技術記録

LaTeX (TeX) による教材作成のすすめ

この記事は，他のソフトウェアと LaTeX (TeX)12 を比較し，LaTeX により教材作成を行うことのメリットを述べるものです。 LaTeX でどのように教材を作成するかについては，次の記事をお読みください。

この記事は次のように構成されています。

  1. 背景と目的
  2. 各ソフトウェアの特徴
  3. LaTeX で教材を作成するメリット
  4. 数学科教員志望のかたへ
  5. まとめ
  6. 参考

背景と目的

私は高等学校の教員です。 教員の業務の大きな柱のひとつに，子供たちに学問の面白さを伝え，学問を通して成長してもらうことがあるでしょう。 その手段のひとつとして，教材を作成することは日常です。 数学の教材を作るにあたっては，数式をそれなりの見映えで出力する必要があります。 数学の教材を作成するソフトウェアとして，私がこれまでに使っているひとを見たことがあるものには次があります（使用者の多い順）。

実際には，職場が包括ライセンス契約をしていることもあり，Studyaid D.B. のシェアが圧倒的です。 一方，私は LaTeX （最近は LuaLaTeX）を使っています6。

教員の業務は多岐にわたり，あらゆる教材を手ずから作ることは現実的ではありません。 私は，全国の教員たちによって web 上で 成果を共有する文化があれば，教材の質・教員の余裕7の両面から，日本全体の教育に資するのではないかと考えています。 そのためには，あるいはそのためではなく単に自分の教材を作成するにあっても，教材の作成には LaTeX を用いることが最もよいと思っています。

この記事では，教材を作成するにあたっての LaTeX の長所を述べます。 それを通して，LaTeX 作られる教材が増え，それが共有されてゆくことを期待しています。

各ソフトウェアの特徴

すでに述べたように，数学の教材を作るソフトウェアには，たとえば次のようなものがあります（これがすべてではありません）。

  • 数研出版 Studyaid D.B.
  • LaTeX
  • Microsoft Word
  • 手書き（ソフトウェアではない）

いずれも，読める教材を作成するにあたっては十分な機能を備えているでしょう。 ここで，それぞれの特徴を見ておきます。

数研出版 Studyaid D.B.

  • 有料である（職場が契約していることもままあると推測する）。DVD-ROM 版8／オンライン版9とも 11,000 円から（2022-07-22，データベースとセットになっておりデータベースごとに料金がかかる）。オンライン版は最近購入した商品から 4 年が経過するとライセンスが失効。
  • DVD-ROM 版は Windows でのみ動作10。オンライン版はデスクトップアプリは Windows のみ／ブラウザ版は広く対応11。
  • WYSIWYG（ディスプレイで作成している文書と印刷結果が一致する）である。
  • マウスによる選択で数式を入力するか，ショートカットキーにより数式を入力する。コピー＆ペーストはある程度の単位で可能。
  • 細かなインデント・日本語と数式のカーン（グルーは不可）などは全角の 1/4 スペースにより半自動・手動で行う。
  • フォント（数研出版が著作権を保持）のライセンスは（web 上で検索する限り）不明である（フォントを埋め込んだ PDF を配付してよいかは分からない）。
  • データベース商品が存在し，すでに用意されたものを組み合わせて教材が作成できる（むしろデータベースが商品本体であり，教材作成ソフトウェアはそれについてくる）。
  • 中等教育におけるシェアがきわめて大きい。

