Содержание 

Введение

Глава 1. Курс информатики и особенности  использования мультимедийной и интерактивной техники в школе

1.2 Мультимедийная и интерактивная техника

1.4 Особенности  использования мультимедийной и интерактивной техники в обучении

Глава 2. Применение интерактивной доски на уроке  информатики как средства повышения  мотивации учащихся

2.1 Интерактивная  доска как техническое средство  обучения

2.2 Возможности  применения интерактивной доски  на уроке информатики 

Заключение

Библиография 
 
 
 
 
 
 

     Глава 1. Курс информатики и особенности  использования мультимедийной и интерактивной техники в школе

     Классические  символы школьной жизни - доска и  мел - безнадежно устаревают. На смену  им приходят высокотехнологичные интерактивные  доски. Использование интерактивной  доски на уроке - это не только возможность  увлечь школьников интересным материалом, но и самому учителю по-новому взглянуть  на свой предмет.

     Данное  новшество прогресса позволяет, превратить порой скучный процесс  обучения в интересное исследование. Мультимедийная и интерактивная техника способна преобразить любой учебный процесс, но не стоит забывать, что все хорошо в меру.

     Формирование  информационной культуры закладывается  в школе в результате изучения новых направлений информатики. К этим направлениям относятся: телекоммуникации, локальные и глобальные сети, распределенные вычисления и базы данных, мультимедиа  и гипермедиа технологии. Внедрение  новых технологий требует постоянного  обновления идей и содержания школьного  образования, а также подготовки новых педагогических кадров, способных  детально изучать и внедрять эти  технологии в образование. Постановка проблемы и начальные этапы ее реализации были осуществлены в восьмидесятых  годах двадцатого века А.П. Ершовым, Б.С. Гершунским, Е.И. Машбиц, Н.Ф. Талызиной и другими учеными. Тем не менее, вопросы применения мультимедийных технологий в процессе обучения остаются открытыми. Использование мультимедийных технологий в обучении подразумевает, что выпускники общеобразовательных школ должны владеть механизмами поиска, анализа и сбора информации, должны уметь зрительно воспринимать выражение идей, понятий, процессов и уметь выражать свои идеи через использование различных видов информации. Мультимедийные технологии, которые соединяют в себе и возможность одновременного получения образа объекта, процесса в различных информационных представлениях: графика, звук, видео, и реализации динамизма движения, преобразования объектов в виде анимации, что повышает эффективность обучения.

     При этом возникают трудности внедрения  интерактивных мультимедийных технологий в процесс обучения: учителям приходится работать с программным обеспечением, созданным инженерами для всеобщего использования. Как правило, оно не учитывает ни психолого-педагогических, ни методических, ни организационных особенностей учебного процесса, не поддерживает школьных стандартов, не связано с учебными и рабочими планами. Учителям для использования мультимедийных технологий самим приходится адаптировать их для интеграции в учебный процесс.

     Работа  с интерактивной доской предусматривает  простое, но творческое использование  материалов. Файлы или страницы можно  подготовить заранее и привязать  их к другим ресурсам, которые будут  доступны на занятии, этого можно  добиться на уроках информатики и  ИКТ. Преподаватели говорят, что  подготовка к уроку на основе одного главного файла помогает планировать  и благоприятствует течению занятия.

     При использовании интерактивной доски  значительно повышается эффективность  урока за счет инновационной наглядности  изучаемого материала; возможности  показа сложных процессов и объектов в динамике их виртуального изменения; повышение интереса и учебной  мотивации, учащихся к изучению учебного предмета в частности информатики  и ИКТ. 

      1.2 Мультимедийная и интерактивная техника

     Прежде  чем перейти к рассмотрению, не посредственно техники, хочется еще раз напомнить о ее положительных качествах:

• возможность демонстрировать презентации, а также делать пометки по ходу изложения материала, выделять, удалять, добавлять фрагменты;
• возможность управлять системой компьютера, и всеми процессами прямо с доски, здорово акцентирует внимание учащихся;
• эстетический аспект: тема урока, выведенная с помощью проектора или написанная на интерактивной доске, выглядит намного привлекательнее, чем на обычной доске.
• работа с интерактивным экраном не требует специальных навыков или знаний, поэтому вносить пометки или изображать на доске необходимую информацию, в схемах может даже пятиклассник.

     Проекторы.

