2
Kljub številnim pozitivnim učinkom interaktivne table (IT) pa so marsikateri učitelji predvsem zaradi pomanjkanja tehnološkega znanja o njihovem delovanju zadržani pri uporabi le-te tekom izvajanja učnega procesa. Raziskave so namreč pokazale, da manj kot polovica učiteljev uporablja IT. Tisti, ki tablo uporabljajo, v večini uporabljajo le osnovna orodja, saj se za uporabo IT samoizobražujejo in nimajo v sklopu šole organiziranih nikakršnih posebnih izobraževanj [6]. Interaktivne table so prav tako cenovno veliko manj dostopne kot klasične table in prav zato na visokih in strokovnih šolah, kot tudi na fakultetah v Sloveniji, še vedno prevladuje uporaba klasičnih belih tabel.
Cilj diplomskega dela je bil izdelati cenovno ugoden avtomatski mehanizem za klasično belo tablo, ki ga lahko uporabnik krmili prek pametnega telefona oziroma brezžičnega zaslona.
Mehanizem omogoča risanje in brisanje cele ali izbranega predela table. Prav tako vsebuje tudi kamero, ki uporabniku na zaslonu prikazuje nedavno stanje table in shrani sliko stanja table pred brisanjem, z namenom izboljšanja procesa poučevanja in zmanjšanja motečih dejavnikov, ki vplivajo na socialno interakcijo in časovno komponento podajanja akademskih znanj pri pouku.
Za ta namen je bilo treba izdelati mobilno aplikacijo, ki prek tehnologije Bluetooth pošilja podatke mikroračunalniku, in razviti programsko opremo z namenom obdelave podatkov ter pravilnim posredovanjem informacij.
3
2. O šolskih tablah
2.1. Pomen šolskih tabel
Učna tabla je eno izmed najbolj revolucionarnih izobraževalnih orodij in pomembno didaktično sredstvo, ki omogoča učinkovito izvajanje izobraževalnega procesa. Večina pedagogov je namreč mnenja, da je pouk veliko bolj uspešen in učinkovit, če so učenci zadostno motivirani. Prav didaktični pripomočki, skupaj z uporabo različnih metod in oblik dela, pouk naredijo zanimivejši in učencem lažje razumljiv [7]. Didaktični pripomočki so torej vsa sredstva, ki so učencem in učiteljem v pomoč pri učenju in poučevanju [8].
Didaktična sredstva delimo na štiri skupine [9]:
• vizualna sredstva, s katerimi ustvarjamo vidne dražljaje;
• avditivna sredstva, s katerimi ustvarjamo slušne dražljaje;
• avdiovizualna sredstva, s katerimi ustvarjamo kombinacijo vidnih in slušnih dražljajev, ter
• multimedijska sredstva, s katerimi ustvarjamo navidezno resničnost (virtualna učilnica) in druge možnosti, ki pomenijo povezovanje večjega števila različnih dražljajev, kot je na primer računalnik.
Šolska tabla kot vizualni didaktični pripomoček se je ukoreninila med najpogosteje uporabljene medije pri pouku, saj za njeno uporabo niso potrebne posebne priprave in ne zahteva posebne usposobljenosti [10].
2.2. Zgodovinski razvoj
2.2.1. Glinene tablice
Zgodovina učenja s tablic se je začela že v času Sumercev, ki so na področju Mezopotamije 3.500 let pr. n. št. vrezovali in vtiskovali besedila v vlažne, za dlan velike glinaste tablice.
Za potrebe učenja so glinene tablice po uporabi ponovno pripravili za nov zapis – torej bi zapisano, podobno kot to počnejo danes učitelji v učilnicah, izbrisali in glineno tablico ponovno uporabili [11].