LaTeX

  • 無料・パーミッシブライセンス（ソフトウェア再配布の要件が最小限のソフトウェアライセンス，すなわち大手の配布元が失われても誰かが代替できる）である。
  • Windows，macOS，Linux，BSD，Android，iOS などで動作12。
  • LaTeX では，文書の見た目は LaTeX に任せ，執筆者は文書の内容や構造（これは見出し・これは強調といった抽象的な指定）に集中するという役割分担の思想がある。したがって，見た目の調整に時間を取られることなく内容だけを執筆できる。たとえば，細かなインデント・日本語と数式のグルー・式の採番などは通常 LaTeX に一任すれば適切に処理される。既製品を組み合わせて見た目を選ぶこともできる（私家版の学校教材用テンプレートも公開している）。完全に自由にしたければ定義済み命令を修正することで行うが，これには相応の学習コストがかかる13。
  • WYSIWYG（ディスプレイで作成している文書と印刷結果が一致する）でない。ソースコードを書き，ソフトウェアを走らせてコンパイル（LaTeX の慣例ではタイプセットと呼ぶ）することで出力を得る。
  • ソースコード（テキスト）を入力することで数式を入力する。コピー＆ペーストはソースコード（テキスト）に対して行う。ソースコードの入力を補完するウェブアプリも存在する14。
  • フォントは選択できる。デフォルトのフォントである原ノ味フォント・Latin Modern フォントのライセンスはフリーである（埋め込んだ PDF を気軽にアップロードして問題ない）。
  • データベース商品は（2022-07-22，私の知る限り，）存在しない。有志による web 上の素材がいくらか存在する。
  • 中等教育におけるシェアはさほど大きくないが，web 上には散見される。ただし PDF での公開が主で，ソースコードが公開されていることは稀である。

Microsoft Word

手書き

  • 無料である。
  • 内容以外の著作権的な問題は存在しない。
  • コピー＆ペーストは紙の切り貼りになる。

LaTeX で教材を作成するメリット

私が教材を LaTeX で作成している理由には次のものがあります。

  1. 費用19
    • LaTeX は無料です。とはいえ，私の現在の職場では Microsoft Word や Studyaid D.B. も包括契約されているため，そこに差はありません。しかし，将来的に職場が包括契約を終了したり，自分の環境が変わり（少なくとも定年退職後はそうなるでしょう）自らソフトウェアを用意せねばならなくなる可能性を考えると，無料のソフトウェアを使っておくほうが安心です。
    • Studyaid D.B. も Microsoft Word も成果物がバイナリファイルであり，ほかのソフトウェアで眺めることはできません。したがって，価格改定などに対して過去の成果物を人質に取られた状況になります。これは強く避けたいと考えます。LaTeX はパーミッシブライセンスですから，そのような心配は無用です。
    • 私が不安を覚えた例はこちらです。
  2. 会社の存続20
    • Studyaid D.B. は数研出版株式会社が，Microsoft Word は Microsoft が販売しています。したがって，これらの会社がなくなったときにソフトウェアがどうなるのかは分かりません。いかに大きな企業であっても，この先数十年安泰かどうか確実なことは言えません。一方，作った教材は資産ですから，少なくとも定年退職までは確実に編集できるようにしておきたいと考えます。
    • Microsoft Word は互換ソフトウェアが多数見られますが，レイアウトは完全には一致しないようです。
    • LaTeX パーミッシブライセンスですから，そのような心配は無用です。また，ソースコードはテキストファイルですから，少なくともテキストで何を書いたのかは常に読むことができ，編集もできます。
    • 私が不安を覚えた例はこちらです。
  3. 仕上がり
    • いずれのソフトウェアも，教材を作成するにあたっての最低限の機能は備えています。しかし，Studyaid D.B. では出力の細かな部分はソフトウェアの仕様に合わせねばならず，こちらの要求にはあまり応えてくれません。また，自分好みの表記を実現するには記事ごとにスペースで調整するなど手間が常にかかります。Word では，ある程度テンプレートを作成することができるものの，「Word のお節介」により様々な部分でストレスがかかります。
    • LaTeX は書籍や論文の執筆に最適化されているため，そのままでは教材らしい仕上がりにはなりません。しかし，独自の設定を読み込ませることができ，それにより教材らしい仕上がりが得られます。この設定は，一度作ればすべてのファイルで共有できます。私が作成した設定は公開していますので，これを利用して教材を作成いただけます（パッケージ，プリアンブル）。したがって，私の作成した体裁で問題がなければ（これは Studyaid の標準的な体裁を受け入れることと同程度だと思えば），心配はありません。また，凝らなければ自分でも容易に作成できます。
  4. 入力
    • Studyaid D.B. のショートカットキーは Ctrl + 何か／Ctrl + Alt + 何か，が中心です。これは，ほかの（Windows 上の）挙動と衝突することがあります。たとえば，Ctrl + Alt + K で $\tan^{A}B$ を出力したいところ，Kindle が起動してしまいます。あるいは，少し押し間違えると入力中に保存や印刷画面に移動してしまったりとストレスがかかることがあります。
    • LaTeX はソースコードを入力するため，そのような特殊なキーは用いません。また，よく使う命令を自分で定義しておき，入力を楽にすることができます。ショートカットコマンドを自分に合わせて作ることができるのです。
    • WYSIWYGなソフトウェア（Microsoft Word や Studyaid D.B.）で文章を書いているとしましょう。このとき構造は頭の中にあり，実際には表現を入力することが多いでしょう。Microsoft Word には，構造を記録する機能が多少はありますが，文章中のすべてをそれで済ませているのはかえって手間です。したがって，本文中の太字は，頭の中ではそれぞれの意味が異なっていても，機械から見ればいずれも単なる太字です。「見出しの太字は太字のままに，強調の太字は下線に変えよう」と思ったとしても，機械はそれらを判別できません。したがって，手動で手直しするほかありません21。
    • LaTeX はソースコードを入力してタイプセットすることによって文章を書きます。このときは構造を入力します。たとえば，節の見出しは \section{...}，強調は \em{...} といった具合です。それらがどのような見た目になるかは，タイプセットのときに LaTeX が処理してくれます。たとえば \section とあれば前後に空白を取り・自動的に番号を振り・太字にして出力する，\em とあれば太字にする，などと決められているのです。したがって，本文中の太字は，太字だと指示されているのではありません。構造が指定されているのです。「見出しの太字は太字のままに，強調の太字は下線に変えよう」と思ったときには，「\em をどう出力するか」という命令を書き換えればよいのです22。
    • ただし，図の機能は Studyaid が速さでは圧勝でしょう。LaTeX でも emath や TikZ といった素晴らしい図形描画パッケージが存在しますが，時間がかかることは否めません。私自身は，テキストに存在する図形は画像として取り込んだり，他のソフトで描いた図を挿入したりして時間短縮を図っています。
  5. コピー＆ペースト
    • Studyaid D.B. も Microsoft Word は WYSIWYG なので，どうしても「ある程度のまとまり」で数式を管理します。たとえば，すでに入力した添字の中身を取り出して地の式として取り出す，などは手間がかかります。
    • LaTeX はソースコードを入力するため，テキストをコピー＆ペーストするのみです。したがって，入力済みの数式がどのような要素になっているかは関係ありません。

