Редакторами тематической подборки стали Джейн Прей и Альф Вивер, которые предварили номер заметкой «Технология планшетных ПК: следующее поколение» (Tablet PC Technology: The Next Generation).
Что же такое планшетные ПК? Это всего лишь причуда, или же они действительно играют важную роль в компьютерной среде? Согласно «Википедии», «Планшетный ПК — это переносной компьютер в форме ноутбука или грифельной доски. Применяемая в планшетных ПК технология сенсорных экранов, или цифровых планшетов позволяет пользователям вводить данные с помощью стилуса (цифрового пера) или пальцев вместо клавиатуры или мыши. Конструктивные особенности планшетных ПК обеспечивают более мобильный способ взаимодействия с такими компьютерами. Планшетные ПК часто используются в таких условиях, где обычные ноутбуки непрактичны, слишком громоздки или не обеспечивают требуемых функциональных возможностей».
Концепция планшетного ПК не нова. Идеи компьютеров с вводом данных с помощью пера возникли в конце 60-х — начале 70-х годов стараниями провидцев наподобие Алана Кея, Батлера Лампсона и Чака Тэкера, и таких новаторских организаций, как Xerox PARC. Созданный Кеем в 1968 году Dynabook удивительно похож на сегодняшние планшетные ПК, однако многие тогдашние технологии ввода на основе пера потерпели неудачу из-за непригодного пользовательского интерфейса, неточного распознавания рукописного текста и плохого качества цифровых преобразователей.
Компания Microsoft вступила в борьбу на этом рынке в 1999 году, представив экспериментальный компьютер на основе процессора Transmeta TM5800. С 256 Мбайт основной памяти, жестким диском на 20 Гбайт и планшетным экраном с диагональю 10,4 дюйма эта машина была способна пять часов работать в активном режиме и 200 часов в режиме ожидания; однако из-за невысокой производительности проект не имел коммерческого успеха.
Сегодня аналитики Gartner предсказывают лавинообразный рост продаж планшетных ПК в связи с внедрением Windows Vista. В то время как ранее планшетные ПК активно использовались в областях страхования, здравоохранения, государственной безопасности и управления недвижимостью, аналитики полагают, что следующей областью широкого распространения этих компьютеров станет высшее образование.
Первая статья тематической подборки называется «Волшебная бумага: исследование понимания эскизов» (Magic Paper: Sketch-Understanding Research). Автор статьи, Рэндел Дэвис, отмечает, что все мы рисуем во время размышлений, при решении задач, в процессе общения, при проектировании на этапе создания концептуальных схем, при анализе головоломных проблем из областей физики или электронных схем и т.д. К сожалению, сегодняшние технологии позволяют создавать только безжизненные эскизы, представляющие собой листы бумаги со следами графита или просто пиксели цифровых чернил планшетного ПК. Группа распознавания эскизов в Массачусетском технологическом институте работает над созданием «волшебной бумаги» — поверхности, но которой можно рисовать настолько же естественно и удобно, как и на бумаге, но которая при этом «понимает», что на ней рисуется. Система ASSIST (A Shrewd Sketch Interpretation and Simulation Tool) позволяет рисовать эскизы простых двумерных устройств, а затем наблюдать их поведение. ASSIST понимает эскиз в том смысле, что интерпретирует графические данные так же, как и человек, и передает эту интерпретацию физическому симулятору, который анимирует устройство, обеспечивая пользователю ощущение рисования на интеллектуальной бумаге.
Сегодня обучение не считается «воспоминанием»; для современного человека обучение — активный, конструктивный процесс, основывающийся на ранее полученных знаниях. В более общем смысле, науки об обучении (learning sciences) способствуют существенному прогрессу в нашем понимании процесса обучения, включая активное участие учащихся; сосредоточение на построении знаний; обратную связь и самооценку, ведущие к адаптивному обучению; участие в сообществе учащихся. Однако педагогический подход Сократа остается актуальным — греческий философ экспромтом нарисовал на песке неформальный эскиз для формирования структуры интерактивного учебного упражнения, вовлекающего ученика в процесс обучения. Почему Сократ не подготовил свои аргументы до начала занятий с использованием PowerPoint своего времени — зубила и каменной глыбы?
Во-первых, в нарисованном от руки наброске, вероятно, лучше отражались ключевые понятия, которые Сократ хотел донести до своего ученика, чем это могло бы получиться в выбитой зубилом презентации. Во-вторых, возможно, неформальный эскиз более эффективно приглашал ученика к активному участию в размышлениях, чем это могло бы получиться при использовании более формального фиксированного чертежа. В-третьих, синхронизованные действия по рисованию, жестикуляции и обсуждению позволяли Сократу привлечь внимание своего студента к смыслу чертежа, который он рисовал на песке. В-четвертых, задавая зондирующие вопросы, Сократ много узнавал о текущем уровне знаний студента, что позволяло ему адаптировать обучение к потребностям студента.
