对教学用投影机发展状况的分析

艾 伦

首都师范大学 北京 100048

对教学用投影机发展状况的分析

艾 伦

首都师范大学 北京 100048

从课堂教学中的环境作用与学校采购的逐年数据等方面分析了教学用投影机的发展状况与发展趋势。同时介绍了清华大学信息技术中心对教学用投影机发展方面所做出的研究成果，并指出该项研究中存在的问题。为今后在教学用投影机发展方面的进一步研究提供有益的意见和建议。

投影机；环境作用；完备性；信度；效度

在教育信息化的大潮中，作为多媒体教学系统设备中关键组成部件的投影机一直发挥着十分重要的作用。仅在2003年开展的全国“农村中小学现代远程教育工程”（一期，模式三——计算机教室）中，投影机便以标准配备设备的身份就为全国3.75万所农村初中校的多媒体教学做出了突出贡献。十多年过去了，投影机在教育领域的作用发生了哪些变化，今后的发展趋势又将如何，都是我们所关心的问题。

1 投影机在教学中的作用与地位

投影机在学校教学中的作用可以从两方面进行分析。第一是投影机在其参与的多媒体教学环境中的作用（简称“环境作用”），其中包括对提高教师工作效率的作用、教学组织中的作用、教学管理中的作用等问题。第二是投影机参与的多媒体教学系统对学生认知的作用（简称“认知作用”），其中包括系统的生理适用性、心理适用性、认知适用性等多方面问题。但是，因为投影机的认知作用分析涉及评价变量的选择、实验数据的采集、数学模型的建立等科学细致的工作，且应满足“价值无涉”的判断原则［1］，故在此处不便展开讨论，笔者将在另文中加以阐述，而本文仅就教学投影机的环境作用进行分析。

从17世纪捷克教育家夸美纽斯（J. A. Comenius）所著《大教学论》正式出版（1632年）开始，教育学便成了一门独立的学科，而大班课堂教学也就成为学校教学的主流形式。大班课堂教学的特点就是一个教师要面对多数学生授课，学生人数至少要达到十几个，一般几十个，有时甚至成百上千。教师为了将其讲授的内容呈现在所有在场的学生面前，必须借助大尺寸的显示设施设备，黑板正是为了满足这种需求而出现的。除此之外，大幅挂图、幻灯机、光学投影仪等教育装备也都因此成为课堂教学中常用的教具或设备，而投影机在课堂教学中的广泛应用首先就是因为其能够满足大尺寸显示这一条件。但是，随着教育装备的迅速发展，许多新兴的大尺寸显示设备开始进入了学校，走入了课堂。相比之下，投影机在课堂教学中应用的缺点也就逐渐显现了出来，它在课堂教学中的地位正在发生着变化，并必将逐渐被大尺寸触摸屏等新兴的设备所取代。

除了大尺寸显示以外，投影机的另一个特点是便携性，也就是为人们在移动宣讲时的显示提供了方便。但是课堂教学并不需要随时移动，反而要求大尺寸显示设备须牢固地安装在教室前部，而且应该平衡、稳定。同时，投影机在课堂教学环境中还至少存在以下缺点。

（1）投影机不能够单独构成教学环境系统，它必须与计算机（或笔记本、平板终端等）和投影幕（或电子白板等），有时还需要与中央控制器等设备联合使用。我们知道，一个系统构成的部件越多则它的可靠性就越低，系统出现故障的概率就越大，而课堂教学对教学设备出现故障的态度是“零容忍”。

（2）投影幕并不是一个发光体，而是对投影机投射的光线进行反射，在光能传输上是有很大损耗的，所以人们在挑选投影机时总是首先强调它的一个技术参数——光通量（单位：流明，俗称亮度）。由于投影机投射的亮度不够而使得教学环境昏暗一直是困扰着多媒体教室有效使用的问题。［2］

