Puutetahvel

Interaktiivse puutetahvli tööpõhimõte

Interaktiivne puutetahvel on arvutiga ühendatud USB- või jadapordi kaabliga või Bluetoothi või 2,4 GHz juhtmeta ühendusega. Viimasel juhul on võimalik kasutada WEP- ja WPA/PSK-turvaprotokolle.
Tavaliselt on puutetahvliga ühendatud arvutisse installeeritud juhtprogramm, puutetahvel toimib arvuti sisend-väljundseadmena. Arvuti videoväljund on ühendatud digitaalse projektoriga, mis kuvab pildi interaktiivse puutetahvli pinnale.
Esmakordsel kasutamisel kasutaja kalibreerib tahvli pildi, vajadusel kursorit liigutades. Pärast seda saab kursorit või muud osutusvahendit kasutada tahvlilt programmide aktiveerimiseks, menüü ja nuppude vajutamiseks. Kui on tarvis teksti sisestada, saab kasutada virtuaalset klaviatuuri, või, kui seade seda funktsiooni toetab, kasutada käekirjatuvastust. Seega sisaldab interaktiivne puutetahvel nii hiire kui klaviatuuri funktsioone ja kasutaja saab esitlust läbi viia ka ainult tahvlit kasutades.
Lisaks on interaktiivsele puutetahvlile lisatud tarkvara, mis sisaldab tööriistu ja funktsioone, mis on loodud suurendamaks interaktiivseid võimalusi – tavaliselt sisaldavad need virtuaalset pabertahvlit (flip chart), pliiatsit ja helestusmarkerit, mõnikord ka joonlauda, malli ja sirklit – vahendeid, mida õppetöös sagedamini kasutatakse.

Interaktiivse puutetahvli tehnoloogiad

Interaktiivsed puutetahvlid kasutavad tehnoloogiad, mis võimaldavad interaktsiooni kasutaja ja tahvlile projitseeritud sisu vahel.

Resistiivse puuteekraaniga interaktiivne puutetahvel

Puutetundliku interaktiivse tahvliga kasutatakse lihtsat osutamisvahendit, olgu selleks siis sõrm, stiilus vms. Puuteekraaniga tahvli puhul on oluline tahvli materjal. Kõige tavalisem selline puuteekraani süsteem koosneb kahest resistiivse materjaliga kaetud membraanist, mis füüsilise survega viiakse omavahel kontakti, kontakti punkti käsitletakse hiiresündmusena. Näiteks näpuga vajutamist tõlgendatakse hiire vasakklõpsuna.

Aktiivne elektromagnetiline tahvel

Elektromagnetilise pliiatsiga töötava interaktiivne puutetahvli pealiskihi all on traadid, mille abil tehakse kindlaks elektromagnetilise pliiatsi ehk stiiluse otsa asukoha horisontaal- ja vertikaalkoordinaadid. Pliiats või stiilus on aktiivne (töötab patareidel) või passiivne ehk ei sisalda patareisid ega muud energiaallikat, vaid muundab elektrilisi signaale, mida ta saab tahvli pinnalt. Tahvli lähedal oleva pliiatsi toimingud sarnanevad hiirega tehtavate toimingutega; üht tüüpi vajutus tahvli pinna vastu on hiire vasakklõps, teist tüüpi vajutus paremklõps. Põhimõtteliselt töötab see nagu graafikalaua suurendatud versioon, elektromagnetiline interaktiivne puutetahvel jälgib pliiatsi liikumist väga täpselt ja töötab ka siis, kui kasutaja toetub tahvlile. Korraga on võimalik kasutada mitut pliiatsit.

Passiivne elektromagnetiline tahvel

Vastupidiselt eelmisele ei sisalda tahvel ise mingisugust tuvastustehnoloogiat, kogu tajutehnoloogia on elektromagnetilise pliiatsi sees. Väikesed magnetilised kiud, mis on tahvli sees, moodustavad rasteri, mida elektromagnetiline pool pliiatsi sees ära tunneb. Siis kalkuleerib pliiats punkti asukoha tahvlil ning saadab selle informatsiooni arvutisse.

Sõrmega juhitav mahutundliku puuteekraaniga interaktiivne puutetahvel

Ka sellel süsteemil on tahvli pinna sees traadid. Aga siin reageerib ekraan inimese sõrmevajutusele. Traatide ja sõrme kokkupuutepunktist arvutab tarkvara välja puutekoha koordinaadid.

