交互白板及其教学应用研究

交互白板及其在我国中小学课堂教学中的应用研究

     摘要: 基础教育改革进入了攻坚战。学校教育的核心环节依然是课堂教学，所以，中小学教育信息化的核心在课堂教学信息化。实现中小学课堂教学信息化及信息技术与学科课程教学整合，交互白板是第一选择。本文概要论述了从黑板到交互白板的历史演进，交互白板的软硬件组成及其教学功能，以及在我国开展的交互白板实验研究项目及其进展。
关键词：电子白板；交互白板；课堂教学信息化；整合；实验研究项目
中图分类号：G43   文献标识码：A
 
     2004年1月笔者随教育部组团访英，参加了英国的教育技术博览会（BETT 2004）及国际研讨会，并与英国普洛米修斯（Promethean）公司达成协议合作进行“在中国学校系统中应用交互白板开展教学的适应性和有效性的评估与改进”的实验研究。2004年9月，在中国教育部的支持下，由英国文化委员会在北京组织了“从石板到交互白板”的专题活动。笔者的主题报告“电子交互白板将替代黑板成为未来课堂教学的主流技术”以及实验项目学校的课堂教学演示，引起了全体与会者的极大兴趣。在“基础教育信息化的突破口：从校校通到班班通”[2]一文中，笔者曾指出：课堂面授教学信息化需要特殊综合技术，电子交互白板正是这种解决方案，它定将成为课堂教学信息化的首选，并很快发展成为课堂信息化教学的主流技术[3] [4] [5]。

一、白板及其特点
1． 从黑板到白板
　
     作为可以重复使用的课堂教学工具的黑板源自学习者个人使用的沙盘和石板。用作课堂教学的书画工具必须满足“面向师生集体、易于重复使用、而且成本低廉”这样几个基本条件。这就是黑板和粉笔得以发明并推广应用的技术学、教育学和经济学基础。近代以来，黑板加粉笔在传统校园课堂教学中已经建立起稳固的地位。这种稳固定位同近代学校教育几百年来实行的教师、教科书和教室三中心制的传统有千丝万缕的联系，同时表明黑板加粉笔作为传统校园课堂教学的主流技术已经经受住了几个世纪的考验。
    上世纪后期以来，我们又经历了从黑板到电子交互白板的演进过程。这一过程大致经历了三个主要阶段：从黑板到书写白板；从书写白板到电子白板；从电子白板到交互白板。[6]从电子白板发展到电子交互白板即交互白板，这是白板发展史上的关键的一步。交互白板实现了白板与计算机之间的双向交互通信与操作。交互白板既是电子白板、同时又是计算机触摸屏幕。当然，电子交互白板自身也经历了一个不断改进和完善的过程，这一过程至今仍在进展之中而并未结束。但是，经过21世纪初最近数年的技术设计创新和实践应用改善，如今的交互白板已经基本成型，已经足以替代传统黑板担当起基础教育信息化进程中课堂教学主流技术的重任。

2．交互白板概述和分类
　
    交互白板（Interactive Whiteboard）是电子感应白板（Whiteboard）及感应笔等附件（硬件）与白板操作系统（软件）的集成。它融合了计算机技术、微电子技术与电子通信技术，成为计算机的一种输入输出设备，成为人（用户）与计算机进行交互的智能平台。简言之，交互白板是一个具有正常黑板尺寸、在计算机软硬件支持下工作的，既具有普通白板和联网多媒体计算机功能，又可以实现普通白板功能与计算机功能、以及软硬件功能与教育资源、以及人机与人际多重交互的电子感应屏板。
    基于白板硬件技术的不同，交互白板可以分为两大类：电磁感应类硬板和压触通导类软板。电磁感应类硬板的工作原理是利用电磁感应为感应笔作定位。所以，硬板类交互白板都必须应用某种类型的感应笔在白板上进行书画和操作。压触通导类软板的工作原理是利用指尖或笔尖的压触使软板表面的两层材料在该点发生短路而通导，从而为指尖或笔尖作定位。所以，软板类交互白板可以使用指尖或书写笔书画或操作。尽管工作原理不同，但两类交互白板实现的书画、操作和交互功能是接近的。但是，在硬板和软板上进行书画和操作的手感会有些差异。依据人体工程学原理，不同的个体可能对某类交互白板更容易适应和习惯。
3．交互白板的硬件组成和工作原理
　
交互白板的硬件组成与工作原理

