Puutetahvel

Interaktiivne puutetahvel on suur puuteekraan, mis on ühendatud arvutiga. Projektori abil projitseeritakse arvutipilt ekraanile, kus kasutaja saab kujutist hallata puutepliiatsi, sõrme, stiiluse või mõne muu osutusvahendi abil. Tahvel on tavaliselt kinnitatud seinale või toetub põrandajalale.
Interaktiivset puutetahvlit kasutatakse haridusasutustes, ettevõtete ja asutuste koosolekuruumides, professionaalsete sporditreeningute läbiviimisel, telestuudiotes ja mujal.
2008. aastaks eeldasid interaktiivsete puutetahvlite tootjad maailma müügimahu kasvu 1 miljardi dollarini. 2013. aasta lõpuks on turu-uuringufirma Futuresource Consulting tehtud uuringu hinnangul pooled USA klassid varustatud interaktiivse puutetahvliga, mis aga tähendab müügi vähenemist, kuna vanad mudelid on veel kasutuses. Suurim müügikasv on 2013. aastal Hiinas, kus aasta lõpuks on interaktiivne puutetahvel olemas hinnanguliselt 37% klassides.
Interaktiivse puutetahvliga saab:
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 sõrmega vajutamist tõlgendatakse hiire vasakklõpsuna.
Elektromagnetilise pliiatsiga töötavad interaktiivsed puutetahvlid.
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.
Erinevalt eelmisest ei sisalda tahvel ise mingisugust tuvastustehnoloogiat, kogu tajutehnoloogia on elektromagnetilise pliiatsi sees. Väikesed magnetilised kiud, mis on tahvli sees, moodustavad rastri, mille 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.
Optilised tehnoloogiad.
Infrapunaga 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 materjalist 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.
Kasutamine õppetöös.
Mõnedes õppeasutustes on interaktiivne puutetahvel asendanud tavalise valge tahvli või pabertahvli ning video/meediasüsteemid (DVD-mängija ja teleri). Seal, kus kasutatakse tavalisi tahvleid, on interaktiivne puutetahvel sageli ühenduseks kooli jagatud digitaalse videolevisüsteemiga. Ka on võimalik siduda interaktiivsed puutetahvlid võrgupõhiste ühistöökeskkondadega.
Samuti saab väikesemahulisi õppetöö plokke salvestada, et õpilastel oleks võimalik neid hiljem korduses üle vaadata (sh häälsalvestus koos õpetaja selgitustega).
Paljud ettevõtted ja projektid keskenduvad õppematerjalide loomisele, mis on loodud spetsiaalselt interaktiivsete tahvlite jaoks. Näiteks on Ameerika ettevõte Electrokite töötanud välja kogu õppekava hõlmava õppematerjali kogu.
Välja on töötatud ka materjalid interaktiivsete tahvlite kasutamiseks ühiste lugemistundide läbiviimisel. Näiteks Mimic books on interaktiivsete tahvlite jaoks välja töötatud "reaalset lugemist imiteeriv" interaktiivsete osistega programm väikelaste lugemise õpetamiseks. 
Eesti keeles on olemas õppematerjale SMART boardi interaktiivse tahvli kasutajatele.
Interaktiivse tahvli võimalusi ja kasutamisviise:
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 tehtud uuring interaktiivsete tahvlite kasutamise kohta näitas märgatavat paranemist õppe-eesmärkide saavutamises, eriti just kesisemate õppetulemustega õpilasgruppide hulgas, oluliseks teguriks 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 võtmetegurid olid tehnoloogia olemasolu klassiruumis ja õpetaja kogemus tehnoloogia kasutajana.
Glover ja Miller on uurinud interaktiivsete tahvlite mõju 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.
Kriitika ja võimalikud probleemid.
2010. aastal avaldatud Washington Posti artiklis väidetakse, et interaktiivne tahvel "lukustab õpetaja 19. sajandi loengustiilis õpetamise juurde vastandina uutele ühistööd viljelevate ja väikeses grupis õppimise mudelitele, mida peavad õigeks paljud hariduse reformijad". Tänapäeval on siiski paljudel tahvlitel ühistöö võimalus olemas. Sama artikkel väidab ka, et peaaegu puuduvad uuringutulemused, mis näitaksid selgelt, et interaktiivsete tahvlite kasutamine parandab õpilastele akadeemilisi tulemusi.
Londoni Institute of Educationi aruanne sedastab, et "kuigi algul tervitasid õpilased tehnoloogilist uudsust, oli see motivatsioon lühiajaline. Statistiline analüüs ei näidanud õpitulemustes mingit muutust esimese aasta jooksul, kui osakonnad olid täielikult tehnikaga varustatud. Samuti juhiti tähelepanu järgmistele asjaoludele: 
Eraldi probleem on see, et interaktiivsed puutetahvlid kiirgavad elektromagnetilisi raadiolaine kiirgust, mis on WTO klassifikatsiooni järgi 2b klassi potentsiaalsed kartsinogeenid.
Markerite (nii püsi- kui ka tavaliste kustutatavate) kasutamine võib tekitada probleeme tahvlikattega, sest need on enamasti tehtud melamiinist, mis on poorne, ülevärvitud pind ja imeb endasse markerite värvainet. Ka torkeaugud, mõlgid ja teised kahjustused on ohtlikud.
Projektor ekraani ees või ekraani taga.
Interaktiivsed tahvlid on tavaliselt kas eest- või tagantprojitseeritavad.
Mõned tootjad pakuvad ka võimalust ekraani tõsta ja langetada, et eri pikkusega inimestel oleks seda mugavam kasutada.
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 eestprojitseeritava 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.
Lisaseadmed.
Mitmesugused lisaseadmeid interaktiivsele puutetahvlile: