インタラクティブホワイトボード

インタラクティブホワイトボード（IWB ）は、インタラクティブボード、インタラクティブディスプレイ、インタラクティブデジタルボード、スマートボードとも呼ばれ、ホワイトボードの形状をした大型のインタラクティブディスプレイボードです。独立してタスクや操作を実行するために使用されるスタンドアロンのタッチスクリーンコンピュータである場合もあれば、プロジェクターからコンピュータを制御するためのタッチパッドとして使用される接続可能な装置である場合もあります。あらゆる教育レベルの教室、企業の役員会議室や作業グループ、プロスポーツのコーチングのためのトレーニングルーム、放送スタジオなど、さまざまな環境で使用されています。

最初のインタラクティブホワイトボードは、オフィスでの使用を目的として設計・製造されました。これらは1990年頃にPARCによって開発されました。^{[ 1 ]}このボードは、小グループ会議や円卓会議で使用されました。^{[ 2 ]}

インタラクティブホワイトボード業界は、 2008年までに世界中で10億米ドルの売上を達成すると予想されていました。Futuresource Consultingの市場調査によると、2011年までに世界の教室の7分の1にインタラクティブホワイトボードが設置されると予想されていました。^{[ 3 ]} 2004年には、英国の小学校の教室の26%にインタラクティブホワイトボードがありました。 ^{[ 4 ]} Becta Harnessing Technology Schools Survey 2007では、中学校の98%、小学校の100%にIWBが設置されていることが示されました。^{[ 5 ]} 2008年までに、小学校（2005年の6台強、2007年の調査では8台に対し、18台）と中学校（2005年の18台、2007年の22台に対し、38台）の両方で、インタラクティブホワイトボードの平均台数が増加しました。^{[ 6 ]}

インタラクティブホワイトボード（IWB）デバイスは、スタンドアロンのコンピュータである場合もあれば、コンピュータが使用する大型の機能的なタッチパッドである場合もあります。インタラクティブホワイトボードは、教室、会議室、研修環境などで広く使用されており、情報共有、議論の促進、学習やビジネスコミュニケーション全体の向上に革新的な方法を提供します。

インタラクティブホワイトボードがマウスなどのヒューマン入力デバイス（HID）として機能できるように、通常は接続されたコンピュータにデバイスドライバがインストールされます。コンピュータのビデオ出力はデジタルプロジェクターに接続され、インタラクティブホワイトボードの表面に画像を投影できますが、LCDディスプレイを備えたインタラクティブホワイトボードも存在し^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}、一部の環境ではプロジェクターに取って代わっています^{[ 11 ]} 。OS非搭載のインタラクティブホワイトボードは、動作するためにオペレーティングシステムを搭載した別のデバイスをホワイトボードにインストールまたは接続する必要があり、組み込みまたは内蔵オペレーティングシステムを備えた従来のインタラクティブホワイトボードよりも持続可能な代替手段と見なされているため使用されています^{[ 12 ] 。}

ユーザーは、必要に応じてポインターを使用して、投影された画像の位置をホワイトボードに合わせることで、ホワイトボードの画像を調整します。その後、ポインターなどのデバイスを使用して、マウスで通常行うのと同様に、ホワイトボード上のプログラム、ボタン、メニューを操作できます。テキスト入力が必要な場合は、画面上のキーボードを呼び出すか、ホワイトボードソフトウェアに手書き認識機能があればそれを利用できます。これにより、テキスト入力のためにコンピューターのキーボードを使用する必要がなくなります。

このように、インタラクティブホワイトボードはマウスとキーボードの両方をエミュレートします。ユーザーはプレゼンテーションや授業をほぼホワイトボードだけで行うことができます。

さらに、ほとんどのインタラクティブホワイトボードには、インタラクションの機会を最大限に高めるために特別に設計されたツールや機能を提供するソフトウェアが付属しています。これには一般的に、紙のフリップチャートの仮想版を作成する機能、ペンや蛍光ペンのオプション、そして場合によっては仮想の定規、分度器、コンパスなど、従来の教室での授業で使用される道具が含まれます。