Studyaid D.B.は 教員にとって確かに優秀なソフトです。しかし，一企業が作成している有償のソフトがなければ編集できないファイル形式に自分の資産を預けてしまうことを不安に思います。TeX であれば，少なくともテキストで何を書いたのかは常に読めるわけです。私が LaTeX を選ぶ最大の理由は，企業のお膳立てがなければデータ資産を維持できないことに危険を感じるからです。

数学科教員志望のかたへ

現役の教員のかたにも呼びかけたいのですが，これまでの資産があるので前向きになれないということもあるかもしれません。 そこで，ここではこれから教員になろうとしているかたに特に呼びかけます。

私は数学の授業をするにあたって講義資料が必要な場合に LaTeX を用いています。 個人的にはとても満足しています。

残念なことに，同僚に聞いてみても LaTeX ユーザは少数派23です。大学時代は使ったがそれ以後はまったく，という声が多いように感じます。

同僚に LaTeX を表現力やマクロの手軽さを宣伝したことはあるのですが，どうにもハードルが高く見えるようです。また，Studyaid はデータベースのために使っているという意見もありました。

LaTeX を用いて高校数学の講義資料を作成する仲間が増え，互いのファイルを公開し利用しあう文化が生まれれば有意義であろうと考えています。入試問題や問題集においては著作権の問題がありますが，オリジナルの講義資料や練習問題の交流を図ることができれば，負担を軽減しつつ質の良い問題を知る機会になるでしょう。

