3η Πανελλήνια διημερίδα Καθηγητών ΠληροφορικήςΔιαδραστικός πίνακας χαμηλού κόστουςΧ. Καλτσίδης1, Α. Σακαλής21Τεχνικός Υπεύθυνος ΚΕ.ΠΛΗ.ΝΕ.Τ. Έβρου, ckaltsidis@sch.gr2Εκπαιδευτικός ΠΕ20, 3ο ΕΠΑ.Λ Αλεξ/πολης Εσπερινό, sakalis@sch.grΠερίληψηΜε τη διείσδυση της τεχνολογίας στις σχολικές αίθουσες έχει αλλάξει αρκετά το τοπίο της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Τα λεγόμενα «κλασικά εποπτικά μέσα» τείνουν πλέον να αντικατασταθούν από τον Η/Υ. Γενικά οι ΤΠΕ εισχωρούν ολοένα και περισσότερο στην εκπαιδευτική διαδικασία κάνοντας «το μάθημα» ελκυστικότερο και αποδοτικότερο για τους μαθητές αλλά και την προετοιμασία μιας ωριαίας διδασκαλίας περισσότερο χρονοβόρα για τους εκπαιδευτικούς.Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται μια μορφή διαδραστικού πίνακα χαμηλού κόστους η χρήση του οποίου έχει ως στόχο τον εμπλουτισμό της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Ουσιαστικά αναλαμβάνει να μετατρέψει τον παραδοσιακό μαυροπίνακα από ένα στατικό αντικείμενο, που ήταν μέχρι τώρα, σε ένα πλήρες δυναμικό περιβάλλον βοηθώντας έτσι τους μαθητές να συμμετέχουν κι αυτοί ενεργά στην εκπαιδευτική διαδικασία.Λέξεις κλειδιά: διαδραστικός πίνακας.1. ΕισαγωγήΤα τελευταία χρόνια έχει αυξηθεί η ανάγκη για εμπλουτισμό των παραδοσιακών μεθόδων διδασκαλίας με νέα χαρακτηριστικά και τεχνικές. Σημαντική θέση σε αυτήν τη νέα διδακτική μεθοδολογία κατέχει η εισαγωγή και η ενσωμάτωση οπτικοακουστικού υλικού. Η τεχνολογία έχει εισχωρήσει πια σε όλα τα επίπεδα της ζωής και τείνει να εισχωρήσει με γρήγορους ρυθμούς και στην εκπαίδευση.Η εκπαιδευτική τεχνολογία αποτελούσε και αποτελεί τόπο γέννησης προσδοκιών σχετικά με τις λειτουργίες και το μέλλον της εκπαίδευσης. Οι προσδοκίες στηρίζονται στο ότι η εκπαιδευτική τεχνολογία θα δημιουργήσει ισότητα ευκαιριών στην εκπαίδευση μέσα από την απλούστευση της μαθησιακής διαδικασίας και την απρόσκοπτη, από γεωγραφικούς και χρονικούς περιορισμούς, διάχυση της γνώσης. Ο μαθητής μέσω της τεχνολογίας αποκτάουσιαστικούς μηχανισμούς μάθησης που τον βοηθούν να περάσει σε ανώτερα επίπεδα σκέψης και να αποκτήσει προηγμένες δεξιότητες.2. Ο διαδραστικός πίνακας: προβλήματα χρήσης & η λύσηΈνα σχετικά καινούργιο μέσο της εκπαιδευτικής τεχνολογίας είναι οι Διαδραστικοί Πίνακες (Interactive Whiteboards).Ένας διαδραστικός πίνακας είναι μια ψηφιακή συσκευή αφής που συνδέεται με έναν υπολογιστή και ένα προβολικό μηχάνημα (projector). Το προβολικό προβάλλει το οπτικό σήμα εξόδου του υπολογιστή στην επιφάνεια του πίνακα και ο χρήστης μπορεί να αλληλεπιδράσει με τα εικονιζόμενα αντικείμενα χρησιμοποιώντας την αφή. Ο διαδραστικός πίνακας πρέπει να είναι συνδεδεμένος με έναν υπολογιστή που δημιουργεί τις πραγματικές εικόνες ή τα δεδομένα. Τα εξελιγμένα μοντέλα των διαδραστικών πινάκων έχουν ψηφιακό πληκτρολόγιο και ποντίκι (wikipedia).