備から実施までに渡る煩雑な講師の作業負担を軽減することを目的に，以下のような機能追加，拡張を実装した CoursewareHub を開発した．

• 講義・演習環境の作り込みを含む教材の準備• 教材の配布・更新• 課題の回収• 学習活動の分析
この CoursewareHub を情報関連講義群の授業にお3 オンライン授業適用への課題整理
対面授業を対象に開発した講義・演習環境をオンライン授業に適用した際の課題を整理する．また，オンライン授業への適用は今年度前期の授業で実施し，後期においてもその実践からのフィードバックを取り入れさらに改善する取り組みを行っている．

3.1

対面授業向けに実施した取り組みでオンライン授業でも活用できるもの

ける受講生が実験・演習の環境として利用できる教育

CoursewareHub を活用した授業での実験の活用は実践を行なっている．関連研究をはじめ詳細は文献

クラウドを活用していることもあり受講生側にイン[1] を参照いただきたい．

ターネット接続とブラウザがあれば成立する環境であ

2.2

リアルタイム進捗状況把握り，そのままオンライン授業に適用できるものである．

各自の実験の実行状況をノートブックの実行状況とまた，リアルタイムでの各受講生の進捗把握は，オして講師側でリアルタイムに把握することで，講師がンライン授業ではさらに効果を発揮すると言える．逆

その状況に合わせた受講生の間の対話性を高めることに，こういうツールが無ければオンライン授業での実を狙う [2, 3]．まずは，講師がその集約した進捗情報

験などの実践は難しいと言える．また，オンデマンドをもとに講義や演習の速度を調整することができる．

での環境構築については，このような状況を背景としまた，わからなさのパターンについても把握し，そて各種オンライン授業での本取り組みの適用が増加しれに合わせた追加説明や追加実験の提案などが可能とた際には不可欠な仕組みであると言える．

なる．さらには，リアルタイムな対話性にとどまらな一方，学外からの CoursewareHub 環境へのアクセ

いで，次回以降の講義・演習内容に反映させたり別のスを行うためには現状受講生各自が VPN を使って学機会の講義・演習へのフィードバック材料として活用

内ネットワークに接続する必要がある構成となってする．関連研究をはじめ詳細は文献 [4] を参照いただ

いる．VPN 接続に伴う様々コストを低減するためにきたい．

は，セキュリティを確保しながら VPN 接続をせずに

CoursewareHub 環境にアクセスできる構成の検討が成・編集・実行・保存できるものであり，手順の構造必要である．

が Notebook の中に埋め込めるという特徴を持ってい3.2

オンライン授業向けに新規追加したもの

る．オンライン授業の講師が目論む方向性をメディア

まず，オンライン授業でのグループワークを支えるに埋め込むことが可能であることが重要であり，これ共同の場となるメディアに求められる要求を以下に整は個人学習の時と同様，あるいはより，グループワー理する．少なくとも，次の二種類のメディアが必要にクの方向を混乱させないためにグループ学習の際にはなると考えられる．

肝要である．

• コミュニケーションメディア
グループメンバー間で音声や動画やテキスト情報を使ったコミュニケーションを行うためのメディアが必要である．

• 作業場所メディア
グループワークをする際，中間成果物などを保存・共有する場所としてのメディアが必要である．
現状オンライン授業実施において，この二種類のメ各利用者毎に起動された Jupyter Notebook 環境に
は各利用者用の保存領域を NFS サーバ上に持ち，それを各 Jupyter Notebook 環境から Mount している．
この個人領域に加えて共通領域として share という領域を作り，各 Jupyter Notenbook 環境から owner-ship を nobody として Mount しておく．各利用者は自分の Jupyter Notebook 環境の中のフォルダとしてshare が使え，この領域をどの利用者からも読み書き可能な状態としておける．

ディアのうち前者のコミュニケーションメディアに焦この共有領域にグループワークで利用する Note-

点があたっている．しかしながら，オンライン授業にbook を保存・活用することで，オンライン授業でのグおけるグループワークを重視する場合，後者についてループワークを各自の個人作業とスムーズに連携させも同じく焦点をあてるべきである．

