ИНТЕРАКТИВНЫЕ ДОСКИ

Образование в нашей стране пребывает в затяжном кризисе. Вряд ли кто-либо будет оспаривать это. Каковы же пути выхода из создавшейся ситуации? Многие специалисты связывают будущее образования с внедрением новых технологий и, в частности, интерактивных досок.

В классических экономических циклах спад сменяется подъемом по мере сокращения издержек, технического переоснащения и роста спроса на рынке. Предположив, что образовательная сфера развивается по таким же законам, что и экономика в целом, отметим, что спрос на квалифицированных преподавателей у нас достаточно высок. Для вывода образования на качественно новый уровень сегодня нужно резко увеличить эффективность труда преподавателей, а с нею и качество обучения. Основную роль в этом, по мнению многих экспертов, должны сыграть информационные технологии. Предполагается, что перспектива творческой работы с использованием компьютерных средств привлечет в школы и вузы новое поколение учителей. ИТ помогут перевести наработанный десятилетиями методический материал в электронную форму, сэкономить на печатных учебных пособиях и в идеале даже сократить сроки обучения.

Оснащение учебных заведений России компьютерной техникой идет полным ходом. Так, ежегодно в нашей стране проходят тендеры на поставки мультимедиа-проекторов в сферу образования. В 2002—2004 гг. они проводились централизованно в Москве, в рамках федеральной программы “Дети России”, сегодня перешли на региональный уровень.

Компьютеры и проекторы, однако, решают только часть задачи. Психологи рекомендуют задействовать в обучении все основные сенсорные системы человека — визуальную, аудиальную и кинестетическую (телесную). Последняя имеет особое значение, именно с ней связаны такое явление, как моторная память, и возможность довести навыки до автоматизма, т. е. перевести на уровень подсознания. Например, известно, что наилучшее знание анатомии скелета в медицинских вузах демонстрируют те студенты, которые рисовали и лепили кости. Нельзя, скажем, чисто умозрительно научиться ездить на велосипеде: никакое глубокое обучение невозможно без включения телесного восприятия и моторики. Здесь, к счастью, нам на помощь приходят такие устройства, как интерактивные доски и их уменьшенные собратья — сенсорные планшеты.

По оснащенности интерактивными досками Россия пока плетется в хвосте у Европы. У нас их лишь несколько тысяч штук. Признанный лидер по внедрению интерактивных досок Великобритания, закупила их для учебных заведений в количестве более 125 тыс. Между тем все основные поставщики интерактивных досок в нашей стране так или иначе представлены. Это GTCO Calcomp, Hitachi, Panasonic, SMART Technologies, PolyVision, Promethean и др.

Интерактивные доски работают в комплексе с компьютером и проектором, который создает изображение на их поверхности и обладает той или иной системой распознавания координат пера — электромагнитной, аналого-резистивной, лазерной либо ультразвуковой. К ПК доска обычно подключается через USB-интерфейс, реже через ИК-порт или беспроводную сеть. Установленное на компьютере ПО отслеживает движения пера и обеспечивает их отображение на экране, фиксируя в файлах то, что преподаватель пишет на доске.

Первая задача, которую позволяют решать интерактивные доски и сенсорные дисплеи, — это уйти от привнесенной компьютерной культурой чисто презентационной формы подачи материала. Последняя хороша для введения в тему, первичного знакомства с материалом. Более глубокое освоение потребует интерактивного взаимодействия с компьютером, желательно с включением моторики. Здесь полезны компьютерные тренажеры и виртуальные модели наподобие тех, что компания “Физикон” размещает на своих мультимедийных дисках для уроков физики.

Вторая задача интерактивных досок — экономия времени на занятиях за счет отказа от конспектирования. Ученики по окончании урока получают файл с его записью, который могут просмотреть дома на ПК в пошаговом режиме. При этом не только доступны предлагаемые преподавателем иллюстрации и записи, но и правильно воспроизводится последовательность его действий у доски. К сожалению, отказ от конспектирования снижает усвояемость материала, выключая моторную память. Кроме того, у слушателей, гарантированно получающих копию занятия, снижается мотивация к концентрации внимания на уроке. Для компенсации этого эффекта преподавателю приходится больше внимания уделять упражнениям на проверку усвоенного материала.

Третья задача интерактивных досок — повышение эффективности подачи материала. Чтобы объяснить механизм этого процесса, сделаю небольшое отступление. В художественной фотографии, театре, кинематографе, мультипликации, живописи и других сферах искусства традиционно различают сцену и героя (объект) — говоря языком психологии, фоновое и когнитивное, фон и фигуру. Фон и фигура подчиняются своим законам, они настолько различны, что их оформлением часто занимаются разные люди. В театре это художник сцены и костюмер, в мультипликации — художник фона и художник-аниматор.