インタラクティブホワイトボードの用途には、以下のようなものがあります。

• 接続されたPCにインストールされているソフトウェア（Webブラウザや教室で使用されるその他のソフトウェアなど）を実行する。
• ホワイトボードに書かれたメモを、接続されたPCにキャプチャして保存する
• ホワイトボードに接続されたグラフィックタブレットに書かれたメモをキャプチャする
• ホワイトボードからクリック＆ドラッグでPCを操作したり、プログラムやプレゼンテーションに注釈を付けるためのマークアップ機能を使用したりできます。
• OCRソフトウェアを使用して、グラフィックタブレット上の筆記体をテキストに変換する
• 聴衆応答システムを使用することで、プレゼンターは教室の聴衆にアンケートを実施したり、クイズを行ったりして、ホワイトボードにフィードバックを記録できます。

世界中で販売されているインタラクティブホワイトボード（IWB）の大部分は、以下の4種類のポインター検出方式のいずれかを採用しています。赤外線スキャン技術、抵抗膜方式のタッチボード、電磁ペンと関連ソフトウェア、そして超音波ペンです。

教室によっては、従来のホワイトボードやフリップチャート、あるいはDVDプレーヤーとテレビを組み合わせたようなビデオ／メディアシステムに代わり、インタラクティブホワイトボードが導入されています。従来のホワイトボードが使用されている場合でも、学校のネットワークデジタルビデオ配信システムに接続することで、インタラクティブホワイトボードが補完的な役割を果たすことがよくあります。また、インタラクティブホワイトボードは、インタラクティブなベクターグラフィックウェブサイトなど、オンラインの共有注釈・描画環境と連携して使用されることもあります。

短い授業内容を録画して生徒に 見せることで、教師の音声解説付きで教室で行われた授業と全く同じ内容を視聴させることができます。これは学習と指導方法の変革に役立つでしょう。

現在、多くの企業やプロジェクトが、インタラクティブホワイトボード専用の補助教材の開発に注力している。最近のインタラクティブホワイトボードの活用例の一つとして、読み聞かせの授業が挙げられる。例えば、ミミックブックを使えば、教師は児童書をインタラクティブホワイトボードに投影し、まるで本を読むかのようなインタラクティブな操作性を実現できる。

一部のメーカーは、インタラクティブホワイトボード製品に統合された教室用応答システムも提供しています。例えば、赤外線または無線信号を使用する携帯型ワイヤレスクリッカーは、基本的な多肢選択式および投票機能を提供します。より高度なクリッカーは、テキストおよび数値による応答に対応し、生徒の成績分析をエクスポートして後で確認することもできます。

教室での応答システムとインタラクティブホワイトボードシステムを組み合わせることで、教師は教材を提示し、生徒からのフィードバックを受け取ることで、より効果的な指導を行ったり、正式な評価を実施したりすることができます。例えば、生徒はインタラクティブホワイトボード上で数学の概念を含むパズルを解き、その後、教室応答システムを通して実施されるテストで自分の知識を証明することができます。一部の教室応答ソフトウェアは、州の基準に沿ったアクティビティやテストを作成・管理することができます。

現在、インタラクティブホワイトボードの使用が学生の学習に及ぼす効果について、相反する結論を示す研究がいくつか存在する。これらの研究をまとめたものが入手可能である。^{[ 15 ]}

インタラクティブホワイトボードを使用する利点には、以下のようなものがあります。

• グループでの交流。インタラクティブホワイトボードは、学生間のコラボレーションやグループディスカッション、参加を促進します。ボードにメモを取って保存し、後で学生に共有・配布できるため、ブレインストーミングに効果的なツールとなり得ます。^{[ 19 ]}

2010年6月11日付のワシントン・ポスト紙の記事によると：

• 「多くの学者は、テストの成績向上と自社製品を結びつける業界支援の研究に疑問を呈している。さらに、一部の学者は、未来で最も普及するデバイスであるインタラクティブホワイトボード（基本的に巨大なインタラクティブコンピュータスクリーンであり、アメリカ中の教室で黒板に取って代わりつつある）は、教師を19世紀の講義スタイルの授業に縛り付け、多くの改革者が支持するより協調的な小グループモデルに反すると主張している。」^{[ 20 ]}

