[論文レビュー] Tools and Recommendations for Reproducible Teaching

Mine Dogucu, Mine Çetinkaya-Rundel|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2022

Scientific Computing and Data Management参考文献 19被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、計算的再現性、包括的な文書化、教科書資料のオープン共有に焦点を当てた再現可能で再利用可能な教育フレームワークを提案する。データサイエンスおよび統計教育者に対して、R、RMarkdown、Git、GitHub などのツールを用いて、一貫性があり再現可能なワークフローを採用するよう提言する。これにより、役割モデルの提示とオープンアクセスを通じて、教育の持続可能性、協働作業、学生の学びが向上する。

ABSTRACT

It is recommended that teacher-scholars of data science adopt reproducible workflows in their research as scholars and teach reproducible workflows to their students. In this paper, we propose a third dimension to reproducibility practices and recommend that regardless of whether they teach reproducibility in their courses or not, data science instructors adopt reproducible workflows for their own teaching. We consider computational reproducibility, documentation, and openness as three pillars of reproducible teaching framework. We share tools, examples, and recommendations for the three pillars.

研究の動機と目的

• データサイエンスおよび統計教育分野における教育資料の再現性に関する実践的ギャップを埋める。
• 計算的再現性、文書化、オープンネスの三本柱からなるフレームワークを提唱し、一貫性があり持続可能な教育ワークフローを実現する。
• 再現可能な教育を明示的に教えなくても、教育者に実用的なツールと提言を提供し、再現可能な教育を実装できるようにする。
• 複数のファイル、学生の課題、共同指導チームを扱う際の混乱を軽減することで、大規模な教育管理を支援する。
• 研究や学生の学びの分野にとどまらず、教育的協働作業や教員の可視性向上にも、再現性の利点を拡張する。

提案手法

• 計算的再現性、包括的な文書化、教育資料のオープン共有の三本柱を採用する。
• R および RMarkdown を用いて教育コンテンツを執筆し、コード、データ、出力結果をバージョン管理し、再実行可能であることを保証する。
• Git および GitHub を用いて教育リポジトリのバージョン管理を実装し、変更履歴の追跡と協働作業を可能にする。
• Tidyverse スタイルガイドに準拠した一貫性のあるファイルおよびフォルダ名の命名規則（例：小文字、ハイフン区切り）を適用する。
• データフォルダ内に、データのルート情報、構造、辞書情報などを文書化する README ファイルを設ける。
• GitHub Pages や RStudio Connect を用いてコースウェブサイトをホスティングし、Canvas や Gradescope、Piazza などのプラットフォームを用いてコース配信および採点を実施する。これらはすべて再現可能なワークフローに統合される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 データサイエンスおよび統計教育者はどうすれば、異なる環境や時間経過を経ても教育資料を計算的に再現可能に保てるか？
• RQ2 どのような文書化実践が、教育者や指導チームにとって教育資料の使いやすさと保守性を向上させるか？
• RQ3 教育資料のオープン共有を採用することで、統計およびデータサイエンス教育における協働作業とアクセス性はどのように向上するか？
• RQ4 再現可能な教育ワークフローは、大規模またはリモート教育環境におけるコース管理をどのように改善するか？
• RQ5 再現可能な実践をモデル化することは、学生の行動にどのような影響を与え、長期間にわたるベストプラクティスの採用を促進するか？

主な発見

• 再現可能な教育フレームワークを採用することで、特に数百人の学生と複数のTAを抱える大規模なコースにおいて、教育の持続可能性と管理可能性が顕著に向上する。
• Git および GitHub を用いたバージョン管理により、教員は変更履歴を追跡し、異なる学期や機関間でも教育資料を再現可能に保てるようになる。
• 一貫性のあるファイルおよびフォルダ名の命名、およびデータフォルダ内での README ファイルによる文書化により、教育資料の明確さと再利用可能性が向上する。
• GitHub や Open Math Notes、RStudio Education のリポジトリなどにホスティングされたオープンな教育資料は、他の教育者が再利用・改善・拡張でき、コミュニティの協働を促進する。
• 再現可能な教育ワークフローを採用した教員は、可視性が向上し、特に早期キャリア段階の教員にとって協働の機会が増える。
• 再現性を重視しないコース（例：理論的確率）であっても、教育資料に再現可能なワークフローを適用することで、教員の作業効率が向上し、長期的なコースメンテナンスが容易になる。