Οι διαδραστικοί πίνακες έκαναν την πρώτη εμφάνιση τους στον χώρο της εκπαίδευσης της Αγγλίας μόλις το 2007 με κάλυψη 98% στα σχολεία Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης και 100% στα σχολεία Πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης. Σήμερα χρησιμοποιούνται σε αρκετά εκπαιδευτικά ιδρύματα όλων των βαθμίδων κυρίως στη Βόρεια Αμερική, την Ευρώπη και την Αυστραλία.Στην Ελλάδα η χρήση τους είναι περιορισμένη και χρησιμοποιείται κυρίως από ιδιωτικά εκπαιδευτήρια, όπως εργαστήρια ελευθέρων σπουδών, φροντιστήρια, σχολεία, ενώ είναι σπάνια η παρουσία τέτοιων πινάκων σε δημόσια ιδρύματα. Τι είναι όμως αυτό που αποτρέπει τη διάδοση του διαδραστικού πίνακα στα σχολεία;Χωρίς αμφιβολία η σημαντικότερη αιτία είναι το υψηλό του κόστος. Η εγκατάσταση ενός διαδραστικού πίνακα σε μια τάξη κοστίζει περίπου 600-1000 ευρώ. Αν προστεθεί και το κόστος ενός Η/Υ και ενός προβολικού μηχανήματος το συνολικό κόστος μπορεί να φτάσει τα 2000- 3000 ευρώ. Το κόστος αυτό, που θεωρείται αρκετά υψηλό, στις μεγαλύτερες σχολικές μονάδες που διαθέτουν πολλές αίθουσες, καθίσταται απαγορευτικό.Στη συνέχεια, περιγράφεται μια λύση για τη δημιουργία ενός διαδραστικού πίνακα χαμηλού κόστους με τη χρήση απλών υλικών. Το συνολικό κόστος δεν υπερβαίνει τα 50? και δίνεται η δυνατότητα αξιοποίησης των εφαρμογών και των πλεονεκτημάτων που προσφέρουν αυτοί οι πίνακες.Η εφαρμογή της λύσης αυτής επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός χειριστηρίου Nintendo Wii και ενός «στυλό» υπερύθρων (IR). Η ιδέα είναι αρκετά απλή και παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα.

Εικόνα 1: Σχεδιάγραμμα δημιουργίας διαδραστικού πίνακα

Ο Η/Υ συνδέεται με ένα προβολικό μηχάνημα (projector).Το χειριστήριο Wii συνδέεται μέσω Bluetooth με τον υπολογιστή και «ανιχνεύοντας» την κίνηση του IR-Pen στον πίνακα, λειτουργεί σαν ένα ασύρματο ποντίκι. Ακολουθεί η αναλυτική περιγραφή του απαιτούμενου εξοπλισμού.3. Απαιτούμενος Εξοπλισμός (Hardware-Software)Για τη δημιουργία ενός διαδραστικού πίνακα απαιτούνται τα παρακάτω:• Χειριστήριο Nintendo Wii (wiimote)• Συσκευή Bluetooth (είτε σε usb, είτε ενσωματωμένο στον υπολογιστή)• Στυλό υπερύθρων (Ir-Pen)• Λογισμικό διαχείρισης3.1 WiimoteΤο Wiimote είναι το χειριστήριο της κονσόλας παιχνιδιών Nintendo Wii. Είναι ένα εξελιγμένο χειριστήριο το οποίο ενσωματώνει μια σειρά από λειτουργίες που το κάνουν μοναδικό. Το wiimote περιλαμβάνει κάμερα υπερύθρων (ανάλυσης 1024×768) με δυνατότητα ανίχνευσης μέχρι 4 σημείων στα 100Hz. Περιλαμβάνει επίσης επιταχυντόμετρο (accelerometer) το οποίο επιτρέπει την εκτέλεση εντολών με την κίνηση του χειριστηρίου. Η σύνδεση με την κονσόλα γίνεται μέσω του πρωτοκόλλου Bluetooth.