モーションキャプチャを用いた新しい物理教材の開発

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1 開発した教材の特徴本研究によって、Webカメラに映し出された物体の運動を、リアルタイムに解析して表示する新しい高校物理のための教材を開発することができた。これによって、ばね振り子や単振り子、あるいは床の上でバウンドするなどの物体の位置、速度、加速度をリアルタイムに計算し、モニタ上にグラフ化することが可能となった。初学者である高校生が、様々な物理現象を理論と結びつけて理解するために、この教材が有効な手助けになると思われる。研究を進める上で最も大きな課題であった解析速度は、本研究で購入したPCやカメラを使って、プログラム上でメモリアクセスを少なくしたり、記録した映像を利用したりして、飛躍的に向上させることで解決した。その結果、1秒間に15回以上の解析(当初の150%)を実現し、分解能の向上により、十分な環境光があれば、高校物理で扱うほとんどの運動の解析が可能となった。また、開発した教材は、制作したアプリケーションを入れたPCとWebカメラのみの極めてシンプルな構成であり、比較的手軽に利用することができるとともに、パソコンに不慣れな生徒であっても簡単に操作することが可能である。2 開発した教材の効果実際に高校2年生の物理授業で教材を使用した。単振動の速度0の瞬間や衝突の瞬間など、これまで理論的に示すことはできたが、直感的に理解させることが難しかった位置での物理量を、非常に簡単に示し、分からせることができた。例えば、「振り子が止まる瞬間に加速度が最大」、「床との衝突によって、水平方向の速度成分はほとんど変化しない」などである。この教材を用いることによって、特に力学現象に関する生徒のより深い理解を促すことができた。