4
2.2.2. Povoščene tablice
Antični Grki in Rimljani so kasneje vrezovali črke v površino povoščene tablice, za brisanje pa so uporabili večjo lopatico, imenovano spatula, od tu tudi izraz tabula rasa – prazen, nepopisan list. Uporabljali so jih predvsem v šoli, njihova uporaba pa se je iz antičnih časov nadaljevala vse do srednjega veka. Njena vloga je bila veliko večja od zgolj izobraževanja, saj so jo uporabljali tudi v gospodarstvu, trgovini, torej povsod, kjer je bilo treba kaj zapisati in kasneje zbrisati [11].
2.2.3. Skrilaste tablice
V 14. stoletju se je pojavila tablica, izdelana iz tanke ploščice skrila – temno siva metamorfna kamnina. Ploščica je bila vgrajena v lesen okvir, nanj pa je bila z vrvico pritrjena tudi manjša krpica ali gobica za brisanje. Sprva so jih uporabljali v industriji, v šolah pa so jih začeli uporabljati šele v začetku 19. stoletja kot cenejšo alternativo takrat precej dragemu papirju.
Nanjo so učenci pisali s kredo, skrilaste tablice pa so se ohranile še dolgo po drugi svetovni vojni [11].
2.2.4. Črne table
Konec 18. stoletja so učenci v Evropi in Ameriki še vedno uporabljali individualne tablice iz skrila, saj sta bila papir in črnilo veliko predraga, da bi si ju lahko privoščili. Učitelji so morali pristopiti do vsakega učenca posebej in mu na njegovo tablico zapisati nalogo, torej niso mogli učiti razreda kot celote, kar je bilo zelo neučinkovito [16]. Leta 1801 je James Pillans, ravnatelj in učitelj geografije na srednji šoli v Edinburgu, na Škotskem, našel rešitev omenjenega problema. Izumil je namreč prvo sodobno tablo, in sicer tako, da je na steno učilnice obesil veliko skrilasto ploščo. Tabla je učiteljem omogočala, da so snov razlagali celotnemu razredu, namesto da so morali delati z vsakim posameznikom na njegovi majhni tablici. Izboljšala se je učinkovitost pouka in hitrost predelave snovi. Tako imenovana
»blackboard« ali črna tabla je postala ključen didaktičen pripomoček vse do leta 1960 [12].
Hitro rastoči železniški sistem je omogočil, da so imele skoraj vse šole v Ameriki do sredine 19. stoletja v vsaki učilnici vsaj eno črno tablo [13].
5
2.2.5. Zelene table
Kasneje so črno tablo nadgradili v tako imenovano »chalkboard« ali zeleno tablo [12].
Sestavljala jo je jeklena plošča, prevlečena z emajlom na osnovi porcelana. Izboljšave so bile vidne predvsem pri brisanju table, saj se je kredo v prahu po brisanju občutno manj videlo kot pri črni tabli [13]. Svetlo zelena barva je za oči veliko prijetnejša kot črna, saj so tudi danes svetlo zeleno ponavadi obarvani šolski prostori, saj nam je ob njej udobno, počutimo se sproščeno in mirno. Črno barvo pa doživljamo kot težko in trdo ter neprijetno za oči [14]. Zelena tabla je bila lažja in trpežnejša od krhkega skrilavca, zaradi česar jo je bilo lažje transportirati.
2.2.6. Bele table
Kasneje je zeleno tablo nadomestila tako imenovana »whiteboard« ali bela tabla, ki sta jo iznašla leta 1950 vojni veteran in fotograf Martin Heit in Albert Stallion, delavec pri velikem proizvajalcu jekla v Veliki Britaniji. Martin Heit je namreč opazil, da je črnilo na hrbtni strani njegovih filmskih negativov mogoče enostavno izbrisati. Razvil je idejo majhne pisalne plošče, ki bi imela svoje mesto ob stenskem telefonu in omogočala zapis pomembnih informacij med telefonskim pogovorom. Svoj izum je želel predstaviti na pomembnem dogodku v Chicagu, vendar je vitrina, v kateri so bile razstavljene njegove tablice, noč pred odprtjem dogodka zgorela. Razočaran je patent za svoj izum prodal podjetju, ki je kasneje postalo Dri-Mark – vodilno podjetje, ki je belo tablo predstavilo šolstvu. Albert Stallion pa je predlagal uporabo emajliranega jekla za pisalno površino, kar bi onemogočilo trajno obarvanost table s črnilom. Kljub dobrim namenom bele table ni bilo lažje očistiti kot črne ali zelene table. Šele leta 1975 je narasla priljubljenost belih tabel, ko je Jerry Woolf izumil vrsto nestrupenega suhega črnila – marker za suho brisanje, ki je omogočil lažje in učinkovitejše brisanje bele table [15].