Наиболее сильное воздействие на зрителей достигается именно при удачной комбинации сцены и разворачивающегося на ее фоне основного действия. Надо сказать, что в советской системе обучения преподаватель был весьма ограничен в создании фона. Чаще всего в его распоряжении имелся лишь тематически оформленный кабинет, плакаты или карты. Когнитивную составляющую материала он писал на доске или показывал на учебных пособиях.

Сегодня ситуация кардинально меняется. Проектор выводит на поверхность интерактивной доски заранее подобранную преподавателем фоновую картинку или фоновое слайд-шоу. Акустические системы создают в аудитории нужный фоновый звук, а преподавателю остается позаботиться о содержательной части материала — он может, скажем, писать или рисовать на интерактивной доске. По силе и глубине воздействия на аудиторию грамотно построенное занятие с использованием компьютера и интерактивной доски может сравниться с кино и театром. Однако от учителя для этого потребуются режиссерские знания и навыки. Впрочем, еще пару десятилетий назад фотография и видеосъемка были уделом избранных; возможно, в ближайшие годы в массы пойдет и режиссура.

Четвертая задача интерактивной доски в аудитории — организация групповой работы (или групповых игр), навыки которой сегодня принципиально важны для успешной деятельности во многих областях. Здесь требуется гибкое ПО и, желательно, интерактивная доска, основанная на аналогово-резистивной технологии (о ней см. ниже), чтобы ученики могли писать и рисовать пальцем, не думая о том, как делить меж собой электронные маркеры.

Отметим также проблему перевода традиционного урока в электронный вид. Учителям старой закалки, побаивающимся вычислительной техники, интерактивные доски позволяют вести занятие привычным методом, фиксируя все записи в электронном виде.

Как видите, применение интерактивных досок сулит немалые выгоды, но требует смены методических подходов к преподаванию. Кстати, в Москве существует организация, которая прорабатывает методики обучения с помощью интерактивных досок. Это Институт новых образовательных технологий и компьютерных наук при Российском государственном гуманитарном университете. Директор института Сергей Кувшинов сумел собрать в аудиториях интерактивные доски шести производителей (GTCO Calcomp, Hitachi, Mimio, PolyVision, Promethean, SMART Technologies). Важно, что здесь ежедневно идут занятия со студентами РГГУ и копится ноу-хау по применению интерактивных досок и сопутствующего им ПО вместе с методиками преподавания.

Техника на грани реальности

Срок работы интерактивной доски превышает пять, а то и десять лет. Конструкция обычно чрезвычайно простая, надежная и вандалоустойчивая. С компьютером устройство соединяется посредством COM-порта или USB-интерфейса. Питание при этом часто поступает от компьютера через USB-порт. Некоторые производители предлагают дополнительные модули для беспроводного подключения по ИК-каналу или через Bluetooth.

Интерактивная система помимо доски, компьютера и проектора включает драйвер интерактивной доски и специализированное ПО. В работе обычно используются два режима — мыши и аннотаций. В первом случае доска лишь транслирует действия пользователя на операционную систему, заменяя мышь, во втором маркер используется по прямому назначению, т. е. для письма и рисования. Заметим, что графический редактор для этого не требуется: программа рисует прямо на том фоне, который есть на экране, т. е. на картинке “обоев”, на слайдах PowerPoint, на окнах прикладных программ и т. д.

Большинство интерактивных досок требует калибровки после монтажа. Калибровка делается с помощью специальной утилиты, которая выводит перекрестья по углам и в центре экрана, после чего просит пользователя нажать маркером на доску в этих точках. Весь процесс обычно длится не дольше 5 мин. Если взаимное расположение доски и проектора не изменилось, повторная калибровка не потребуется.

Классификация интерактивных досок

По расположению проектора интерактивные доски делятся на два класса: с фронтальной и обратной проекцией. Первые распространены наиболее широко, хотя и обладают очевидным недостатком: докладчик может загораживать часть изображения своим телом и одеждой. Чтобы этого избежать, проектор подвешивают под потолком как можно ближе к доске, объектив наклоняют вниз, а возникающие трапециевидные искажения компенсируются с помощью системы цифровой коррекции. Доски с обратной проекцией, в которых проектор находится позади экрана, стоят существенно дороже и занимают больше места в аудитории, чем доски с прямой проекцией. Из-за того, что экран работает на просвет, возможны проблемы с видимостью изображения под большими углами.