Infrapuna skaneeriv interaktiivne puutetahvel

Infrapuna kasutav interaktiivne tahvel on suur interaktiivne ekraan, mis ühendatud arvuti ja projektoriga. Tavaliselt on tahvel kinnitatud seinale või jalale. Kasutaja sõrme- pliiatsi- või muu vahendiga sooritatud liigutused tahvlile projekteeritud kujutise kohal selle interferents tahvlil pinnal oleva infrapunavalgusega. Kui tahvli pinnale vajutatakse, siis triangulatsiooni abil leiab tarkvara märgitud koha. Infrapunatahvleid saab teha igasugusest materjalidest ja need sobivad kõikjale.

Infrapunalaseriga skaneeriv interaktiivne puutetahvel

Infrapunalaserid on paigutatud tahvli ülemistesse nurkadesse. Pöörleva peegli abil valgustatakse tahvli pinda laserkiirtega. Kui stiiluselt või markerilt reflekteerub kiir tagasi, siis arvutatakse välja selle koordinaadid (x, y). Seda tehnoloogiat saab kasutada pika elueaga kõvadel pindadel (keraamiline või teras). Markerid või stiilused on passiivsed, kuid nad peavad olema valgust peegeldavad.

Infrapunaskaneeriv kaameraga interaktiivne puutetahvel

Infrapunavalgus peegeldub tagasi painduva ja läbipaistva pinna sees. Kui sõrmevajutuse tõttu pind deformeerub, siis sissepoole peegeldumine katkeb ja valgus jõuab pinnale, kus selle püüavad kinni kaamerad. Pildituvastustarkvara muudab kaamera tajutud valguspunktid hiireliikumiseks.

Kaamerapliiatsi ja rastertahvliga interaktiivne puutetahvel

Sellistel tahvlitel on kirjutuspinnal olemas mikroskoopilised punktikesed ehk raster. Juhtmevaba digitaalne pliiats sisaldab termokaamerat, mis on võimeline mustrist välja lugema oma täpse asukoha. Digitaalne pliiats kasutab mustrit, et salvestada käekirja ning laadida see arvutisse. Süsteem on väga täpne, kuna tahvli koordinaatide tihedus on tavaliselt 600 dpi. Kuna elektrooniline osa on pliiatsis, on tahvel ise passiivne (ei sisalda mingit elektroonikat ega traate).

Wiimote'i ja infrapunaga töötav interaktiivne tahvel

Wii-põhise infrapunasüsteemi töötas välja Johnny Chung Lee 2007. aastal. Ta väitis, et süsteem "muudab tehnoloogia kättesaadavamaks suuremale hulgale inimestest" (TED ettekanne aprillis 2008 ), sest võimaldab kasutada tavalist Wii pulti, mis ühendatakse arvutiga Bluetoothi kaudu. Lisaks on tarvis vabavaralist tarkvara ja infrapunapliiatsit, nii on võimalik iga pind muuta interaktiivseks tahvliks. Wii kaamera tuvastab infrapunavalgust väga täpselt.
Mitmes YouTube’i postitatud videos demonstreerib Lee süsteemi toimimist, paindlikkust ja kasutamise lihtsust ning rõhutab selle mõõdukat hinda. Süsteemi kasutamine on lihtne, kuna mängu põhimõte on juba paljudele tuttav. Abi saab küsida programmeerijate kogukonnalt, olemas on vabavaraline ja kommertstarkvara . Samas ei saa seda süsteemi kasutada otsese päikesevalguse lähedal, samuti ei sobi sellele tarkvara, mida pakutakse teistele interaktiivse puutetahvli tüüpidele.

Hajuva signaali tehnoloogiaga töötav interaktiivne tahvel

Tahvli pinna puudutamine tekitab vibratsioone, mis saadavad lained liikuma mööda alusmaterjali. Seda tajuvad nurkadesse asetatud sensorid. Sensorid muudavad vibratsioonienergia elektrilisteks signaalideks. Kasutades digitaalset signaalitöötlust ja algoritme, identifitseeritakse puudutuse asukoht.