Današnje visokokakovostne bele table so običajno izdelane iz jekla, prevlečenega s porcelanskim emajlom. Keramična prevleka je neporozna in tako niti kanček črnila ne more prodreti v površino plošče. Posledično tabla ostane brez madežev in odsevov. Zaradi izjemno dolge življenjske dobe in odličnih čistilnih zmožnosti so tovrstne table najbolj primerne za uporabo v izobraževalne namene [16]. Bele table so lahko izdelane tudi iz melamina. Prav za tovrstne table velja, da so najcenejša vrsta belih tabel in jih je mogoče kupiti v vsaki trgovini s pisarniško opremo. Zaradi manjše kakovosti jih v šolah in podjetjih ne uporabljajo.
Klasične table so zaradi prahu kred, ki danes velja za zdravje škodljivega, večinoma zamenjale bele table. Kljub temu da kreda ne vsebuje azbesta, kot so nekateri dolgo časa verjeli, lahko prah krede povzroči alergijsko reakcijo pri nekaterih učencih, ki so občutljivi na snovi, kot so prašni delci. Prav zato so bele table odlična alternativa za astmatike in ljudi, občutljive na prah. Bele table se lahko uporabi tudi kot projekcijski medij, kar omogoča podajanje prezentacij in sočasno pisanje na tablo.
6
2.2.7. Interaktivne table
Kljub vsem pozitivnim lastnostim bele table sedaj počasi zamenjujejo interaktivne table, ki izobraževanja ne spremenijo, temveč ga nadgradijo [17].
Izobraževalni sistem se je prilagodil času in postal bolj raznovrsten, interaktiven ter učencem in učiteljem prijazen. Prav interaktivne table (IT) učiteljem omogočajo vzbuditi pozornost učencev in jih motivirati. Prvo IT je proizvedlo podjetje Smart Technologies Inc. leta 1991.
Prva IT v Sloveniji pa je bila nameščena v osnovni šoli, in sicer leta 2004 [18]. V večji meri so začeli v slovenskih izobraževalnih ustanovah uvajati interaktivne table z razpisi tedanjega Ministrstva za šolstvo in šport (2008, 2009), ki je s sofinanciranjem omogočilo 50 % nižje cene produktov. Prav zaradi pomoči Ministrstva za šolstvo in šport v opremljanju šol z interaktivnimi napravami v opremljenosti učilnic prevladujejo osnovne šole, sledijo jim srednje, najmanj pa so z njimi opremljene višje in strokovne šole ter fakultete [19].
Interaktivna tabla je bogata z različnimi knjižicami fotografij, slik, animacij, zvočnih posnetkov in drugih orodij. Za njeno uporabo potrebujemo računalnik, tablo, programsko opremo in interaktivno pisalo. Sama tabla predstavlja projekcijo računalniškega zaslona [20].
Interaktivna tabla učitelju omogoča, da lažje vključuje prisotne in jih poziva k aktivnemu sodelovanju pri učni uri. Interaktivne table imajo možnost številnih dodatkov, kot so interaktivno pero, glasovne naprave, dokumentna kamera, interaktivna mizica in mnoge druge.