同じ記事には、スタンフォード大学名誉教育学教授のラリー・キューバン氏の言葉も引用されている。

• 「インタラクティブホワイトボードが学業成績を向上させることを明確に示す研究はほとんどない。」^{[ 20 ]}

全米中等学校校長協会のウェブサイトに掲載された記事では、インタラクティブホワイトボードの長所と短所が詳しく解説されている。

ロンドン教育研究所によるインタラクティブホワイトボードに関する報告書には、次のように記されている。

• 「技術の目新しさは当初生徒たちに歓迎されたものの、モチベーションの向上は短命に終わったようだ。統計分析によると、各学科に設備が完全に整った最初の年は生徒の成績に影響はなかった。」^{[ 16 ]}

報告書では以下の問題点が指摘された。

• 「教師たちは、生徒が何を学ぶべきかよりも、新しいテクノロジーにばかり注目してしまうことがあった。」
• 「インタラクティブ性を技術的なプロセスとして重視すると、比較的平凡な活動が過大評価される可能性がある。こうしたインタラクティブ性への偏重は、特に学力の低い生徒がいるクラスで顕著に見られた。」
• 「学力の低いグループでは、生徒一人ひとりが順番に黒板を使うため、クラス全体の学習ペースが実際に遅くなる可能性がある。」

教室でのインタラクティブホワイトボードの使用に関する文献レビュー、調査結果、論文は数多く存在する。

• McCrummen, S.「ホワイトボードやその他のハイテクツールが学力向上につながるかどうか疑問視する教育者もいる。」^{[ 20 ]}
• Beauchamp, G., & Parkinson, J. (2005). 驚きの要素を超えて：インタラクティブホワイトボードを使ったインタラクティブ性の開発。School Science Review (86) 316: 97–103. ^{[ 21 ]}
• DCSF & Becta (2007). DCSF小学校ホワイトボード拡張プロジェクトの評価。^{[ 17 ]}
• Glover, D., & Miller, D., Averis, D., & Door, V. (2005) インタラクティブホワイトボード：文献調査。Technology, Pedagogy and Education (14) 2: 155–170. ^{[ 22 ]}
• Moss, G.、Jewitt, C.、Levačić, R.、Armstrong, V.、Cardini, A.、& Castle, F.、Allen, B.、Jenkins, A.、& Hancock, M.、High, S. (2007)。^{[ 16 ]}
• Painter, D.、Whiting, E.、Wolters, B. (2005). インタラクティブホワイトボードを用いたインタラクティブな教育と学習の促進。^{[ 23 ]}
• Smith, HJ、Higgins, S.、Wall, K.、Miller, J. (2005)。インタラクティブホワイトボード：恩恵か流行か？文献の批判的レビュー、Journal of Computer Assisted Learning、21(2)、pp.  91–101.11。^{[ 24 ]}
• Thomas, M.、& Cutrim Schmid, E. (編) (2010).教育のためのインタラクティブホワイトボード：理論、研究、実践(ペンシルベニア州ハーシー：IGI Global). ^{[ 25 ]}
• Thomas, M. (編) (2010). オーストララシアにおけるインタラクティブホワイトボード。オーストララシア教育技術ジャーナル(AJET) 特別号 (印刷中)。
• Dostál, J. 国際的な文脈における授業でのインタラクティブホワイトボードの使用に関する考察。The New Educational Review. 2011. Vol. 25. No. 3. pp.  205–220. ISSN 1732-6729. ^{[ 26 ]}

インタラクティブホワイトボードは、画面上での操作を追跡するために、抵抗膜式、電磁式、赤外線光学式、レーザー式、超音波式、カメラベース（光学式）など、いくつかの種類のセンシング技術のいずれかを使用する場合があります。

