Google Colaboratory を用いた授業形態に依存しないインフォマティクス
学習教材の開発と実践
大滝 大樹 1)
1) 長崎大学 大学院医歯薬学総合研究科
otaki@nagasaki-u.ac.jp

Development and Practice of Informatics Learning Material
Independent of Class Format Using Google Colaboratory
Hiroki Otaki1)
1) Graduate School of Biomedical Sciences, Nagasaki Univ.

概要
新型コロナウイルスのパンデミックを境に多様化した授業形態に関係なく，学生がインフォマティクスおよびプログラミングの学習ができるようにすることを目的として，Google Colaboratory を用いた学習教材を作成した。
これにより，Google アカウントとネットワーク環境さえあれば，学生は自分の PC で場所を問わずプログラミングの作成・実行を行うことが可能となる。本稿では，2022 年度より著者が実際に教材を用いて行った授業の内容と，アンケートの結果から見えた今後の課題などについて述べる。に関係なくインフォマティクスおよびプログラムに触1 はじめにれられるように，Google Colaboratory（以下 Google

新型コロナウイルスのパンデミックにより教育環境は大きく変わり，オンライン・オンデマンド・対面・ハイブリッドなど様々な形態で授業が行われるようになった。講義形式の授業に比べ，学生に実際に手を動Colab）を利用した教材を作成し，教材を用いて担当している授業を行うことを試みた。
本稿では，このような試みと受講後のアンケート結果，および今後の展望・課題について報告する。

かして経験してもらうことを目的とした実習・実験形
式の授業の場合，リモート形式での実施は極めて難しい。理由の一つとして，学生個人が環境を用意することが難しいことが挙げられる。

2 Google Colaboratory
Google Colab は Google が提供するクラウド形式のプログラム実行環境であり，Web ブラウザ経由でインフォマティクスおよびプログラミング関連の授Google のクラウドサーバーに接続してプログラムを業についても実習形式で行われることが望ましいが，実行することができる。デフォルトでは Python に対使用するソフトやパッケージのインストールの煩雑さ応しているが，R の使用も可能である。無償プランとなど，実施には数多くの障壁が存在する。対面形式の有償プランがあり，時間制限や使用できる GPU の性授業であれば，ソフトを含めた計算機環境については，能などの違いはあるが，標準的な授業であれば無償プ

多くの大学が整備しているであろう情報処理用の演ランで十分であると思われる。

習室を使えばほとんど問題は生じないと思われる。ま図 1 に Google Colab を用いた授業形態のイメージ

た，デバッグができず思うようにプログラムが動かなを示す。Google Colab では Web ブラウザでノートい学生が授業中にいたとしても，教員が直接確認してブック（以下，Colab ノートブック）と呼ばれるペー

PC を触ることで対処が可能である。しかし，リモージを開いてプログラムやテキストを記載する。プログト形式では上記のような対応は難しく，学生が手をつラムを記載・実行するところはコードセル，テキストけられない・教員が教育環境を提供するに至っていなを記載するところはテキストセルと呼ばれる。教員がいのが現状である。

必要な処理（プログラム・コマンドなど）やその説明

このような状況から，著者は学生が授業の参加形態

424を記載した Colab ノートブックを作成し学生に共有す3 授業について
3.1

担当科目および形式

担当した授業は，長崎大学（以下，本学）の薬学部

4 年生を対象とした「医薬品評価学」である。この科目は全 15 回の授業の一部がオムニバス形式となっている。著者は 2022 年度より 1 回分（90 分）の授業を担当しており，これまでに二回授業を行った。
事前準備として，学生には授業当日までに Google
1 のコードセ
図 1 Google Colab のイメージ図。○

アカウントの作成を依頼した。2022 年度の授業後の2 をクリックす
ルにプログラムや処理を記入する。○

アンケートで「Google アカウントの作成に苦労した」

るとコードセルの内容が実行される。結果はすぐ下という意見があったため，2023 年度は作成手順を示し3 に表示される。の○た資料を事前に配布した。
新型コロナウイルスによる制限が緩和されていた頃
ると，学生はそのノートブックを Web ブラウザで開でもあり，2022 年度，2023 年度とも授業は対面形式

くだけで学習環境を用意できる。Colab ノートブックで行われた。受講者は 40-50 人程度であった。出席でのコピーを各自の Google Drive に保存すれば編集・きなかった学生に対しては，解説動画を作成しオンデ保存が可能となるため，興味がある学生はプログラムマンド形式で受講してもらった。

