Videoanalyse mit „measure Dynamics“ -
Schriftliche Hausarbeit von Michael Benz

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   Inhalt und Relevanz der Arbeit
 

Die digitale Videoanalyse von Bewegungen  ist mittlerweile ein verbreitetes Werkzeug im Mechanikunterricht und bereits in vielen Lehrplänen vorgesehen. Die gängigen Programme, die in Deutschland für den Physikunterricht verfügbar sind, lassen leider sowohl bezüglich der Qualität der Videoanalyse als auch bezüglich der Features der Software noch zu wünschen übrig. Mit der Software „measure Dynamics“ ist ein neues Programm verfügbar, das diesbezüglich eine deutliche Verbesserung darstellt. Die Software bietet gegenüber bisherigen Programmen eine Vielzahl neuer Möglichkeiten. So können die Bewegungen mehrerer Objekte sehr einfach und automatisch vom Programm erfasst werden und es können viele verschiedene Darstellungsmöglichkeiten genutzt werden. Dazu gehören z.B. die automatische Erstellung von Serienbildern, Stroboskopbildern sowie das Einblenden von Bildern, Linien und Pfeilen in das Video selbst, das sogar noch bearbeitet werden kann oder mit den Darstellungen exportiert werden kann.

Herr Benz hat in seiner Schriftlichen Hausarbeit „Digitale Videoanalyse von Bewegungen – Neue Möglichkeiten mit der Software ,measure Dynamics’“ anhand selbst gefilmter Beispiele die neuen Möglichkeiten dieser Software aufgezeigt. Im ersten Kapitel nennt er zunächst einmal kurz Gründe für den Einsatz von Videoanalyse im Physikunterricht und gibt einige grundlegenden Hinweise, die bei dem Erstellen von Videos zur digitalen Analyse berücksichtigt werden sollten. Für den Nutzer hilfreich ist außerdem das zweite Kapitel, in dem weitere technische Grundlagen behandelt werden, wie Frame-Rate, Auflösung, Übertragung an den PC, Komprimierung und Bearbeitung von Videos. Schließlich werden noch ein professioneller Camcorder und ein digitaler Fotoapparat miteinander verglichen.
Im dritten Kapitel werden die neuen Möglichkeiten aufgezeigt. Dazu gehört das Zeichnen von Diagrammen in Echtzeit, dynamisch ikonische Repräsentationen wie Vektoren, das gleichzeitige Erkennen mehrerer Objekte, Serienbilder, drehbare Koordinatensysteme und Stroboskopbilder. Im vierten Kapitel werden spezielle Beispiele genauere angeschaut und neben didaktischen Gesichtspunkten auch physikalische Betrachtungen und die Umsetzung im Unterricht angesprochen. Hier werden zunächst Möglichkeiten aufgezeigt, wie man im Unterricht mit der Software Diagramme einführen kann. Ein weiteres interessantes Beispiel ist die quantitative Betrachtung Bahrdtscher Fallkegel, bei dem verschiedene Arten der Behandlung vorgestellt werden. Das letzte Beispiel betrifft die Bewegung mehrerer Luftkissenpucks auf einem Luftkissentisch, die durch einen beweglichen Rahmen in Bewegung gehalten werden. Dabei wurde die Bewegung eines Pucks analysiert und gezeigt, dass dessen Geschwindigkeitsverteilung auch einer Maxwell-Boltzmann-Verteilung entspricht.

 
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Die vollständige schriftliche Hausarbeit [Download als pdf, 1,4 MB]
 
   Screenshots von Videos
 
Automatische Analyse mehrerer Objekte,
hier zwei stoßende Wagen

 
Stroboskopbild: sechs verschieden schwere Fallkegel fallen gleichzeitig

 


Serienbild eines ins Video gezeichneten Geschwindigkeitspfeil erzeugt ein t-v-Diagramm
Diagramme (hier die Punkte) werden in Echtzeit mit dem Ablauf
des Videos gezeigt (hier zusätzlich durchgezogene Fitkurve)
 
 
 
   Beispielvideos
 
Beispielvideo 1: Federpendel mit ortsfesten Pfeilen für Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung
 
[Download 2,5 MB]

 
Beispielvideo 2: Wagen auf Rollenfahrbahn zur Einführung eines Zeit-Ort-Diagramms
 
[Download 1,0 MB]

 
Beispielvideo 3: Ausschnitt aus dem Video eines Luftkissenpucks zur Bestimmung der Maxwellschen Geschwindigkeitsverteilung [Download 2,0 MB]

 
 
   Veröffentlichungen
 
BENZ, M.; WILHELM, T.:
measure Dynamics – Ein Quantensprung in der digitalen Videoanalyse
In: Nordmeier, V.; Grötzebauch, H. (Hrsg.): Didaktik der Physik - Berlin 2008, Lehmanns Media, Berlin, 2008
[Download als pdf]

GEßNER, T.; BENZ, M.; WILHELM, T.
Einstein, Maxwell und Co. auf der Spur - Auswertung von Modellgasen mittels Videoanalyse
In: Physik und Didaktik in Schule und Hochschule PhyDid 1/8, www.phydid.de, 2009, S. 1 - 10
[Download von www.phydid.de als pdf]

GEßNER, T.; WILHELM, T.; BENZ, M.
Videoanalyse von Modellgasen - der kinetischen Gastheorie auf der Spur
In: Nordmeier, V.; Grötzebauch, H. (Hrsg.): Didaktik der Physik - Bochum 2009, Lehmanns Media – LOB.de, Berlin, 2009, ISBN 978-3-86541-371-0
[Download als pdf]   [Download Poster zum Artikel, 0,6 MB]

 
   Weitere Arbeiten zur Videoanalyse
 

Weitere Staatsexamensarbeiten zur Videoanalyse mit measure dynamics sind:

- Videoanalyse zweidimensionaler Bewegungen mit dynamisch ikonischen Repräsentationen (11/2007)

- Physik und Sport mit dem Videoanalysesystem "measure Dynamics" (1/2009)

- Vergleich verschiedener Messwerterfassungssysteme am Beispiel der beschleunigten Bewegung (11/2009)

- Videoanalyse mit Hochgeschwindigkeitsvideos (12/2010)

- Physik im Freizeitpark (02/2011)

- Schülerlabor „Zweidimensionale Bewegungen mit Videoanalyse“ (7/2011)

- Gehen, Laufen, Springen (9/2011)

- Physik und Fußball (2/2012)

- Vergleich von Videoanalyseprogrammen (3/2012)

- Tutorial zu "measure dynamics" (3/2013)

- Physik des Schlagzeugs (4/2013)

- Physik und Tennis (5/2013) 

  
 

| Prof. Dr. Thomas Wilhelm, Institut für Didaktik der Physik, Universität Frankfurt, Max-von-Laue-Str. 1, 60438 Frankfurt am Main |
| vorher: Didaktik der Physik, Universität Augsburg |
| ehemals: Lehrstuhl für Physik und ihre Didaktik, Universität Würzburg |
 
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