• 抵抗膜方式タッチスクリーンは、抵抗性材料でコーティングされた2枚の柔軟なシートと、それらを隔てる極薄の空気層で構成されています。タッチスクリーンの表面に触れると、2枚のシートが押し合わされ、タッチされた正確な位置が記録されます。この技術により、指、スタイラスペン、またはその他のポインティングデバイスを使用して、画面を操作できます。
• アクティブ電磁ボード – これらのインタラクティブホワイトボードは、ボード表面の裏側に埋め込まれたワイヤーアレイがスタイラスペン先のコイルと相互作用し、スタイラスペンの（X、Y）座標を検出します。スタイラスペンには、アクティブタイプ（バッテリーまたはホワイトボードへの配線が必要）とパッシブタイプ（ボードから出力される電気信号を変化させるが、バッテリーやその他の電源は不要）があります。つまり、ボードには磁気センサーが内蔵されており、磁気ペンで操作すると反応してコンピューターにメッセージを送信します。
• パッシブ電磁ボード - アクティブ電磁ボードとは異なり、このボードはセンシング技術をボード自体ではなくペンに搭載しています。ホワイトボードには微細な磁性繊維が埋め込まれており、ペン内部の電磁コイルが感知できるパターンを形成します。そのため、ペンはホワイトボード上の位置を計算し、その情報をコンピュータに送信します。
• 静電容量式– 電磁式と同様に、静電容量式も基板の裏側のワイヤアレイで動作します。ただし、この場合は、ワイヤが画面に触れる指と相互作用します。特許取得済みのX軸およびY軸方式で積層された異なるワイヤと指先との相互作用が測定され、(x, y)座標に計算されます。その他のタイプには、透明フィルムの間にインジウムスズ酸化物（ITO）^{[ 27 ]}グリッドを挟んだ投影型静電容量式と、ITOの代わりに透明電極を使用する最新のタイプがあります。^{[ 28 ]}
• 光学：

1. 赤外線ライトカーテン – ホワイトボードの表面に指やマーカーを押し当てると、赤外線が照射されます。ソフトウェアはこの情報を処理して、マーカーやスタイラスの位置を三角測量で特定します。この技術により、ホワイトボードはあらゆる素材で作ることができ、このシステムではホワイトボードマーカーやスタイラスは不要です。
2. レーザーライトカーテン –ホワイトボードの右上隅に赤外線レーザーが配置されています。回転ミラーを使用することで、レーザー光線がホワイトボード表面を走査します。これは、灯台が海面を照らすのとよく似ています。スタイラスやマーカーに取り付けられた反射板がレーザー光線を光源に反射し、(X,Y)座標を三角測量で算出します。この技術は、耐久性が高く、きれいに消去できる硬質表面（通常はスチールにセラミックを貼り付けたもの）と組み合わせることができます。マーカーとスタイラスは受動的なものですが、動作させるには反射テープが必要です。
3. プロジェクター/レーザーライトカーテン – 平面の中央上部に2つの赤外線レーザー装置を配置します。レーザービームが平面を走査し、目に見えないカーテンを形成します。プロジェクター（通常は超短焦点プロジェクター）には、投影領域をスキャンする赤外線フィルター付きカメラが内蔵されています。ポインター、指、またはマーカーがレーザーカーテンを遮ると、X、Y座標を追跡できます。これは、投影領域の周囲に反射フレームを必要としない数少ない光学技術の1つです。
4. 全反射の阻害― 赤外線は柔軟で透明な表面内で反射を繰り返します。指で表面を押して変形させると、全反射が阻害され、光が表面から漏れ出し、カメラで検出されます。画像処理ソフトウェアは、カメラで捉えられた光の点をマウスカーソルやポインターの動きに変換します。
5. カメラペンとドットパターン – これらのインタラクティブホワイトボードは、筆記面に微細なドットパターンが埋め込まれています。ワイヤレスデジタルペンには赤外線カメラが内蔵されており、ドットパターンを読み取ってボード上の正確な位置を特定します。デジタルペンはこのパターンを使用して手書き文字を保存し、コンピュータにアップロードします。座標は通常1インチあたり約600ドットに固定されているため、精度は非常に高いです。電子部品はペンに内蔵されているため、ホワイトボード自体は受動的（電子部品や配線なし）です。これはAnotoテクノロジーとしてライセンス供与されています。
6. Wii リモコンIWB – Wii リモコンは Bluetooth 接続機能を介してコンピュータに接続されます。オープンソース ソフトウェアと IR-Pen (モーメンタリ スイッチ、電源、赤外線 LED で作られたペン) を使用すると、あらゆる表面 (机/床/壁/ホワイトボード/LCD) をインタラクティブ ホワイトボードに変えることができます。BoardShare はより持ち運びやすく、通常はより手頃な価格であるため、完全にポータブルです。ただし、ラップトップとプロジェクターも必要になる場合があります *。Wii リモコンには非常に正確な赤外線追跡カメラがあります。一度キャリブレーションすると、Wii リモコンは画面上の IR ペンの位置でのマウス クリックを検出します。Wii リモコンをインタラクティブ ホワイトボードとして使用するために最初に改造したのは Johnny Chung Lee です。^{[ 29 ]}

