电子白板在中小学教室的应用

电子白板在中小学教室的应用

随着我国教育电脑化的推动和教育改革的发展，电子白板作为解决课堂教育电脑化需要的一门特殊综合技术，受到教育同行的广泛关注，并在教育和应用教育中得到了广泛应用。虽然进行了大量的相关研究,但是却忽视了教学使用过程中涉及到的人机因素。1热容量图像的投影世界上第一块电子白板诞生于1984年,由普乐士公司(PLUS)研制完成。20世纪80年代初期,普乐士公司为改善物流,决定引入IBM电脑。为此与IBM连日开会洽谈相关业务。每次会谈结束后,IBM的工作人员都拿出相机,拍下黑板上写的内容,回去后再整理会议记录。但是照片太小,看不清楚,且操作也麻烦。于是今泉社长提出课题:有没有办法解决将板书内容直接保存下来的问题呢?由此开始世界第一块电子白板的研发工作。现在的交互式电子白板(以下简称白板)使用时通过USB线与计算机连接进行数据传输,计算机与投影机连接,通过投影机把图像投射到白板上(图1)。同时白板相当于计算机的一个触摸屏,利用电磁感应、红外线、CCD等多种技术实现操作定位。使用者通过专用电子笔对投影到电子白板上的图像进行常见的计算机操作和书写操作,电子白板把书写的内容传输给计算机进行保存。由此可以看出,白板的诞生源于商务沟通的需要,其设计主要基于以下使用条件:商务会议室使用;人数不多的小型会议。体现的是“计算机资料显示+记录并存储板书批注”为主要功能的设计理念,因此形成白板的功能特点和结构尺寸。即白板可以将计算机显示、操作和黑板的功能集成,一方面作为计算机的显示屏和操作器,另一方面作为黑板,记录会议现场交流文字。白板的外形尺寸沿袭传统计算机和投影机长宽比的尺寸格局,使用时上边缘的高度在2米左右,这个高度是多数成年人站立时双臂功能上举高的尺寸,满足会议陈述人站立陈述的操作需要。白板可以分为复写式、外围式、交互式3类,目前应用于基础教育课堂教学的白板基本上是交互式电子白板。当白板推广到教育系统后,人们开始对其教育功能进行研究,而尺寸上则沿袭商务用白板的尺寸,设计有效使用尺寸一般为1500mm*1100mm。目前对于白板的研究主要集中在白板的教学应用研究、白板相关的技术开发研究、白板应用中的教学设计、白板的应用发展趋势等方面,而忽视对其诞生时的使用条件与现在学校教室的情况差别的研究,常常对图2中圈出的学生不便的状况熟视无睹。白板显示内容是以视觉传达为主,有显示屏和黑板的功能特点。白板应用时首先体现黑板功能,使用者能够在整个版面进行书写;白板还具有显示屏功能,需要与投影机投影尺寸匹配,且使用时需要考虑显示屏的显示特征;白板还有操作器的功能,操作者像使用触摸屏一样,完成对计算机界面的操作(这同样需要保证操作者能够触摸到整个屏幕,以完成相应的操作)。2电子白板尺寸设计的机械因素分析2.1小尺寸设计基本过程白板在教学中使用时,首先起到展示教学内容的作用,教室中使用白板显示尺寸应该满足如下要求:上边缘高度需要满足学生垂直视野要求和教师站立书写与操作时可以够得着;下边缘应该满足第一排学生避开讲台(或中控台)的边缘干涉点能够看到展示内容的要求;左边缘满足最右边学生可以看得到;右边缘满足最左边学生能够看得到。1)下边缘高度计算。首先按照“看得见”的要求计算高度。控制台高度可能遮挡学生的视线,形成干涉点,使学生无法全部看到白板上的内容,影响学习效果。为了保证学生能够看得到白板的高度方向的全部内容,白板底边高度确定的示意图见图3。高度k可由公式计算:k=Ddh-dH+h。k为白板底边高度。d为干涉点到白板的投影距离,为控制台宽度与地台宽度之和。控制台宽度经实际测量一般为700mm,地台宽度为650mm~800mm,故d取为1500mm。h为干涉点高度,此处为控制台面距离地面高度。实地测量一些控制台后,h取值1080mm。H为学生坐姿眼高。由于目前我国未成年人体尺寸国家标准尚未颁布,依据经验,按接近学生尺寸的P1百分位成年女性(身高值1449mm)坐姿眼高为计算数值,取值678mm,加上座椅高度360mm,得H值为1038mm。D为干涉点与第一排学生的投影距离。由于黑板与第一排学生距离一般大于2500mm,课桌宽度一般为600mm,故D=2500-1500+600=1600mm。将上述值代入公式,得到k=1119.375mm,即白板用于显示内容的区域,下边缘不能够低于1120mm。2)上边缘高度计算。黑板与第一排学生距离一般大于2500mm,由图4可以看到人体最大视区为水平线以上50°,即第一排学生眼睛与黑板垂直面上边缘形成的夹角最大为50°,可以得出上边缘高为第一排学生距黑板距离加上学生坐姿眼高之和,计算得到4017mm。