Исследовательский проект на тему: Основы спидкубинга. Чем полезен кубик Рубика"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Кулуевская средняя общеобразовательная школа

Тема проекта: «Основы спидкубинга. Чем полезен кубик Рубика»

Тип проекта: Исследовательский

Кулуево - 2022

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………3

Глава 1. Теоретическая часть

1. 1. История появления кубика Рубика………………………………………..………….…4

   2. Устройство кубика Рубика и его разновидности…………………………………….…5

   3. Алгоритмы сборки и чем полезен кубик Рубика …………….…………………….......7

   4. Что такое спидкубинг? ………………………………………………….…………...…..9

Глава 2. Практическая часть

1. 1. . Опрос и анализ результатов…………………………………………………....…...…10

2.2. Создание инструкции по сборке кубика Рубика…………..……………………….…11

Заключение …………………………………………………………………….…………....12

Список литературы ………………………………………………………………....……....13

Приложение

Введение

Мир изменился, научно-технический прогресс меняет жизнь человека, интересы людей меняются со временем и с возрастом. Но некоторые вещи с годами не выходят из

моды. Кубик Рубика уже много лет пользуется большой популярностью среди взрослых и детей.

Эта игрушка знакома многим, ее держат в руках, крутят, пытаются собрать, но задумываются ли люди о значении этой игрушки? Есть ли польза от этого кубика?Я считаю тему проекта актуальной.Так как я сам увлекаюсь сборкой кубика Рубика, мне захотелось побольше узнать об этой игрушке. Многие утверждают, что эта головоломка влияет на развитие умственных способностей человека.  Я предположил, что кубик Рубика не только игрушка, но и сложный тренажер для развития математических способностей. Это является гипотезой моего проекта.

Поэтому объектом моего исследования является кубик Рубика.

Предмет исследования: устройство кубика Рубика как тренажера.

Перед собой я поставил цель проекта: изучить устройство кубика Рубика и

принципы сборки.

Для достижения данной цели мне необходимо решить следующие задачи:

1. узнать историю создания кубика Рубика;

2. изучить устройство кубика Рубика и его разновидности;

3. проанализировать алгоритмы сборки и изучить в чем польза кубика Рубика;

4. определить, что такое спидкубинг;

5. провести опрос и проанализировать результаты;

6. составить инструкцию по сборке кубика Рубика.

3

1. Теоретическая часть

1. 1. История появления кубика Рубика

Кубик Рубика изобрёл в 1974 году венгерский скульптор Эрно Рубик. Эрно был известным изобретателем и профессором, увлекался геометрией и трёхмерным предметным моделированием. Его изобретение было в виде пластмассового куба 3х3х3 с 54 цветными гранями. Рубик пробовал изготавливать кубик из различных материалов: из бумаги, дерева, картона. Всем знакомый "кубик" создавался не один год. В начале изобретение представляло собой набор из 27 деревянных кубиков с разноцветными гранями (всего 27 х 6=156 цветных граней). Внутрь кубика был помещен механизм, который прочно связывал все наружные кубики, но позволял им свободно вращаться друг относительно друга. Когда Эрно создал первый образец кубика, он не смог его сразу собрать. Ему понадобился целый месяц, чтобы собрать своё творение. Оказалось, что кубик Рубика имеет (43 квинтильонов) 43 252 033 274 489 856 000 разных вариаций, и только одна - правильная. Предназначался этот кубик для студентов, чтобы облегчить обучение основы математической теории групп и геометрии. Благодаря этому изобретению Эрно Рубик стал миллионером.

В 1977 году были выпущены первые кубики для Будапештского магазина игрушек. Затем кубик Рубика продавался в Нью-Йорке, Париже, Нюнберге, Лондоне, Голливуде. В СССР кубик начал продаваться в 1981году. Кубик Рубика стал очень популярным. Играли все и везде, не было ограничений по возрасту, образованию, социальному статусу. В розничной торговле часто выдавали не больше двух штук в одни руки, поэтому люди занимали очередь по несколько раз.

