Az infravörös érzékelésű interaktív táblák felhasználhatósága a közoktatásban – problémák és lehetséges megoldások Devosa Iván Szegedi Tudományegyetem (SZTE), Juhász Gyula Pedagógusképző Kar, Alkalmazott Természettudományi Intézet, Informatika Alkalmazásai Tanszék
[email protected]
Absztrakt Az interaktív táblák dinamikus elterjedése a felsőoktatásban számos problémát megoldott, de egyben újakat is felvetett. A cél, hogy az oktatás olyan hatékony és olcsó oktatástechnikai eszközökkel gyarapodjon, amelyek használata egyszerű (azaz nem igényli a pedagógusok átlagos felhasználói szintnél nagyobb informatikai ismereteit), illetve „üzemi körülmények között” is hosszú távon működőképes marad az iskolai környezetben (rendszeres terem takarítás, nem szabályos használat, stb). A jelenleg használatban lévő táblák jelentős része eleget tesz egyik másik követelménynek, de főleg az áruk akadályozza tömeges elterjedésüket. Az infravörös fényérzékelésen alapuló eszközök viszonylag kis szegletét képezik az interaktív tábláknak, ám lehet, ezek az eszközök nyújtják majd azt a megoldást, amire a közoktatásban szükség van. A publikációban összehasonlítjuk az infravörös táblák előnyeit és hátrányait, illetve megvizsgáljuk felhasználhatóságukat a közoktatásban a fenti kritériumok alapján; ezenfelül, hogy alkalmassá tehető-e az infravörös fényérzékelés felhasználásával készített tábla a közoktatás számára a Wii remote vezérlésért felelős C# osztály újraírásával, vagy más alternatív megoldások kialakításával.
Kulcsszavak Interaktív tábla, infravörös fényérzékelés, közoktatás, C#, Wii
1. Témaválasztás
2010-ben az interaktív táblák jelenléte az iskolákban már általánosnak mondható. Ezzel ellentétben, a használatukban sajnos nem sok változás történt 2008 óta, amikor is a Nemzeti Fejlesztési Terv II. azt irányozta elő, hogy 2010-ig 62000 tanteremből 40000-ben legyen interaktív tábla [1]. Jelenleg folyamatosan zajlanak a továbbképzések illetve a különböző tankönyvkiadók számos ez irányú információforrást adtak ki, emellett az SDT adatbázis feltöltése is zajlik. A legújabb fejlemények egyike, hogy az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében Szeged Megyei Jogú Város Önkormányzata támogatást nyert: 2010. május 1. 2010. december 31. között, a program keretében összesen 756 IKT eszköz kerül átadásra, ebből 664 tanulói laptop. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Regionális Fejlesztési Alap társfinanszírozásával valósul meg. A támogatás összege 89.193.080,-Ft. Az 1
IKT eszközök használata már általánosan elterjedtnek mondható, sőt megfigyelhetjük, hogy a különböző tantárgyakba már bekerültek azon szoftverek is, amelyeket elsődlegesen nem oktatási céllal fejlesztettek ki; így például a Google Earth programját számos közoktatási intézményben használják a földrajz tantárgy oktatásában [2]. Vagy ugyancsak földrajz órán használatosak azok a képi megjelenítést, hallgatói/tanulói együttműködést segítő IKT eszközök, amelyekkel a digitális kompetenciák kialakítását segítik elő [3]. Látható, hogy az IKT eszközök, és ezen belül is az interaktív táblák használatának kérdése igen aktuális.
2. Az interaktív tábla kiválasztásának kritériumai
Kérdés, hogy jelenleg az oktatási intézményeknek milyen választási lehetőségei vannak, ha az iskolák az alábbi egyszerű kritériumok alapján akarnak táblát választani:
Egyszerű kezelhetőség
Alapvető, hogy a számítástechnikát minimálisan ismerő pedagógus is sikeresen kezelje az eszközt, illetve a felmerülő problémák könnyedén elháríthatóak legyenek.
Tartósság
Fontos, hogy a közoktatás „üzemi körülményei között” is megfelelően működjön: nem szabályos használat, olcsó detergensekkel történő takarítás, stb.
Alacsony beszerzési és fenntartási költségek
A közoktatási intézmények költségvetése köztudomásúlag igen szerény, így a kiadásokat ezen a téren is minimalizálni kell.
