Jupyter Notebook: un espace scientifique interactif et open-source¶
Marc BUFFAT département mécanique, Université Lyon 1
Notebook Jupyter¶
Application web pour créer et partager des documents numériques incluant des cellules avec:
- du code (en JUlia, PYthon, R et autres..)
- le résultat d'exécution du code
- du texte avec mise en page et formule mathématique ($\LaTeX$)
- des images et de la vidéo
- possibilité de création de livre de cours avec jupyter-book
Exemples de notebook¶
- TP Licence L2 traitement de données climatique
- Autres exemples de notebook: https://perso.univ-lyon1.fr/marc.buffat
- Livre de cours avec Jupyter-book: livre INtroduction à la PRogrammation Scientifique
- Site Jupyter: https://jupyter.org
- Teaching and Learning with Jupyter (L. Barba): https://jupyter4edu.github.io/jupyter-edu-book
- Large communautés internationale (universitaire / logiciels libres) (partage sous github/gitlab)
avantages¶
format standard
- format standard XML incluant les résultats d'exécution
- conversion en HTML ou PDF
application web standard
- utilise un navigateur web
- et un serveur web
- local sur son PC (sous Linux, Windows, Mac)
- ou distribué multi-utilisateurs (serveur jupyterhub)
intérêt pour l'enseignement¶
traitement numérique dans tous les domaines scientifiques
- pour la modélisation et la simulation numérique
- pour l'analyse et le traitement de données
- pour l'IA et le machine learning
utilisation flexible en cours
- TP numérique ou TP virtuel
- devoirs ou compte rendu de projet
- cours interactif
Serveurs Jupyter Hub¶
plateforme numérique pour les étudiants / enseignants / chercheurs donnant accès à
- la puissance des notebooks
- des environnements et ressources de calcul
- un espace de travail personnel
- mais avec des ressources partagées
intérêt pour l'utilisateur (étudiant)¶
- aucune installation sur son PC
- aucune administration, ni mise à jour
- nécessite uniquement un navigateur web (PC/tablette/smartphone)
- accès 24h/24h
intérêt pour l'enseignement¶
- environnement uniforme (bibliothèques)
- inclusif (indépendant du matériel / accès 24h/24h)
- serveurs de calcul partagés (dans un DataCenter)
- gestion centralisée (/ salles informatiques)
- plus écologique (/ salles informatiques)
- accès 24h/24h
- passage à l'échelle
Serveurs Jupyter: utilisation classique¶
mise en place d'un serveur Jupyterhub accessible à tous les étudiants
- serveur jupyter.mecanique.univ-lyon1.fr
utilisation classique en complément de cours (devoir / CR TP)
- consigne de l'enseignant sur le portail pédagogique
- chaque étudiant travaille sur son notebook sur le serveur
- transmet son travail sur le portail pédagogique (format pdf)
utilisation de type TP / devoir
- accès en dehors des séances
- version JupyterLab pour un environnement de programmation
- travail en autonomie
mais pas de gestion de cours sur le serveur
- échange de données très lourd (nécessité de conversion)
- pas de test ou d'évaluation automatique du travail
- pas de test de similarité
Serveurs Jupyter avec gestion de cours¶
système basé sur
- la version jupyter / nbgrader
des outils de configuration / gestion / évaluation par cours avec
- une gestion des étudiants et équipe pédagogique
- des bibliothéques python d'outils et d'exercices
- une interface web de gestion / évaluation des cours
interface web de gestion du cours (nbgrader + gestion_cours)¶
- distribuer et récupérer simplement les TP des étudiants
- gestion des étudiants
- détection de plagiat
- accès simple au travail des étudiants (format html, pdf)
- notation / évaluation semi-automatique du travail des étudiants
- interface simple avec Tomuss
- accès interactif aux dossiers de TP des étudiants
logiciel libre¶
- développé au départ pour des besoins pédagogiques personnels
- partagé dans l'esprit du logiciel libre et de Linux.
- basé sur la philosophie UNIX et Python
- KISS, Keep it simple, stupid (Art of Unix Programming)
- simple is better than complex (zen du python)
- utilisation serveur gitlab
Prototype existant¶
serveurs de cours Jupyter (cours/classe)¶
- jupyterL2.mecanique (~ 100 utilisateurs simultanés)
- jupyterL3.mecanique {~ 80 utilisateurs simultanés)
- jupyterM1.mecanique (~ 50 utilisateurs simultanés)
- jupyterM2.mecanique (~ 40 utilisateurs simultanés)
- jupyterL1.mecanique (serveur de test)
serveur Jupyterhub (Python/R/Octave/SageMath)¶
large possibilité de structure de cours suivant les besoins¶
- un seul intervenant avec peu d'étudiants
- cours avec une équipe pédagogique
- cours avec de nombreux étudiants: structuration en groupes de TP
- ensemble de cours (meta-cours) liés à une formation
large type de notebooks suivant les besoins¶
- notebook classique à trous
- notebook de cours à trous avec questionnaire
- notebook avec des tests unitaires pour le code (nbgrader)
- notebook avec des tests sur les commentaires (texte / orthographe / pertinence)
- notebook avec test de similitude
- notebook avec exercices tirés au hasard (avec validation)
- jupyterlab avec librairie (test de validation)
- jupyterlab avec CR en $\LaTeX$ (similarité)
matériels pédagogiques¶
notebooks développés sur son ordinateur
- installation de Jupyter avec anaconda ou pip
ou utilisation du serveur Jupyter (accessible à tous les enseignants)
- jupyter.mecanique.univ-lyon1.fr
ressources sur le web
- exemples de notebooks sur nbviewer.jupyter.org
- galerie de notebooks sur github.com/jupyter/jupyter/wiki
exemple basique TP1.ipynb
livre de cours avec Jupyter-book: livre INtroduction à la PRogrammation Scientifique
exemples de cours¶
- cours L2 : jupyterL2.mecanique
- outils informatique pour la méca., mécanique des solides indéformables
- cours L3 : jupyterL3.mecanique
- mécanique des fluides, calcul scientifique
- cours M1 : jupyterM1.mecanique
- éléments finis, atelier numérique
- cours M2 : jupyterM2.mecanique
- méthodes numériques avancées, data science, machine learning
exemples de notebook de cours (suite)¶
- notebook TP outils info. en L2 05-TP_regression_lineaire
- notebook TP virtuel meca fluide TP2_profil
- notebook cours atelier num. en M1 base Python
- notebook de NEW_COURSE
gitlab¶
prometeus (supervision)¶
Projet "Include: axe 11"¶
- mise à l'échelle de la solution
- virtualisation des serveurs (openstack ,KVM)
- automatisation / amélioration de la solution
- formation des enseignants
- aide aux développement de ressources pédagogiques