Кубик Рубика - не просто развлечение

МБОУ «Средняя школа № 4» г. Дзержинска «Кубик Рубика – не просто Тема: развлечение!» Исследовательская работа Выполнил: Карпов Андрей учащийся  3 «В»  класса Научный руководитель: Савина Марина Владимировна учитель начальных классов  1 Содержание Стр. I.     Введение.    Цель работы ……………………………………………………………………………….    3    Задачи ……………………………………………………………………………………..     3    Объект исследования ……………………………………….………………………..…..3     Гипотеза ……………………………………………………………………………...…....     3      Методы исследования  …………………………………….……………………………..     3 II.     Основная часть.    2.1. Что такое кубик Рубика. История создания...…………………………….………….   4               2.2. Способы сборки головоломки…...………………………………………….……......   4 ­ 7 III.    Практическая часть 3.1. Анкетирование…..………………………………….…………………………..…..…   7               3.2. Мастер ­ класс с одноклассниками …..………………………….……………..…..…   8 IV.    Заключение  (общие выводы)…………………………..………….…………………..…..   8 ­ 9 Литература…………………………..……………………………..…………………….......9             Приложения…………………………..……………………………..……………………........ 10 2 I. Введение Кручу, верчу в руках я КУБИК, пытаясь для себя понять, как архитектор­скульптор Рубик модель такую смог создать. С   рождения   я   была   очень   любопытной   и   любознательной   девочкой.   Это   и подтолкнуло меня на изучение волшебного кубика Рубика. Все началось вот с чего. Как­то раз, я по телевизору увидела, как девочка очень быстро собирает кубик Рубика. Мне сразу же захотелось тоже научится, и я попросила маму, чтоб она мне в этом помогла. Я взяла свой кубик Рубика 3х3 и мы начали изучать схемы сборки, формулы и алгоритмы. Поначалу было непросто, но благодаря упорству я смогла   освоить   и   выучить   сложный   для   меня   алгоритм   и   научилась   быстро собирать   кубик   Рубика.   Постигнув   сборку   кубика   3х3,   я   не   остановилась   на достигнутом. Я научилась собирать кубики 2х2, 4х4, 5х5.   Актуальность:я  выбрала  эту тему,  потому что считаю  кубик  Рубика  не  просто игрушкой,  а серьёзным испытанием для мыслительных способностей и проявлением упорства тех, кто его собирает.  Проблема исследования: существует множество модификаций этой игрушки. Было бы здорово постигнуть все его тайны. Цель  исследования: научиться   собирать   как   можно   больше   разных   видов   кубиков   Рубика   и научить других. Задачи исследования: 1. Заинтересовать тех, кто ещё не «заболел» кубиком Рубика; 2. Изучить историю кубика Рубика и способы сборки; 3. Провести анкетирование на актуальность  4. Сделать выводы. анкетирование на актуальность головоломки; Объект исследования: кубик Рубика. Гипотеза исследования: если я сама научусь собирать кубик Рубика, то смогу научить и других. .Методы исследования:     “Подумай сам”. “Посмотри в книгах”. “Спроси у других людей”. “Обратись к компьютеру, посмотри в глобальной компьютерной сети Интернет”. Тип проекта: индивидуальный. 3 Результат –  Результат  – проведение мастер­класса по сборке кубика Рубика. II. Основная часть 2.1. Что такое кубик Рубика. История создания. Кубик  Рубика  —   это   головоломка.   Классический   кубик   представляет   собой   куб   3×3×3.   Он состоит из 54 граней малых кубиков, составляющих один большой куб. Каждая грань куба состоит из девяти   квадратов   и   окрашена   в  один   из   шести   цветов:   красный,   оранжевый,   белый,   жёлтый,   синий, зелёный. Основа куба — трехмерная крестовина. Центральные кубики окрашены  только с одной стороны, с которой видны. Восемь маленьких  угловых кубиков окрашены с трех сторон. Остальные двенадцать кубиков   расположены   посередине,   окрашены   только   с   двух   видимых   сторон.26   кубиков       назвать кубиками можно лишь условно, все они имеют разные  выемки. Головоломка изобретена в 1974 году   венгерским скульптором Эрно   Рубиком.   