ETH Computational Competencies: JupyterHub
Mit dem neuen JupyterHub Service der ETH sind JupyterNotebooks für alle im Studium und in der Lehre verfügbar. Mit einem Klick gelangt man von einer Kursseite in Moodle zu einem JupyterNotebook, welches sich auf dem Server öffnet, ohne dass irgendetwas installiert werden muss. In einem einzigen Dokument, einem JupyterNotebook, können Text und Formeln, ausführbarer Code, als auch die Ergebnisse und Plots der Berechnungen miteinander kombiniert und ansprechend dargestellt werden.
Was sind JupyterNotebooks?
JupyterNotebooks sind interaktive Dokumente, die sowohl Text, als auch ausführbaren Code und Visualisierungen enthalten können. Um sie zu öffnen, zu bearbeiten und auszuführen wird lediglich ein Webbrowser benötigt – ohne langwierige Installation und Konfiguration von Interpretern, Compilern oder ähnlichem. Notebooks können zum Beispiel dazu verwendet werden, Zeitreihen zu analysieren, zu plotten und zu dokumentieren (Beispiel einfache Zeitreihe), die Bewegung eines hüpfenden Balls zu berechnen, zu dokumentieren und in einem Video zu visualisieren (Beispiel eines hüpfenden Balls), oder um chemische Strukturen zu modellieren und zu visualisieren (externe SeiteBeispiel Molekülstrukturen von Greg Landrum). Viele weitere Beispiele finden sich in der externe SeiteGallery of JupyterNotebooks. JupyterNotebooks erfüllen vielfältige Bedürfnisse:
- Programmieren: vom Laden und Plotten von Datensätzen zu komplexen Programmieraufgaben (in Python, R, Julia, Octave oder OpenModelica)
- Text und Dokumentation: mit der Markdown Funktionalität kann Text, inklusive mathematischer Formeln mittels LaTeX, ansprechend dargestellt werden
- Visualisierung: animierte Grafiken um mit Hilfe bewegter Objekte Sachverhalte anschaulich darstellen zu können
JupyterNotebooks in der Lehre an der ETH
Mit diesen vielfältigen Funktionalitäten können JupyterNotebooks und der JupyterHub den Unterricht in den verschiedensten Disziplinen bereichern und vereinfachen. Dabei können Rechen- und Programmierbedürfnisse, Visualisierungen, oder der einfache Einstieg ins Programmieren im Vordergrund stehen.
Mit Hilfe des JupyterHubs können Dozierende interaktive Übungen für die Studierenden bereitstellen. Solche Übungen können Beispiele oder Animationen enthalten oder als vordefinierte Programmierumgebung benutzt werden. Studierende können JupyterNotebooks auf dem Hub öffnen, modifizieren und ausführen. Nichts muss auf dem eigenen Computer installiert werden. Dies gilt sowohl für vorgegebene Notebooks also auch eigene Notebooks der Studierenden im Rahmen eines Kurses.
Ein JupyterNotebook kann auch als interaktives Vorlesungsskript verwendet werden. Mit externe SeiteJupyterBook lässt sich eine statische Version eines JupyterNotebooks erstellen, welches dann in Moodle auf die Kursseite hochgeladen werden kann. Ein JupyterNotebook kann aber auch mit ausführbarem Code veröffentlicht werden, mit Hilfe des Binder Services. Damit kann jeder den im Skript enthaltenen Code ausführen, von Beispielen bis zu anschaulichen Animationen.
Der Zugriff auf den JupyterHub erfolgt durch ein Plug-In in Moodle. D.h. alle die in einem Moodle Kurs involviert sind haben Zugang zum Hub, ohne sich erneut zu registrieren oder einzuloggen. In Moodle können Übungsaufgaben neben den bereits bekannten Formaten nun auch in der Form eines JupyterNotebooks erstellt werden. Die Studierenden laden die JupyterNotebooks in ihren eigenen Bereich auf dem JupyterHub um sie zu bearbeiten. Die bearbeiteten Aufgaben können dann wieder als JupyterNotebook über Moodle abgegeben werden. Neben den Funktionalitäten in Moodle zur Benotung und Bewertung der Aufgaben steht zur Benotung auch nbgrader zur Verfügung. Damit lassen sich automatisierte Bewertungselemente in JupyterNotebooks integrieren.
Erste Schritte mit JupyterNotebooks und dem JupyterHub
Für Fragen zu JupyterNotebooks und zum JupyterHub wenden Sie sich bitte an die Abteilung LET unter . Wir bieten technische und didaktische Unterstützung für Dozierende, die den JupyterHub benutzen. Wir begleiten Sie gerne, um mit Hilfe des JupyterHubs neue didaktische Szenarien in der Lehre auszuprobieren und «Computational Competencies» in ihrer Lehrveranstaltung effizient zu vermitteln.
Für finanzielle Unterstützung zur Entwicklung von Lehr-/Lernszenarien, welche auf JupyterNotebooks/dem JupyterHub basieren, können Anträge an Innovedum engereicht werden.