     Первые  видео проекторы, предназначенные  исключительно для воспроизведения  видеосигналов, появились в 70-х годах  и выполнялись на электронно-лучевых  трубках. Ряд фирм продолжает их выпуск - привлекает высокая разрешающая  способность, обеспечивающая очень  хорошее качество изображения. Однако аппараты эти, по нынешним меркам, не слишком  яркие, весят они десятки килограмм  и стоят десятки тысяч долларов.

     Проектор  — световой прибор, перераспределяющий свет лампы с концентрацией светового  потока на поверхности малого размера  или в малом объёме. Проекторы  являются в основном оптико-механическими  или оптическо-цифровыми приборами, позволяющими при помощи источника света проецировать изображения объектов на поверхность, расположенную вне прибора — экран. Появление проекционных аппаратов обусловило возникновение кинематографа, относящегося к проекционному искусству.

     Виды  проекционных приборов.

     Диаскопический  проекционный аппарат — изображения  создаются при помощи лучей света, проходящих через светопроницаемый носитель с изображением. Это самый  распространённый вид проекционных аппаратов. К ним относят такие  приборы как: кинопроектор, диапроектор, фотоувеличитель, проекционный фонарь, кодоскоп и др.

     Эпископический проекционный аппарат — создаёт изображения непрозрачных предметов путём проецирования отраженных лучей света. К ним относятся эпископы, мегаскоп.

     Эпидиаскопический проекционный аппарат — формирует на экране комбинированные изображения как прозрачных, так и непрозрачных объектов.

     Мультимедийный проектор (также используется термин «Цифровой проектор») — с появлением и развитием цифровых технологий это наименование получили два, вообще говоря, различных класса устройств.

     На  вход устройства подаётся видеосигнал  в реальном времени (аналоговый или  цифровой). Устройство проецирует изображение  на экран возможно, при этом наличие  звукового канала.

     Устройство  получает на отдельном или встроенном в устройство носителе или из локальной  сети файл или совокупность файлов (слайд-шоу) — массив цифровой информации. Декодирует его и проецирует видеоизображение на экран, возможно, воспроизводя при  этом и звук. Фактически, является сочетанием в одном устройстве мультимедийного проигрывателя и собственно проектора.

     Лазерный  проектор — выводит изображение  с помощью луча лазера.

     Мультимедийные проекторы.

     Название  «цифровой проектор» связано, прежде всего, с обычным ныне применением  в таких проекторах цифровых технологий обработки информации и формирования изображения.  

     Одночиповые проекторы.

     Чип DLP Внешние изображения.

     В проекторах с одним DMD-чипом цвета  образуются путём помещения вращающегося цветного диска между лампой и DMD, что является очень похожим на «последовательную систему цветного телевидения» американской телевизионной  радиовещательной компании Columia Broadcasting System, которая использовалась в 1950 годах. Цветной диск обычно делится на 4 сектора: три сектора под основные цвета (красный, зелёный и синий), а четвёртый сектор — прозрачный, для увеличения яркости. Из-за того, что прозрачный сектор уменьшает насыщенность цветов, в некоторых моделях он может отсутствовать вообще, в других вместо пустого сектора могут использоваться дополнительные цвета. DMD чип синхронизирован с вращающимся диском таким образом, чтобы зелёный компонент изображения отображался на DMD, когда зелёный сектор диска находится на пути свечения лампы. Аналогично для красного и синего цветов.

     Красная, зелёная и синяя компоненты изображения  отображаются попеременно, но с очень  высокой частотой. Таким образом, зрителю кажется, что на экран  проецируется разноцветная картинка. В ранних моделях, диск совершал один оборот за каждый кадр. Позже, создали  проекторы, в которых диск делает два или три оборота за один кадр, а в некоторых проекторах диск разделён на большее количество секторов и палитра на нём повторяется  дважды. Это означает, что компоненты изображения выводятся на экран, сменяя друг друга до шести раз за один кадр.

     В некоторых последних high-end моделях вращающийся цветной диск заменён на блок из очень ярких светодиодов трёх основных цветов. Благодаря тому, что светодиоды возможно очень быстро включать и выключать, этот приём позволяет ещё больше увеличить частоту обновления одноцветность картины.

     «Эффект радуги».

     Эффект  радуги присущ только одночиповым проекторам DLP. Как уже было сказано, в конкретный момент времени на изображение отображается только один цвет. Когда глаз движется по спроецированному изображению, эти различные цвета становятся видимыми, в результате чего глазом воспринимается «радуга».