Этот пример объясняет, почему сегодняшние преподаватели в аудиториях могут предпочесть планшетные ПК другим переносным компьютерам. По сравнению с клавишным вводом, рукописный ввод данных может помочь более живо выразить важные идеи. Например, при написании от руки математическая нотация выглядит более естественно, чем при вводе с клавиатуры. При рукописном вводе преподаватели также могут выделять и пояснять слова и чертежи, привлекая тем самым внимание студентов к этим визуальным представлениям и в то же время заранее подготавливая сложные визуальные учебные пособия.
Планшетные ПК помогают адаптировать обучение и привлекать к участию в нем учеников. Сегодняшние аудитории становятся полностью беспроводными, что позволяет преподавателям собирать и агрегировать данные, поступающие от учащихся.
Многие преподаватели проводят эксперименты с системами ответного реагирования студентов, иногда называемыми «кликерами». При использовании подобной системы лектор, например, предлагает студентам зондирующий вопрос с несколькими вариантами ответа. Сначала учащиеся анонимно предлагают свои ответы, и результаты агрегируются в гистограмму, позволяющую учащимся и преподавателю увидеть общую картину ответов. В общем случае часть ответов является правильными, а часть — нет. Затем учащиеся вовлекаются в обсуждение со своими соседями вопроса и ответов на него. После этого преподаватель проводит дополнительное голосование. В зависимости от результатов голосования выбирается путь дальнейшего обучения. Если правильный ответ на вопрос дало только несколько учащихся, тот же материал излагается повторно в другом стиле. Если большинство учащихся ответило правильно, преподаватель переходит к новому материалу. Суть метода состоит в комбинации проверочных вопросов и самообучения учащихся. Этот метод позволяет улучшить качество преподавания и обучения за счет сокращения времени получения преподавателем обратной связи с учащимися; предоставления преподавателю возможности адаптировать обучение; поощрения самостоятельных и отслеживания их прогресса; привлечения учащихся к отстаиванию своей точки зрения.
Планшетные ПК обеспечивают более развитые взаимодействия. Одно из приложений, подтверждающих этот тезис, — Classroom Presenter, отправной точкой для создания которого является обычная ситуация, когда преподаватель в аудитории демонстрирует учащимся слайды, заранее подготовленные в PowerPoint. Используя Classroom Presenter, преподаватель может собирать аннотации и эскизы студентов, относящиеся к конкретному слайду, и использовать собранную информацию для последующего обсуждения. Например, преподаватель может попросить студентов изобразить следующий шаг визуализации алгоритма, а затем вынести на обсуждения возможные варианты.
Автор статьи «Распознавание рукописного текста: ввод текста в планшетных ПК» (Handwriting Recognition: Tablet PC Text Input) — Джеймс Питман. Вспомогательные клавиатуры для КПК, QWERTY-клавиатуры на корпусе мобильных телефонов, виртуальные клавиатуры трудно использовать, а с полноразмерными подключаемыми клавиатурами неудобно работать в ограниченном пространстве, например, в самолетах. В некоторых ситуациях распознаваемый компьютером рукописный ввод оказывается полезной альтернативой при вводе небольших объемов текста. Однако практическое распознавание рукописного текста остается непростой задачей.
Системы распознавания рукописного текста должны не только справляться с различными формами букв и стилями их написания, но также должно учитываться, что люди при ручном написании редко воспроизводят правильные формы букв. Обычно пишущие доводят до максимума скорость письма, ухудшая разборчивость текста до того предела, какого позволяет достигнуть отрицательная реакция читателей этого текста. Люди могут читать небрежный рукописный текст по причине наличия контекста, который состоит из внутрисловного контекста (большинство последовательностей букв не является словами) и межсловного контекста (большинство последовательностей слов бессмысленно). Для чтения небрежного текста автоматический распознаватель должен пользоваться тем же контекстом, что и читатель-человек. Использование межсловного контекста пока находится на стадии исследований, но в распознавателях планшетных ПК активно используется внутрисловный контекст, обычно в форме лексикона.
Однако применение лексикона порождает новые трудности. Кроме обеспечения исчерпывающего покрытия языка, системы должна также покрывать все жаргоны и сленги, особенно внимательно относясь к оскорбительным словам.
Компания Microsoft в 1992 году выпустила продукт Windows for Pen Computing и Pen Services, который являлся компонентом Windows 95. Хотя эти продукты не имели рыночного успеха, небольшая группа в Microsoft продолжала работать над технологией распознавания рукописных текстов. Эта группа производила распознаватели для стран Восточной Азии, в основном, для Pocket PC под управлением Windows CE. В 1997 году группа освоила технологию распознавателей для рукописных текстов на английском языке, а потом и на французском и немецком языках.
