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GitHubで講義ノートを書く

2022/11/21に公開約7,600字

はじめに

大学の講義ノートをいくつかGitHubで公開しています。

講義ノートをMarkdownで書いてGitHubで公開、というのをしばらく続けて、いろいろノウハウが溜まったので共有してみようと思います。

大学の講義ノートをどうするか問題

昔から大学の講義ノートを公開する人は結構多いです。最初期は、LaTeXで書いてPDFで公開することが多かったように思います。これはこれで良いのですが、基本的にはダウンロードして印刷して読む前提であり、ウェブで気軽に読める形ではありませんでした。その後、LaTeX2HTMLを使って、LaTeXファイルをHTMLに変換して公開するケースが増えました。これによりウェブで講義ノートが気軽に閲覧できるようになったのですが、いかにも「LaTeX2HTMLを使って変換しました」という外観になるのと、(少なくともデフォルトでは)レスポンシブではなく、スマホ非対応になるのが不便な点でした。また、ウェブで公開するならHTMLだけで良いですが、例えば学生に配る課題などはPDFで作りたくなります。HTML用とPDF用でファイルを分けたくありません。講義ノートの公開場所も問題です。大学のサーバにおいてあると、著者が退職したあとに消えてしまうことが多いです。

そこでいろいろ試行錯誤した結果、

  • 講義ノートをMarkdown形式でVS Code上で書く
  • MarkdownファイルをPandocでHTMLに変換してウェブ閲覧用とする
  • 課題はMarkdownファイルをPandocでPDFに変換して配布用とする
  • 公開先はGitHubとする

という運用に落ち着きました。以下、それぞれの説明です。

運用の詳細

講義ノートをMarkdownで書く

理工系の講義ノートなので、図や式を含めたくなります。VS CodeはデフォルトでMarkdownのプレビューでKaTeXをサポートしており、そのまま数式がプレビューできます。

preview

図も普通に入れられます。

ただし、LaTeXのように数式に番号をつけて参照したり、図のサイズを指定したりはできません(できなくはありませんが面倒です)。

これについては、

  • 図はベタで入れ、後で図1などと参照したりしない。
  • 数式も参照は使わない

という割り切りで講義ノートを書くことにしました。そもそも遠くの図や式を参照しながら読むのは大変なので、必要があれば式や図を再度掲載することにして、基本的に直前直後の図や式しか参照しないような文章構成としました。

一種の縛りプレイですが、逆にその方が講義ノートとしては読みやすくなるのかな、とも思います。

MarkdownファイルをPandocでHTMLに変換してウェブ閲覧用とする

GitHubにMarkdownファイルを公開すると、そのままGitHubでプレビューできます。以前は数式はサポートされていませんでしたが、最近ではデフォルトでKaTeXもサポートされました。しかし、箇条書き内に数式を入れると不具合が生じるなど、少しややこしいことをするとレンダリングに問題が起きます。

そこで、PandocでMarkdownをHTMLに変換し、GitHub Pagesで公開することにしました。

Pandocは-Dオプションでデフォルトのテンプレートを表示できます。

pandoc -D 'html' > template.html

このtemplate.htmlを自分で好きなように修正します。重要なのは数式対応とレスポンシブにすることです。

レスポンシブにするのは適当なCSSを使えば良く、また数式対応については--mathjax指定をすればOKです。

MarkdownからHTMLへの変換は、GNU makeによる手作業で行っています。GitHub Actionsを使って自動化しても良いのですが、とりあえずローカルでHTMLを確認してからpushしたいことが多かったので、HTMLファイルもリポジトリで管理することにしました。

原則として一回の講義が1つのディレクトリにまとめられており、それぞれにREADME.mdファイルが置いてあり、それが講義ノートになっています。

例えば「ゼロから学ぶPython」の最初の三回分のディレクトリ構造は以下のようになっています。

$ tree -L 1 hello basic scope
hello
├── README.md
├── fig
├── index.html
└── logistic.md
basic
├── README.md
├── fig
└── index.html
scope
├── README.md
├── fig
└── index.html

README.mdが講義ノート、figが画像ファイルや講義スライド、index.htmlREADME.mdから作ったHTMLファイルです。

さて、GitHubでMarkdownを見ている時には、いわゆる「パンくずリスト」に対応するものがあるため、1つ上に戻ったりが簡単ですが、HTMLファイルにする場合はそれがありません。また、後述の理由によりHTMLから直接GitHubリポジトリに飛べた方が便利です。