     Производители одночиповых DLP-проекторов выходили из положения, разгоняя вращающийся сегментирование разноцветный диск, либо увеличивая число цветных сегментов, таким образом, уменьшая этот артефакт. Свет от светодиодов позволил ещё уменьшить данный эффект, благодаря высокой частоте переключения между цветами.

     В дополнение ко всему, светодиоды могут  излучать любой цвет любой интенсивности, что позволило увеличить гамму  и контрастность изображения.

     Трёхчиповые проекторы.

     Этот  тип DLP-проекторов использует призму для  разделения луча, излучаемого лампой, и каждый из основных цветов затем  направляется на свой чип DMD. Затем эти  лучи объединяются, и изображение  проецируется на экран.

     Большое количество представленных на рынке  моделей проекторов можно разделить  на четыре основные категории по типу элемента, формирующего изображение:

     • CRT - Cathode Ray Tube;

     • LCD - Liquid Crystal Display;

     • DLP - Digital Light Processing;

     Технология CRT

     Несмотря  на появление новых технологий и  их внедрение, проекторы, построенные  на этой проверенной временем технологии, все же обладают рядом преимуществ  и успешно конкурируют в ряде областей. Принцип их действия аналогичен CRT-мониторам, с тем лишь отличием, что конечное изображение проецируется на внешний экран.

     CRT-проекторы,  как правило, состоят из трех  электронно-лучевых трубок размером  от 7 до 12", каждая из которых  воспроизводит один из трех  базовых цветов RGB, выделенных внутренним  контроллером из входного сигнала.  Излучаемый свет, проходя через  линзу, накладывается на проекцию  изображения, получаемую с двух  других ЭЛТ, и таким образом  формируя конечное изображение.

     Данную  технологию выделяет непревзойденное  качество изображения. Четкость, достоверность  цветопередачи без дополнительных алгоритмов цветокоррекции (необходимых в других технологиях), глубокий уровень черного, широкий диапазон разрешений при отсутствии искажений, низкий уровень шума и длительность непрерывной работы (более 10 тыс. часов) делают такие проекторы достаточно привлекательными.

     Тем не менее, эти преимущества влекут за собой ряд недостатков, к которым  следует отнести чувствительность к демонстрации статичных изображений, что может сократить срок службы ЭЛТ до 1000 часов. Следующим весомым недостатком может стать сложность в настройке проектора - сведение цветов, установка баланса белого, что требует квалифицированных специалистов. Отметим, что при замене вышедшего из строя элемента, изменении местоположения проектора или типа проекционной поверхности, такие настройки необходимо проводить заново.  Увидеть по-настоящему качественное изображение возможно только при отсутствии освещения - при световом потоке 100-800 ANSI лм, CRT-технология проигрывает по яркости остальным. Большие, нежели у остальных, габариты и масса делают такие проекторы стационарными устройствами. Ко всему этому следует добавить высокую цену (в среднем, около $20 тыс.).

     Технология LCD

     В мультимедийных проекторах, построенных по этой технологии, роль формирователя изображения выполняет LCD-матрица просветного типа. Изображение на LCD-матрице формируется таким же образом, как и в обычных ЖК-дисплеях. Технология основывается на свойстве молекул жидкокристаллического вещества менять пространственную ориентацию под воздействием электрического поля.  Таким образом, появляется возможность контролировать прозрачность каждого элемента, а соответственно, и излучаемый им световой поток. Достаточно часто для усиления светового потока на каждый пиксель матрицы устанавливается микролинза, направляющая проходящий свет в прозрачную область.

     В современных LCD-проекторах применяется  комплекс из трех жидкокристаллических просветных матриц размером 0,7-2". Световое излучение лампы преобразуется  в равномерный световой поток, и  выделяются три составляющие пространства RGB, которые посредством дихроичных зеркал направляются на соответствующие им ЖК матрицы. Сформированные ими изображения мультиплексируются в призматическом блоке, и далее полученный световой поток проходит через линзу, проецируясь на внешний экран.

     Такие проекторы отличают небольшие размеры  и достаточно высокая яркость (до 10000 ANSI лм). Благодаря фиксированной  матрице, проецируемое изображение  обладает практически идеальной  геометрией, а согласно принципам  функционирования, они адаптированы для воспроизведения мультимедийных сигналов от компьютерных источников. Для воспроизведения нестандартных разрешений применяются специальные алгоритмы преобразования.