Билл Гейтс продолжал верить в мечту о компьютерных системах на основе рукописного ввода, предсказывая, что технический прогресс и сокращение стоимости в конце концов позволят создать успешный продукт. В 2000 году в компании была сформирована группа планшетных ПК для создания версии Windows XP с рукописным вводом. Группа распознавания рукописных текстов вошла в состав новой группы, которая распространила свою технологию распознавания текстов большинства западных языков.
Группа постоянно работает над распознаванием текстов на новых языках народов Европы с использованием латиницы и кириллицы, а также начала исследования, связанные с распознавателями для трех новых языков, не входящих в орфографические семейства языков предыдущих продуктов — арабского, иврита и хинди. При распознавании текстов на этих языках возникают новые проблемы, которые не встречались при работе с кириллической, латинской и восточно-азиатской орфографией.
Шесть авторов из Вашингтонского университета написали статью «Classroom Presenter: совершенствование интерактивного обучения с использованием цифровых чернил» (Classroom Presenter: Enhancing Interactive Education with Digital Ink); первым в списке авторов указан Ричард Андерсон. По мере насыщения учебных аудиторий различными устройствами обостряется дилемма — будут ли постоянные отвлечения на коммуникации приводить к утрате внимания студентов, или же эти устройства могут способствовать повышению качества образования?
Авторы статьи полагают, что применение новых технологий может способствовать существенным позитивным изменениям в аудиторном преподавании и решению проблем традиционного лекционного обучения. В перспективе у студентов появится доступ к разнородному набору сетевых устройств, используемых в разнообразных аудиторных приложениях, включая сбор комментариев, взаимодействие с презентационными материалами, имитационное моделирование, внутриаудиторные коммуникации и доступ к внешним ресурсам. Работа авторов посвящена применению сетевых планшетных ПК для организации взаимодействия студентов с электронными слайдами лекторов. Планшетные ПК используются для обеспечения коммуникаций между студентами и преподавателем с целью совершенствования активного обучения.
Повсеместное внедрение электронным образом проецируемых слайдов произвело технологическую и педагогическую революцию в аудиторном обучении. Достоинством этой технологии является обеспечение структуризации аудиторных занятий и предоставление лектору возможности снабдить свои лекции качественными иллюстрациями и примерами. С другой стороны, жесткая структура слайдов вступает в конфликт со многими требованиями к обучению. Обучение с использованием слайдов опирается на фиксированный линейный контент и на взаимодействие типа «один ко многим» с ограниченной обратной связью с учащимися. Однако для обеспечения хорошего уровня преподавания требуется понимание преподавателем уровня усваивания студентами учебного материала, возможность адаптации преподавателя к текущим потребностям студентов, вовлечение студентов в процесс активного обучения.
В качестве основы аудиторного преподавания в подходе авторов используются лекции со слайдами, однако для повышения эффективности обучения они предлагают использовать разработанную ими распределенную систему поддержки внутриаудиторных взаимодействий Classroom Presenter, основанную на использовании планшетных ПК. В Classroom Presenter поддерживается возможность совместного рукописного ввода текста и изображений на слайды, которые могут демонстрироваться на экранах индивидуальных ПК или отображаться в публичном режиме.
Преподаватель пишет на слайде аннотации, которые немедленно отображаются на общем экране. Возможность дополнять слайды в режиме реального времени для выделения или пояснения требуемых аспектов делает обычную презентацию более динамичной. В случае, когда у студентов также имеются планшетные ПК, Classroom Presenter поддерживает двунаправленное разделение данных между устройствами студентов и преподавателя. Кроме того, что студенты в реальном времени получают на экранах своих ПК слайды и пометки преподавателя, они могут сами писать на слайдах и анонимно отсылать их преподавателю. После этого преподаватель может показать выборку из представленных студенческих работ на общем экране.
Это позволяет преподавателю предлагать студентам различные идеи, показывать новые решения и обсуждать ошибки в ответах студентов. Использование общего экрана дает возможность привлекать внимание студентов и обеспечивает механизм интеграции индивидуальной работы студентов в общий процесс чтения лекции.
Последняя статья подборки, написанная Джозефом Тронтом, называется «Содействие педагогической практике путем широкомасштабного внедрения планшетных ПК» (Facilitating Pedagogical Practices through a Large-Scale Tablet PC Deployment). Несомненно, что во время своих многочисленных бесед Сократ и Платон обсуждали способы совершенствования обучения студентов, в частности, они должны были обсуждать методы активного вовлечения студентов в процесс обучения. Мобильные вычислительные и коммуникационные устройства, такие как планшетные ПК, при наличии коммуникационной инфраструктуры с высокой пропускной способностью помогают повысить качество интерактивного преподавания, содействуя совершенствованию учебного процесса.