Ultraheli kasutav interaktiivne puutetahvel

Seadmetel on kaks ultrahelisaatjat vastasnurkades ja kaks vastuvõtjat ülejäänud nurkades. Ultraheli laineid saadetakse üle tahvli ning väikesed punktid tekitavad peegelduvad lained. Kui pliiatsi või ka sõrmega tahvli pinda puudutada, siis lainete levimine on pärsitud ja vastuvõtjad edastavad selle info kontrollerile.

Teisaldatav ultraheli ja infrapunapliiatsiga töötav interaktiivne tahvel

Tehnoloogia kasutab infrapunavalguse ja ultraheliga positsioneerimise tehnoloogiat, mis töötab sarnaselt välklambiga, arvestades välja ajaerinevuse valguse ja heli kiiruse vahel. Selliseid tahvleid toodetakse ka teisaldatavatena. Kui seade liigutatakse ruumis uude kohta, siis luuakse ühendus arvutiga ning süsteem kalibreeritakse pliiatsi abil uuesti. Seade skaneerib märgitud pinda (110" ekraani puhul tavaliselt 3 m × 1,5 m). Enamasti on võimalik tahvleid liita, nii et korraga saab mitu kasutajat jagada sama virtuaalset tahvlit.
Teisaldatav infrapunapliiatsiga töötav tahvel töötab mitmesugustel pindadel – tavalisel valgel tahvlil või ka siledal seinal. Seadme USB-signaali vastuvõtja ei vaja patareisid. Soovi korral saab seadme kinnitada lakke, seda on väga kerge ka transportida.

Virtuaalne tahvel interaktiivse projektori kaudu

Interaktiivse projektoriga puutetahvel sisaldab CMOS-kaamerat projektori sees, nii et projektor projitseerib pildi ekraanile ja samas jälgib aktiivse infrapunapliiatsi positsiooni, kui see on kontaktis projitseeritud pildi aluse pinnaga. Lahenduse töötas välja 2007. aastal USA tootja Boxlight (patent aastast 2010). Nagu ka teiste infrapuna kasutavate tahvlisüsteemide puhul, võib siingi tekkida probleeme pliiatsi ja projektori/vastuvõtja vahelise "silmsidega", samuti ei toeta see hiire hõljumise (hover) funktsiooni, mida toetavad teised süsteemid.

Integreerimine elektroonilise tagasiside süsteemidega

Mõned tootjad on integreerinud oma interaktiivsed puutetahvlid elektroonilise tagasiside süsteemiga. Tagasiside kasutamiseks jagatakse grupi liikmetele puldid, mis töötavad kas infrapuna- või raadiosignaalidega. Tavaliselt on võimalik koostada lihtsaid valikvastustega teste ja küsitlusi. Keerulisemad puldid võimaldavad teksti ja numbrite sisestamist ning vastuste ülevaatust.
Interaktiivsete puutetahvlite sidumine tagasisidestamisega tähendab, et läbitud materjalile on võimalik saada kohe tagasisidet, mis omakorda võimaldab muuta esitlust või õppetööd efektiivsemaks. Samuti võimaldab süsteem läbi viia ka formaalset hindamist.