Сегодня права на кубик Рубика и другие головоломки Эрнё Рубика принадлежат английской компании Seven Towns Ltd., которой уже 40 лет владеет близкий друг Эрнё Рубика — Том Кремер. Под контролем англичан кубик Рубика производится и продаётся во всем мире.

4

1. 1. Устройство кубика Рубика и его разновидности

Традиционная игрушка представляет собой шарнирный кубик с 6 гранями разных цветов, которые могут крутиться вокруг 3 внутренних осей. Цель головоломки – поставить 54 «квадрата» на свои места. Все 26 кубиков крепятся к крестообразной детали, которая находится внутри конструкции и невидима глазу. Шесть центральных кубиков каждой стороны жестко прикреплены к крестовине, остальные способны перемещаться. Кубик Рубика имеет свой язык вращения сторон, то есть как и любого куба, у этой игрушки имеется шесть сторон. Каждая из них имеет условное обозначение согласно своему пространственному положению относительно игрока: фронтальная, задняя, левая, правая, верхняя, нижняя. Они обозначаются английскими буквами F,B,L,R,U,D (соответственно front,back,left,right,up,down).

В настоящее время существует много разных видов кубиков. Среди всего многообразияможно выделить классические модели, с изображениями на гранях, гибриды необычной формы, зеркальные и виртуальные. Одни модели можно легко встретить на полках магазина, другие заказать в интернет магазине, а третьи так и остаются на стадии прототипа. Также сейчас существуют Шейпмоды - это головоломки, основанные на таком же принципе сборки, что и кубик Рубика. Их особенность состоит в непривычной конструкции и измененной форме элементов, что требует для решения задачи хорошего пространственного воображения. (Приложение 1)

Карманный куб 2х2 - упрощенная версия кубика, подойдет для новичков,

чтобы разобраться с системой головоломок Рубика и привыкнуть к кубикам.

Кубик 3х3 – самый популярный из всех его разновидностей, родоначальник дальнейших головоломок.

Скваер - о симметричности этого кубика даже и говорить не стоит: её просто нет. Отличается тем, что имеет цельный, «слипшийся» элемент посередине. Не так популярен, однако собирать его очень интересно.

Куб сундук сокровищ по сборке не отличается от обычного кубика Рубика. И все формулы сборки работают на нем.

Кубик 6х6 предназначен для самоотверженных и уверенных в себе игроков. Существует отдельная формула для кубиков с чётным количеством элементов на стороне, однако самой популярной является формула под названием «Пиф-паф».

Зеркальный куб отличается от привычного варианта видом граней - одинаковых по цвету, но разных по размеру. Благодаря зеркальным поверхностям головоломка в

разобранном виде производит впечатление космического предмета, и кажется

5

невероятным, что ее можно собрать по тем же принципам, что и обычный куб.

Мастерморфикс привлекает продуманной, совершенной формой, скругленными углами и выпуклыми сторонами. По виду он напоминает пирамидку и имеет только четыре стороны, хотя собирается так же, как и кубический аналог. В процессе сборки мастерморфикса игрока ждут сюрпризы, которые заставят его поломать голову.

Вариант бандажной головоломки интересен своей универсальностью. В комплект входит цветные пластинки, которые можно прикрепить по своему выбору, объединив

элементы и заблокировав их движение. Игрок получит не одну, а несколько головоломок, для решения каждой из которых придется найти свое решение.

Петаминкс- эта головоломка выполнена на базе популярного мегаминкса, но вместо классических трех слоев производители предложили девятислойную конструкцию с огромным количеством деталей. Это настоящий гигант по размеру и длительности сборки, он заинтересует терпеливых и последовательных игроков.