Funkcionalitás
Fontos meghatározni, hogy mire szeretnénk használni az interaktív táblát, és hogyan kívánjuk beépíteni az egyes funkciókat az oktatásba. Amennyiben csak az órán leírtakat szeretnénk digitálisan rögzíteni, és azt később terjeszteni, felesleges projektoros táblát választani. Viszont prezentációk tartásánál és digitális tananyagok használatánál érdemes beruházni egy komolyabb interaktív táblába.
2
Képméret
A láthatóság szempontját mérlegelve válasszuk ki a termünknek legmegfelelőbb méretet. A tantermeknek eddigi tapasztalatok alapján a legnagyobb [72" (~180 cm) képátló] a legmegfelelőbb.
Hordozhatóság
Döntsük el, hogy mennyire kívánjuk mozgatni a táblánkat. Tantermen belüli mozgatásnál válasszunk görgős kivitelt, tantermek között pedig virtuális eszközöket.
Szoftver
Az interaktív tábla használatának egyik sarkalatos pontja a gyárilag adott szoftver kezelhetősége. Ezt vásárlás előtt mindenképpen teszteljük le, és ha nem találjuk elég felhasználóbarátnak, akkor keressünk más terméket. Fontos, hogy a szoftvert úgy mérlegeljük, hogy a későbbiekben ezt be kell tudnunk építeni az oktatásba [4]. Természetesen egy iskolában nem csak ezeket a paramétereket kell figyelembe venni, de mint egy vezérfonál, lehetőséget kínál egyfajta összehasonlításra.
3. Az interaktív tábla felépítése
Az interaktív tábla egy olyan IKT eszköz, amely egy szoftver segítségével úgy kapcsolja össze a táblát egy számítógéppel illetve egy projektorral, hogy az vagy a tábla érintés érzékeny felületéről, vagy más inputforrásból vezérelhető lesz (vannak egyéb megoldások is), továbbá a táblára került tartalmak háttértárolóra menthetővé válnak. A számítógépen elkészített anyagot rávetíthetjük a táblára, a táblát pedig érintőképernyőként használva akár mellette állva vezérelhetjük a számítógépet, vetítés közben kiegészíthető a tartalom. Az aktívtábla csomag tartalma: notebook, projektor, maga az interaktív tábla és különböző kiegészítők [1].
3
1. ábra: Érintésvezérelt interaktív tábla működési elve
4. A Wii remote alapú infravörös fényérzékeléssel vezérelt interaktív tábla képességei
Az egyik közkedvelt megoldás a Nintendo cég által kifejlesztett Wii konzol remote tartozékának felhasználása az infravörös fény érzékelésére. Működése a következő elven alapszik: Egy speciális érzékelő segítségével folyamatosan figyeli az általa belátott területet. Amint ezen a területen infra fényt kap az érzékelő, egy jelet küld bluetooth kapcsolaton keresztül a számítógép számára. Ezt egy perspektív transzformáció után lehet a monitor felbontásához igazítani. Az érzékelő és a beégetett szoftver 4 különböző pontot tud szeparálni, így az eszköz már önmagában multitouch képes [5].
2. ábra: Infravörös fényérzékeléssel vezérelt interaktív tábla működési elve
4
5. A Wii remote alapú infravörös fényérzékeléssel vezérelt interaktív tábla elterjedésének gátjai
Mivel az eszköz alapvetően egy játék tartozéka, ami nem is túl olcsó a mi pénztárcánkhoz képest (60000 Ft), nem igazán található meg kísérletezők kezei között. Szerencsére John Chung Lee [6] a kivételt erősíti; ő két egyszerű bemutatóval prezentálta a játék kontrollerének használhatóságát, mint mutató eszköz. Sajnos a látványos bemutató után nem igazán lett továbbfejlesztve az ötlet, de az lejjebb található hátrányokat figyelembe véve nagyobb táblákon már nem alkalmazható az eszköz hatékonyan. Az ötletet viszont tovább lehet vinni, ezt szeretnénk megkísérelni a tanulmányunk keretében.
6. A Wii remote alapú infravörös fényérzékeléssel vezérelt interaktív tábla előnyei
1. Aránytalanul olcsó a többi eszközhöz képest A már meglévő felületet felhasználhatjuk (például: filctollas fehér tábla, amelyet nem kell mindig interaktív tábla módban használni); illetve maga az érzékelő eszköz beszerzése kb. 15000-20000 Ft, ami a legolcsóbb tábla áránál is nagyságrendekkel kevesebb.