В последнее время на рынке появились специальные модели проекторов с короткофокусным объективом, предназначаемые для работы с интерактивными досками. Изготовители интерактивных досок все чаще предлагают готовые комплексы, включающие доску и прикрепленный прямо к ней сверху на штанге короткофокусный проектор.

Используемые в интерактивных досках технологии подразделяются на четыре основных типа.

Сенсорная аналогово-резистивная технология

Аналогово-резистивная доска представляет собой многослойный пирог, покрытый износостойким полиэфирным пластиком с матовой поверхностью и широким углом рассеяния света. Поверхность достаточно мягкая для того, чтобы немного прогибаться при нажатии. Внутри пирога размещены два листа из проводящего материала, разделенные воздушной прослойкой. По сторонам к листам подключены электроды. При нажатии поверхность доски прогибается, резистивные листы соприкасаются и замыкаются между собой. Встроенные электронные схемы подключают боковые электроды одного листа к источнику постоянного напряжения, а электроды второго — к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП). На его выходе появляется код, определяющий горизонтальную координату точки, в которой произошло замыкание. Благодаря тому, что АЦП снабжен высокоомным входным усилителем, сопротивление в месте межслойного контакта (определяемое силой нажатия и площадью соприкосновения слоев) практически не влияет на точность измерения. Координата по вертикали измеряется аналогичным образом после смены боковых электродов на верхний и нижний.

Название технологии говорит само за себя: система измерения в ней аналоговая. Но полученная информация конечно же обрабатывается в цифровом виде. Разрешение аналогово-резистивной интерактивной доски измеряется тысячами точек по горизонтали и вертикали. Например, широко распространенные интерактивные доски SMARTboard компании SMART Technologies имеют разрешение 4000×4000, а доски Webster фирмы PolyVision — 8000×8000. С учетом разрешения типового проектора (1024×768) этого более чем достаточно.

Скорость реакции доски ограничена механическими свойствами (вязкостью) используемого в ней гибкого пластика, быстродействием ее электронных схем и компьютера. Численных параметров быстродействия производители аналогово-резистивных досок не приводят, но практика показывает, что реакция для большинства задач вполне оперативная.

Для работы с сенсорной аналогово-резистивной доской не обязательно иметь специальные маркеры, хотя в комплекте могут поставляться бутафорские разноцветные маркеры и ластик, можно пользоваться пальцем или указкой. Именно это обстоятельство обусловило самое важное преимущество досок данного типа для сферы образования — невозможность сорвать занятие, спрятав маркер или питающую его батарейку. При использовании сухих маркеров аналогово-резистивная доска позволяет переводить в электронную форму материал урока, проводимого традиционным образом.

Несмотря на применение мягкой многослойной структуры, аналогово-резистивные доски работают помногу лет, не теряя качества и надежности. Основная угроза для поверхности — случайное применение фломастеров, после которого пластик бывает трудно отмыть до чистоты. Кроме того, преподаватель и ученики должны быть внимательными у доски, чтобы не прислоняться и не нажимать на поверхность плечом, локтем, запястьем и т. д.

Интерактивные доски с поддержкой аналогово-резистивной технологии выпускают компании Egan TeamBoard, Interactive Technologies, PolyVision, SMART Technologies.

Электромагнитная технология

В случае использования электромагнитной технологии интерактивная доска имеет твердую поверхность. Внутри слоистой структуры встроены частые регулярные решетки из вертикальных и горизонтальных координатных проводников. Электронное перо (маркер) с катушкой индуктивности на кончике (оно может быть активным или пассивным) наводит электромагнитные сигналы на координатных проводниках, номера которых определяют местоположение кончика пера.

Активное перо питается от батарей или получает энергию по проводу, привязывающему её к доске. Пассивное работает от наводимого в катушке напряжения. Перо в некоторых моделях способно различать градации силы нажатия, что удобно для применения в программах рисования. Кончик пера может располагаться на некотором удалении от поверхности (обычно не более 5—10 мм), благодаря чему на доски можно навешивать плакаты и работать поверх них. Помимо маркеров производитель может предлагать электронный ластик.