Кубик 3x3x9 – это девятислойный кубоид является усложненной версией стандартного кубика. В одной плоскости грани разделены на три части, благодаря чему элементы приобрели несимметричную форму и ограничение в вариантах движения. Отличные шарниры облегчают повороты мелких деталей, не отвлекая владельца от увлекательного занятия.

Плоская головоломка Гераниум Плюс признана самым сложным. Ее оригинальная конструкция представляет собой множество деталей разнообразной формы, передвигающихся по круговым траекториям. Для опытных игроков сборка этой головоломки станет отличным способом проверить свои таланты.

Колесо Мудрости - эта эффектная и необычная игрушка была создана на основе классического кубика благодаря добавлению плоских цилиндров на каждой стороне. Головоломка приобрела новые детали и дополнительные оси вращения, а игроки получили возможность потренироваться в решении нетривиальных задач.

Некоторые виды кубиков Рубика уже есть в моей коллекции.

6

1.3 Алгоритмы сборки и чем полезен кубик Рубика

Математически было выведено, что существует 43 252 003 274 489 856 000 (43 квинтиллиона) вариантов возможных положений кубика Рубика и только 1 правильное решение. И после этого начались многолетние исследования математиков и программистов, которые стремились найти алгоритм, который бы позволил решать кубик Рубика за минимальное число ходов. Данный алгоритм получил название «Алгоритм Бога». Например, в 1979 году предлагаемые алгоритмы, справлялись с этой задачей за 277 ходов, в 1982 году уже за 79, а в 2010 году специалисты компании Google программным способом установили, минимальное количество шагов для сборки кубика из любого положения равно 20. Различные системы сборки позволяют по-разному подойти к вопросу.Существует множество алгоритмов сборки кубика Рубика: простых, созданных для новичков, в которых мало комбинаций. Есть алгоритмы долго выполняемые, сложные, разработанные для спидкуберов. В них, обычно, очень много комбинаций, но зато и время сборки резко сокращается. Но не один способ не поможет если не набраться терпения, усидчивости. В любом случае надо будет много думать, запоминать и уметь ориентироваться в сложных ситуациях. Изучив много материала, я нашёл 3 самых известные методы сборки кубика.

Метод Джессики Фридрих был придуман в 1981 году и является любимым методом для большинства спидкуберов. Сегодня это самый популярный метод скоростной сборки. Он состоит из 4 этапов: крест, 2 слоя сразу, ориентация последнего слоя, перестановка последнего слоя. Данным этапом очень сложно овладеть, если не понимать все принципы перестановки деталей кубика Рубика. Новичку данный метод неподвластен. Формул много, за счет этого сборка происходит быстрее.

Метод Валерия Морозова – интуитивный, задача этого метода — не давать готовые формулы для заучивания, а показать принципы сборки. Сборка начинается с 8 угловых элементов. Этот способ для продвинутых.

Классический способ - это способ для новичков. Кубик собирается послойно по этапам: правильный крест в первом слое, углы первого слоя; рёбра среднего слоя; крест в последнем слое; расстановка рёбер последнего слоя; расстановка углов последнего слоя; разворот углов последнего слоя. В этом алгоритме сборки используются так называемые формулы.

7

При сборе кубика Рубика нужно постоянно запоминать различные комбинации и формулы, необходимо просчитывать последовательность действий и запоминать алгоритмы. Новички держат в голове около восьми комбинаций, профессионалы — до 200. А память — одно из самых главных составляющих качеств высокого интеллекта. Сборка кубика Рубика позволяет мыслить на несколько ходов вперед и планировать последовательность действий в уме. Поэтому во время игры можно совершенствоваться и развивать свои умственные способности.  Например, кубик Рубика можно использовать как для того, чтобы обозначить плоскость, так и для того, чтобы продемонстрировать трёхмерность. Он может быть полезен при изучении дробей, коэффициентов и пропорций. С помощью этой головоломки можно ввести понятие факториалов, чтобы объяснить, что значат 43 252 003 274 489 856 000 различных комбинаций кубика Рубика.