2. Már meglévő olcsó szoftver A vezérléshez megvásárolható olcsó szoftverek állnak a rendelkezésre, illetve a számítástechnika szakos kollégák az ingyenes(!) C# könyvtár felhasználásával maguk is írhatnak vezérlőszoftvert [7], különösebb nehézségek nélkül.
3. Ingyenes fejlesztői környezet A programot fejlesztők számára rendelkezésre áll a Microsoft Visual Studio Express, amely a Lee-féle C# könyvtárhoz hasonlóan ugyancsak ingyenesen és jogtisztán elérhető.
4. Multitouch támogatás Az eszköz gyárilag képes a többpontos érzékelésre, így a tábla azonnal alkalmas lesz a multitouch támogatására, azaz akár több hallgató/tanuló is együttműködve oldhat meg feladatot a táblánál [7].
5
5. Egyszerű kezelhetőség A már létező programok is kényelmesen vezérelhetők, illetve az eszköz könnyedén telepíthető és kalibrálható [7] [8].
6. Hordozhatóság Az eszköz fixen felszerelhető, illetve igény szerint akár egy kézitáskában hordozható (ha már a kubatúra felszerelt egy projektoros táblával, az könnyedén interaktív táblává alakítható) [8].
7. Tartósság Mivel az eszközre magára fizikai hatást nem fejtünk ki (nem írunk rá, stb.), így azt gyakorlatilag károsodás nem fenyegeti. [8]
7. A Wii remote alapú infravörös fényérzékeléssel vezérelt interaktív tábla hátrányai
1. Viszonylag kis távolságra lehet csak helyezni az érzékelőt A jelenlegi tantermek nagy részében a távolságok nagyobbak, mint amit az érzékelő még hatékonyan feldolgozni képes.
2. Relatíve kis „érzékelő” felület (22° x 45°), ami nem is felel meg a képernyők elterjed arányainak sem, ezzel vagy nincs kihasználva az érzékelő felülete, vagy túl nagy torzítás lép fel a koordináták áttranszformálása során a képi egységekre. Ezáltal a feldolgozni kívánt felület nem lesz elég nagy a közoktatásban jelenleg használt táblaméretekhez képest.
3. Bluetooth kapcsolat. Ez önmagában még nem lenne probléma, viszont a több eszköz segítségével elérhető, nagyobb felület kialakítását gátolja a bluetooth kommunikáció.
8. Lehetséges megoldások a közoktatás számára
A lehetséges fejlesztés előtt több út áll: 6
I. Lehetséges javítás 1. Több wii kontroller − ez csak több vevőegységgel és jelenleg bonyolultnak tűnő megoldásokkal lehetséges, hogy nagyobb méretű felületekről érkező jeleket is megfelelő pontossággal érzékeljünk. Amennyiben sikerül kiküszöbölni a több vevőegységből bluetooth-on bejövő jelek szétválasztását egy újonnan megírt C# osztály elkészítésével, akkor azonnal hozzájutnánk egy olyan megoldáshoz, amelyet az oktatásban el lehetne terjeszteni, igen alacsony költségek mellett. 2. Képességcsökkentés (csak felvetés) nem igazán tud igazodni az igényekhez, hiszen így elveszítenénk az interaktív táblák egyik fontos tulajdonságát, miszerint a táblára került anyagokat elmenthessük, hiszen ekkor a kiegészítéseket nem az infravörös tollal, hanem hagyományos íróeszközzel végeznénk, és csak a nagyobb műveleteket vezérelnénk az infravörös mutatóval. Így ez nem járható út.