（3）投影机的灯泡寿命也是一个非常重要的技术指标，厂商对此给出的定义是模糊的，有的是以灯泡完全不亮为生命周期的终点，而有的则以灯泡亮度下降到开始的1/2处为生命周期的终点（称为“半衰期”）。但实际经验告诉我们投影机灯泡亮度下降到原来的2/3时，投影效果已经非常不好了，会严重影响教学环境（照度与对比度的测试方法和结论详见参考文献［2］），而达到此亮度的时间往往不足厂商给出灯泡寿命标称值的1/3～1/2。另外，投影机灯泡作为一个配件使得整机的后期维护也变得非常麻烦；由于存在管理上的漏洞，使得学校在更换投影机灯泡的经费申请问题上大伤脑筋。或许在LED灯完全取代了投影机现行的卤素灯泡后，这一系列问题能够得到彻底解决。

（4）作为多媒体显示设备，彩色还原性是一个非常重要的指标。彩色还原是指屏幕显示物与实际原物在色彩上的相近程度，这与显示方式有着直接的关系。为了保证高度的彩色还原性，直接发光显示方式（如：CRT荧光屏、LCD荧光屏、LED屏等）常采用红、绿、蓝（RGB）三基色调色，而反射光显示方式（如：彩色印刷的图片等）则使用青、品红、黄、黑（CMYK）四色调色。我们在投影屏幕上看到的图像是由屏幕上反射过来的光线形成，应该满足CMYK四色调色原理才对，而投影机投出的光却是按照RGB三基色调色的，所以投影机的彩色还原性一般都不会太好。

相对于投影机，新兴的大尺寸显示设备（如：大尺寸LCD触摸一体机等）在课堂教学中表现出其优越的环境作用。首先，这类设备将显示部分、计算机、人机交互（触摸屏）、中央控制器、有线或无线网络等功能集成在一起，系统的可靠性增强了。其次，LED背光技术使得整个屏幕发光均匀且发光强度比投影机大得多。再次，因为没有了灯泡类的附件问题，使得维护工作更加简便。最后，直接发光显示图像，彩色还原性远优于投影机系统。但是目前这类设备的显示部分仍然采用LCD（液晶显示）技术，大尺寸产品的成品率较低，价格随LCD屏尺寸的加大呈数倍比例上升［3］，例如目前的70英寸LCD触摸一体机市场价格为人民币3万元左右，而98英寸LCD触摸一体机价格达到人民币近30万元。另外一种有潜力的大尺寸显示设备是LED屏，是使用彩色发光二极管（RGB三色）直接作为显示器件而形成的显示屏，但由于其功耗问题和点距问题（目前平均功耗为500～800 W/m2和点距最小为P3即3 mm），尚不适合直接用于课堂教学环境。不过，随着OLED二极管点发光技术和QLED二极管量子点发光技术的出现，真正有效用于课堂教学的大尺寸LED屏将有可能成为主流教学设备。

2 投影机在教育领域的发展状况与趋势分析

前面根据投影机的特点分析了其在课堂教学中的环境作用，但是还需要进一步的统计数据支持上述分析的结果。作为权威数据发布机构，IDC（国际数据公司，International Data Corporation）曾在2010年4季度对未来5年中国投影机市场发展进行了预测（如图1所示），从目前投影机年出货量情况看，此预测数据还是比较准确的。由图中迅速下降的增长率曲线可见，投影机的需求量在2015年将呈现基本饱和状态，估计此后也不会有较大增长。

图1 投影机市场预测值

需要说明，图1给出的预测是中国投影机全部市场需求情况，而实际每年教育领域的需求量基本上保持在全部市场需求量的50%左右，且在逐年小幅下降。图2所示是笔者从中国政府采购网（http：//www.ccgp. gov.cn）上统计的全国学校投影机通过政府采购方式逐年进行采购的情况，时间自2008年1月1日起至2014年12月31日止，其中纵坐标数值为中标条目数（或学校个数）而不是中标投影机台数。图3则是全国学校大尺寸触摸一体机的实际逐年采购情况，其中纵坐标数值也是中标条目数，但图2纵坐标标度值是图3的10倍。