Алгоритм сборки кубика Рубика закладывает основы умения решать комбинаторные задачи. Навыки, которые отвечают за этот раздел мозга, задействуются как в стереометрии и механике, математике, так и в физике и инженерии. Развивается аналитическое мышление человека, мозг решает задачу по сборке кубика, проходя ряд этапов, и на каждом из этапов стоит отдельная, уникальная задача. При этом, все этапы и задачи, которые на них ставятся — подчинены одной общей и наглядной цели. Это формирует наглядное понимание работы алгоритмов, который необходим для инженерные и естественно-научные специальности, программирование и IT. При решении головоломки мозг работает в трех измерениях. Он должен принимать в расчет то, что все части кубика взаимосвязаны, и, постепенно, обучается сам прогнозировать изменения в конфигурации цветов при вращении кубика (то есть заранее представлять в воображении, как поменяется конфигурация головоломки в результате действий, которые он совершил с кубиком). Развиваются ловкость пальцев и быстрота реакции, а развитие моторики влияет на развитие интеллекта. Это благотворно влияет на суставы и двигательную функцию организма, а также способствует становлению дикции.Во время сборки, особенно на скорость, нужно буквально за секунды определиться со стратегией и принять решения. Повышает концентрацию внимания. Как любая логическая задача, требует усидчивости и сосредоточенности, приносит удовольствие и повышает самооценку - появляется уверенность, что не бывает неразрешимых задач.

Таким образом, если понять и запомнить все алгоритмы сборки кубика Рубика, то можно развить пространственное мышление, которое так необходимо для углубленного изучения математики.

8

1. 1. Что такое спидкубинг

Спидкубинг – это интеллектуальный вид спорта. Своё название получил из английского языка путём сложения основ - процесс скоростной («speed») сборки куба («cube»). Люди, увлекающиеся скоростной сборкой кубика Рубика, называются спидкуберами.

Первый Международный чемпионат по сборке кубика Рубика прошел в Будапеште 5 июня 1982 г. принявший участников из 19 стран. Тогда лучшее время показал 16-летний Минх Тай – 22, 95 секунд.

Второй чемпионат мира среди куберов прошёл в 2003 году в Канаде. И с тех пор международные соревнования проводятся каждые 2 года, «путешествуя» по разным странам. Отвечает за них Всемирная Ассоциация Кубика (WCA), которая организует также чемпионаты Европы и помогает устраивать национальные первенства. Она отвечает за организацию и проведение чемпионатов между спидкуберами. Участники получают классификацию, зарабатывают призы, все как в мире профессионального спорта

Согласно правилам WCA, перед сборкой кубы должны быть перемешаны по алгоритму, сгенерированному компьютером с помощью программы TNoodle. При этом у всех участников начальные позиции перемешанного кубика должны быть одинаковыми. Победитель определяется не по результату единичной сборки, а по среднему времени из 5 попыток, при этом лучшая и худшая попытки не учитываются, а вычисляется среднее из оставшихся трёх. Рекорды по сборке кубика постоянно меняются. В классической дисциплине пока действует индивидуальный рекорд Ду Юшенга – он сумел собрать кубик Рубика всего за 3,47 секунд. Первый национальный чемпионат по скоростной сборке кубика прошёл в Москве в 2009 году. Его провели в одном из книжных магазинов столицы, собрав 50 участников. Кроме классической сборки кубика, соревнования проходят и в других дисциплинах: сборка одной рукой, ногами и с закрытыми глазами.В последнее время появляется всё больше спортивных клубов, специальных курсов и школ спидкубинга. 

9

Глава 2. Практическая часть

2.1 Опрос и анализ результатов

Я решил выяснить, увлекаются ли учащиеся нашей школы кубиком Рубика и умеют ли его собирать.Для этого я провел опрос среди обучающихся 7х классов. В опросе участвовало 50 человек. Были заданы следующие вопросы:

1. Пытались ли вы, хотя бы раз, собрать кубик Рубика?

