Matematik, der føles godt:Skabe læringsressourcer til blinde elever

Matematik og naturfag Braille-lærebøger er dyre og kræver en enorm indsats at producere - indtil nu. Et team af forskere har udviklet en metode til nemt at lave lærebøger i blindeskrift, med et indledende fokus på matematik lærebøger. Den nye proces er muliggjort af et nyt forfattersystem, der fungerer som en "universel oversætter" til lærebogsformater, kombineret med forbedringer af standardmetoden til at sætte matematik på en webside. At basere det nye arbejde på etablerede systemer vil sikre, at produktionen af ​​blindskriftslærebøger bliver let, billig, og udbredt.

"Dette projekt handler om retfærdighed og lige adgang til viden, " sagde Martha Siegel, en professor emerita fra Towson University i Maryland. Siegel mødte en blind studerende, der havde brug for en statistik lærebog til et obligatorisk kursus. Bogen blev bestilt, men det tog seks måneder (og flere tusinde dollars) at forberede, forårsager den studerende betydelig forsinkelse i sine studier. Siegel og Al Maneki, en pensioneret NSA-matematiker, der fungerer som senior STEM-rådgiver for National Federation of the Blind, og som selv er blind, besluttede at gøre noget ved det.

"I betragtning af den fantastiske teknologi, der er tilgængelig i dag, vi troede, det ville være nemt at sammensætte eksisterende værktøjer til en automatiseret proces, " sagde Alexei Kolesnikov. Kolesnikov, en kollega til Siegel ved Towson University, blev rekrutteret til projektet i sommeren 2018. Automatisering af processen er nøglen, fordi i øjeblikket Braille-bøger er skabt af dygtige folk, der genskriver fra den trykte version, hvilket indebærer betydelig tid og omkostninger. Det er nemt at konvertere ordene:Braille er blot endnu et alfabet. Det svære er at formidle bogens struktur på en ikke-visuel måde, konvertering af matematiske formler, og konvertering af grafer og diagrammer.

Samarbejdet, der løste problemet, blev dannet i januar, 2019, med hjælp fra American Institute of Mathematics, gennem dets forbindelser i matematikforsknings- og matematikuddannelsesfællesskaberne.

"Matematiklærere, der har arbejdet med synshandicappede elever, forstår de unikke udfordringer, de står over for, " sagde Henry Warchall, Seniorrådgiver i afdelingen for matematiske videnskaber ved National Science Foundation, som finansierer American Institute of Mathematics. "Ved at udvikle en automatiseret måde at skabe lærebøger om matematik i punktskrift, dette projekt gør matematik betydeligt mere tilgængelig, fremme NSF's mål om at udvide deltagelsen i landets videnskabelige virksomhed."

Der er tre hovedproblemer, der skal løses, når man producerer en Braille-version af en lærebog. Først er den overordnede struktur. En typisk lærebog bruger visuelle ledetråde til at angive kapitler, afsnit, billedtekster, og andre vartegn. I punktskrift har alle bogstaver samme størrelse og form, så disse strukturelle elementer er beskrevet med specielle symboler. De andre nøglespørgsmål er nøjagtigt at formidle komplicerede matematiske formler, og giver en ikke-visuel måde at repræsentere grafer og diagrammer på.

Det første problem blev løst af et system udviklet af teammedlem Rob Beezer, en matematikprofessor ved University of Puget Sound i Washington. Beezer ser dette arbejde som en naturlig forlængelse af en drøm, han har forfulgt i flere år. "Vi har udviklet et system til at skrive lærebøger, som automatisk producerer trykte versioner såvel som online, EPUB, Jupyter, og andre formater. Vores mantra er Skriv én gang, læse hvor som helst." Beezer tilføjede Braille som et outputformat i sit system, som kaldes PreTeXt. Der er skrevet omkring 100 bøger i PreTeXt, som alle nu kan konverteres til blindeskrift.

Matematiske formler er repræsenteret ved hjælp af Nemeth Braille Code, oprindeligt udviklet af den blinde matematiker Abraham Nemeth i 1950'erne. Nemeth Braille i dette projekt er produceret af MathJax, en standardpakke til visning af matematiske formler på websider. Teammedlem Volker Sorge, fra School of Computer Science ved University of Birmingham, bemærkede, "Vi har gjort store fremskridt med at lade MathJax producere tilgængeligt matematikindhold på nettet, så konverteringen til blindeskrift var en naturlig forlængelse af det arbejde." Sorge er medlem af MathJax-konsortiet og den eneste udvikler af Speech Rule Engine, systemet, der er kernen i Nemeth-oversættelsen og giver tilgængelighedsfunktioner i MathJax og andre onlineværktøjer.

"Nogle mennesker har den fejlagtige opfattelse, at onlineversioner og skærmlæsere eliminerer behovet for punktskrift, " kommenterede projektmedleder Al Maneki. Seende elever skal bruge tid på at stirre på formler, ser frem og tilbage og sammenligner forskellige dele. På samme måde, en blindskriftsformel gør det muligt for en person at røre ved og sammenligne forskellige stykker. At lade computeren udtale en formel for dig er ikke tilstrækkeligt for en blind læser, mere end det ville være tilstrækkeligt for en seende læser.

Det vil være særligt nyttigt for synshandicappede elever at have samtidig adgang til både den trykte punktskrift og en onlineversion.

Grafer og diagrammer forbliver en unik udfordring for at repræsentere ikke-visuelt. Mange af de sædvanlige værktøjer til at præsentere information ved hjælp af farve eller tykkelse af en linje, skygge, etc., er ikke tilgængelige i taktil grafik. Spidserne af vores fingre har en meget lavere opløsning end vores øjne, så størrelsen på billedet skal være større (men stadig passe på siden). De etiketter, der er inkluderet på billedet, skal oversættes til blindeskrift, og placeres så de ikke forstyrrer de tegnede linjer. Diagrammer, der viser tredimensionelle former, er særligt svære at "læse" i et taktilt format. Løbende arbejde vil automatisere processen med at konvertere billeder til taktil grafik.

Dette arbejde er en del af en voksende indsats for at skabe gratis lærebøger af høj kvalitet. Mange af lærebøgerne skrevet med PreTeXt er tilgængelige uden omkostninger i meget interaktive onlineversioner, ud over traditionelle PDF- og trykte versioner. At have punktskrift som et ekstra format, produceret automatisk, vil gøre disse billige lærebøger også tilgængelige for blinde studerende.

Gruppen har indledt drøftelser med professionelle organisationer om at inkorporere blindskriftsoutput i produktionssystemet til deres publikationer.

Detaljer om dette arbejde vil blive annonceret under tre samtaler på torsdag, 16. januar, 2020, ved konferencen Joint Mathematics Meetings i Denver, Colorado.