图2 学校投影机政府采购中标情况

图3 学校大尺寸触摸一体机政府采购中标情况

图2与图3使用设备中标条目数（或单位数）而没有精确到设备台数是一个技术上的原因，由于从政府采购网上只能得到中标公告，不能得到详细的招、投标文件与合同文本，所以也就不能得到设备的具体中标台数。但是这并不影响我们对问题的分析，反而对我们分析结论的可信度更加有利，因为中标教学单位数的多少正好能够反映出对所关注设备的普遍认可程度。从图2可以看出，2014年是一个关键节点，投影机的需求从这点开始处于下降的趋势，与IDC的需求饱和预测稍有不同但基本吻合。其实，笔者对2008年至2015年间投影机中标情况进行了逐月的统计，2014 年1月份的中标条目数为190，而2015年1月份的中标条目数为143，相对于已经下降了需求量的2014年，2015年伊始又表现为“出师不利”。另一方面，大尺寸触摸一体机的需求虽然在总量上不及投影机，但是发展态势很好，图3中可见在2014年有一个较大的增长。而且笔者的进一步统计结果是：2014年1月份大尺寸触摸一体机的中标条目数为59，而2015年1月份的中标条目数为73，具有明显的增长态势。这些数据表明，在大尺寸多媒体显示设备的发展趋势上，实际情况与我们前面第1节的分析结论保持一致。

3 对有关教学用投影机研究报告的意见建议

清华大学信息技术中心在教学投影机的发展状况方面做了十分深入的研究，他们于2013年进行的全国高校与中小学教师投影机使用状况及偏好的调查研究项目是一项非常有意义的科学研究，最后形成的《中国高校教师投影使用现状及偏好调查报告》与《中国中小学教师投影使用现状及偏好调查报告》中为我们提供了大量有价值的信息。该研究项目目标明确，方法较为科学，后期的数据处理与归因分析也都很到位，具备了社会科学研究的基本要素。两个报告一开始就针对研究提出了问题：全国范围内高校/中小学教师投影教学实际情况如何？他们对投影教学的效果满意程度如何？投影机的各种指标对教师教学的重要程度怎样？他们又有哪些感受和要求？这些问题都未得到过验证。随后，报告中确定了研究目标：“了解投影在教师教学中的使用现状，尤其关注教师对投影内容、效果（对比度、亮度等）的需求，进而促进高校/中小学高质量投影机的选择。”在研究方法上则采用了社会科学研究常用的问卷调查与个别访谈相结合的数据采集方法，数据处理方面则使用了统计学的假设检验。但是在对报告进行深入考查后，感觉该研究项目在研究方法上仍然存在一些问题，以下逐一说明，不妥之处望能批评指正。

该项研究的全部依据来源于回收的调查问卷与访谈记录，而一份合格问卷的产生要求其所列出的题目必须满足完备性。完备性在自然科学中表现为应同时具有充分性（充分条件）与必要性（必要条件），而在问卷调研中完备性则被分解为题目的信度（可信性，对应充分性）与效度（有效性，对应必要性）。信度是指问卷中所提出的题目在回答后的可信程度；为了增加题目的信度，人们往往围绕主要题目再提出一些被称为是“测试条件”的相关题目。效度是指问卷中所提出的题目是否与该项研究的目标与目的切题，它反映了题目针对研究目标与目的中需要解决问题的有效程度；为了提高题目的效度，通常需要针对欲达到的目标与目的反复论证列出的题目。