• DST（分散信号技術）タッチによって振動が発生し、基板を通して屈折波が生じます。この屈折波は、コーナーに設置されたセンサーによって検出されます。高度なデジタル信号処理と独自のアルゴリズムを使用することで、正確なタッチ位置を特定します。タッチは、指やスタイラスがガラス基板に触れて振動を発生させることで作動します。振動は接触点から基板を通して屈折波を放射し、端に向かって広がります。コーナーに設置されたセンサーは、振動エネルギーを電気信号に変換します。高度なデジタル信号処理により、信号を解析して正確なタッチを報告する分散補正アルゴリズムを適用できます。
• 超音波：

1. 超音波のみ – これらのデバイスは、2つの角に2つの超音波送信機、残りの2つの角に2つの受信機を備えています。超音波はホワイトボードの表面から発信されます。ホワイトボードの縁にある小さなマークによって、各超音波送信機に対して異なる距離で反射波が発生します。ペンや指でホワイトボードに触れると、これらの点波が抑制され、受信機がその事実をコントローラーに伝達します。
2. ハイブリッド超音波・赤外線方式 – マーカーまたはスタイラスをホワイトボード表面に押し当てると、超音波と赤外線が同時に発せられます。2つの超音波マイクが音を受信し、音の到達時間の差を測定することで、マーカーまたはスタイラスの位置を三角測量によって特定します。この技術により、ホワイトボードはあらゆる素材で製造可能ですが、適切なアクティブタイプのドライイレースマーカーまたはスタイラスが必要です。

インタラクティブホワイトボードは、一般的に前面投影型と背面投影型の2種類があります。

• 前面投影型インタラクティブホワイトボードは、ホワイトボードの前面にビデオプロジェクターが設置されています。前面投影型ホワイトボードの欠点は、スクリーンの前に立つプレゼンターが、スタイラスの有無にかかわらず、影を落とさないように腕を伸ばさなければならないことです。一方、超短焦点（UST）プロジェクターは、IWB表面のすぐ上方から画像を投影するため、プレゼンターが光線の経路から外れるため、このような欠点はありません。
• 背面投影型インタラクティブホワイトボードは、プロジェクターまたは発光ディスプレイをホワイトボードの感知面の背後に配置することで、影が発生しないように設計されている。これにより、前面投影型ホワイトボードでプレゼンターが聴衆に話しかける際にプロジェクターの光を直視しなければならないという問題も回避できる。ただし、背面投影システムは一般的に前面投影型ホワイトボードよりもかなり高価で、サイズも非常に大きい場合が多く、壁面にぴったりと設置することはできない（壁埋め込み設置は可能）。

一部のメーカーは、身長の異なるユーザーに対応できるよう、ディスプレイの高さを上下できるオプションも提供しています。

一部のメーカーは、特殊な広角レンズを備えたプロジェクターをインタラクティブホワイトボードの表面に非常に近い位置に設置し、約45度の角度で下向きに投影する短焦点投影システムを提供しています。これにより、従来の正面投影システムで発生する影の影響が大幅に軽減され、ユーザーがプロジェクターの光線を見る可能性もなくなります。また、プロジェクターをインタラクティブホワイトボードに統合することで、一部の学区で問題となっているプロジェクター盗難のリスクも軽減されます。