     Согласно  методам изготовления LCD-матриц, в  недорогих и старших моделях  проекторов на внешнем экране возможно появление различимой сетки, "мертвых" пикселей. Также к недостаткам  можно отнести обязательное активное охлаждение и, для некоторых моделей  проекторов, применение вентиляторов определенных вендоров, которые, в свою очередь, могут быть достаточно шумны (в районе 50 дБ). Среднее время непрерывной работы составляет 2000 часов, после чего требуется замена лампы - достаточно дорогого компонента, стоимость которого иногда составляет более половины стоимости проектора.

     Технология DLP.

     Согласно  следующей технологии, изображение, проецируемое на экран, формируется  посредством компонента DMD (Digital Micromirror Device).

     Такой формирователь представляет собой  набор огромного количества управляемых микрозеркал, расположенных на кремниевой пластине. Этот набор определяет разрешение, воспроизводимое проектором, - каждое микрозеркало отвечает за работу конкретного пикселя. Принцип действия DMD-чипа подобен функционированию статической оперативной памяти, но в нем содержимое каждой ячейки кристалла определяет положение, соответствующего ей микрозеркала.

     В зависимости от поступающего управляющего сигнала, зеркало может занимать одно из двух положений, но в любом  случае отклонение от плоскости микросхемы составляет около 12°.  Таким образом, в зависимости от положения микрозеркала, поступающий на него световой сигнал либо направляется в объектив, либо в светопоглотитель. От времени, проводимого зеркалом в том или ином положении, зависит воспринимаемая яркость точки на внешнем экране.

     Таким образом, выводя последовательно составляющие пространства RGB и контролируя время  нахождения зеркал в том или ином положении, можно получить широкий  диапазон оттенков. Размеры микрозеркала составляют примерно 14х14 мкм, при этом расстояние между ними не более 1 мкм, что делает полезной 90 % поверхности DMD-кристалла, тем самым снижая потери светового потока, и позволяет достигнуть уровня 18000 ANSI лм.

     DLP-проекторы  могут содержать от одной до  трех DMD-матриц. В случае трехматричного устройства световой поток лампы, как и в LCD-проекторах, с помощью дихроичных призм разделяется на основные составляющие RGB, каждая из которых направляется на свою DMD-матрицу, формирующую изображение одного цвета. Дальнейшее прохождение световых потоков через линзу формирует на внешнем экране полноцветное изображение. Двухматричный проектор дополнительно оборудован вращающимся светофильтром, состоящим из двух секторов пурпурного (R+B) и желтого (R+G) цветов. В процессе работы дихроичные призмы разделяют световой поток на составляющие, при этом поток красного цвета направляется постоянно на одну и ту же DMD-матрицу, а потоки синего и зеленого цветов поочередно обрабатывает вторая DMD-матрица. Необходимость в постоянной проекции красного цвета вызвана недостаточной интенсивностью излучения красной составляющей спектра некоторых ламп.

     Несколько подробней рассмотрим одноматричные мультимедийные проекторы. Принцип их действия схож с двухматричными, с тем лишь отличием, что вращающийся светофильтр содержит три сектора с основными цветами RGB. Скорость вращения такого фильтра составляет 60 оборотов в секунду, т. е. время обновления картинки составляет 17 мс. Для уменьшения этого времени увеличивается скорость вращения фильтра, как правило, в два раза. Однако можно встретить обозначение 4x, т. е. четырехкратное уменьшение времени формирования точки. Реально это означает внедрение светофильтра с 6 секторами.

     В связи этими и другими параметрами, DLP-устройства подразделяются на пять классов:

     • 1 класс - одноматричные портативные проекторы, рассчитанные на показ презентаций в офисных помещениях.

     • 2 класс - одноматричные проекторы, специально разработанные для систем домашнего кинотеатра.

     • 3 класс - трехматричные высококачественные проекторы для применения в больших помещениях (кинотеатры и т. п.)

     • 4 класс - компоненты для проекционных телевизоров и видеокубов.

     • 5 класс - специализированные устройства на основе рассматриваемой технологии.

     В настоящее время практически  все DLP-проекторы первого класса дополнительно снабжаются еще одним (четвертым) прозрачным сектором - за счет этого сильно увеличивается интенсивность  свечения белого цвета, тем самым  увеличивая характеристику светового  потока ANSI более чем в полтора  раза, однако конечное изображение  теряет насыщенность. Получается ситуация, когда на формирование цветного изображения приходит световой поток с интенсивностью в два раза меньше, чем для формирования белого цвета. Это, впрочем, некритично для проведения презентаций небольших масштабов, где цветовая характеристика слайда скорее носит рекомендательный характер. Отметим, что световой поток таких проекторов без учета прозрачного сектора составляет примерно 30-50 % от заявленного.