现在我们分析一下该研究报告中提供的调查问卷完备性如何。两份研究报告的“附件1”都分别开列了调查问卷的全文，并且两份调查问卷都有一个共同的题目：“对您的教学使用来说，您认为以下影响投影教学效果各因素的重要程度”。在该题目下面提供了一个二维选项表格，其中列出有投影机亮度、对比度等8项投影机的技术指标（研究报告中称“因素”）以及从“非常不重要”到“非常重要”等共计5级评价分度，现仅就被试在“投影机亮度”问题上的可能态度来分析该题目的信度表现。我们可以设想被试中有一位正在使用一台全新高亮度投影机的教师，并假设他并没有使用过其他低亮度投影机的经历，在没有比较的情况下他是不会对投影机亮度这个因素的重要性有正确认知的，则对于他的回答，这个题目的信度就是很低的了。所以，为了提高这个题目的信度，我们必须同时增加一些起着“测试条件”作用的相关题目，如“您正在使用的投影机其灯泡已经累计工作了多少小时？”“您曾经使用过几台投影机，每台投影机使用的累计时间数是多少？”“您使用投影机的教室是否挂上遮光窗帘？”等一系列题目。在考虑这些“测试条件”的情况下对主题题目的回答进行综合判断并给予适当的加权，才能使结果具有高度可信性。规定与使用“测试条件”是数据采集中控制变量、降低干扰，从而得到可靠数据的唯一有效途径。［4］问卷中的另一些题目，如“您对目前学校投影仪（应为投影机——笔者注）各方面效果的满意程度”等也存在同样的问题。对问卷进行分析后还会发现，问卷在效度方面也存在一些不足，这涉及该项研究的目的问题。前文说到该研究项目的目标是非常明确的，但是它的研究目的并不十分清晰（注意：目的与目标是两个不同的概念），因为从研究报告中看不出该项研究的目的是为了优化课堂教学（面向学校教育的），还是为了改良产品、调整市场（面向生产厂商的）。如果该项研究的目的是为了优化课堂教学，则应该增加一些诸如“您认为使用投影机与不使用投影机哪个教学效果更好”之类的有效题目，而对于该问卷中诸如“您所在学校目前使用的投影机品牌”与“您所在学校目前使用的投影机技术”之类的无效题目就应该去掉，这样才会使得问卷题目的针对性、有效性（效度）得到提高。当然，测量学上也非常重视测试的信度与效度，并且提供了公式和算法来得到精确的信度值与效度值。但是它们是在采集数据之后利用这些数据计算进行的测度分析，它们可以真实地反映出我们采集到的数据的可信性与有效性如何，却无法在数据采集前对数据采集的信度与效度进行控制。总之，用科学的语言来表述就是：当且仅当使得问卷的全部题目具有完备性时，才能够得到一份合格的问卷。

4 需要进一步澄清的一些问题

在本文第一部分“投影机在教学中的作用与地位”之中提出了大屏幕显示设备的尺寸问题，在这里需要澄清的是并非显示尺寸越大越好（太大尺寸使性价比降低，造成浪费），但太小了也不行。笔者曾在《中国教育技术装备》杂志2010年11期刊出的《投影幕尺寸的选择》一文中详细讨论了显示设备尺寸与教室大小的关系，导出在显示屏（或幕）长宽比例为4：3的情况下，教室最后一排学生到屏幕的距离应为屏幕对角线长度的6倍。这个数值基本上是一个最大值，当屏幕长宽比例达到16：9时，这个数值还要适当降低，应略小于6才好。对于近期发展起来的大尺寸LCD触摸一体机，因为其尺寸较小（一般为70英寸左右）且多采用16：9（或16：10）的长宽比，所以它们更加适合小班教学。

在本文第二部分“投影机在教育领域的发展状况与趋势分析”中说明了所提供数据的来源，这些数据虽然不是精确的全部教学投影机量，但它满足了数据随机抽样的条件。在信息论中有香农（Claude Elwood Shannon）抽样定理，通信原理中称为奈奎斯特（Harry Nyquist）采样定理，该定理认为，为了使得抽样得到的信号不失真地反映原信号的全部信息，抽样频率应该为原信号上限频率的2倍，或者说抽样周期应该为原信号最小周期的1/2。我们现在要反映投影机逐年采购增长率，从图1中可见增长率曲线在2009年至2010年具有最大频率，其周期约为2年。根据抽样定理，抽样周期为1年就可满足条件，而前文说到我们是逐月抽样的，所以说完全满足了数据抽样的条件。

在本文第三部分“对有关教学用投影机研究报告的意见建议”中，笔者认为研究报告的研究目的不十分清晰，并提出了面向学校优化课堂教学与面向厂商优化产品市场的两个完全不同的目的。一般认为这两个目的是统一的，不应加以区分，厂商优化产品的目的就是为了优化课堂教学，而学校提出的教学需求正是产品与市场改良的依据。实际情况并非如此。教育装备产品作为教学工具用具，从教育对其需求和适用性的角度观察，教育是一个非常特殊的领域，它与农业、工业、军事、医疗、科研等领域，甚至日常生活领域对待工具用具的态度是完全不同的。教育领域对于教育装备的态度具有两种特性，分别为非限定性与非必备性。农民用的镰刀与工人用的锤子由于功能不同而不能在生产中置换使用，用于工农业生产的镰刀、锤子也不能代替医疗上的手术工具，所以各个领域的工具用具都具有限定性，而教育领域对教育装备的态度是没有限定性（称非限定性），镰刀、锤子、手术刀皆可拿到学校作为教具使用。但是人们在生产这些工具时从未考虑过这些东西还要用于教育，或者说他们并不是从教学需求出发而生产其产品，改良工具的新兴技术的出现也都是从本领域的目的出发的。一个新技术新产品的产生，作为教学内容与学习辅助工具人们也会将其用于学校，但它基本都不是从教学环境作用的需求出发而被设计出来的。非必备性则是指教育对教育装备的依赖性其实是很低的（详见本刊2013年7期《“教育装备依赖”现象分析》一文），并非所有先进装备必配不可，新技术工具对人的培养的作用并不是像人们所期待的那样大。所以笔者仍然坚持，面向学校优化课堂教学与面向厂商优化产品市场的两个目的是完全不同的。

