[論文レビュー] The Systems of Computer Mathematics in the Cloud-Based Learning Environment of Educational Institutions

Mariya P. Shyshkina, Uliana Kohut+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2018

Information Systems and Technology Applications参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、大学教育におけるコンピュータ代数システム（CAS）であるMaximaを統合したクラウドベースの学習環境を提案する。クラウドコンピューティングを活用することで、数学ソフトウェアへのアクセスを向上させる。さまざまなクラウドサービスモデルを評価し、手法的ガイダンスを提示し、Maximaベースのコンponentの実証的評価を通じて、アクセス性と使いやすさの向上を示している。

ABSTRACT

The article highlights the promising ways of providing access to the mathematical software in higher educational institutions. It is emphasized that the cloud computing services implementation is the actual trend of modern ICT pedagogical systems development. The analysis and evaluation of existing ex-perience and educational research of different types of mathematical software packages use are proposed. The methodological guidance on the organization of the cloud-based learning environment in higher educational institutions using the systems of computer mathematics (SCM) is outlined. The advantages and disadvantages of different cloud service models of access to SCM are de-scribed. The cloud-based learning component with the use of Maxima system is described and evaluated.

研究の動機と目的

• 高等教育機関における高度な数学ソフトウェアへのアクセスが限られているという問題に取り組む。
• コンピュータ数学システム（SCM）のクラウドベース配信モデルの実現可能性と有効性を評価する。
• SCMツールを用いたクラウドベースの学習環境を実装するための手法的ガイダンスを開発する。
• Maximaベースのクラウド学習コンponentの性能と使いやすさを評価する。
• SCMの展開に向けた、IaaS、PaaS、SaaSの異なるクラウドサービスモデルの利点と欠点を比較する。

提案手法

• 本研究は、さまざまな数学ソフトウェアパッケージに関する既存の教育的研究および実務的経験を分析する。
• SCMへのアクセスに向けた3つの主要なクラウドサービスモデル—インfrastracture-as-a-Service（IaaS）、Platform-as-a-Service（PaaS）、Software-as-a-Service（SaaS）—を評価する。
• 教育的用途を想定し、オープンソースのMaximaシステムを活用したクラウドベースの学習コンponentを設計・実装する。
• Webベースのインターフェースを活用して、Maximaの計算機能へのリモートアクセスを可能にする。
• 教育的文脈における使いやすさ、アクセス性、パフォーマンスを定性的および定量的に評価する。
• 分析および実装経験から得た知見を基に、機関での展開に向けた手法的ガイドラインを導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラウドコンピューティングは、高等教育におけるコンピュータ数学システムへのアクセスをどのように向上させるか？
• RQ2 教育的環境におけるSCMの配信に向けた、IaaS、PaaS、SaaSモデルの相対的な利点と欠点は何か？
• RQ3 Maximaベースのクラウド学習コンponentは、数学教育を支援するためにどの程度効果的か？
• RQ4 クラウドベースの教育環境にSCMを統合するための手法的フレームワークは何か？
• RQ5 スケーラブルでアクセス可能な数学ソフトウェアをクラウド経由で展開するにあたり、主な課題と解決策は何か？

主な発見

• SaaSモデルは、学生および教員にコンピュータ数学システムを提供するうえで、最も直感的でスケーラブルなソリューションを提供する。
• Maximaベースのクラウドコンponentは、優れた使いやすさとアクセス性を示し、Web環境におけるインタラクティブな数学学習を支援した。
• PaaSおよびIaaSモデルは、より高いカスタマイズ性を提供するが、管理負荷と技術的熟練度が高くなる。
• クラウドベースの展開は、ソフトウェアのインストール障壁を顕著に低減し、マルチデバイス間のアクセス性を向上させる。
• 本研究は、クラウド統合が教育機関における数学ソフトウェアの可用性と保守性を向上させることを確認した。
• 実装経験を通じて、クラウドベースのSCM統合に向けた手法的ガイダンスが成功裏に導出され、検証された。