Он   работал   в   академии   искусства,   и   чтобы развивать у студентов пространственное воображение, он создал наглядное учебного пособие. Создав первый образец, Рубик осознал, что не в состоянии его собрать. Почти месяц затратил он на «приручение» собственного шедевра. Изначально   эта   головоломка   называлась   «Магический куб».Первые   кубики   были   выпущены   для   магазинов   игрушек Европы. Затем заинтересовались головоломкой на Западе. Так игра в кубик Рубика захватила весь мир от мала до велика. 2.2. Способы сборки головоломки. Существует множество способов собрать кубик Рубика. Люди,   увлекающиеся   скоростной   сборкой   кубика   Рубика,   называются   спидкуберами.   А   сама скоростная сборка — спидкубинг. Каждый год проходит чемпионат Европы или чемпионат мира по скоростной сборке кубика. В классической дисциплине (кубик 3х3х3) действующий рекорд — 4,59 сек. установлен в 2018 году австралийцем Феликс Земдегс.   Мой рекорд на сегодняшний день – 1 минута 5 секунд. Я знакома с двумя способами сборки: ­ классический способ послойной сборки кубика; ­ способ Джессики Фридрих. При сборке кубика используются формулы, в которых имеются следующие обозначения:  ─  верхняя сторона, В  4 ─  нижняя сторона, Н  ─  левая сторона, Л  ─ П   правая сторона, Ф – фронтальная (передняя) сторона, З  Ф, З, В, Н, Л, П – вращение по часовой стрелке (или – от себя) на 90 градусов; Ф’,З’, В’, Н’, Л’, П’ – вращение против часовой стрелки (или – на себя) на 90 градусов; ─  задняя сторона. Простая схема сборки кубика Рубика 3х3 состоит из семи последовательных этапов. 1. Правильный крест в первом слое; 2. Углы первого слоя; 3. Рёбра среднего слоя; 4. Крест в последнем слое; 5. Расстановка рёбер последнего слоя; 6. Расстановка углов последнего слоя; 7. Разворот углов последнего слоя. Схема простой сборки кубика Рубика 3х3: Шаг 1. Собираем крест на верхней грани. Выберите сторону, которая будет верхом. Будем собирать «правильный» крест. Это означает, что на верхней стороне центр будут окружать детали того же цвета, а на боковых гранях – наклейки на верхнем кубике и центральном будут другого, но при этом также одинакового цвета. Чтобы   получить   такой   результат,   проще   всего   одним   из   вышеуказанных   поворотов перенести   интересующий   нас   кубик   вниз,   совместить   его   с   центром   того   же   цвета   и перенести обратно вверх. Когда   вы   таким   образом   собрали   несколько   ребер,   а   следующее   стоит   так,   что, опустив   его,   вы   нарушите   верх,   вам   на   помощь   приходит   комбинация   П’,   Н’,   П, позволяющая вернуть все на свои места. Шаг 2. Расставляем углы верхней грани. Проще   всего   начинать   с   тех   углов,   которые   находятся   внизу.   Подкручиваем   низ   так,   чтобы искомый угол стал под положенным ему местом, как на картинке ниже. Далее одним из поворотов переносим   его   наверх,   скорей   всего,   нарушив   верхний   крест,   поэтому   фиксируем   угол   поворотом совершенно   в   другую   сторону,   ставим   центр   на   место   и   возвращаем   угол.   Например,   для   случая, приведенного на рисунке 4, применяем комбинацию П, Ф’, П’, Ф. Принцип  строится  на том, что мы  одними  кубиками  «выбиваем»  другие.  