Введение

Большой интерактивный дисплей

Интерактивная доска (IWB), также известная как интерактивная панель или смарт-доска, представляет собой большой интерактивный дисплей в формате доски. Она может быть как автономным сенсорным компьютером, используемым независимо для выполнения задач и операций, так и подключаемым устройством, используемым в качестве сенсорной панели для управления компьютером с помощью проектора. Они применяются в различных сферах, включая классы всех уровней образования, конференц-залы и рабочие группы в корпоративном секторе, учебные залы для профессиональных спортивных тренеров, телестудии и другие места. Первые интерактивные доски были разработаны и произведены для использования в офисах. Они были разработаны PARC примерно в 1990 году и использовались на небольших групповых встречах и круглых столах. По прогнозам, к 2008 году мировой объем продаж интерактивных досок достигнет 1 миллиарда долларов США, а по данным исследовательской компании Futuresource Consulting, к 2011 году каждая седьмая аудитория в мире будет оснащена интерактивной доской. В 2004 году 26% начальных классов в Великобритании были оборудованы интерактивными досками. Исследование Becta Harnessing Technology Schools Survey 2007 показало, что 98% средних и 100% начальных школ использовали IWB. К 2008 году среднее количество интерактивных досок увеличилось как в начальных школах (18 по сравнению с чуть более чем шестью в 2005 году и восемью в опросе 2007 года), так и в средних школах (38 по сравнению с 18 в 2005 году и 22 в 2007 году).

Общие виды операций

Большинство интерактивных досок, продаваемых по всему миру, используют один из четырех способов взаимодействия пользователя с контентом, проецируемым на доску. Это технология инфракрасного сканирования, резистивная сенсорная панель, электромагнитная ручка и соответствующее программное обеспечение, а также ультразвуковая ручка.

Инфракрасный сканер (инфракрасный досье)

Инфракрасная интерактивная доска — это большой интерактивный дисплей, который подключается к компьютеру и проектору. Доска обычно монтируется на стену или напольную подставку. Движение пальца пользователя, пера или другого указателя над изображением, проецируемым на доску, определяется по прерыванию инфракрасного света на её поверхности. При нажатии на поверхность доски программное обеспечение триангулирует положение маркера или стилуса. Инфракрасные интерактивные доски могут быть изготовлены из любого материала, не требуют использования маркеров для сухой стирки и широко применяются в различных сферах, включая учебные заведения разных уровней, конференц-залы компаний, учебные и тренинговые центры, спортивные тренировочные комплексы и студии телевещания.

Резистивная сенсорная интерактивная доска

Тактильная IWB также включает в себя простое устройство указания. В этом случае важен материал, из которого изготовлена доска. В наиболее распространенной резистивной системе мембрана, натянутая на поверхность, деформируется под давлением и замыкает контакт с проводящей задней панелью. Положение точки касания затем определяется электронным способом и регистрируется как событие мыши. Например, нажатие пальцем на поверхность воспринимается как эквивалент левого щелчка мыши. Такая доска не требует использования каких-либо специальных инструментов. Это является основанием для утверждений производителей резистивных систем о том, что такая интерактивная доска проста и удобна в использовании. Однако ее работа сильно зависит от конструкции самой доски.

Интерактивная доска на основе электромагнитной ручки

Электромагнитная интерактивная доска с использованием пера включает в себя массив проводов, встроенных под твердой поверхностью доски, которые взаимодействуют с катушкой в наконечнике стилуса для определения горизонтальных и вертикальных координат стилуса. Само перо обычно является пассивным, то есть не содержит батарей или другого источника питания; оно изменяет электрические сигналы, генерируемые доской. Например, когда перо приближается к поверхности доски, может быть зафиксирован указатель мыши, что обеспечивает доске функцию "наведения мыши". При нажатии на доску одним способом, доска активирует переключатель в пере, чтобы передать сигнал о щелчке мыши компьютеру; при нажатии другим способом, контакт с доской передает сигнал о щелчке правой кнопкой мыши. Подобно увеличенной версии графического планшета, используемого профессиональными цифровыми художниками и дизайнерами, электромагнитная интерактивная доска может точно эмулировать действия мыши, не выйдет из строя, если пользователь опирается на доску, и потенциально может обрабатывать несколько одновременных вводов.