Στην κατασκευή του διαδραστικού πίνακα χρησιμοποιείται η κάμερα υπερύθρων και φυσικά η διασύνδεση Bluetooth για να επιτυγχάνεται η επικοινωνία με τον Η/Υ.Εικόνα 2: Χειριστήριο Nintendo Wii3.2 Στυλό υπερύθρων (Ir Pen)Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως το χειριστήριο Wii έχει τη δυνατότητα ανίχνευσης πηγών υπερύθρων. Αξιοποιώντας αυτή τη δυνατότητα κατασκευάζονται στυλό που στη «μύτη» τους θα υπάρχει μια πηγή υπερύθρων (IR-led), παρόμοιο με αυτό που διαθέτουν τα τηλεχειριστήρια των ηλεκτρονικών συσκευών. Από τη στιγμή που το WiiMote ανιχνεύει μέχρι 4 πηγές, μπορούν θεωρητικά να χρησιμοποιηθούν μέχρι 4 τέτοια στυλό. Η κατασκευή περιλαμβάνει το περίβλημα ενός στυλό ή μαρκαδόρου, ένα Ir-led, ένα στιγμιαίο διακόπτη (push-button) και μια μπαταρία για την τροφοδοσία. Προαιρετικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και κάποια αντίσταση, ανάλογα με την τάση που θα χρησιμοποιηθεί. Στην παρακάτω εικόνα εμφανίζεται ένα απλό σχεδιάγραμμα για τη δημιουργία ενός Ir-Pen.

Εικόνα 3: «Στυλό» υπερύθρων (IR-Pen)3.3 Λογισμικό IWBΤο λογισμικό που χρησιμοποιείται είναι το Smoothboard 1.0, το οποίο παρέχεται δωρεάν για εκπαιδευτικούς σκοπούς. Το Smoothboard περιλαμβάνει πληθώρα παραμέτρων που διευκολύνουν το χρήστη κατά την εγκατάσταση και τη χρήση. Το λογισμικό διατίθεται για μεταφόρτωση στη διεύθυνσηhttp://www.smoothboard.net . Απαραίτητη είναι η ύπαρξη του Microsoft .Net 3.5 Framework για την εγκατάσταση.Το λογισμικό Smoothboard επιτρέπει τη μετατροπή οποιαδήποτε επιφάνειας σε διαδραστικό πίνακα. Απαιτείται η ύπαρξη τουλάχιστον ενός wiimote για να μπορέσει να εκτελεστεί σωστά, ενώ υποστηρίζεται και δεύτερο wiimote με τη χρήση του οποίου επιτυγχάνεται μεγαλύτερη ακρίβεια και λιγότερα «τυφλά» σημεία, στην περίπτωση που εμποδίζεται κάποιο wiimote να έχει επαφή με το στυλό υπερύθρων. Παρόλο που το wiimote έχει τη δυνατότητανα καταγράφει τη θέση μέχρι και για τέσσερις πηγές υπερύθρων, το Smoothboard μπορεί να χρησιμοποιεί μόνο τις δυο. Επομένως, μπορούν να χρησιμοποιηθούν το πολύ δυο στυλό υπερύθρων.Το Smoothboard υποστηρίζει μια πληθώρα επιλογών και ρυθμίσεων που επιτρέπουν στο χρήστη να ορίσει την επιφάνεια εργασίας, την ανάλυση, την ευαισθησία της κίνησης, κλπ.Επίσης, δίνεται η δυνατότητα δημιουργίας προεπιλεγμένων ρυθμίσεων ανάλογα με την εφαρμογή που θα χρησιμοποιηθεί.