Interaktiivsete tahvlite mõju hindamine haridussüsteemis

Interaktiivsete tahvlite kasutamise mõju õpilaste õppimisele on uuritud ning järeldused on mõneti vastuolulised. London Institute of Education hindas hariduslikku ja operatsioonilist efektiivsust programmi "The Schools Whiteboard Expansion Project" kaudu. Kui projekti 3. etapis täheldati vähest mõju õppetulemustele matemaatikas ja inglise keeles ning vähest paranemist loodusteadustes, siis 4. etapis täheldati hoopis negatiivset mõju matemaatikas ja loodusteadustes, ent positiivseid tulemusi inglise keeles. Uurimus pakub välja mitmeid võimalikke põhjuseid, miks uuringu tulemused ei pruugi olla õiged, sh statistiline viga, uute, õpilaste passiivsust soodustavate õppemeetodite kasutuselevõtt ning tahvlite tarkvarauuenduste tõttu kõrvale jäänud koolidest saamata jäänud info.
Samal ajal Suurbritannias BECTA poolt läbi viidud uuring  interaktiivsete tahvlite kasutamisest näitas märgatavat paranemist õppeeesmärkide saavutamises, eriti just kesisemate õppetulemustega õpilasgruppide hulgas, oluliseks faktoriks oli ka õpetaja kogemus seadme kasutamisel.
"The DfES Primary Schools Whiteboard Expansion Project" uuris 2003. ja 2004. aastal eri parameetritest lähtuvalt interaktiivsete tahvlite kasutamist ning järeldas, et interaktiivse puutetahvli pikaaegse kasutamise kogemustega õpetaja muudab tahvli "interaktiivseks vahendajaks", mille kaudu ta ise suhtleb õpilastega ning need suhtlevad omavahel. Uuringu tulemused viitasid pidevale kasule õppetulemustes kõigis uuringu etappides ja osades, eriti märgatav oli tulemus nõrgemate tulemustega õpilaste hulgas, osutades, et võtmefaktorid olid tehnoloogia olemasolu klassiruumis ja õpetaja kogemus tehnoloogia kasutajana.
Glover ja Miller tegid uurimuse  interaktiivsete tahvlite mõjust pedagoogikale keskastme koolides. Nende uurimus sätestas, et kui seda kasutatakse aeg-ajalt lisavahendina, siis jääb selle potentsiaal õppe efektiivistajana realiseerimata. Autorite eesmärk oli uurida interaktiivsete puutetahvlite kasutamise ulatust ja viisi, nad leidsid, et õpetajad kasutasid tahvleid kolmel viisil – efektiivsuse tõstmiseks, lisavõimaluste pakkumiseks, transformatsiooni esilekutsumise vahendina.
Interaktiivsete tahvlite tootjad on loonud mitmeid veebis tegutsevaid kogukondi, mis tutvustavad võimalusi tahvlite sidumiseks õpikeskkonda.
Eestis ei ole eraldi uuritud interaktiivsete tahvlite kasutamist õppetöös.

Lähedalt näitamise (short-throw) projektsioonisüsteemid ja interaktiivsed puutetahvlid

Mõned tootjad pakuvad projektsioonisüsteeme, mille projektor on spetsiaalse lainurk läätsega ning asetatud tahvli pinnale väga lähedale ning projitseerib pilti allapoole 45-kraadise nurga all. Need vähendavad tunduvalt traditsioonilise eestprojitseeriva projektori varjuefekte ning elimineerivad ohu, et esineja peab seisma näoga vastu projektori kiirt. Samas vähendatakse projektori varguse ohtu, kui projektor on integreeritud interaktiivse tahvliga.
Mõned tootjad on loonud ühendatud süsteemi, kus tahvel, lähedalt näitamise projektor ja audiosüsteem on liidetud üheks üksuseks, mida saab asetada eri kõrgusele ning võimaldada kogu ekraani ulatusest kasutamist ka väikestel lastel ja ratastoolis kasutajatel. Väiksemad paigalduskulud muudavad short-throw projektoriga süsteemid ka majanduslikult mõistlikuks valikuks.

Kalibreerimine

Enamasti tuleb puutepind kalibreerida, kasutades vastavat ekraanipilti. Selle protsessi käigus kuvatakse järjestikku ekraanile punkte või riste ning kasutaja peab neid stiiluse või sõrmega puudutama. Kui seade on seinale või lakke kinnitatud, on kalibreerimist vaja harva või üldse mitte.
Mõned interaktiivsed puutetahvlid kasutavad teistsugust kalibreerimismeetodit, mis suudab projitseeritud pilte tuvastada automaatselt. Selle patenteeritud tehnoloogia töötas välja Mitshubishi Electric Research Laboratories Inc. Arvuti projitseerib tahvli pinnale nn Gray Code’i – järjestikku kuvatud valged ja mustad vöödid – ja valgustundlikud sensorid tuvastavad tahvlipinna tagant läbipääseva valguse. Sel moel saab arvuti ühildada kogu puutepinna ekraaniks, kuigi tehnoloogia tõttu jäävad puutepinna sisse valgussensorite kohale nn surnud punktid. Need on aga nii väiksed, et nende kohal toimuv puutetegevus on ikkagi arvutile mõistetav.
Veel üks kalibreerimismeetod sisaldab valgussensorit, mis on ehitatud projektori sisse ekraani suunas. Kui projektor genereerib kalibreerimispildi ("treenib"), siis tuvastab sensor valguse peegeldumist valgelt ja mustalt pinnalt. Sel moel arvutab süsteem välja kõik lineaarmaatriksi muundumiskoefitsiendid.