Für den praktischen Teil der in Präsenz stattfindenden KCDS Summer School kam bwJupyter bei uns erfolgreich zum Einsatz. Die über die Plattform bereitgestellten Notebooks dienten als interaktive Tutorials, die von den Teilnehmenden ohne zusätzlichen Installationsaufwand genutzt werden konnten. Die Notebooks wurden zunächst im shared Ordner bereitgestellt, aus dem die Teilnehmenden diese in ihr Home-Verzeichnis kopieren und dort bearbeiten konnten. Zusätzlich wurden größere Dateien mit Trainingsdaten im shared Ordner bereitgestellt, auf die über das Home-Verzeichnis zugegriffen werden konnte.
Besonders vorteilhaft war es, dass durch das JupyterHub-Profile auch komplexe Abhängigkeiten bereits aufgesetzt waren. So war es möglich, dass die Notebooks bei allen Teilnehmenden sofort zum Laufen gebracht werden konnten, unabhängig von Unterschieden in Hardware, Betriebssystem etc. Aufgrund unserer recht anspruchsvollen Dependencies erwies sich das Aufsetzen des Profiles als relativ anspruchsvoll, die Nutzung durch die Teilnehmenden verlief jedoch reibungslos.
Gerade für kurze Blockseminare bewährt sich die Nutzung von bwJupyter, da die ”technische Einrichtung” entfällt und so mehr Zeit für praktisches Arbeiten bleibt.
~ Mona Bräunig, Louise Kluge
bwJupyter kam in meiner Veranstaltung Uncertainty Quantification zum Einsatz, einer Veranstaltung im Master Mathematik mit ca. 20 Studierenden. Besonderheit der Veranstaltung ist, dass sie im flipped classroom Format stattfindet. Dies bedeutet, dass Studierende sich selbstständig Videos der Vorlesungen anschauen, in Präsenzterminen Fragen diskutiert werden und in Gruppenarbeit Übungsblätter bearbeitet werden.
Zentrales Element ist das Vorlesungsmaterial (Skript und Übungen), das in Form von Jupyter Notebooks in bwJupyter zur Verfügung gestellt werden. Das Material enthält einfache Computer-Experimente zu den Algorithmen der Vorlesung, die durch Studierende modifiziert werden können.
Großer Vorteil ist aus meiner Sicht, dass Studierende die theoretisch entwickelten Algorithmen sofort und unmittelbar in der Praxis austesten können, und so die theoretischen Annahmen und Ergebnisse erfahren und kritisch hinterfragen können.
Der große Vorteil der bwJupyter-Plattform ist aus meiner Sicht, dass das Material einfach und plattformunabhängig zur Verfügung gestellt werden kann. In der Vergangenheit mussten Studierende selbst Python-Umgebungen installieren, und es kam immer wieder zu Kompatibilitätsproblemen. Ich hatte mit der Plattform keinerlei Probleme; nachdem ich einen Link auf das Material generiert hatte, konnten die Studierenden im wahrsten Sinne des Wortes mit einem klick darauf zugreifen.
~ Prof. Dr. Martin Frank
Erfahrungsbericht zur Nutzung von bwJupyter in der Physik am KIT
Seit dem Jahr 2021 setzt die Fakultät für Physik am Karlsruher Institut für Technologie Jupyter-Notebooks ein, um einerseits die Grundausbildung im ersten und zweiten Semester des Bachelor-Studiengangs Physik zu unterstützen und andererseits den Studierenden eine einheitliche Plattform zur Datenvisualisierung und -auswertung in den physikalischen Praktika sowie für die Bachelorarbeit zur Verfügung zu stellen. Dieses Angebot wurde seit 2019 auf einem eigenen, von der Fakultät für Physik bereit gestellten Jupyter-Server realisiert und wurde seit dem Jahr 2024 zunächst auf der Pilot-Installation am KIT und seit 2025 auf dem landesweiten bwJupyter-Service angeboten.
Veranstaltungen
Zur Einführung in die Python-Programmierung zur Visualisierung und Auswertung von Daten wurde ein eigener Docker-Container mit den relevanten Bibliotheken erstellt und den Studierenden in der Vorlesung sowie zur Bearbeitung der praktischen Programmieraufgaben Notebooks als Beispiele bzw. Vorlagen zur Verfügung gestellt. Zusätzlich wurden umfangreiche Dokumentationen in Form von Jupyter-Notebooks erstellt (Autoren: U. Husemann und G.Quast).
In den Physikalischen Praktika wurde die Datenauswertung weitestgehend auf Jupyter-Notebooks umgestellt. Als Ersatz für die früher geforderten schriftlichen Protokolle werden nun Ausarbeitungen in Form von Jupyter-Notebooks akzeptiert (Autoren: G. Quast, R. Wolf, J. Wolf sowie Praktikumsassistenten). [...]
Didaktisches Konzept
Ein wesentlicher Aspekt des zugrunde liegenden Konzepts ist es, Studierenden trotz extrem unterschiedlicher Kenntnisse in Software und Computing und sehr stark variierender Hardware-Ausstattung eine einheitliche Umgebung zum in den modernen Wissenschaften unabdingbaren Einsatz rechnerbasierter Methoden zur Datenaufnahme, für wissenschaftliche Berechnungen, Modellierung, Datenvisualisierung und -auswertung zur Verfügung zu stellen.
Dazu wurden in der Vergangenheit auch andere Ansätze wie die Nutzung des Computerpools der Fakultät für Physik, Installationshilfen auf unterschiedlichen privaten Systemen, die Bereitstellung von virtuellen Maschinen oder Docker-Containern verfolgt. Der jetzt landesweit bereit gestellte Jupyter-Service bietet allerdings eine deutlich weniger betreuungsintensive Möglichkeit zur Erreichung der genannten Ziele und vermeidet die Benachteiligung von Studierenden mit unzureichender eigener Hardwareausstattung. [...]
Erfahrungen
Bei der Ausbildung zur Nutzung und Anwendung von computerbasierten Methoden zur Bearbeitung physikalischer Problemstellungen wurden an der Fakultät für Physik schon seit vielen Jahren erfolgreiche Jupyter Notebooks eingesetzt. Davor gab es bereits Erfahrungen zum Einsatz von Jupyter bei Kursen für Promovierende. Auch Angebote zur Studienorientierung für Schülerinnen und Schüler wurden bereits erfolgreich auf dem Jupyter-Server der Fakultät erprobt. Mit dem landesweiten Dienst steht nun eine einfache Möglichkeit zur Bereitstellung von Computing-Infrastruktur für einen weiten Einsatzbereich zur Verfügung, der vor allem von Studierenden der unteren Semester sehr rege genutzt wird. Bisher sind unsere Erfahrungen mit der Verfügbarkeit und Stabilität des Dienstes sehr gut.
Empfehlungen
Nach den langjährigen guten Erfahrungen beim Einsatz von Jupyter Notebooks in der Lehre möchte ich die Nutzung von bwJupyter für die Lehre an dieser Stelle unbedingt für einen breiteren Anwenderkreis empfehlen. Dadurch werden viele technische Probleme vermieden, weil Studierende nur einen Web-Browser benötigen, um diesen Dienst rund um die Uhr an sieben Tagen in der Woche zu nutzen. Im Vergleich zur Nutzung der oft nur in geringer Zahl verfügbaren Computer-Arbeitsplätze an unseren Universitäten ist das ein entscheidender Vorteil, um die Nutzung moderner digitaler Methoden im wissenschaftlichen Umfeld zur Selbstverständlichkeit werden zu lassen.
~ Prof. Dr. Günter Quast