Improvisiertes Stativ zum Abfilmen einer schreibenden Hand

Um nicht nur das Ergebnis einer Aufgabe, sondern auch den Prozess der Lösung zu dokumentieren, bieten sich Videos an. Neben einem Screencast auf einem Laptop oder Tablet-PC kann mit einem Smartphone auch die eigene Hand beim Schreiben und Zeichnen mit Stift, Geodreieck, Zirkel, Winkelmesser und Lineal auf Papier abgefilmt werden. Dafür benötigt man ein Stativ, das einfach improvisiert werden kann. Man benötigt:

  • eine Plastik-, Papp- oder Holzkiste mit ca. 20 cm bis 25 cm Höhe als „Basis“
  • ein kurzes flaches Stück Holz, z.B. einen Pfannenwender oder ein langes Holzlineal als „Ausleger“
  • ein schweres Buch zum Beschweren des Auslegers
  • ein Haushaltsgummi zum Fixieren des Smartphones am Ausleger

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Der Ausleger kommt oben auf die Kiste und wird mit dem Buch beschwert. Das Smartphone wird flach auf den Ausleger gelegt und mit dem Gummiband befestigt. Als Rechtshänder stellt man die Box auf die linke Seite des Blattes, als Linkshänder auf die rechte Seite.

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Beim Filmen sollte man auf Folgendes achten:

  • Full-HD-Qualität (1920 x 980 Pixel) sieht sehr gut aus, erzeugt aber entsprechend große Videos (ca. 1,5 GB pro 10 min). Standard-HD-Qualität (1280 x 720 Pixel) sieht immer noch gut aus, erzeugt aber kleinere Videos (ca. 1 GB pro 10 min). NTSC-Qualität (720 x 480 Pixel) genügt meist auch und erzeugt sehr kleine Videos (ca. 150 MB pro 10 min).
  • Die Ausrichtung der Smartphone-Kamera sollte zur Ausrichtung des Blattes passen. Der Lagesensor der Kamera ist oft verwirrt, wenn die Kamera senkrecht nach unten filmt. Dementsprechend muss man die Kamera „aus der richtigen Richtung“ in die horizontale Lage drehen.
  • Wird kein Ton benötigt, sollte das Mikrofon bereits bei der Aufnahme deaktiviert werden.
  • Für eine gute Ausleuchtung setzt man sich vor ein Fenster oder benutzt eine Lampe, die das Blatt schräg von vorn (und nicht von oben) ausleuchet, um möglichst wenig Schatten zu erzeugen.
  • Wenn möglich, sollte man den Weißabgleich und die Tiefenschärfe der Kamera vor der Aufnahme einstellen und dann fixieren. Ansonsten fokussiert die Kamera manchmal auf die Hand, die sich näher als das Blatt am Objektiv befindet.
  • Vor bzw. während der Aufnahme sollte man prüfen, ob der gesamte geschriebene Blattinhalt im Sichtfenster der Kamera zu sehen ist. Falls nicht, kann man Kamera und Blatt entsprechend gegeneinander verschieben. Vor der Aufnahme kann man den Sichtbereich der Kamera auch durch Linien auf dem Blatt kennzeichnen, so dass man nicht darüber hinaus schreibt oder zeichnet.
  • Das Video sollte zeitlich so kurz wie möglich und so lang wie nötig sein.
  • Die Nutzung verschiedenfarbiger Stifte zur Markierung unterschiedlicher Lösungselemente kann für das Verständnis nützlich sein.
  • Zum maßstabsgetreuen Zeichnen wird die Verwendung von kariertem Papier
    oder Millimeterpapier und einem Geodreieck bzw. Winkelmesser und Lineal
    empfohlen.
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A Twitter Challenge in Electrical Engineering

Dieser Artikel erschien ursprünglich im Mai 2017 auf https://www.openeducationeuropa.eu/en/case-study/twitter-challenge-electrical-engineering, ist dort aber mittlerweile nicht mehr verfügbar. Deshalb wird er hier noch mal originalgetreu (und damit in englischer Sprache) wiedergegeben.

After the winter term 2017/2018, we have done a „Twitter Challenge“ in electrical engineering. The idea was do like a „Math Olympiad“ for the better half of the students during the semester break, but not with some selected students in a classroom, instead open for all via Twitter.