Kljub številnim možnostim uporabe interaktivne table pa so raziskave pokazale, da manj kot polovica učiteljev uporablja IT. Tisti, ki tablo uporabljajo, v večini uporabljajo le osnovna orodja, saj se za uporabo IT samoizobražujejo in nimajo v sklopu šole organiziranih nikakršnih posebnih izobraževanj [6].
2.3. Prednosti in slabosti tabel, uporabljenih v šolstvu
V zadnjih letih je prišlo do pomembnega razvoja visokotehnoloških didaktičnih pripomočkov, ki bi lahko nadomestili klasične bele ali zelene table, vendar obstajajo poleg številnih prednosti tudi marsikatere težave in zadržki, kot so razpoložljivost in cena takšnih nadomestil, uporabnost in pa tudi usposobljenost učiteljev za uporabo tovrstnih pripomočkov.
Raziskava, ki jo je leta 2007 izvedel Shallcross [21], je pokazala, da ni pomembne razlike v znanju učencev, če učenje poteka prek interaktivne table in predstavitve PowerPoint ali pa če učitelj med predavanjem piše na navadno belo ali zeleno tablo. Tudi Sultan je leta 2013 [22] izvedel raziskavo, v kateri je želel raziskati vpliv PowerPointa in uporabo navadne table na dosežke in znanje učencev. Prišel je do spoznanja, da so učenci dosegali najboljše rezultate, če je učitelj poleg PowerPoint predstavitve za razlago uporabljal tudi klasično belo
7 tablo in med razlago nanjo zapisoval pomembne besede. Učenci so bili takrat namreč bolj aktivni in postavljali več vprašanj.
Richard [23] navaja, da se učenci sicer lažje učijo, če je snov podana prek več zaznavnih kanalov, zlasti če so težji koncepti predstavljeni s pomočjo vizualnih sredstev. Prav interaktivne table pa so tiste, na katerih lahko poleg zelo nazornih vizualnih predstav, animacij in PowerPoint predstavitev vključimo še razna avdio-vizualna sredstva, in sicer za lažjo predstavljivost in posledično boljšo zapomnljivost podane snovi.
Kljub vsemu naštetemu ne smemo zanemariti, da učitelji že od leta 3.500 pr. n. št. za učenje uporabljajo predvsem različne klasične oblike tabel, ki nimajo dodatnih funkcij, razen pisanja s kredo ali markerji, predvsem zaradi njihove razpoložljivosti, prilagodljivosti in so zato od nekdaj cenjene kot osnovno in ključno sredstvo za učenje v učilnici.
Med slabe strani interaktivnih tabel zagotovo spada cena, saj so klasične table bistveno cenejše, za svojo uporabo pa ne potrebujejo elektrike in povezave z računalnikom. Vedno bolj pogosto lahko vidimo, da šole, predvsem v Ameriki, porabijo ogromne zneske denarja za nakup tehnoloških pridobitev, ki pouka ne nujno izboljšujejo. Nekaterim šolam je namreč pomembnejše, da postanejo sodobne, saj je to pomembna vrednota v ameriški družbi, čeprav ni jasnih pokazateljev in raziskav, ki bi dokazale, če bodo tovrstne pridobitve resnično izboljšale akademske dosežke učencev [24].
Giannikas [25] je s svojo raziskavo pokazal, da je poučevanje jezikov možno pomembno izboljšati z uporabo tehnologije, kljub temu pa je učitelji ne radi vključujejo v svoj pouk.
Velika večina učiteljev, ki je bila vključena v raziskavo, namreč ni bila deležna posebnega izobraževanja za ustrezno uporabo tehnologije in predstavitve raznovrstnih funkcij, ki jih omogoča uporaba IT, zato je uporaba tovrstne tehnologije zanje postala predvsem zastrašujoča in je terjala ogromno samoizobraževanja ter časovnega vložka za samostojno raziskovanje in izobraževanje na tem področju.