    交互白板硬件系统的核心组件由白板（ACTIVboard）、投影机（Projector）、计算机（Computer）和感应笔（E-Pen）组成。白板同时是计算机的显示器，感应笔具有书写笔和计算机鼠标的双重功能。笔尖可以在电子白板上书写，同时笔尖相当于鼠标左键，可以单击和双击。笔筒上的按钮相当于鼠标右键。计算机的显示内容通过投影机投射到白板上。当感应笔在白板上书写或操作时，通过电磁感应以及白板与计算机之间的馈线将数字信息输送到计算机中，并迅速（以人眼难以区分的快捷速度）通过投影机投射到白板上呈现出来，从而实现交互白板的各类基本操作。此外，交互白板还配备了多种扩展组件可以完成课外备课（ACTIVprep-pad和ACTIVtablet）、课堂遥控（ACTIVslate）和课堂投票（ACTIVote）等教学功能。
注：以普洛米修斯（Promethean）公司的爱睇宝（ACTIVboard）为代表产品作介绍；ACTIVboard的中文名字“爱睇宝”是笔者特别设计的。

4．交互白板的软件系统及其基本功能
　
    交互白板软件系统是整个交互白板系统的灵魂。在交互白板硬件质量达标过关后，交互白板的功能和性能在很大程度上取决于其软件系统。普洛米修斯公司的交互白板爱睇宝（ACTIVboard）之所以受到教育界欢迎，是因为它是专门为学校课堂教学设计开发的，其软件系统爱睇思（ACTIVstudio）（这一中文名也是笔者专门设计的）由专业的设计团队在与学校师生的长期使用合作研发中不断改进完善的。
教室中安装的交互白板通常有多个教师使用。所以，交互白板系统软件（ACTIVstudio）通常采取多用户设置。不同的教师登陆软件时必须识别用户身份，以便进入特定个人的空间，使用个人专用的文件夹及其专用的资源。
    交互白板软件系统爱睇思的主要结构和功能可以归结为：（1）2种工作界面和3种工作状态[6]；（2）一系列工具箱；（3）一系列资源库（活动挂图资源库、注释库、超联结库、动画库等）；（4）内置网络浏览器。
    交互白板软件系统带有多种工具箱，以友好方便的交互界面为师生提供了多种多样强大的教与学的工具（演示呈现工具、认知学习工具、环境构建工具、设计创作工具、交流通信工具、交互协作工具、注释评价工具、资源调用工具、操作加工工具、存储转换工具、发表传输工具等）  （1）主工具箱 （2）文本工具箱

    交互白板软件系统还内置了多种资源库，以友好方便的交互界面为师生提供了多种类型的丰富的教与学的资源。其中的活动挂图资源库进一步分为共用库和专用库两部分。无论是共用库还是专用库，又都细分为文件库、页面库、背景库和图像库。每一种资源库都可以建立各自的树型目录结构，按学科和班级等进一步分类，方便查找和调用。师生在教学实践中可以依据各自的需要不断调整、修改、增添直至重构这些内置的资源库。这种结构既可做到教师个人知识产权的保护，又可实现特定教研集体共同承诺的资源共建共享。
 （1）活动挂图资源库     （2）注释库  

交互白板系统软件内置多种资源库

    交互白板软件系统还专门设计了内置的网络浏览器，方便师生在应用交互白板进行课堂教学时能随时上网，而不必退出白板工作界面,进入计算机界面,再启动其他网络浏览器。

二、电子交互白板实验研究项目在中国启动

1．  基本过程和主要目标

    中英合作交互白板实验研究项目在2004年4月1日正式启动。中方的首都师范大学远程教育研究所、北京教育科学研究院和参加实验研究项目的北京市中小学签署了三方合作协议书。7月10-11日在北京香山宾馆举办了“北京市中小学信息技术与课程整合课题暨中英合作交互白板实验研究项目”研讨会。9月9日，在中英信息通信技术周的“从石板到交互白板”专题报告会上，中英合作交互白板实验研究项目的中英双方及实验校向200多名中外观众作了精彩的学术报告和观摩演示。从11月到12月，实验校举办了多场交互白板课堂教学应用的现场观摩演示和学术研讨会。本项目的主要目标是应用信息技术促进北京市基础教育信息化，探索在北京市中小学应用交互白板等系统、工具和平台实现信息技术与课程教学的整合，推动新课程改革和素质教育。