The rules were simple:

  • we have published a quite challenging task in the field of electrical engineering
  • the person who first twitters the correct answer to our Twitter account (@LehrstuhlEMV, https://twitter.com/LehrstuhlEMV) with some certain hashtag (#feitchallenge, https://twitter.com/search?q=%23feitchallenge) wins
  • eligible is every students of our university that has not yet passed the exam in fundamentals of electrical engineering
  • all available software tools are permitted (internet, Google, Wolfram Alpha, MATLAB, LTspice, Octave, …)
  • to avoid a guess of the answer, every students has only three trials for the correct answer, that has to be within 0.1% accuracy
  • we will not publish the answer, if there is no correct answer from the students
  • we offered nice prices (USB headset, Bluetooth speaker, screwdrivers, cups) sponsored from some company

What we were afraid about:

  • There will be no participation at all.
  • There will be a huge participation and we will not be able to control is anymore.
  • Someone else (e.g. a professional from outside the university) would spoiler the answers.

All this did not happen. What happened instead is:

  • We have done the challenge with 4 tasks.
  • There was one student participating that answered all 4 questions, sometimes after just half an hour, sometimes after two days.

Our conclusion:

  • It was a nice try and it truly generated some publicity.
  • Even if there was only one student actively participating, I have heard about lots of other students discussing about the tasks, problems, usable software etc. in the semester break (and so in their free time).
  • Lots of students told us that they don’t use Twitter, don’t have a Twitter account, won’t setup an account just for the challenge, etc.
    The question is, would any other social network like Facebook be more appropriate. Then the question is, if students would also use their „private“ account for more or less „public“ study stuff (or is this considered to be „uncool“?).

Klausurpapier mit QR-Code zum automatisierten Rückversand der Korrektur

Quick-Response- oder kurz QR-Codes lassen sich heute von praktisch jedem Smartphone einlesen und werden häufig genutzt, um URLs von Webseiten darin zu codieren. Dass sich QR-Codes auch sinnvoll im Bereich des E-Learning einsetzen lassen, wenn man jeweils die E-Mail-Adresse eines Lernenden darin speichert, zeigt dieser Artikel.

Die Idee ist dabei eine Druckvorlage für ein Leistungskontroll- oder Klausurpapier, die sich automatisiert erstellen und z.B. per E-Mail an die Studierenden verschicken lässt. Das Klausurpapier enthält dabei am oberen Rand einen QR-Code mit der E-Mail-Adresse des jeweiligen Studierenden. Nun können die Studierenden während der Klausur oder Leistungskontrolle handschriftlich ihre Lösung auf das Papier schreiben. Die Lösung kann dann danach ganz herkömmlich ebenso handschriftlich kontrolliert werden. Nach der Kontrolle werden alle Papiere eingescannt (idealerweise natürlich mit einem Scanner mit automatischem Einzelblatteinzug und Duplexfunktion) und als PDF-Dateien gespeichert. Dann wird die E-Mail-Adresse des jeweiligen Studierenden über ein Programm extrahiert/dekodiert und die zugehörige PDF-Datei per E-Mail an den Studierenden zurückgeschickt.

So spart man sich gerade in Kursen mit großer Teilnehmerzahl ein sehr aufwendige Leistungskontroll- oder Klausureinsicht, da nur noch die Studierenden den Termin wahrnehmen, die tatsächliche inhaltliche Fragen haben und nicht nur wissen wollten, was sie richtig oder falsch gelöst hatten. Eine weitere Idee zur Effektivitätssteigerung von Einsichtsterminen ist die schon mal vorgestellte Video-Klausurnachbesprechung.

Das Ganze ist im Moment noch ein Proof-of-Concept, funktioniert in ersten Tests aber schon ganz brauchbar. Die Programmierung wurde vom Autor aufgrund der Einfachheit und Gewohnheit in LaTeX und MATLAB durchgeführt. Die Programme stehen am Ende des Artikels zum Download bereit.

Das Erstellen der Druckvorlagen funktioniert mit dem MATLAB-Programm send_klausurpapier_mit_qcode.m. Dies liest eine Tabelle der Studierenden als csv-Datei ein, erstellt für jeden Studenten die entsprechende LaTeX-Datei, kompilierte diese zu einer PDF-Datei und verschickt sie per E-Mail an den jeweiligen Studenten.

Zum Export der csv-Datei mit den Studierenden aus einem bestehenden Moodle-Kurs muss man dort auf „Setup für Bewertungen“ und dann in der „Bewertungsverwaltung“ auf „Export“ und „Textdatei“ klicken. Eine Beispieltabelle mit nur einem Eintrag ist die Datei „Teilnehmer.csv„.