Nekaj študij (npr. Stefik, idr., 1987 [26]; O' Hare, 1993 [27]; Mynatt, idr., 1999 [28]) se je osredotočilo na raziskovanje prednosti in slabosti različnih šolskih tabel s tehnološkega vidika. Najbolj vidne težave pri uporabi tradicionalnih tabel so se pojavile pri iskanju primernega prostora za zapis med vsebino, ki je že bila zapisana na tabli in je uporabniki niso želeli izbrisati, in pri neobnovljivosti zapisanih informacij, ko so bile le-te enkrat izbrisane.
IT omogočajo shranjevanje zapisanih podatkov in kasnejši prikaz le-teh, pošiljanje zapiskov po elektronski pošti ali pa kasnejši natis zapiskov, ki jih lahko učencem razdelimo kot učno gradivo, ki si ga nalepijo v zvezke in se iz njega učijo.
Največja napaka, ki jo učitelji naredijo pri uporabi IT, je, da jo uporabljajo enako kot klasično tablo, torej le za pisanje in risanje po njej, ne izkoristijo pa vseh drugih možnosti, ki jih IT ponuja [29].
8
Velika prednost za učitelje, ki uporabljajo IT, je, da si lahko doma vnaprej pripravijo predstavitve ali naloge. Predstavitve lahko obogatijo z besedili, slikami, zemljevidi, videoposnetki ter povezavami do drugih avdio-vizualnih datotek.
Treba se je zavedati, da je interaktivna tabla zgolj eno izmed didaktičnih orodij, ki lahko popestri pouk, nikakor pa to ni način dela, ki mora prevzeti in nadomestiti klasičnega.
Interaktivna tabla ima namreč ob pravilni uporabi lahko številne prednosti, ob nepravilni uporabi pa nevarnost zgolj navidezne interaktivnosti, s katero se interakcija z učitelja in učencev premakne na učitelja in tablo. Učitelji, ki so uspešnejši pri delu z interaktivno tablo, kažejo lastnosti, značilne za učitelje, ki so pri pouku uspešnejši tudi brez uporabe tehnologije [30]. Prav zato sem se odločil za nadgradnjo »whiteboarda« ali tako imenovane bele table.
9
3. Opis uporabljene tehnologije
»Dobre ideje nimajo starosti, imajo le prihodnost.« (Robert Mallet)
3.1. Mehanska zasnova
Računalniško numerično vodeni stroj (angl. Computer Numeric Control – CNC) se od mehanskega obdelovalnega stroja razlikuje v tem, da vsebuje poleg mehanskega dela, ki ga, če se osredotočimo na rezkar, sestavljajo: ohišje, delovna miza, linearna tehnika, glava in aktuatorji, vsebuje tudi krmilnik. Ta predstavlja »računalniški« del stroja, ki s pomočjo programskih vhodnih vrednosti in povratnih podatkov iz zaprtozančnih sistemov nadzira premike stroja.
CNC-stroje delimo v več različnih skupin. Najbolj pogoste so naštete v nadaljevanju in delujejo na sledeči način:
• CNC-laserski rezalnik s pomočjo močno skoncentriranega žarka svetlobe reže tanke plošče mehkejšega materiala, kot so les, plastika, aluminij, in se uporablja tudi za graviranje teh materialov. Pri laserjih so premiki linearni. Glava (laser) dela pomike po dveh oseh (X in Y), delovna miza z vpetim obdelovancem pa se pomika po osi Z.
• CNC-plazma rezalniki so prav tako namenjeni rezanju tanjših plošč, tokrat trših materialov, kot so medenina, baker in jeklo. Rez nastane ob uporabi močne plazme (pršenje ioniziranega plina pri temperaturi nad 20.000 °C). Zaradi tako visoke temperature se material v neposredni bližini plazmine elektrode stopi. Pri plazma rezalnikih se v vseh treh linearnih oseh premika glava (elektroda), vpeti obdelovanec na mizi pa stoji pri miru.