Εικόνα 4: Λογισμικό Smoothboard

4. Διαδικασία εγκατάστασηςΟ υπολογιστής θα πρέπει να διαθέτει συσκευή Bluetooth (είτε εξωτερική συσκευή usb είτε ενσωματωμένη στον Η/Υ).Κρατώντας πατημένα τα πλήκτρα 1 και 2 πραγματοποιείται αναζήτηση της συσκευής μέσω του προγράμματος Bluetooth που διαθέτει ο υπολογιστής. Δεν χρησιμοποιείται κλειδί (passkey) εφόσον αυτό ζητηθεί. Σε λίγα δευτερόλεπτα θα πρέπει να έχει ολοκληρωθεί η διαδικασία της εγκατάστασης και τα 4 γαλάζια led στο χειριστήριο θα αναβοσβήνουν.Εκτελείται το απαραίτητο λογισμικό (στην συγκεκριμένη περίπτωσή το Smoothboard) και εφόσον δεν έχει υπάρξει κάποιο πρόβλημα, θα μείνει αναμμένο μόνο το πρώτο led.Για να ελεγχθεί αν η εγκατάσταση είναι επιτυχημένη αρκεί να πατηθεί το πλήκτρο του Ir-Pen μπροστά από το Wiimote. Δίπλα στην ένδειξη “IR dots:” θα πρέπει να εμφανιστεί ο αριθμός ‘1’ και μια κουκκίδα στην αντίστοιχη περιοχή. Το μόνο που απομένει πλέον είναι να οριστεί η περιοχή εργασίας. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται calibration και ξεκινά είτε πατώντας το πλήκτρο “A” του χειριστηρίου είτε το κουμπί “Quick Calibration” από το Smoothboard.Κατά τη διαδικασία του calibration θα οριστούν 4 σημεία, ώστε να δημιουργηθεί ένας «εικονικός πίνακας». Το χειριστήριο θα πρέπει να βρίσκεται σε τέτοια απόσταση, ώστε να σαρώνει όλη την επιφάνεια του πίνακα. Η Ir-camera του χειριστηρίου έχει οπτικό πεδίο γύρω στις 30ο καθέτως και 40ο οριζοντίως. Το Wiimote πρέπει να τοποθετηθεί περίπου στη διπλάσια απόσταση από το ύψος της προβαλλόμενης επιφάνειας (d=2h). Για παράδειγμα, αν το ύψος του πίνακά είναι 1,5m, τότε το Wiimote θα πρέπει να τοποθετηθεί σε απόσταση 3m.Είναι σημαντικό να γίνει σωστά η διαδικασία του calibration γοα να μην προκύψουν προβλήματα κατά τη χρήση.

Εικόνα 5: 5ιαδικασία Calibration

4. Μελέτη ΚόστουςΤο κόστος για τη δημιουργία του διαδραστικού πίνακα δεν κρίνεται ιδιαιτέρως υψηλό και μπορεί να καλυφθεί εύκολα από τη σχολική μονάδα. Το συνολικό ποσό που απαιτείται, όπως έχει αναφερθεί, είναι περίπου 50 ευρώ. Η ανάλυση του κόστους εμφανίζεται στον παρακάτω πίνακα:Πίνακας 1: Ανάλυση κόστουςΣυσκευή ΚόστοςΧειριστήριο Nintendo Wii ~40 ευρώBluetooth* ~10 ευρώIr-led ~1 ευρώΣτιγμιαίος διακόπτης ~1 ευρώΜπαταρίες ~2 ευρώ* Εφόσον δεν διαθέτει ενσωματωμένο ο Η/Υ5.ΕπίλογοςΗ λύση που περιγράφεται παραπάνω δεν μπορεί σε καμία περίπτωση να υποκαταστήσει τα ολοκληρωμένα συστήματα διαδραστικών πινάκων που υπάρχουν. Είναι όμως μια ενδιαφέρουσα και κυρίως εύκολα εφαρμόσιμη πρόταση, που μπορεί να κινητοποιήσει το ενδιαφέρον των μαθητών. Επιπρόσθετα, αποτελεί μια καλή λύση για να εμπλουτιστεί τεχνολογικά η εκπαιδευτική διαδικασία χωρίς ιδιαίτερη οικονομική επιβάρυνση.Μελλοντικά θα μπορούσαν να βρεθούν και άλλοι τρόποι αξιοποίησης του μέσου αυτού στην τάξη με τη δημιουργικότητα και τη φαντασία που διακρίνει τους ενεργούς εκπαιδευτικούς.Βιβλιογραφία

• www.smoothboard.net
• http://intelligent-education.blogspot.com/2009/01/2.html
• http://www.alfavita.gr/anakoinoseis/ank13_3_9_923.php
• http://el.wikipedia.org/wiki/ Διαδραστικός_πίνακας
• http://johnnylee.net/projects/wii/
• http://www.boonjin.com/smoothboard/index.php?title=Main_Page
• http://www2.e-yliko.gr/htmls/arctles/smartboard.pdf

Από http://www.eduportal.gr/modules.php?name=News&file=article&sid=346και