Если  угол находится сверху, то лучше его перенести вниз, например, поворотом П , и затем ставить на положенное место. Ожидаемый результат: ′ Шаг 3. Собираем средний слой. Во­первых,   разворачиваем   кубик   так,   чтобы   собранная   сторона   была   внизу.   Теперь   можно расставить четыре ребра среднего слоя по своим местам. Здесь возможны три комбинации: 5 1. Необходимо перенести кубик сверху справа на переднюю грань. Поворачиваем В’, Ф’, В, Ф, В, П, В’, П’. 2. Перенести вправо можно с помощью комбинации В, П, В’,П’, В’, Ф’,В, Ф. 3. Для разворота ребра, которое стоит там, где надо, но не той стороной: П, В’, П’, В’, Ф’, В, Ф, В’, П, В’, П’, В’, Ф’, В, Ф. Результат: Шаг 4. Собираем «неправильный» крест на «новой» верхней грани. 1) комбинация Ф, П, В, П’, В’, Ф'; 2) Ф, В, П, В’, П’, Ф'; 3) любая из предложенных комбинаций два раза. Результат: Шаг 5. Делаем из «неправильного» креста «правильный». Поворачиваем верхний слой до тех пор, пока любые два ребра не совпадут по цветам с центрами из среднего слоя. Тут имеет место два случая: 1.   На   своих   местах   –   два   противолежащих   ребра,   два   остальных   нужно   поменять   местами. Используем комбинацию П, В, П’, В, П, В”, П’. 2.   Два   собранных   ребра,   находятся   под   углом,   два   остальных   нужно   поменять   местами комбинацией П, В”, П’, В’, П, В’, П’. Возможно, придется повторить эту комбинацию несколько раз. Результат: 6 Шаг 6. Расставляем углы верхнего слоя по своим местам. Для осуществления этого шага воспользуйтесь одной из предложенных комбинаций: 1)      П’, Ф’, Л, Ф, П, Ф’, Л’, Ф; 2)      Ф’, Л, Ф, П’, Ф’, Л’, Ф, П. Шаг 7. Разворачиваем углы правильными цветами. Держим   кубик   к   себе   одной   стороной   так,   чтобы   «неправильный»   угол   был   справа   сверху. Комбинацией П’, Н’, П, Н крутим кубик, пока угол не станет, как надо. Далее прокручиваем верх до следующего неправильного повернутого угла и той же комбинацией выставляем правильно. Рабочую сторону не менять. Наконец,   можно   развернуть   все   четыре   угла   правильными   сторонами   –   остальные   элементы кубика также становятся на свои места.  Результат – кубик собран. 2 способ.Способ Джессики Фридрих   ­ самый популярный метод скоростной сборки. Сборка, как и в классическом способе, начинается с креста на одной из сторон. Но формул больше. За счет этого сборка происходит быстрее. Я собираю кубик 3х3, в основном используя классический метод сборки, но также в некоторых ситуациях   применяю   формулы   из   метода  Джессики   Фридрих   для   того   чтобы   ускорить   сборку.   В будущем планирую полностью освоить скоростную сборку и собирать кубик за несколько секунд.   Научившись собирать кубик Рубика, мне стали интересны и другие аналогичные головоломки. Их огромное   разнообразие,   отличающихся   формой,   механизмом   и   сложностью   сборки:  пирамидка, мегаминкс, зеркальный кубик, скьюб, скваер, рекс­куб  и   другие.   Некоторые   из   них  я   уже   умею собирать. Это очень увлекательный процесс. Каждая головоломка по­своему интересна, уникальна и имеет свой алгоритм сборки, который нужно не только понять, но и запомнить. В будущем планирую освоить как можно больше головоломок!  III.Практическая часть. 3.1. Анкетирование. Я   провел   исследование   на   актуальность   головоломки   с   помощью   анкетирования,   в   котором участникам нужно было ответить на вопросы.  1)   Пытались ли вы хотя бы раз собирать кубик Рубика? 2)    Можете ли Вы собрать полностью одну грань? 3)    Можете ли Вы полностью собрать все грани? 4)    Хотели бы Вы научиться полностью собирать кубик Рубика? Вопросы анкеты. Участвовало 30 человек. Итак, почти все пытались собирать, больше половины могут собрать одну грань, и многие хотят научиться полностью собирать головоломку.  