     D-ILA-технология.

     Сравнительно  молодая технология D-ILA (Direct Drive Image Light Amplifier), разработанная компанией Huges-JVC, практически первая коммерческая реализация технологии LCoS (Liquid Crystal on Silicon). Так же как и LCD-технология, D-ILA базируется на свойствах жидких кристаллов, однако вместо матриц просветного типа на основе аморфного или поликристаллического кремния, используется многослойная отражающая структура, размещенная на подложке из монокристаллического кремния. Благодаря расположению элементов схемы управления, выполненных по комплиментарной технологии CMOS за светомодулирующим слоем жидких кристаллов, появилась возможность существенно увеличить плотность размещения пикселей и увеличить полезную площадь D-ILA-матрицы (до 93 %). Отметим, что формирование элементов управления и светомодулирующего слоя может быть выполнено в рамках единого технологического процесса. Отражающие свойства матрицы определяются состоянием слоя жидких кристаллов, меняющегося под воздействием переменного электрического напряжения, которое формируется между отражающими электродами (одновременно выполняющими управляющие функции) и общим для всех пикселей прозрачным электродом. Формирование изображения происходит по трехматричной схеме, практически аналогично LCD-технологии. 

     CRT-проекторы

     LCD/DLP-проекторы

     Так же при рассмотрении проекторов необходимо учитывать некоторые их параметру:

     Типы  ламп.

     В современных проекторах для получения  интенсивного потока света используют эффективные галогенные, металло-галидные или ксеноновые дуговые лампы. Галогенные лампы используются в проекторах небольшой мощности и имеют срок службы 50 - 100 часов (по спаду яркости на 50% за счет запыления внутренней поверхности стекла лампы). Металло-галидные лампы используются в проекторах средней и высокой мощности.

     Характерный срок службы ламп составляет 1000 - 2000 часов. За 200 часов яркость падает на 5%, за 1000 - на 20%. Стоимость таких ламп от $300 до $600. В наиболее мощных проекторах используются ксеноновые дуговые лампы, имеющие ресурс более 1000 часов и дающие наиболее естественный цвет. Лампы UHP производят голубоватый поток света, похожий на излучаемый лампами дневного света. Они обладают компактными размерами, и потребляют мало энергии. UHP лампы, как и обычные лампочки, перегорают мгновенно, по истечению срока службы, без потери яркости со временем. Метало-галогенные лампы производят красноватый свет, похожий на свет обыкновенных лампочек, размеры их больше чем у ламп UHP, и они потребляют больше энергии. Выгорание метало-галогенных ламп происходит постепенно. Со временем производимый ими свет тускнеет, до тех пор, пока лампа окончательно не перегорает.

     Важным  достоинством ламп UHP является возможность  их самостоятельной замены (т.е. без  обращения в сервисный центр), поскольку они конструктивно  защищены от неосторожного нанесения  жировых пятен, смертельно опасных  для проекционных ламп всех типов.

     Разрешение  проектора - это способность отображать мелкие детали изображения. Матрица  проектора состоит из дискретных элементов, каждый из которых отвечает за отображения одной точки на экране. Обычно разрешение включает в  себя две составляющие, первая - количество точек (минимальных элементов) по горизонтали, вторая - по вертикали. Точки (элементы) изображения часто называют пикселями. Чем выше разрешение проектора, тем  более детальное изображение  он может проецировать.

     В настоящее время максимально  возможное разрешение достигает  значения 1800х1440 точек.

     Многие  проекторы позволяют подавать на свой вход сигнал с разрешением, не совпадающим с физическим, для  чего применяются различные алгоритмы  сжатия или расширения. При этом неизбежны искажения. Оптимальным считается настройка компьютера на разрешение, совпадающее с физическим разрешением ЖК-матрицы или DMD-кристалла проектора.

     Вертикальная  частота кадровой разверстки (vertical frequency) - это количество кадров, во время которых луч формирует изображение от верхней строки до нижней. Чем выше вертикальная частота, тем ниже уровень мерцания картинки.

     Горизонтальная  частота строчной разверстки (horizontal frequency) - это количество горизонтальных линий отображаемого изображения, сканируемых за одну секунду. Чем выше горизонтальная частота, тем более высокое разрешение можно проецировать.