在本文的第一部分中还提出了一个“价值无涉”判断原则的概念，它的大意是科学评价应与人的价值取向无关。人们对事物的评价，由判断依据的主体区分可分为主观评价与客观评价，而由判断依据的强度区分可分为定性评价与定量评价，于是就存在4种不同的评价方式：主观定性评价、主观定量评价、客观定性评价以及客观定量评价。其中，主观定性评价与主观定量评价属于价值判断，客观定性评价属于认知判断，客观定量评价属于科学判断，科学判断的评价方式应该是“价值无涉”的。科学研究一般应避免使用属于价值判断的主观评价方式，因为这种评价方式受到评价者知识背景、阅历大小、经验多少、文化习俗、价值取向等主观条件的限制，甚至评价者评价时的社会关系、身体状况与心理情绪等都会成为重要的影响因素。为了说明科学研究避免使用价值判断的原因，这里举出一个比较极端的例子。一位中国玉雕艺术家将他的一个作品放到国际展会上参加评选，他的作品表现了一位翩翩起舞的古装少女含笑地手拿一丝帕遮住下巴。所有的外国专家都给该作品以95分以上的高分评价，但在场的中国专家却都给它打了零分，原因是作品中的少女口下有一巾，在汉字里表示上吊的“吊”字，是中国文化中不吉利的象征。截然不同的评价结果是由中外专家完全不同的价值观决定的。对艺术作品的评价不应属于科学判断，所以中国专家的评价是无可指摘的，但是若将这种评价方式用于科学研究就是不恰当的了。我们关于教学投影机应用调研的问卷中也存在同样的问题，向被试提问“对您的教学使用来说，您认为以下影响投影教学效果各因素的重要程度”后的回答就是一种主观评价。为了增加它的科学性，我们又建议加入一些“测试条件”，而诸如“投影机灯泡的使用时间”“使用投影机数量”等提出的“测试条件”，对于被试的回答恰好都属于客观定量评价。

5 结束语

对教学投影机发展状况的分析是对于教育领域和销售市场都非常有益的一项研究。这项研究必须具有科学性，否则将不能够达到预期效果。科学在于量化，而得到客观量化的数据又不是一件十分容易的事情。本文示出的数据虽然可能不具有高可靠性，但是文中所提供的方法确实属于科学研究的方法。

［1］ 马克斯·韦伯.社会科学方法论［M］.韩水法，译.中央编译出版社，1999：145-147.

［2］ 艾伦，薛鹏，何智.多媒体教室光环境对师生视力影响的探讨［J］.中国教育技术装备，2010（15）：3-6.

［3］ Tom Pye.LCD生产中的成品率管理［J］.现代显示，2006（5）：5-11.

［4］ 艾伦，兴乔.话说装备（十）：教育有没有大数据时代［J］.中国教育技术装备，2014（4）：5-6.

Analysis on the Development Status of the Projector for Teaching

Ai Lun
Capital Normal University， Beijing， 100048， China

In this paper， from the classroom teaching environment effect and school procurement year by year data are analyzed in terms of the development status and trend of development of teaching projector. At the same time， introduced the research achievements made on the development of teaching information technology center of Tsinghua University with the projector， and points out the existing problems in the study. The research provides useful comments and suggestions in the future development of the projector used in teaching.

projector； environmental effect； completeness； reliability； validity

2015-02-08

艾伦，教授，本刊特约撰稿人。