そこで、README.mdから、まずindex.mdを作ります。その際、sedを使って「1つ上」へのリンクと、GitHubリポジトリへのリンクを貼り付けています。こんな感じです。

%/index.md: %/README.md
        sed '2a [[Up]](../index.html)' $< > $@
        sed -i '3a [[Repository]](https://github.com/kaityo256/python_zero)\n' $@

こうして、サブディレクトリのREADME.mdからindex.mdを作ったら、index.mdからindex.htmlを作ります。これはpandocで変換するだけです。

PANDOC_HTMLOPT=--mathjax -t html --template=template
%/index.html: %/index.md
        pandoc -s $< -o $@ $(PANDOC_HTMLOPT) --shift-heading-level-by=-1

ここで、--shift-heading-level-by=-1を指定しています。これは、変換時に段落レベルを1つ引き上げるオプションです。例えばH3H2に、H2H1になります。このオプションの良いところは、もともとH1で指定されていたものがファイルのタイトルに指定されることです。例えばMarkdownファイルが

# 条件分岐と繰り返し処理

## 本講で学ぶこと

となっている時、「条件分岐と繰り返し処理」も「本講で学ぶこと」もH1になり、かつ「条件分岐と繰り返し処理」がタイトル指定されます。PandocはMarkdownからHTMLに変換する時にタイトルを指定しないと怒ります。--metadata pagetitle=で指定する方法もありますが、--shift-heading-level-by=-1を使う方が便利だと思います。

変換後のHTMLはこんな感じになります。

html

Markdownにはなかった[Up][Repository]のリンクが貼られ、もともとレベルが違っていた「条件分岐と繰り返し処理」と「本講で学ぶこと」が同じレベルになり、さらに「条件分岐と繰り返し処理」がタイトルになっているのがわかると思います。

また、CSSによりレスポンシブになるようにしています。

responsive

個人的に、講義ノートがスマホで閲覧できる というのはかなり重要だと考えています。 多くの学生がスマホでの情報閲覧に慣れており、スマホで講義ノートが見られると読んでくれるというのもありますし、自分でも時間がある時にスマホで見返すことでタイポを見つけたりもできます。

各回の講義ノートはこれでOKですが、トップレベルのREADME.mdの変換はもうひと工夫必要です。例えば、トップレベルのREADME.mdから「条件分岐と繰り返し処理」の講義ノートへのリンクはbasic/README.mdになっているため、これをbasic/index.htmlに変える必要があります。

まぁ、sedを使ってREADME.mdindex.htmlに変えるだけですが。

index.md: README.md
        sed 's/README.md/index.html/' $< > $@

index.html: index.md
        pandoc -s $< -o $@ $(PANDOC_HTMLOPT) --shift-heading-level-by=-1
        rm -f index.md

あとは変換すべきファイルをlsで探すコードをMakefileに書いてやればおしまいです。最終的にMakefileはこんな感じになります。

INDEX=$(shell ls */README.md | sed 's/README.md/index.html/')
PANDOC_HTMLOPT=--mathjax -t html --template=template
TARGET=$(INDEX)

pdf: $(ASSIGNMENT)
index.md: README.md
        sed 's/README.md/index.html/' $< > $@

index.html: index.md
        pandoc -s $< -o $@ $(PANDOC_HTMLOPT) --shift-heading-level-by=-1
        rm -f index.md

%/index.md: %/README.md
        sed '2a [[Up]](../index.html)' $< > $@
        sed -i '3a [[Repository]](https://github.com/kaityo256/python_zero)\n' $@

%/index.html: %/index.md
        pandoc -s $< -o $@ $(PANDOC_HTMLOPT) --shift-heading-level-by=-1

これでmakeとすると、必要なHTMLファイルがすべて作られることになります。

課題はMarkdownファイルをPandocでPDFに変換して配布用とする

講義では、学生に「これを見ながら作業せよ」という課題を配布しています。例えば「ゼロから学ぶPython」では、プログラムを写経(一部穴埋め)して、動作を確認してく課題を出しています。

これもHTMLのままでも良いのですが、印刷してもってくる学生が多いこと、LMSで配布するのにHTMLのままではやりづらいことから、PDFに変換しています。

「ゼロから学ぶPython」では、講義ノートの前半が解説、後半が課題になっています。そこで、もとのMarkdownファイルから課題だけを切り出したファイルを作り、そこからPandocでPDFにします。