• CNC-stružnice so značilne po tem, da se orodja zanjo podajajo linearno vzdolž vrtljive glave, v katero je vpet obdelovanec, ki je ponavadi valjaste oblike. Orodje je prilagojeno vrsti obdelave in materialu obdelovanca, ki variira od lesa, plastike do trših kovin ter ga obdeluje tako, da po obsegu odstranjuje material do želene dimenzije. Stružnice lahko to dosežejo na zunanji ali notranji strani, lahko naredijo tudi navoje, luknje, reže, konuse …
• CNC-rezkarji imajo tako kot stružnice vrtečo se glavo, v katero je vpeto orodje.
Osnovni rezkarji so triosni in omogočajo samo linearne pomike, napredni večosni pa poleg linearnih omogočajo tudi rotacijske pomike. Odvisno od modela rezkarja te pomike opravljata glava ali miza z vpetim obdelovancem. Orodje je prav tako izbrano primerno vrsti obdelave in materiala obdelovanca.
10
• 3D-tiskalniki v nasprotju z večino ostalih opisanih CNC-strojev ne uporabljajo postopka odstranjevanja materiala, ampak med svojim delovanjem uporabljajo postopek dodajanja materiala, natančneje neprekinjeno ciljno nalaganje. Omenjena fraza predstavlja segreto ekstrudorsko šobo, v katero se dovaja nitka termoplasta (ABS, PLA …), ki ta material v delno tekoči fazi nanaša na delovno površino v slojih.
Našteti CNC-stroji za izdelavo končnega izdelka uporabljajo različne tehnologije odstranjevanja ali dodajanja materiala. Ta postopka uvrščamo med postopke hitre izdelave, med katere spadata tudi postopka oblikovanja in sestavljanja [31].
3.1.1. Pogonska tehnika
Za premikanje osi CNC-strojev se uporabljajo elektromotorji, ki proizvajajo rotacijsko gibanje, večina osi pa je linearnih. Torej za delovanje strojev potrebujemo element, ki bo rotacijsko gibanje spremenil v linearno. Prenos se lahko naredi z uporabo trapeznega navojnega vretena in matice, zobnika in zobate letve ter z jermenom.
Z uporabo navojnega vretena, ki je s sklopko pritrjen na vrteči se elektromotor in trapezne matice, ki se linearno gibljejo po navoju, dosežemo visoko natančnost. Najpogosteje jih uporabljamo pri podajalnih pogonih ali koordinatnih mizah. Pri izbiri prave letve in matice so pomembni orientacija navoja (levi, desni), premer vretena, korak navoja, razred natančnosti … Večino teh podatkov je možno razbrati že kar iz oznake vretena oz. matice.
Za prenos velikih sil se uporablja zobato letev in zobnik, kjer je zobnik pritrjen na vrteči se motor. Odvisno od uporabe se lahko motor z zobnikom premika po fiksno vpeti letvi ali obratno. Pri izbiri le-teh sta pomembna tako model letve kot tudi število zob oziroma premer zobnika.
Ko gre za prenose, kjer je uporabljena majhna teža in je zaželena visoka hitrost, se uporabljajo jermenski sklopi. Poznamo veliko različnih vrst, v večini pa se uporabljajo zobati jermeni različnih velikosti.
3.1.2. Linearna tehnika
Ko se delni sistemi stroja linearno oziroma premočrtno gibajo, želimo, da se ti gibajo znotraj ozko določenih mej z visoko natančnostjo. To je mogoče doseči z vodili. Poleg njihove naloge natančnega vodenja pomičnih delov vodila prevzemajo vlogo prenašanja sil premičnih delov na ohišje in ogrodje stroja. Sestavljena so iz drsnika, to je premikajoči se del, in pa podstavka, po katerem se drsnik giblje.
Vodila v splošnem delimo glede na obliko vodilne tirnice: klinasta, valjasta, ploščata in prizmatična. V praksi se v večini primerov uporablja kombinacija prej naštetih oblik.
11 Najpogosteje je uporabljena oblika vodila v obliki lastovičjega repa (slika 2), saj preprečujejo privzdigovanje drsnika.