そこで，現在大学の講義で LaTeX を使っていたり，論文執筆のために LaTeX を使っている数学科教員志望のあなたに呼びかけます。教員になられてからも LaTeX と仲良くしていただければ，そして講義資料や作成された問題を web 上で公開していただければ，たいへん嬉しく存じます。

まとめ

LaTeX で教材を作成することには，次のようなメリットがあります。

  • 無料である。パーミッシブライセンスであるから，将来的にも無料かつ使用しつづけられる。
  • 設定を読み込ませることで容易に教材らしい仕上がりが得られる。必要なら自分でも体裁を調整できる。
  • よく使う命令を自分で定義しておき，入力を楽にすることができます。
  • コピーアンドペーストが自在にできる。

すでに Studyaid D.B. や Microsoft Word での教材をお持ちの現役教員のあなたも，この機会に LaTeX での教材作成に切り替えませんか。 これから教員を目指すあなたも，LaTeX で教材を作成しませんか。 教材を LaTeX で作成することで，企業のお膳立てがなければデータ資産を維持できない危険から逃れましょう。 そして，もしよければ教材を共有してよりよい教育環境を作りましょう。

もしも興味を持っていただけたら，ぜひ次の記事もお読みください。

LaTeX を継続的に使う気になられたら，1 冊書籍を用意してじっくり学ぶことを強くすすめます24。そうすることで，LaTeX が何をしているのかが分かり，トラブルが減り・対処できるようになります。また，新たな知見を自分で取り入れる能力もつくでしょう。困ったときに web 上の記事を調べるだけでは体系的な理解ができませんし，自分の環境に合っていない記事・古い記事を参照するとかえって混乱する可能性もあります。私は「LaTeX2e 美文書作成入門」で学びました。

参考

ソフトウェア比較

フォントの利用条件

BIZ UD 系列フォント

次は，教育に大変適したフォントである BIZ UD 系列の記事です。私自身は，Computer Modern (Latin Modern) との太さの違いが気になり，今のところ採用していません。ライセンスの解説も含みます32。

一企業が管理するサービスに資産を預けることに対して不安を覚えた例36

  1. TeX が組版システム本体の名前で，LaTeX は TeX をより使いやすくするための文書処理システム（フォーマットと呼びます）です。とくに意図しない限り，現在「TeX で文章を書く」とは事実上「LaTeX で文章を書く」ことを意味します。この記事はすべて LaTeX についてのものですが，(TeX) を付しているのは TeX という語のほうが知名度が高く，検索でいらしたかたに伝わりやすくするためです。 ↩︎

  2. 追記 2022-08-13。タイトルと最初の LaTeX に (TeX) と解説を追加。 ↩︎

  3. 数研出版株式会社，Studyaid D.B.。数研出版株式会社，参照 2022-07-22。 ↩︎

  4. CTAN，The Comprehensive TeX Archive Network。CTAN，参照 2022-07-22。 ↩︎

  5. Microsoft，Microsoft Word。Microsoft，参照 2022-07-22。 ↩︎

  6. 持ち寄って作問する校内模試などでは，編集者に合わせて Studyaid D.B. を使うこともあります。 ↩︎

  7. 教員の労働環境については報道されている通りですが，最近は子供たちがそれを気遣っている様子すら感じられます。本来，子供たちが話したいときというのは何よりもそれに向かうべきで，そして日ごろそうした余力が全体に保たれているべきだと思います。 ↩︎