Johnny Chung Lee > Projects > Wii As of June 2008, Nintendo has sold nearly 30 million Wii game consoles. This significantly exceeds the number of Tablet PCs in use today according to even the most generous estimates of Tablet PC sales. This makes the Wii Remote one of the most common computer input devices in the world. It also happens to be one of the most sophisticated. It contains a 1024×768 infrared camera with built-in hardware blob tracking of up to 4 points at 100Hz. This significantly out performs any PC “webcam” available today. It also contains a +/-3g 8-bit 3-axis accelerometer also operating at 100Hz and an expandsion port for even more capability. These projects are an effort to explore and demonstrate applications that the millions of Wii Remotes in world readily support.Any software on this page is primarily meant for developers and may not run without proper the development tools installed. Downloading and installing this software is at your own risk, and no support or guarantee is provided with this software. The official discussion forums for my wiimote projects can be found here:WiimoteProject.comNOTE: For most of these projects, you don’t need the Nintendo Wii console. You only need the Wii controller and a bluetooth connection. Tracking Your Fingers with the Wiimote Using an LED array and some reflective tape, you can use the infrared camera in the Wii remote to track objects, like your fingers, in 2D space. This lets you interact with your computer simply by waving your hands in the air similar to the interaction seen in the movie “Minority Report”. The Wiimote can track upto 4 points simultaneously. The multipoint grid software is a custom C# DirectX program.SoftwareTo run the grid program you see in the video:1. First, follow this walkthrough on using the wiimote with C#. You may need to download a copy of Visual C# Express to compile/run this sample if you don’t have it yet.2. Download a copy of the DirectX SDK. You may not need this to simply run the sample grid program, but you will need it if you want to make any changes to it.3. Download the Wiimote Multipoint Grid sample program. Make sure your wiimote is connected via bluetooth, and then run the “.exe” shortcut in the main folder.A visit to this project’s FAQ and Advanced Discussion post may be very englightening. You may also find the official discussion forums for my wiimote projects helpful: WiimoteProject.com Low-Cost Multi-point Interactive Whiteboards Using the Wiimote Since the Wiimote can track sources of infrared (IR) light, you can track pens that have an IR led in the tip. By pointing a wiimote at a projection screen or LCD display, you can create very low-cost interactive whiteboards or tablet displays. Since the Wiimote can track upto 4 points, up to 4 pens can be used. It also works great with rear-projected displays.SoftwareThe calibration and mouse cursor emulation software is available for you to download and try yourself. Note: My mouse emulation code isn’t perfect. If any of you are programmers and can get it working with Alias Sketchbook, drop me a line.1. Connect your wiimote to your PC via Bluetooth. There are a number of tutorials online on how to do this, possibly even for you specific software/hardware configuration. The Wiimote works with many (but not all) Bluetooth drivers. You can report/read about compatibility issues at WiimoteProject.com2. Download the Wiimote Whiteboard software to the right. Please read the “READ ME.txt” file first! Make sure your wiimote is connected via Bluetooth, and then run the “.exe” in the main folder. NOTE: Good placement of the wiimote is key to good tracking. View the README for more info.Multitouch: The multitouch demos are custom C# DirectX programs. You may download the sample program to the right, but this is provided for developers without support or documentation. The code is built on top of this Wiimote library. Unfortunately, multi-touch capable applications are currently extremely rare. Hopefully, that will change as more developers explore its potential.Building pens: Here is a simple schematic of the light pen. The LEDs that I use are Vishay TSAL6400s running at 100mA, but lots of other LEDs will work too. You also might be able to jump start your experimentation by retro-fitting a mini keychain light