Осенью 2006 года Технический колледж Вирджинского технического университета стал первым колледжем, обязавшим всех поступающих студентов использовать планшетные ПК. Целью новой программы является улучшение поддержки педагогической практики, что, как ожидается, приведет к повышению уровня обучения. В колледже будут поддерживаться интерактивные аудиторные презентации, а также сочетание самостоятельной работы студентов с работой при участии преподавателей. Применение новой технологии будет также стимулировать всестороннее комментирование и критику лекционного материала со стороны студентов и способствовать ориентации лекций на общий процесс обучения в отличие от простого широковещательного характера традиционных лекционных курсов.
Для крупного многостороннего внедрения новой технологии требуется энтузиазм и поддержка многочисленных участников проекта. Для принятия решений по поводу вариантов аппаратуры и программного обеспечения требуется информация со всего университета. Условием успешного выполнения проекта является подготовка преподавательского и технического персонала. К числу производственных проблем относится совершенствование инфраструктуры, включая связность сети, дополнительное проекционное оборудование в аудиториях и возрастающее энергопотребление. С самого начала в стратегии реализации проекта предполагались глубокий и частый анализ успехов и неудач, а также выявление возможностей, потенциально полезных в будущем.
Авторами статьи «Новая эра оценки производительности» (A New Era of Performance Evaluation), опубликованной вне тематической подборки, являются Шон Пайпер, Майкл Шульте и Джоанн Пол. С 1943 году в качестве основных показателей производительности компьютеров исследователи используют показатель задержки (latency) и пропускной способности (throughput), этого было вполне достаточно, учитывая, что компьютеры использовались сравнительно простым образом. Неявное предположение состоит в том, что данные являются доступными по требованию, и что на время выполнения программы могут влиять только объемы данных и их содержимое. Это подразумевает пакетный стиль выполнения, когда для определения общей производительности достаточно измерить скорость выполнения каждой программы, включая операционную систему. Для целей оценки производительности программы являются всего лишь расширенными инструкциями — для них всегда лучше уменьшенное значения показателя задержки и увеличенное значение показателя пропускной способности. На этой позиции основывается разработка эталонных тестовых наборов SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation, http://www.osp.ru/os/2000/07-08/178080/p3.html) и EEMBC (Embedded Microprocessor Benchmark Consortium, http://www.osp.ru/os/2005/09/380391/p2.html), которые составляются из заданий в пакетном стиле, выполняемых в изоляции. Для многих новых вычислительных систем такая оценка вводит в заблуждение.
Компьютеры все больше взаимодействуют с людьми, физическим миром и друг с другом, причем часто одновременно. В этом контексте общая производительность оказывается функцией, зависящей не только от отдельных приложений, но и от их взаимодействий, поскольку они соревнуются за обладание внутренними и внешними ресурсами. Так, в мобильных телефонах часто производится программная обработка основной передачи (baseband). Беспроводные коммуникации происходят скорее не по требованию, а по времени, и имеются строгие требования, ограничивающие допустимый промежуток времени, в течение которого обработка должны быть завершена. Другие задачи (например, поддержка видеоконференций) зависят от этого программного обеспечения, но и они конкурируют с ним на ресурсы памяти и процессора. Подсистемы ввода/вывода, над которыми почти или полностью отсутствует контроль процессора, и взаимозависимости между отдельными программами подрывают модель пакетной обработки, а именно они являются важными аспектами нового стиля вычислений.
Исследователи должны описывать использование современного компьютера в терминах сценариев, включающих многочисленные потоки ввода/вывода, информацию о временных соотношениях и параллельные задачи, которые могут поступать в систему и покидать ее, а не в терминах выполнения программ, изолированных от внешнего мира и друг от друга. Подобное использование представляет новый стиль компьютинга, который авторы называют сценарно-ориентированным в отличие от других традиционных стилей, таких как стиль общего назначения и стиль, ориентированный на приложения. Методы оценки производительности, разработанные для вычислений в стиле, ориентированном на приложения, оказываются неудовлетворительными для сценарно-ориентированного стиля. Существующие тестовые наборы не отражают особенности современного использования компьютеров, и их показатели не соответствуют представлениям пользователей о производительности вычислительных систем.
Напоминаю читателям, что приближается конец года, а значит, пора позаботиться о продлении членства в IEEE Computer Society. Необходимую информацию можно найти на сайте http://www.computer.org/portal/pages/ieeecs/about/csinfo/index.html. Если возникнут вопросы, обращайтесь ко мне. Всего доброго, Сергей Кузнецов (kuzloc@ispras.ru).