Портативная ультразвуковая интерактивная доска на основе ИК-ручки

Эта технология использует инфракрасный свет и ультразвуковое позиционирование. Технология работает по принципу молнии в грозу, вычисляя разницу во времени между скоростью света и скоростью звука. Инфракрасная интерактивная доска (IWB) также доступна в портативном формате. После перемещения системы в новое место, она подключается к компьютеру посредством простой перекалибровки проецируемого изображения – снова с использованием электронной ручки. Устройство или панель сканирует область (обычно 3 м на 1,5 м, что обеспечивает ширину интерактивной доски в 110 дюймов). Как правило, можно добавить несколько областей, позволяя пользователям из разных мест совместно использовать одну и ту же виртуальную доску. Портативная доска, работающая на основе ИК-ручки, может использоваться на различных поверхностях – на обычной доске, плоской стене или даже на грифельной доске, покрытой краской для сухого стирания, превращая их в интерактивные доски. USB-приемнику сигнала не требуется питание от батареи, а устройство можно закрепить на потолке для стационарной установки. Благодаря своему небольшому весу и компактным размерам, PIWB легко транспортировать.

Wiimote / Интерактивная доска на основе ИК

ИК-система на базе Wii была изобретена Джонни Чун Ли, доктором философии, в 2007 году. Ли утверждал, что система "делает технологию доступной для гораздо большего числа людей" (выступление на TED, апрель 2008 года), используя обычный пульт Wii в качестве указателя и ИК-камеру на лицевой стороне пульта в качестве устройства отслеживания, воспринимающего свет от ИК-ручки. Ли опубликовал несколько видеороликов на YouTube, демонстрирующих работоспособность, гибкость и простоту использования этой системы, а также указал на её невысокую стоимость – самая дешёвая её часть – инфракрасный светодиод ручки. Это решение с невысоким порогом вхождения, поскольку игровая система уже знакома многим. Существует большая поддержка программистов, как в виде открытого исходного кода, так и коммерческих предложений. Ненадежный источник: январь 2018 г.) Однако система не может использоваться под прямыми солнечными лучами и не совместима с программным обеспечением производителей уже упомянутых интерактивных досок. Также следует учитывать особенности Bluetooth-соединения ручки. В случае задней проекции требуется две линии видимости (контроллер и ручка), в отличие от многих других систем.

Виртуальная доска через интерактивный проектор

Интерактивный проектор IWB оснащен встроенной CMOS-камерой, благодаря которой проектор не только создает изображение IWB, но и определяет положение активного ИК-стилуса при касании поверхности, на которую проецируется изображение. Это решение, разработанное в 2007 году и запатентованное в 2010 году американской компанией Boxlight, как и другие системы инфракрасных досок, может быть подвержено потенциальным проблемам, вызванным необходимостью прямой видимости между стилусом и проектором/приемником, а также, подобно им, не поддерживает функцию наведения курсора, доступную в других решениях.

Использование в классе

В некоторых классах интерактивные доски заменили традиционные доски или флипчарты, или видео- и медиасистемы, такие как комбинация DVD-плеера и телевизора. Даже если используются традиционные доски, интерактивная доска часто дополняет их, подключаясь к школьной сети системы цифрового распространения видео. В других случаях интерактивные доски взаимодействуют с онлайн-средами для совместной работы с аннотациями и рисованием, например, с интерактивными векторными графическими веб-сайтами. Короткие обучающие фрагменты можно записывать для повторного просмотра учащимися – они увидят ту же презентацию, которая была в классе, с голосом учителя. Это может коренным образом изменить процесс обучения. Многие компании и проекты сейчас сосредоточены на создании дополнительных учебных материалов, разработанных специально для интерактивных досок. Одно из недавних применений интерактивной доски – это совместные уроки чтения. Например, "имитирующие книги" позволяют учителям проецировать детские книги на интерактивную доску, сохраняя при этом книжную интерактивность.

Интеграция с системой ответа учащегося

Некоторые производители также предлагают системы обратной связи в классе как неотъемлемую часть своих интерактивных досок. Ручные "кликеры", работающие по инфракрасному или радиосигналу, например, предоставляют базовые возможности выбора ответов и проведения опросов. Более продвинутые кликеры позволяют вводить текстовые и числовые ответы и экспортировать анализ успеваемости учащихся для последующего анализа. Комбинируя обратную связь в классе с интерактивной доской, учителя могут представлять материал и получать отзывы от учеников, чтобы более эффективно управлять процессом обучения или проводить формальную оценку знаний. Например, ученик может решить задачу, требующую применения математических концепций, на интерактивной доске, а затем продемонстрировать свои знания, выполнив тест через систему обратной связи в классе. Некоторые программы для систем обратной связи в классе позволяют организовывать и разрабатывать учебные мероприятия и тесты, соответствующие государственным образовательным стандартам.