上边缘尺寸还要考虑教师“够得着”的问题,这一尺寸属于男、女共用,不涉及什么安全问题,故为小尺寸产品设计问题。取女子的小百分位数人体尺寸,根据小尺寸产品设计人体尺寸百分位选择,有G1≤J10女+Xx1+Xx2。式中,G1为由“够得着”要求确定的上边缘高度;J10女为女子“上举功能高”的10百分位,查得J10女=1766mm(18~55岁);Xx1为女子穿鞋修正量,设取Xx1=20mm;Xx2为地台高,一般为150mm。带入式中得G1≤1766mm+20mm+150mm=1930mm。比较教师“够得着”与学生上边缘“看得见”2个尺寸,可以看出并不相同,为了保证教师的书写和操作要求应该取小尺寸设计,故上边缘有效高度不能超过1930mm。从上计算可以得到白板在垂直方向有效尺寸为:1930-1120=810mm。3)左右方向尺寸研究。按照对物体辨认的清晰程度和辨认速度,可分为4个视区:中心视区、最佳视区、有效视区、最大视区。有研究表明,从人眼的生理机能来看,能够清晰辨别形体的范围很小,在水平和铅垂2个方向都只有1.5°~3°,人眼要看清楚被视对象上的更大范围,需要靠目光进行“巡视”。从表1中可以看到,作为教室的显示装置,至少应该满足“有效视区”的范围。由此确定合理的水平视角应该是:前排边座学生与白板远端所形成的水平视角不小于30°(如图5所示)。当第一排学生距离教室前部墙面2500mm远时,可以计算得出白板远端有效展示边缘与学生的投影距离为4330mm,与远端墙角的距离2820mm。GBJ99-86规定中小学矩形教室宽度常用的尺寸是7200mm。可以计算出,白板左右两边缘的允许距离为2400mm,其有效尺寸为2400mm*810mm。由于电子白板受投影机投影尺寸的影响,现在设计的有效长度尺寸为1500mm,故白板有效书写、操作尺寸为1500mm*810mm。这个尺寸显然比教室前部可以利用的有效书写尺寸2400mm*810mm小很多。3字符的清晰度、简介电子白板显示内容是以视觉传达为主,视觉传达文字的合理尺寸设计的主要因素有:观看距离(视距);光照度;字符的清晰度、可辨性。其中清晰度、可辨性又与字体、笔画粗细、文字背景的色彩搭配对比等有关。对于正常视力的人员,在中等光照度、字符基本清晰、稍作定睛凝视即可看清的条件下,人机学给出的基本数据是文字尺寸Z与视距L之比一般应≥1/150,标题、主题关键字等要适当加大。3.1教学内容充分体现电子白板作为教学装备,其使用条件分析如下:1)使用时需要通过投影机把内容投影到白板上,因此需要减小局部光照程度,属于低级光照;2)字符基本清晰;3)由于展示内容以学生学习的知识为主,其内容必须满足最后一排学生看得清楚的要求,因此需要有比较高的可辨性;4)教学内容需要学生仔细阅读,适当记忆,因而属于非快速阅读。综合考虑后,文字尺寸对于视距应取比较大的比例,故取Z/L=1/150且要对文字进行适当加大。3.2最小字符尺寸计算按照《中小学校建筑设计规范》(GBJ99-86),普通小学教室长度为8440mm~9000mm,考虑到后排与后墙面之间要留出通道,故假定最后一排学生到白板的一般视距取7500mm,可知电子白板使用的最小字符尺寸为Z=7500/150=50mm,即字高为50mm。3.3正体字与斜体字的比例,见表1,2人机学在字体可辨性、识别性优劣研究的一般性结论是:直线笔画和直角尖角的字形优于圆弧曲线笔画的字形,正体字优于斜体字;行距一般取字高的50%~100%;笔画宽度对字高的比例取(1:5)~(1:18);字间距不小于一个笔画的宽度。从电子白板使用的目的和条件出发,选择行距为字高的100%,字间距为笔画的1/5,不难算出,在电子白板有效尺寸下,其文字容量≤338个字。4电子白板的安装由于我国尚未出台未成年人人体尺寸国家标准,所以本文以成年人人体尺寸国家标准的P1百分位(身高1449mm)作为学生尺寸依据进行计算,这个身高尺寸显然还不能体现小学低年级的情况。小学低年级学生身高尺寸要低于成年人P1百分位,第一排学生就更加矮小。保证学生都能够看得见,需要将白板的下边缘升高;与此同时,个子比较矮小的小学低年级学生参与教学活动时,需要让白板的下边缘降低。电子白板安装时“看得见”与“够得着”的问题在小学低年级中更加突出。从目前我国白板在中小学安装使用的情况看,一般是在原有教室的基础上加装电子白板,而普通教室与电子白板原有设计的使用条件是有差异的。因此电子白板的一些功能的发挥会受到一些条件的制约。按照现在教室中的条件,电子白板的有效操作和书写尺寸为1500mm*810mm,只能容纳338个文字,显然不能满足学校多数