II. Alternatív megoldások 3. Webkamera Egy mindenki számára elérhető módszer lenne a webkamerák infra szűrővel ellátott módozata. Ha megfigyeljük a kamerával egy televízió távirányítóját használat közben, láthatóvá válik az eszköz „utasítása”. Ezt felhasználva 2 főbb módszer is kidolgozható az olcsó infravörös elven működő táblákra. Az első módszer a Wii-hez hasonló, amely egy IR ceruza jeleit figyelné, nagyobb felbontásban. A másik lehetőség inkább rajztáblához hasonlatos módon működik, amellyel érdekes kiegészítő eszközök (pl. virtuális zongora) valósíthatók meg. Működési elve egy enyhén áteresztő üveglap (ez szűri az infrát kis mértékben) az érzékelő elé és arra pedig egy deformálható anyag (pl. papírlap) elhelyezése. Az érzékelő (ez esetben a webkamera) helyzetéből az üveglapra irányuló infra lámpa (IR LED-ek) segítségével a deformálható anyag változásait lehet megfigyelni. Ez utóbbi előnye, hogy nincs szükség ceruzára, kiegészíthető AR technológiával (pl. speciális azonosítókkal lehet a papírlap sarkában elhelyezni, ezáltal minden egyes jelhez egy külön szoftvermodul rendelődne − például Európa térkép, a feladat megérinteni a földrajzi egységeket). 4. Egyedi hardver Az egyedi hardver célja a webkamera azon hátrányát kiküszöbölni, hogy a pointer helyzetének megtalálásához egy egész képi információt kell feldolgozni. Ennek megvalósítása túlmutat jelen tanulmány céljain, de ez lenne a leghatékonyabb megoldás. Lényegében a Wii is egyedi hardvernek számít. Azonban a fent említett problémák ismeretében egy hasonló, csupán nagyobb érzékelési felülettel és más kommunikációs kapcsolattal ellátva kiválóan és relatíve olcsón szolgálná a bemutató 7
végső konklúzióját, ami a multitouch képes és olcsó interaktív táblák használhatóságát jelentené minden oktatási területen.
9. Összegzés
Az IKT eszközök hazánkban is rohamosan terjednek, a digitális kompetencia elengedhetetlen feltételei, amellyel minden iskolának rendelkeznie kell. Szerencsére ez az az út, amelyen a közoktatás halad 2010-ben; ami már szomorúbb, hogy a fejlődés sebessége Kelet-KözépEurópában jóval lassúbb [9], elsősorban anyagi korlátok miatt. Ez akár egy újabb digitális szakadékhoz vezethet a felnövekvő generációknál. A lehetőség az alternatív IKT megoldások fokozott kiaknázásában rejlik, olyan innovatív megoldások kidolgozásában és implementálásában, amelyek ugyanolyan színvonalú didaktikai eszközöket adnak a magyar pedagógusok kezébe is, mint amilyeneket nyugati kollegáik birtokolnak – töredék áron.
Köszönetnyilvánítás
Szeretném köszönetemet kifejezni Dr. Csallner András Erik főiskolai tanár kollégámnak, illetve Vízvári Gergely számítástechnika BSc és Maródi Ágnes pedagógia MA szakos SZTE hallgatóknak a munkámban nyújtott pótolhatatlan segítségért.
Irodalomjegyzék
[1] Füvesi I. - Interaktív tábla az oktatásban. Informatika a felsőoktatásban 2008. konferencia, Debrecen, 2008. [2] Devosa I. - Google Earth felhasználási lehetőségei a földrajz oktatásában in Földrajz tanítása – szakmódszertani folyóirat 2009/5. [3] Devosa I. - Az információs és kommunikációs technológiák a földrajzórákon in Földrajz tanítása – szakmódszertani folyóirat 2010/3.
[4] Sulinet Portál - Interaktív táblák az oktatásban http://www.sulinet.hu/tart/cikk/Rca/0/30078/1 (u. l.: 2010-05-29) [5] Devosa I. - Why to use multi-touch boards in the education? 8th International Conference on Applied Informatics Eger, 2010. [6] Lee, J. Chung - Low-Cost Multi-point Interactive Whiteboards Using the Wiimote http://johnnylee.net/projects/wii/ (u. l.: 2010-05-30)
8
[7] Vízvári G. - Interaktív táblák alternatívája az oktatásban a WiiMote segítségével TDK 2008 dolgozat, I. helyezéssel. Témavezetők: Dr. Csallner András Erik, Devosa Iván. [8] Tang, J. “The Advantages of Teachers Using a Interactive Electronic White Board” http://ezinearticles.com/?The-Advantages-of-Teachers-Using-a-Interactive-Electronic-WhiteBoard&type=sv&id=1280476 (u. l.: 2010-04-13) [9] Smith, H. - Smartboard evaluation: final report. Kent National Grid http://www.kented.org.uk/ngfl/ict/IWB/whiteboards/report.html (u. l.: 2010-04-25)
9
for
Learning.