一部のメーカーは、ホワイトボード、短焦点プロジェクター、オーディオシステムをすべて1つのユニットに統合した統合システムを提供しています。このユニットは高さ調節が可能で、小さなお子様や車椅子をご利用の方でもボードのあらゆる部分にアクセスできます。設置コストが削減されるため、これらの短焦点プロジェクターシステムは費用対効果に優れています。

ほとんどの場合、タッチサーフェスは最初にディスプレイ画像に合わせてキャリブレーションする必要があります。このプロセスでは、タッチサーフェス上に一連のドットまたは十字を表示し、ユーザーにスタイラスまたは指でこれらのドットを選択させます。このプロセスは、アライメント、キャリブレーション、またはオリエンテーションと呼ばれます。プロジェクターとボードを屋根や壁にボルトで固定した固定設置の場合、キャリブレーションの必要性は大幅に軽減または不要になります。

一部のインタラクティブホワイトボードは、別のタイプのキャリブレーション中に投影された画像を自動的に検出できます。この技術は三菱電機研究所によって開発され、特許7,001,023で開示されています。^{[ 34 ]}コンピュータは、白と黒のバーのグレーコードシーケンスをタッチ面に投影し、タッチ面の後ろにある感光センサーがタッチ面を通過する光を検出します。このシーケンスにより、コンピュータはタッチ面をディスプレイに合わせることができます。ただし、抵抗膜タッチ面の光センサーが存在する部分に、繊維サイズの小さな「デッドスポット」があるという欠点があります。「デッドスポット」は非常に小さいため、その領域でのタッチはコンピュータに正しく認識されます。

別のシステムでは、プロジェクターに光センサーを内蔵し、スクリーンに向けて配置します。プロジェクターがキャリブレーション画像を生成する際（「トレーニング」と呼ばれるプロセス）、黒い縁と白い表面から反射される光の変化を検出します。この方法により、すべての線形行列変換係数を一意に計算できます。

さらに別のシステムでは、ハンドヘルドペンにカメラが組み込まれており、プロジェクターまたはディスプレイに送信される画像ストリームに人間には知覚できないターゲットが挿入され、位置情報が含まれています。カメラはその情報を検出し、それに応じて位置を計算するため、キャリブレーションは一切必要ありません。このような技術とシステムはペンビューに統合されており、特許8,217,997 ^{[ 35 ]でさらに開示されています。}

インタラクティブホワイトボードには、さまざまなアクセサリーが用意されています。

• 移動式スタンド – インタラクティブホワイトボードを部屋間で移動させることができます。高さ調節機能付きのものも多くあります。
• 個人応答システム– 生徒がホワイトボードに表示されたテスト問題に回答したり、アンケートや投票に参加したりすることを可能にするシステム。
• プリンター– ホワイトボードに書いたメモをコピーできます。
• リモートコントロール – プレゼンターが部屋のさまざまな場所からホワイトボードを操作できるようになり、画面上のツールバーが不要になります。
• スレートまたはタブレット– 生徒が教室の前方から離れた場所からホワイトボードを操作できるようにする。
• トラック – ホワイトボードを従来のホワイトボードや掲示板の上に設置することで、教室前方の壁面スペースを有効活用できます。一部のトラックは、ホワイトボードへの電源供給とデータ通信も可能です。
• ビデオプロジェクター– コンピューターの画面をホワイトボードに投影できます。一部のメーカーからは、ホワイトボードの真上に設置することで影の影響を最小限に抑える「短焦点」プロジェクターが販売されています。「超短焦点」プロジェクターはさらに効果的です。
• ワイヤレスユニット – Bluetoothなどを使用して、インタラクティブホワイトボードをコンピュータとワイヤレスで接続せずに操作できるようにします。

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