Электромагнитные доски обычно откликаются на действия пользователя быстрее аналогово-резистивных. Скорость выдачи информации у них порядка 100—120 пар координат в секунду, а потому время реакции системы ограничивается только производительностью компьютера. Технология изначально разрабатывалась для дигитайзеров, а потому внутренняя разрешающая способность системы, 1000—2000 линий на дюйм и даже выше, откровенно избыточна для решаемых доской задач. В рекламных целях производители указывают в проспектах именно внутреннюю разрешающую способность (побуждая некоторых специалистов крутить пальцем у виска), хотя в компьютер доска передает загрублённую информацию с разрешением не более 200 линий на дюйм. Электромагнитные доски не чувствительны к нажатию рукой и другими предметами, а маркеры для них обычно снабжены кнопками мыши.

Электромагнитные интерактивные доски выпускают компании GTCO Calcomp, Promethean, ReturnStar, Sahara Interactive.

Лазерная технология

Для разработки лазерной технологии интерактивных досок потребовалось немалое искусство. В систему входят два инфракрасных лазерных угломера, обычно располагаемых сверху по углам доски. Угломер работает довольно просто: вращающееся с постоянной угловой скоростью зеркало направляет ИК-луч так, чтобы он подобно антенне радара из одной точки сканировал всю поверхность доски. Лучи ИК-лазеров отражаются от воротничка маркера и регистрируются фотодатчиками. Система запоминает угол поворота зеркала в момент фиксации отраженного блика. Затем на основе расстояния между угломерами и значения углов встроенный микропроцессор вычисляет координаты кончика пера.

Работать пальцем или обычным маркером с лазерной интерактивной доской не получается — нужен специальный маркер, который для уменьшения ошибок позиционирования желательно держать перпендикулярно к поверхности доски. Информация о нажатии на кнопки посылается в систему посредством ультразвука (для этого электронный маркер оснащается батарейкой) или сигнала какого-либо другого вида. Маркеры разного цвета и электронный ластик система различает по оптическим свойствам отражающего воротничка.

Основное достоинство технологии состоит в том, что сама доска может быть выполнена из любого материала — хоть толстого стального листа. Принципиальный недостаток лазерной технологии в том, что докладчик может случайно перекрыть луч лазера, и тогда процесс измерения координат нарушается. На лазерную доску можно вешать плакаты и работать поверх них.

Лазерные интерактивные доски наиболее дороги в производстве. Их выпускает, насколько нам известно, только одна компания — PolyVision.

Ультразвуковая/инфракрасная технология

Система, запатентованная под названием eBeam, использует различие в скорости распространения световых и звуковых волн. Электронный маркер испускает одновременно и инфракрасный свет, и ультразвук. Размещенные по углам доски ИК-датчик и ультразвуковые микрофоны принимают сигналы, после чего встроенная электронная система по разности времени их прихода вычисляет координаты маркера. Скорость выдачи информации — около 80 пар координат в секунду. Разрешение порядка 200 линий на дюйм.

Электронный маркер работает от батарейки, как и электронный ластик. Основной недостаток у ультразвуковой/инфракрасной технологии такой же, как у электромагнитной и лазерной, — необходимость использования специального электронного маркера. На случай, когда нужно оцифровать традиционную презентацию или лекцию, проводимую с помощью маркерной доски, предлагаются специальные насадки для обычных маркеров.

Интерактивные доски с использованием ультразвуковой/инфракрасной технологии выпускают компании Hitachi и Panasonic.

Будучи независимым от вида, материала и размеров доски, набор ультразвуковых микрофонов и ИК-датчиков с блоком преобразователя может быть исполнен в виде отдельного изделия, которое крепится к любой маркерной доске (или даже стене) и настраивается под любые размеры рабочего поля. Подобные решения предлагают компании Emkotech, Luidia и mimio.

Программное обеспечение и методология

ПО интерактивных досок должно быть доступно не только учителю, но и ученикам, которым нужно повторять материал дома и готовиться по электронному конспекту. При выборе интерактивной доски следует учитывать, что программы, прилагаемые к поставляемым в нашей стране интерактивным доскам, различаются меж собой языковой поддержкой, функциональными возможностями, гибкостью интерфейса и другими параметрами.

Как и в корпоративных информационных системах, в интерактивном образовании качественное аппаратное обеспечение имеет важное, но не определяющее значение. Для продуктивного внедрения интерактивных досок в образование требуется хорошо построенная методология, поддержанная методическими материалами по всевозможным дисциплинам, качественным программным обеспечением, курсами повышения квалификации преподавателей и готовыми к употреблению электронными уроками. Все эти задачи требуют решения в комплексе. Если информатизация образования продолжится нынешними темпами, то через несколько лет появится новый сектор рынка и новый вид компаний — интеграторы образовательных систем.