2．  项目研究方法概述

    交互白板实验研究项目主要采用实验校特定学科课堂教学的案例研究方法。所有参加实验研究的学科均采用新课标和新教材。各实验校制订了学校整体实验方案及各学科案例研究方案。为实验校配备了交互白板，安装了中文软件系统。为参与实验的教师配备了备课板。鉴于每所实验校仅有一至两块交互白板，通常有两种安装方案：（1）固定安装在特定的班级教室里，便于该班级所有学科的教师都能使用交互白板进行课堂教学。（2）安装在某个公共教学场所，如电教教室或计算机网络教室，各科教师在需要时都可以使用。
项目组设计开发了多份中文的交互白板教师培训手册，以集中、分片以及校本培训的多种方式开展教师培训。培训内容包括交互白板的结构、功能及其教学应用，基于交互白板的课堂教学设计以及基于交互白板的教学实验研究方法等。首都师范大学远程教育研究所的教师和研究生、北京教育科学研究院的研究人员深入到各所实验校进行交互白板应用、教学设计以及教学实验的指导和支持服务。参与实验研究项目的教师和研究人员应用行动研究法开展教学实验研究，撰写了大量研究日志和教学日志，并进行了交流。为了更好地组织实施实验研究，项目组分工组成了设计、资源和培训3个工作小组。设计小组设计了（1）研究人员的研究日志模板、听课日志模板；（2）实验教师课后自评表、听课教师反馈表和学生反馈表；（3）课程单元教学设计模板和样板，课堂教学设计模板和样板；（4）项目结题教师问卷表，学生问卷表；（5）实验校研究成果结题报告提纲，学科教师案例研究报告提纲。这些设计方案被广泛地应用于各实验校的项目研究。资源小组对交互白板内置的英文资源进行系统评价，同时依据实验研究提出拟构建的交互白板内置中文资源的设计方案，并进而对上述设计方案中列举的各类资源进行最低限量的样例建设。培训小组编制和开发中文的交互白板教师培训包或培训手册，组织实施教师培训。在实验研究进程中，在实验校之间开展基于交互白板的课堂教学、资源建设和实验研究的观摩演示和学术研讨。大学和研究院研究人员与实验校一线教师结合，对若干重点课程，从基于交互白板的课堂教学设计、交互白板应用的教学资源选择和开发，到信息技术与课堂教学整合的教学改革实验，开展重点案例研究。组织实验校教师和研究人员独立和合作撰写研究报告和研究论文。项目结题前，组织参与实验的教师和学生的问卷调查和部分代表座谈，收集实验数据进行统计分析。最后，课题组在实验校及各学科教师组提交的实验研究报告和案例研究报告的基础上撰写实验研究项目总报告。
    目前，实验校的师生和领导普遍对交互白板及其教学应用给以较高评价，对交互白板的应用效果和应用前景表示认同。师生使用交互白板的热情普遍较高、参与欲望很强。这里列举对基于交互白板和多媒体投影的课堂教学功能所作的比较研究结果（见下表）。

基于交互白板和多媒体投影的课堂教学功能比较表

三、结束语
    在英国，电子交互白板受到广大中小学教师和学生的热烈欢迎，得到政府研究机构和大学研究人员组织的实验研究成果的有力支持，得到英国政府教育部门的推崇并进而在全英国推广。电子交互白板在美国、欧洲和世界其他地区也正方兴未艾。

    总之，白板终将替代黑板，成为课堂教学、尤其是小班教学的主流技术。这是因为交互白板是融合课堂面授教学与信息通信技术，从网络学习（e-Learning）走向混合学习（Blending Learning）的理想的教与学工具。我国大中城市和东部经济发达地区当前正是将交互白板引进课堂教学实现信息技术与学科课程教学整合、推进新课程改革的最佳时机。建议我国政府及各级教育行政部门在组织实施中西部农村中小学三种技术模式的现代远程教育工程的同时，启动东部城乡的交互白板教学应用创新计划，作为教育信息化工程（2003－2007年）的重要组成部分。