with an IR LED. I’m currently looking into manufacturing and selling IR pens, but this may take several months.Mac/Linux Versions: Due to personal time contraints, I probably won’t be able to make a port myself. But fairly mature versions are available online. However, I haven’t tried them myself. I’ve also created a Source Forge Project – Wiimote Whiteboard, but it does not seem to be getting much love.A visit to this project’s FAQ and Advanced Discussion post may be very englightening. You may also find the official discussion forums for my wiimote projects helpful: WiimoteProject.com Downloads:Windows (32-bit)Wiimote Whiteboard* (original 12/19/07) – includes sourceWiimote Whiteboard v0.2* (updated 3/27/08) – includes sourceWiimote Whiteboard v0.3* (updated 8/20/08) – includes source* there appear to be some issues with 64-bit machines, and BlueSoleil. Alternative Bluetooth software may work. Check the forum for more info.Mac (Java)You can do a quick webserach or try the version created by uweschmidtwhich is a fairly mature Java-based version for Mac.Multitouch:source code Fun software (mostly free) to try with this:Mapping software: Microsoft Virtual Earth, Google EarthPhysics simulation software: PhunVirtual Tourism: PhotosynthMedia Browsing: CoolIrisPainting progams: Alias Sketchbook ProNote taking:One NoteHandwritting recognition: Windows Tablet PC Edition – works great if you have it, not a stand alone program to install. Head Tracking for Desktop VR Displays using the Wii Remote Using the infrared camera in the Wii remote and a head mounted sensor bar (two IR LEDs), you can accurately track the location of your head and render view dependent images on the screen. This effectively transforms your display into a portal to a virtual environment. The display properly reacts to head and body movement as if it were a real window creating a realistic illusion of depth and space.The program only needs to know your display size and the size of your sensor bar. The software is a custom C# DirectX program and is primarily provided as sample code for developers without support or additional documentation. You may need the most recent version of DirectX installed for this to work.SoftwareTo run the DesktopVR program you see in the video:1. Connect your wiimote to your PC via Bluetooth. If you don’t know how to do this, you can follow this tutorial. I’ve been told it works with other Bluetooth drivers, but I have not tested them myself.2. Download the WiiDesktopVR (v02) sample program. Read the README file on program usage and configuration. Launch the “WiiDesktopVR.exe” in the main folder. A potentially more stable/Vista/64-bit compatible version has been created by Andrea Leganza. There also may be more variants on the web.NOTE: If you are having trouble with running the program, you can check my project blog post about it or check the forum for assistance. I am unable to replicate these problems, so it hard for me to debug them. But, other people have figured it out. Things that have been identified to help: delete the “config.dat” file and re-run the program, install a new version of Direct X, or istall .NET 2.0.Developers Notes: The code is built on top of this Wiimote library. To compile the program, you will need a C# IDE and the DirectX SDK. More notes are in the README.A visit to this project’s FAQ and Advanced Discussion post may be very englightening. You may also find the official discussion forums for my wiimote projects helpful: WiimoteProject.com Coming Later: 3D tracking, and more…. Unfortunately, time constraints in the next couple of months have significantly reduced my ability to work on more projects. But, you can subscribe to updates via my project blog [procrastineering.com] από http://johnnylee.net/projects/wii/