Эффективность образования

В настоящее время появилось несколько исследований, демонстрирующих противоречивые результаты относительно влияния интерактивных досок на успеваемость учащихся. Сводка этих исследований доступна для ознакомления.

Исследование London Challenge

Согласно результатам исследования, проведенного Лондонским институтом образования при финансировании DfES, оценивалась образовательная и практическая эффективность компонента London Challenge, связанного с внедрением интерактивных досок в школах Лондона в рамках программы "Проект расширения использования школьных интерактивных досок". На третьей ступени обучения использование интерактивных досок не оказало существенного влияния на успеваемость учащихся по математике и английскому языку, а по естественным наукам наблюдалось лишь незначительное улучшение. В тех же школах, на четвертой ступени обучения, использование интерактивных досок оказало негативное влияние на успеваемость по математике и естественным наукам, но положительное – по английскому языку. Авторы приводят несколько возможных объяснений полученных результатов для четвертой ступени, включая: ошибку второго рода в статистическом анализе, нарушение традиционных методов обучения, что привело к снижению успеваемости учащихся после установки интерактивных досок, или необъективный выбор школ для установки интерактивных досок, что привело к смещению данных.

Проект расширения доски в начальных школах DfES

В то же время имеются данные о повышении успеваемости при использовании интерактивных досок. BECTA (Великобритания) заказала исследование влияния интерактивных досок в течение двух лет. Это исследование показало значительный прирост в обучении, особенно среди второй группы учащихся, которые получили пользу от опыта учителя в работе с этим устройством. В период с 2003 по 2004 год проект DfES по расширению использования интерактивных досок в начальных школах (PSWE) предоставил существенное финансирование 21 местному органу власти для приобретения и использования интерактивных досок в начальных школах Великобритании. Исследование, спонсируемое BECTA, изучало влияние этих инвестиций на 20 местных органов власти, используя данные о 7272 учащихся из 97 школ. Среди переменных, учитываемых в исследовании, были продолжительность использования интерактивной доски, возраст учащихся (вплоть до дня рождения), пол, особые образовательные потребности, право на бесплатное школьное питание и другие социально-экономические группы. Оценка реализации и результатов проекта была проведена командой из Манчестерского Метрополитанского Университета под руководством профессора Бриджет Сомех. На сегодняшний день это самое масштабное и продолжительное исследование, посвященное влиянию интерактивных досок.

Дополнительные исследования

Glover & Miller провели исследование влияния интерактивных досок на педагогический процесс в средней школе. Они обнаружили, что, хотя интерактивные доски теоретически предлагают больше возможностей, чем компьютер, если они используются лишь как дополнение к обучению, их потенциал остается нераскрытым. Основной целью исследования авторов было выяснить степень и характер использования интерактивных досок в классе. Чтобы определить, происходят ли какие-либо изменения в педагогике или методиках преподавания, исследователи провели подробный опрос. Авторы выяснили, что учителя использовали интерактивные доски тремя способами: для повышения эффективности, для расширения возможностей и для трансформации процесса обучения. Они отметили, что на использование технологии учителями в первую очередь не влияли обучение, доступность или наличие программного обеспечения. Когда интерактивные доски использовались для трансформации обучения (примерно 10% учителей, принявших участие в исследовании), это оказывало преобразующее влияние на педагогику. В последнее время производители технологий интерактивных досок создают различные онлайн-сообщества поддержки для учителей и образовательных учреждений, внедряющих интерактивные доски в учебный процесс. Эти сайты регулярно публикуют результаты исследований и проводят бесплатные онлайн-уроки, чтобы способствовать широкому распространению интерактивных досок в школах.

Дизайн на основе планшетов

Интерактивную панель можно создать, прикрепив к ней электронное мультимедийное устройство, например, планшет. Способы крепления планшетов к панелям включают вырезание отверстия в панели и фиксацию кармана за этим отверстием для вставки и удержания планшета, втыкание булавок в поверхность панели, на которые опирается планшет, прикрепление шнурка к планшету для подвешивания на панели, или использование двустороннего скотча для крепления планшета к панели. Projex Boards производит панели для планшетов, оснащенные карманом, подставкой и верхней планкой. Цель использования панелей для планшетов – размещение планшета на уровне глаз для облегчения коммуникации между аудиторией и докладчиком. Некоторые интерактивные панели для планшетов имеют отверстия для электрических кабелей в нижней части панели.