README.mdから、課題だけを切り出したassignment.mdを作るのには、やはりsedを使います。

%/assignment.md: %/README.md
        sed -n '/^##\s.*課題/,$$p' $< > $@

こうして作ったassignment.mdを、以下のようにしてPDFにします。

PANDOC_TEXOPT=--highlight-style tango --pdf-engine=lualatex -V documentclass=ltjarticle -V geometry:margin=1in -H ../mytemplate.tex

%/assignment.pdf: %/assignment.md
        cd $(dir $@);pandoc $(notdir $<) -s -o $(notdir $@) $(PANDOC_TEXOPT)

オプションは適当にいじって望むPDFが出るようにしましたが、コード部分の背景を灰色にするため、Pandocが吐くLaTeX環境を上書きするためにLaTeXテンプレートを利用しています。mytemplate.texの中身はこんな感じです。

\renewenvironment{Shaded}{\begin{snugshade} \large }{\end{snugshade}}
\definecolor{shadecolor}{RGB}{235,235,235}

これで、出力されたPDFのコード部分の背景が灰色になります。こんな感じです。

code

あとは、サブディレクトリから課題を含むREADME.mdファイルを探して、それらすべてからassignment.pdfを作るようにMakefileを書けばOKです。

PANDOC_TEXOPT=--highlight-style tango --pdf-engine=lualatex -V documentclass=ltjarticle -V geometry:margin=1in -H ../mytemplate.tex
ASSIGNMENT=$(shell grep --exclude=answer/*.md -l ^\#.*課題 */README.md | sed 's/README.md/assignment.pdf/')

pdf: $(ASSIGNMENT)

%/assignment.md: %/README.md
        sed -n '/^##\s.*課題/,$$p' $< > $@

%/assignment.pdf: %/assignment.md
        cd $(dir $@);pandoc $(notdir $<) -s -o $(notdir $@) $(PANDOC_TEXOPT)

これにより、make pdfとすれば、各講義回のディレクトリにassignment.pdfが作成されます。

公開先はGitHubとする

講義ノートを大学のサーバに置くのは問題です。著者が転出ないし退職したら、多くの場合そのサーバも消えてしまうからです。

もちろんGitHubも将来どうなるかわかりませんが、少なくとも大学のサーバよりは寿命が長そうだし、消えたら困る講義ノートがあったらとりあえずforkすれば良い、というのはとても楽です。

また、これはみなさん良くご存知だと思いますが、一般に大学の講義ノートは誤植だらけです。 特に版を重ねていない新しい教科書は、誤植があることを前提に読む必要があります。

さて、教科書を読んでいて誤植を見つけた時、著者を調べ、著者の所属を調べ、著者のメールアドレスを調べ、そこにメールをする、というのは極めてハードルが高い作業です。

一方、GitHubに講義ノートが公開されていれば、明らかな誤植を見つけた時はさくっと直してプルリクを出せます。また、誤植か迷った時はissueに疑問を書けばOKです。メールだと(特に相手が偉い先生だったりした時に)「これ、送って良いのかな?」と腰が引けてしまいますが、講義ノートがGitHubで公開されていれば、とりあえずプルリクやissueは普通に受け付けてくれそうな気がします。先程、HTMLにGitHubリポジトリへのリンクをつけて、HTMLから直接GitHubリポジトリに飛べるようにしたのはそのためです。

また、ライセンスが明示されているのも自分の講義に使いやすいかな、と思います。例えば市販の教科書を自分の講義で採用した時、その教科書の一部の解説をアップロードしたり、改変した内容をアップロードしたりする時には、著作権を侵害していないか気になります。

一方、僕は講義ノートをCC-BYのライセンスで公開しているため、ライセンスの範囲内であれば安心して好き勝手できます。ちなみに講義スライドのパワーポイントファイルもリポジトリにあり、やはりCC-BYのライセンスで公開されているため、例えば講義名や教員の名前だけ変えてそのまま講義に使えます(どこかに適切なクレジットさえあれば)。

まとめ

GitHubで講義ノートを書くノウハウやメリットをまとめて見ました。ところどころGNU makeとsedで力技で解決しているのがちょっとおっさん臭いですが、最近の若人はもっとスマートに解決するんですかね。

僕の講義ノートそのものだけでなく、講義ノートを書くノウハウが誰かの参考になれば幸いです。

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