ながら実施することができる．この Shared Space 機

作業場所メディアの例としては，現在利用可能なオンライン会議ツールに付属するホワイトボード機能

能をオンライン授業で活用する．

3.2.2

グループワークでのホワイトボード利用（オンライン版ホワイトボード）や，クラウドサービス

一方，グループワークを進める上で議論を進めるメとして提供される共同編集可能な文書メディアや，クディアとして，オンラインホワイトボードはやはり便ラウドストレージがある．これらは，自由記述，自由利なメディアであり，このメディアはグループ内の情フォーマットなので，使いこなせば何でもできる汎用報共有にとどまらず，グループ間の情報共有にも役立のグループワークの作業場所メディアとして大いに機つと考えられる．

能する．

従って，各授業回毎に各グループ毎の議論場所があ

しかしながら，これらの問題点は，自由度が高い分，り，それらを授業参加者全員がいつでも閲覧・書き込使いこなすことへのハードルが高いこと，またオンラみできる巨大なホワイトボードを用いることとした．

イン授業の講師が目論む方向性をメディアに埋め込

この際，オンライン会議に付属するホワイトボードにむことが難しい，保存されているグループワークの中とらわれずに，外部サービスとしてのオンラインホワ間成果物や最終成果物の構造化が難しいという問題がイトボードサービスを活用することとした．

ある．
このことが，オンライン授業でのグループワークを受講生にとって難しくしている，と同時に講師側の関

4 オンライン授業実践例
筆者の一人が担当する群馬大学の初学年生が主な対与を難しくしていると考えられる．

象である，講義「コンピュータネットワークとセキュリ

3.2.1 Jupyter Notebook Shared Spaceティ」と講義「データ・サイエンス」のオンライン授業

これらの問題への解決策として，筆者らは作業場所において，2020 年 4 月 22 日からこの取り組みに沿っメディアとして Jupyter Notebook と，それをグルーた教育実践を開始した．実践は，群馬大学のオンライプメンバーや講師の間で共有する仕組みを提案し，実ン授業の標準ツールとして用意されている Zoom の際に利用した．

ブレークアウトルーム機能と CoursewareHub の持つJupyter Notebook は，元々データ分析などの作業Shared Space 機能を組み合わせて Peer Instructionの手順を説明文，実行手順を記述したスクリプトと方式の教育を実施することで行なった．このことで，その実行結果をひとまとまりの Notebook として作オンライン授業の中での受講生のエンゲージメントを高める効果に期待した．この取り組みに関する関連研
究をはじめ詳細は文献 [7] を参照いただきたい．

また，将来対面授業が可能になった場合にも，特に大規模講義などにおいて，今回オンライン授業で得らこの取り組みに関する受講生からのフィードバックれた知見は有効に活用できる可能性を感じている．こに，以下のようなものがあり，オンラインでの実験やの知見の活用を具体化するために，受講者アンケートグループワークの価値を認めるものの，個人での実験に限らず実践状況を定量的に把握するための方策を積への取り組み時間を十分取らなかったことへの戸惑いみ上げて行きたいと考えている．

や不満が現れている．講義実施者としては，講師が演示実験を行なっている間に各受講生は，それに沿って参考文献同時に個人ワークを進めて様々な気づきができると想[1] 横山 重俊, 浜元 信州, 長久 勝, 政谷 好伸, 合田 憲

定し，演示実験後すぐにブレークアウトし，グループ人, Jupyter Notebook を活用した情報教育実践,ワークに移行した．授業時間の関係からこのような判

情報教育シンポジウム論文集, 2-9, 2019．

断をしていたが，今後は授業の中での個人ワークとグ[2] 桑田喜隆, 石坂徹, 合田憲人, 政谷好伸, 長久勝, 横ループワークのバランスを考慮した実践を行う予定で