Возможные проблемы

Постоянные маркеры и использование обычных маркеров для сухой стирания могут создавать проблемы на некоторых интерактивных досках, поскольку поверхности интерактивных досок чаще всего изготавливаются из меламина – пористого материала с покрытием, которое может впитывать чернила. Также существует риск появления проколов, вмятин и других повреждений поверхности. Некоторые преподаватели отмечают, что использование интерактивных досок усиливает старый, проверенный временем метод обучения: когда учитель говорит, а ученики слушают. Эта модель обучения противоречит многим современным методикам преподавания.

Передняя и задняя проекция

Интерактивные доски обычно выпускаются в двух вариантах: с фронтальной и задней проекцией. В интерактивных досках с фронтальной проекцией видеопроектор располагается перед доской. Недостатком досок с фронтальной проекцией является то, что докладчик, стоя перед экраном, должен вытягивать руку с или без стилуса, чтобы избежать отбрасывания тени. Этого недостатка нет у проекторов с ультракоротким фокусным расстоянием (UST), которые проецируют изображение сверху и непосредственно перед поверхностью интерактивной доски, исключая попадание докладчика в световой поток. В интерактивных досках с задней проекцией проектор или излучающий дисплей размещается за сенсорной поверхностью доски, что предотвращает образование теней. Это также решает проблему, возникающую с досками с фронтальной проекцией, когда докладчику приходится смотреть в свет проектора, обращаясь к аудитории. Однако системы задней проекции, как правило, значительно дороже досок с фронтальной проекцией, часто имеют большие размеры и не могут быть установлены вплотную к стене, хотя возможна установка в стену. Некоторые производители также предлагают возможность регулировки высоты дисплея для пользователей разного роста.

Проекционные системы короткого пролета и интерактивные доски

Некоторые производители предлагают системы проекции с укороченным фокусным расстоянием, в которых проектор со специальной широкоугольной линзой устанавливается значительно ближе к поверхности интерактивной доски и проецирует изображение под углом около 45 градусов. Это значительно снижает эффект отбрасывания тени, характерный для традиционных систем фронтальной проекции, и полностью исключает возможность увидеть луч проектора. Риск кражи проектора, что является проблемой для некоторых школьных округов, уменьшается благодаря интеграции проектора с интерактивной доской. Некоторые производители предлагают единую систему, объединяющую интерактивную доску, систему проекции с укороченным фокусным расстоянием и аудиосистему в единый модуль, который можно устанавливать на разной высоте, обеспечивая доступ ко всей поверхности доски для маленьких детей и людей, использующих инвалидные коляски. Снижение затрат на установку делает эти системы проекции с укороченным фокусным расстоянием экономически выгодными.

Калибровка

В большинстве случаев сенсорная поверхность должна быть первоначально откалибрована относительно изображения дисплея. Этот процесс включает в себя отображение последовательности точек или крестов на сенсорной поверхности и предоставление пользователю возможности выбирать эти точки стилусом или пальцем. Этот процесс называется выравниванием, калибровкой или ориентацией. Стационарные установки с проекторами и досками, закрепленными на потолке и стене, значительно снижают или устраняют необходимость в калибровке. Некоторые интерактивные доски могут автоматически обнаруживать проецируемые изображения в процессе другого типа калибровки. Технология была разработана Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc. и описана в патенте № 7,001,023. Компьютер проецирует последовательность белых и черных полос, закодированных серым кодом, на сенсорную поверхность, а светочувствительные датчики, расположенные за сенсорной поверхностью, обнаруживают свет, проходящий через нее. Эта последовательность позволяет компьютеру выровнять сенсорную поверхность с дисплеем, однако у нее есть недостаток – наличие крошечных "мертвых зон" размером с волокно в резистивной сенсорной поверхности, где расположены световые датчики. Эти "мертвые зоны" настолько малы, что касания в этой области все равно корректно передаются на компьютер. Другая система включает в себя световой датчик, встроенный в проектор и направленный на экран. Когда проектор генерирует калибровочное изображение (процесс, называемый "обучением"), он обнаруживает изменение отраженного света от черной рамки и белой поверхности. Таким образом, он может однозначно вычислить все коэффициенты линейного матричного преобразования. Еще одна система включает в себя камеру, встроенную в ручной стилус, с неразличимыми для человеческого глаза метками, внедряемыми в поток изображений, отправляемый на проектор или дисплей, и содержащими информацию о положении, которую камера обнаруживает и на основе которой вычисляет координаты, не требуя калибровки. Такая технология и система интегрированы в penveu и дополнительно описаны в патенте № 8,217,997.