Die eigentliche Papiervorlage ist in der LaTeX-Datei klausurpapier_mit_qcode.tex gespeichert. Der QR-Code wird mit dem qrcode-Paket von Anders Hendrickson erzeugt. Das Kästchen-Feld wird einfach mit Hilfe des TikZ-Pakets von Till Tantau erzeugt. Natürlich wären auch Linien bzw. ein weißes Papier möglich. Die Liniendicke, Farbe und der Linienabstand sind selbstverständlich einstellbar, ebenso die Seitenränder, etc. Die LaTeX-Datei „klausurpapier_nutzerdaten.tex“ enthält nur die Nutzerdaten und wird aus dem MATLAB-Programm heraus erzeugt. Natürlich kann man diese aber auch zum Testen von Hand editieren.

Das Versenden der E-Mails geschieht mit der MATLAB-Funktion matlabmail.m von „dgleich“, basierend auf der sendmail-Funktion von MATLAB. Dazu wird ein Gmail-Konto benutzt, dessen Zugangsdaten in der Funktion natürlich unkenntlich gemacht wurden. Andere Konten und Server sollten sich aber auch einstellen lassen.

Dann kann der Studierende das Papier ausdrucken und seine Klausur, Leistungskontrolle, Zwischenprüfung, etc. darauf schreiben. Der Dozent kann die Arbeit ganz normal mit einem Rotstift korrigieren. Dann scannt man alle Arbeiten mit einem Scanner mit Einzelblatteinzug als PDF-Datei ein und speichert alle Dateien in ein Verzeichnis (idealerweise für jeden Studenten eine PDF-Datei).

Nun kommt das MATLAB-Programm „scan_klausurpapier_mit_qcode.m“ zum Einsatz. Es führt eine Schleife über alle PDF-Dateien in einem bestimmten Verzeichnis (standardmäßig „test“ aus, wandelt jede PDF-Datei (bzw. deren erste Seite) in eine jpg-Datei um (mittels Ghostscript), decodiert dann mit Hilfe der MATLAB-Funktion „decode_qr.m“ von Lior Shapira den QR-Code und schickt die zugehörige PDF-Datei an die jeweilige E-Mail-Adresse (wieder mittels der MATLAB-Funktion „matlabmail.m“ von „dgleich“).

Die MATLAB-Funktion „decode_qr.m“ greift dabei auf die zxing-Bibliothek (genannt „Zebra Crossing“, also „Zebrastreifen“ als Analogie von Barcodes und QR-Codes) von Google zurück, die als Java-Bibliothek in den Dateien „core-3.2.0.jar“ und „javase-3.2.0.jar“ enthalten ist, die beide im Unterordner „jarfiles“ erwartet werden.

Das Ganze ist, wie schon erwähnt, im Moment eher als Proof-of-Concept denn als funktionsfähige Lösung anzusehen. Sicher ist MATLAB auch nicht die optimale Sprache, um das umzusetzen. Außerdem gibt es natürlich keine grafische Benutzeroberfläche und keine vernünftige Fehlerbehandlung. Wenn ein QR-Code nicht erkannt wird, bleibt das Programm einfach stehen. Eine weitere mögliche Anwendung des Konzept ist eventuell die automatische Zuordnung von handschriftlichen Lösungszetteln zu einem Nutzerkonto in einem Learning-Management-System wie Moodle, um dann dort die „handschriftliche“ Bewertung und Benotung direkt auf „digitalem Papier“ vorzunehmen, auf das die Studierenden dann im Anschluss ebenso Einsicht haben.

Folgende Vorteile werden vom Autor vermutet:

  • Reduzierung des personellen Aufwand und des „Andrangs“ bei einer Leistungskontroll-/Klausureinsicht
  • jeder Studierende erhält seine korrigierte Lösung und damit eine Rückmeldung, auch die Studierenden, die sonst nicht zu Einsichtsterminen kommen würden

Ebenso sind folgende Nachteile zu erwarten:

  • Wenn Klausuraufgabenlösungen einfach verfügbar sind, ist es für die Studierenden natürlich auch einfacher, per „Reverse Engineering“ einen Klausuraufgabenkatalog zu erstellen (der ja aber meist sowieso sehr aktiv z.B. vom Fachschaftsrat gepflegt wird).
  • Es wird vermutlich mehr „Punktevergleiche“ zwischen den Studierenden und mehr Diskussionen um vermeintlich vergessene Punkte oder vermeintlich falsch bepunktete Lösungen geben.

Download der MATLAB-Programme und LaTeX-Quelltexte:
https://wasd.urz.uni-magdeburg.de/magdowsk/get2/qr-code-papier.zip