  8. 数研出版株式会社，数学アップグレード申し込み教育機関関係者の方。数研出版株式会社，参照 2022-07-22。 ↩︎

  9. 数研出版株式会社，数学ラインアップ一覧教育機関向け。数研出版株式会社，参照 2022-07-22。 ↩︎

  10. 数研出版株式会社，Studyaid D.B. / 動作環境。数研出版株式会社，参照 2022-07-22。 ↩︎

  11. 数研出版株式会社，Studyaid D.B. オンライン / 初めての方へ / 動作環境。数研出版株式会社，参照 2022-07-22。 ↩︎

  12. (Wiki)，TeX Live。TeX Wiki，参照 2022-07-22。 ↩︎

  13. 追記 2022-08-29。「役割分担」の標語は次の本より。明松真司，1週間でLaTeXの基礎が学べる本。インプレス，2022。 ↩︎

  14. kino，最速の LaTeX 数式入力支援ウェブアプリ TypeMath。跳慮跋考，参照 2022-07-22。 ↩︎

  15. Microsoft，多忙な毎日のためのソリューション。Microsoft，参照 2022-07-22。 ↩︎

  16. Microsoft，多忙な毎日のためのソリューション。Microsoft，参照 2022-07-22。 ↩︎

  17. Office Hack，Wordの数式の使い方（挿入/入力/設定など）。Office Hack，参照 2022-07-22。 ↩︎

  18. 少なくとも，2019 年東京書籍 数学 I Advanced の指導用 DVD-ROM には付属していた。 ↩︎

  19. それならば通常の Word 文書も同じ心配があるのではないかと思われたかたもいらっしゃるでしょう。私はそう考えています。そこで，通常の文書も Markdown 形式で記述した後 Pandoc により Word ファイルを生成しています。 ↩︎

  20. それならば通常の Word 文書も同じ心配があるのではないかと思われたかたもいらっしゃるでしょう。私はそう考えています。そこで，通常の文書も Markdown 形式で記述した後 Pandoc により Word ファイルを生成しています。 ↩︎

  21. 追記 2022-07-22，改訂 2022-07-27。 ↩︎

  22. 追記 2022-07-22，改訂 2022-07-27。 ↩︎

  23. 2017年度の職場環境では私のみ，2022年度の職場環境では私とあとふたりです。 ↩︎

  24. 改訂 2022-07-28。書籍での学習のすすめを見出しに立てました。 ↩︎

  25. 技術評論社，［改訂第8版］LaTeX2ε美文書作成入門。技術評論社，参照 2022-07-28。 ↩︎

  26. (Wiki)，TeXの本。TeX Wiki，参照 2022-07-23。 ↩︎

  27. 久保康幸，Studyaid D.B. の評価。京都大学数理解析研究所講究録，参照 2022-07-22。 ↩︎

  28. tommy，LaTeX による数学教材作成について。Time&Mathematics，参照 2022-07-22。 ↩︎

  29. KURO，Windowsに標準搭載されているフォントの利用条件。某氏の猫空，参照 2022-07-22。 ↩︎

  30. アカツキユウ，Windows標準フォントの”今”。ALBA LUNA，参照 2022-07-22。 ↩︎

  31. アカツキユウ，游明朝/ゴシックが配布開始されてたので改めて商用利用の可否を調べた。togetter，参照 2022-07-22。 ↩︎

  32. 追記 2022-07-24。 ↩︎

  33. 樽井秀人，めっちゃ読みやすいモリサワの「BIZ UD」フォントが「GitHub」に。窓の杜，参照 2022-07-23。 ↩︎

  34. コリス，フォントが大好物な人に朗報 MORISAWA BIZ UDゴシックとUD明朝がオープンソースになったぞ！！。coliss.com，参照 2022-07-23。 ↩︎

  35. たぬき侍，「SILオープンフォントライセンス」って何？という方のためのざっくり解説。たぬきフォント，参照 2022-07-23。 ↩︎

  36. 追記 2022-07-24。 ↩︎

  37. Slack Technologies，Slack 初の料金改定とフリープランの内容変更のお知らせ。Slack，参照 2022-07-24。 ↩︎

  38. Liam Tung / 湯本牧子 訳 / 吉武稔夫 訳，グーグル、サービス終了を発表した無償版「G Suite」ユーザーに救済策を約束。CNET Japan，参照 2022-07-24。 ↩︎

  39. 佐藤由紀子，無償版「G Suite」、7月1日に完全終了　有償「Google Workspace」への切り替え推奨。ITmedia NEWS，参照 2022-07-24。 ↩︎

  40. 川口耕介，テクノロジー企業の墓場。川口耕介のブログ，参照 2022-07-24。 ↩︎