を編集・追加して処理を試したり，授業の復習を行う

3.2

ことも容易である。

扱ったテーマ

授業では機械学習の手法の一つであるクラスタリン

上記の特徴から，Google Colab には以下の長所があグを取り扱った。2022 年度は Iris dataset を用いた花る。ポストコロナ時代における新しい形態のインフォ

弁とがく片の幅・長さを特徴量としたアヤメの花の分マティクス・プログラミング学習環境を実習形式で，類，2023 年度は喫煙者・非喫煙者の頬粘膜における遺かつ，学生の負担が少ない形で提供することが可能と伝子発現量を特徴量とした階層的クラスタリング [1]なる。

を題材とした。

• 学生独自のノート PC とネットワーク環境があれ

プログラミング言語は R を用いた。2022 年度の授ば良いため，対面授業・オンライン授業・オンデ業で用いた Iris dataset は R に標準的に組み込まれマンド授業・ハイブリッド授業のいずれにも対応ているため特に準備も必要なく使用可能である。一可能である。また，自学自習にも適している。

方，2023 年度のテーマのオリジナルデータは，NCBI• PC の OS に依存せず使用可能である。

（National Center for Biotechnology Information）の• クラウドサーバー上で処理が行われるため，多少GEO（Gene Expression Omnibus[2]）で入手可能で負荷のかかる処理を行ったとしても学生個人のある（Accession No. GSE17913）。このデータの必PC の性能差によるタイムラグなどが発生しない。

要な部分を抜き出し，解析用に整形したものを事前• 学 生 側 で 準 備 が 必 要 な の は Web ブ ラ ウ ザ とに用意し授業を実施した。2023 年度の授業で用いたGoogle アカウントのみである。前者は誰もが使Colab ノートブックの詳細はポスター発表で発表予定用していることは言うまでもない。後者はほとんである [3]。

どの学生がアカウントを所有している（持ってい3.3

授業の進行

授業では Colab ノートブックの他にパワーポインなくても容易にアカウントを作成できる）。

• ソフト・パッケージ類の準備が一切不要である。

トで作成した資料を配布し，非階層型クラスタリン

従来は事前に必要なものを事前にインストール

グと階層型クラスタリングについて説明を行った後，した PC を用意する，授業前にインストールしてGoogle Colab を用いた実習を行った。実習は，ある区おいてもらう，授業中の時間を使って学生にイン切りまで解説→コードセルの実行，という流れを繰りストールしてもらうなどの対応が必要であった。

返して進めた。学生が各自の PC を触っている間は教Google Colab はこれらの問題を全てスキップで室を巡回し，質問や Colab ノートブックの動作に不具きる。

合が起きた場合などに対応できるようにした。学生は425

ノート PC（Windows/Mac），タブレット端末で実習

2022年度に臨んでいたが Google Colab が全く動作しなかった

2023年度ある, 7%

学生は皆無であった。（あるセルの実行をスキップしある, 17%て次のセルを実行したために）エラーが出た，途中でうまく動かなくなった，などの学生が少数見受けられない, 93%

たが，巡回中にすぐに対処することができた。そのたない, 83%

め授業に大きな支障が生じるようなことはなかった。
また，上にも述べたように対面授業に出席できな
図 3 質問「プログラミングの経験はありますか」にかった学生がいたため，資料と Colab ノートブックの対する回答。

配布に加えて解説動画を作成し，学内のシステムを通じてオンデマンド形式で受講してもらった。

2022年度

授業後にアンケートを取り，授業の感想や改善点に知っていた・使ったことがある, 9%ついて調査を行った。アンケートは Google form を用

2023年度知っていた・使ったことがある, 7%
聞いたことはあったが使ったのは初めて, 7%いて作成した。

4 アンケート結果
4.1 Google アカウントおよび事前知識・経験について初めて知った・使っ初めて知った・使った, 91%

た, 86%

図 2 に授業前における Google アカウントの所有状
況，図 3 にプログラミングの経験に対するアンケート

図 4 Google Colab に関する事前知識に対する回答。

結果を示す。殆どの学生が授業前に Google アカウン
トを所有していたが，数名はこの授業のために初めて2022年度作成したことが分かった。なお，一回目（2022 年度）