山重俊, 浜元信州, クラウドを利用した対話的なある．

プログラミング教育環境とその評価手法の提案,

第 14 週目の講義開始時に実施したアンケート結果（匿名で各自１票任意で投票） 出席者数
（Jupyter Notebook の利用について）

90 名• Jupyter Notebook での演習は意味がないので，その分講義時間を増やして欲しい．→ 0• Jupyter Notebook での演習と講義のバランスは良いので，今のまま続けて欲しい．→ 58• Jupyter Notebook での演習を授業の主体にして，講義部分は録画聴講で良い．→ 0（ブレークアウトしてグループワークについて）•••

ブレークアウトするよりも個人での演習時間を増やして欲しい．→ 39
ブレークアウト時間として 30 分位が適当なので，今の構成を続けて欲しい．→ 18
グループワークの時間を増やすように講義時間をもう少し短くして欲しい．→ 3

第 15 週目の講義開始時に実施したアンケート結果（匿名で各自１票任意で投票） 出席者数 91 名
（第 14 週目のアンケート結果で「ブレークアウトするよりも個人での演習時間を増やして欲しい。」という人が多かったので実施した、グループワークについての追加質問）
オンラインでのグループワークはやめて欲しい．→ 3
オンラインでのグループワークはやってもいいけれど，まずは個人の作業をやって，その後にして欲しい（個人作業 15 分，グループワーク 15 分とか） ．→ 36•
オンラインでのグループワークはやってもいいけれど，まずは個人の作業をやって，その後にして欲しい（個人作業 15 分，グループワーク 30 分とか）．→ 8•
オンラインでのグループワークをもっと増やして欲しい．→ 0••

No5 1-6, クラウドを利用した対話的なプログラ
ミング教育環境とその評価手法の提案, 2018．

[3] 桑田喜隆, 石坂徹, 小川祐紀雄, 政谷好伸, 長久勝,横山重俊, 浜元信州, Jupyter Notebook の実行履歴を活用したプログラミング演習の状況把握,

No4 1-6, 人工知能学会 知識流通ネットワーク
研究会 第 24 回, 2019．

[4] 横山重俊, 浜元信州, 長久勝, 中川晋吾, 桑田喜隆,
政谷好伸, 竹房あつ子, 合田憲人, Jupyter Note-

筆者の一人が担当する群馬大学の PBL を前提としbook を活用した演習進捗状況リアルタイム把握た情報関連講義群の一つである後期授業「クラウド入ツール, No.8 1-8, 第 30 回教育学習支援情報シス門」において，これまで述べて来た方針に基づく教育テム研究会, 情報処理学会, 2020．

実践を開始している．例年は対面での実施で，3-4 名[5] 学認オンデマンドクラウド構築サービス, 国立情のグループ構成でクラウド利用によるアプリケーショ

報学研究所, https://cloud.gakunin.jp/ocs/

ン開発プロジェクトを実施するけれど，今回はオンラ[6] 横山重俊, 浜元信州, 長久勝, 政谷好伸, 竹房あつ

インでの PBL を 5-6 名のグループ構成で 35 名の受講子, 合田憲人, データサイエンス教育における講生を対象に行っている．

義・演習環境の構成例,1-8, 大学 ICT 推進協議

この授業で活用しているのは， 以下の環境である．

会,2019．

前期と同様にコミュニケーションメディアとして、[7] 横山重俊, 浜元信州, 桑田喜隆, 長久勝, 中川晋吾,Zoom のメインルームとブレークアウトルーム作業メ

政谷好伸, 竹房あつ子, 合田憲人, オンライン授業

ディアとして、CoursewareHub の個人環境と Sharedにおける Jupyter Notebook を活用した演習環Space、それに PBL を支える重要な環境としてオンラ境提供, 1-4, 情報処理学会 第 31 回 CLE 研究会,インホワイトボードおよび共有ドキュメントスペース

2020．

を活用する．これらを組み合わせた講義・演習環境を利用し，グループワークを進めている．

5 今後の展開とまとめ
今年度後期のオンライン授業では，毎回の授業でのフィードバックを受講生からもらいながら改善作業を実施する．今後，各種研究会などに機会を得て，その実践状況について報告させていただく予定である．