Результаты анкетирования 7 Вывод:анкетирование показало, что кубик Рубика актуален! Мало кто умеет собирать полностью кубик, не знают как это сделать и хотят научиться! 3.2. Мастер ­ класс с одноклассниками. После того, как я принесла в класс кубик Рубика и рассказала, как нужно собирать кубик, многие мои одноклассники приобрели кубик, и мы часто вместе собираем, учим и учимся друг у друга. Конечно,   сразу   всем   собрать   не   получилось.   Но   мы   будем   работать   дальше   с   теми,   кому   это интересно.  По моему наблюдению – это больше интересно детям, которые любят решать задачи. Эти занятия очень увлекательны, с одной стороны ­ они укрепляют нашу дружбу, с другой ­ развивают логическое мышление, пространственное воображение. Мои занятия получили неожиданное продолжение: возникла идея провести школьные соревнования по спидкубингу. Эту идею удалось реализовать. 8 IV.Заключение Собирать кубик не только интересно, но и полезно! Это развивает память, гибкость и скорость мышления,   помогает   быстро   оценивать   обстановку   и   принимать   решение,   развивает   усидчивость   и способность добиваться результата. При сборке кубиков нужно знать и применять большое количество алгоритмов,   правильно   выбрать   необходимый   в   нужной   ситуации   и   перейти   к   выбору   следующего алгоритма в тот момент, пока выполняется текущий. Мне   сборка   кубиков   помогает   снять   психологическую   нагрузку   за   день,   и   я   получаю   массу удовольствия, собирая кубик снова и снова.  Я увлекаюсь сборкой кубиков всего полгода. За это время я собрала   коллекцию   из   двенадцати   головоломок:  кубики   2х2,   3х3, 5х5,   скьюб,   зеркальный,   цилиндрический,   шестеренчатый кубики,   пирамидка,   куб­мельница  и   другие.   В   дальнейшем   я планирую её пополнять. Все свои головоломки я с легкостью умею собирать. 4х4, 9 Закончив свой проект, я могу сказать, что всё то, что было задумано, в целом получилось. Я сама научилась собирать не только классический кубик 3х3, но и кубик 5х5, и еще 10 похожих головоломок. Я могу помочь тем, кто ещё не овладел алгоритмом сборки, но очень хочет научиться собирать кубик. Теперь мне захотелось добавить к своим исследованиям знания об элементах комбинаторики. Это очень большая   и   увлекательная   область   математики.   Возможно,   это   будет   уже   новый,   научно­ исследовательский проект. Перспективы: 1. Изучение новых способов сборки и создание своего.    2. Проведение мастер­классов по сборке кубика Рубика.    3. Совершенствование в спидкубинге.    4. Освоение новых головоломок, аналогичных кубику Рубика.  В стороне... в стране... иль в мире, Кубик жил в одной квартире. Рубиком его прозвали, В честь создателя назвали. Шесть цветных сторон имел, Из пластмассы... не ржавел. Всеми гранями вращал, Загадку людям задавал. Влево вправо вниз и вверх, Кубик вызывает смех. Если просто так крутить, Тайну можно не раскрыть. Коль секрет узнать захочешь, Тут уже не похохочешь. Чтобы Рубика собрать, Нужно голову включать. Игра игрой... а схема есть, Чтоб цветам на место сесть. Правила не забывай, Свою память развивай. Кубик — Рубика цветной, Крутит вертит головой. Учит размышлять людей, Всех... и взрослых и детей. Перов­Чиршев А. 10 Литература: 1. http://cub­rub.ru/interesnoe.php 2. http://cub­rub.ru/recordu.php 3. http://www.rubik­effects.com/history.php 4. http://www.peoples.ru/art/sculpture/erno_rubik/ 5. http://nauchitsya­sdelat.ru/ 6. http://cub­rub.ru/ErnoRubik.php Приложение