聞いたことはあったが使ったのは初めて, 6%知っていた・使ったことがある, 7%の授業アンケートの自由記述欄に「Google アカウン

2023年度聞いたことはあったが使ったのは初めて, 7%

トの作り方に困った」という意見があったため，2023年度は作り方に関する資料を作成し，事前アナウンス時に配布するようにしている。

この授業の2022年度

この授業のために取得ために取得した, 13%

した, 7%

初めて知った・使っ初めて知った・使った, 87%

た, 93%

2023年度図 5 R に関する事前知識に対する回答。

授業でアナウンス

授業でアナウンス

される前から持っされる前から持っていた, 87%ていた, 93%

他の授業で少し触れたことがある，という学生が少数見られたが，この授業で初めて知った学生が多かった。

2022 年度，2023 年度の結果ではほぼ同様の傾向が見
図2られたが，今後カリキュラムなどが変わり（例えば教質問「Google アカウントは持っていましたか」に対する回答。

養科目などで）同様の授業が増えればこれらの質問に対する回答の傾向は変わっていくと思われる。

プログラミングに関する経験については大部分の学

4.2

授業の評価生が経験なしと回答した。自由記述欄にも記載があっ授業の詳細や難易度に関するアンケート結果は，ポたが，本学の薬学部ではプログラムを扱うような授業

スター発表 [3] で述べる。ここでは授業で扱ったテーが行われていないことを反映した結果となっている。

マに対する評価について示す。
図 6, 7 に非階層型クラスタリングと階層型クラス

一方，経験のある学生の使用言語は，Python, Java,タリングに対する授業の感想を示す。自由記述欄でもRuby, C, Dart であった。
図 4，5 は，それぞれ，Google Colab および R に対「面白かった」という感想が多数あり，両年度とも多くする事前知識に対する結果である。Google Colab は426の学生に興味を持ってもらえたと思われる。

状況の把握という問題が心配される。一つの端末で授

5：⾯⽩かった業を受ける場合，画面上で配布資料と Colab ノート

4ブックを都度切り替える必要が生じる。対面授業では

3：普通

見回りながら進行状況を把握できるため，次に進むタ2

イミングを見計らうのが比較的容易である。オンデマ
1：つまらなかった

ンド形式の場合は各自のペースで行えば良く問題は生
0510

2023年度

152025302022年度じない。一方，フルリモート形式の場合は Zoom の挙手機能のようなものを使えば対応は可能かもしれない

図6

内容に関する評価（非階層型クラスタリング）。

が，対面授業に比べて少しテンポが落ちることが予想

横軸は回答人数。

される。
テーマの充実化も課題である。難易度なども調整

5：⾯⽩かった

し，学部・学年を問わず多くの学生に興味を持っても4らえるように様々なテーマを取り扱った Colab ノートブックの作成を考えている。様々な授業形式に対応で3：普通きるように，30 分程度で終わるようなノートブックを2単位として整備し，機会があれば授業で積極的に使用1：つまらなかった
052023年度

図7101520252022年度

したい。

謝辞

内容に関する評価（階層型クラスタリング）。

本研究は，長崎大学「令和 5 年度 寄附金による研究

横軸は回答人数。

支援プロジェクト」の支援を受けて行われました。

参考文献

5 まとめと今後の課題[1] J. O. Boyle, Z. H. Gümüş, A. Kacker, V.

学生が授業の形態に関係なくインフォマティクス

L. Choksi, J. M. Bocker, X. K. Zhou, R.

やプログラミングを学ぶための方法として Google

K. Yantiss, D. B. Hughes, B. Du, B. L.

Colab を用いた学習環境を考案・実装した。Google ア

Judson, K. Subbaramaiah, A. J. Dannen-

カウントとネットワーク環境さえあれば自身の PC を

berg, Eﬀects of Cigarette Smoke on the使ってどこでも学習できるのが大きな特徴である。実

Human Oral Mucosal Transcriptome, Can-践として，本学薬学部の学生を対象とした授業で，作

cer Prev. Res. (Phila) 3 (3) 266–278 (2010).

成した Colab ノートブックを用いた授業を行った。使

DOI:10.1158/1940-6207.CAPR-09-0192

用するツールも取り扱うテーマも初めてという学生が[2] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/

大部分を占める状況の中で行われた授業であったが，[3] 大滝大樹，Google Colaboratory を用いたイン

アンケートの結果は概ね好評であった。プログラムをフォマティクス学習教材の開発と薬学部生を対象

自分で書いてみたいという意見も見られたため，授業とした授業における実践，AXIES2023（ポスター中にそのような時間をもう少し設けたり，プログラム発表）を書いてもらう箇所を増やした発展的な内容の Colabノートブックも作成するなどして対応したい。
一方，内容については興味を持ってもらえたものの，「言われたとおり操作しているだけで何をやっているかよく分からなかった」という類の意見も一定数見られた。プログラミングをさせない授業形式を取った以上予想されたことではあったが，このあたりの匙加減については今後の課題である。
また，フルリモート形式で行った場合，学生の進行

427