2. Умеете ли вы собирать кубик Рубика?

3. Если не умеете, хотели бы вы научиться собирать кубик Рубика?

4. Как вы думаете, помогают ли эти кубики для развития умственных способностей?

Я проанализировал результаты опроса, оказалась, что 35 учеников (70%) пробовали собирать, но никто из опрошенных не умеет собирать кубик Рубика (0%). При этом многие хотели бы научиться собирать кубик Рубика, так как 44 ученика (88%) дали положительный ответ. 39 опрошенных (78%) считают, что кубик полезен для развития умственных способностей. Результаты опроса я представил в виде диаграммы. (Приложение 2).

Проведенный мною опрос показал, что ученики достаточно заинтересованы этой игрушкой. Но ребята не умеют собирать кубик Рубика, но хотели бы научиться его собирать и считают, что это полезно. Поэтом я решил сделать продуктом своего проекта инструкцию по сборке кубика для начинающих.

10

1. 1. Создание инструкции по сборке кубика Рубика

Я изучил разные способы сборки кубика Рубика, сравнил и подобрал самый подходящий для начинающих – классический. Поэтому этот способ я решил представить продуктом проекта. Я думаю этот продукт будет полезен тем, кто хочет научиться собирать кубик Рубика. Также этим способом пользуюсь я сам.

Для начала нужно знать устройство кубика Рубика, поэтому я изобразил схему кубика с названиями его частей. Необходимо также изучить язык вращения кубика: F - фронтальная или фасад по часовой стрелке, B - задняя или тыльная сторона по часовой стрелке, L - левая сторона по часовой стрелке, R - правая сторона по часовой стрелке, U - верхняя сторона по часовой стрелке, D - нижнюю сторону по часовой стрелке.

Затем я подготовил описание алгоритма под названием «пиф-паф», он выполняется просто, состоит из 4 действий: RUR’U’. Буква – поворот грани по часовой стрелке. Буква со штрихом – поворот против часовой.

В своем продукте я подробно описал этапы сборки кубика Рубика: белый крест; первый слой; второй слой; правильный желтый крест; последний слой. К описанию каждого этапа есть иллюстрация. После выполнения этих этапов кубик будет собран.

Созданный продукт адресован всем, кто интересуется логическими задачами, а также всем тем, кто просто хочет развить свое логическое мышление и пространственное воображение.

11

Заключение

Таким образом, собирать кубик не только интересно, но и полезно. Кубик Рубика является детской игрушкой только на первый взгляд. На самом деле, это серьезная математическая задача по комбинаторике, воплощенная в форме. Оказалось, что изначально кубик Рубика создавался как обучающий инструмент для студентов математического класса.Связь между кубиком Рубика и математикой заметить несложно. Он может использоваться, например, для осмысления площади и объема, для наглядного объяснения таких понятий, как дроби, отношения и пропорции. 

В ходе работы моя гипотеза полностью подтвердилась, кубик Рубика действительно не только игрушка, а сложнейший математический тренажёр, который помогает развивать гибкость ума, пространственное и логическое мышление, объемную память и разрабатывает моторику рук, помогает быстро оценивать обстановку и принимать решение, развивает усидчивость и способность добиваться результата.

Кроме того, что кубик Рубика очень полезен, он по-прежнему остается захватывающей игрой и приносит удовольствие от процесса, а с помощью игры легче понять сложные вещи. Также кубик Рубика удобен тем, что его можно везде брать с собой и он подходит для людей любого возраста. Изучив разные способы сборки и пользу кубика Рубика, я сделал проектным продуктом инструкцию по сборке кубика Рубика для начинающих, которая поможет желающим научиться собирать его.

12

Список литературы

1. Баранов С. Кубик Рубика. Спидкубинг: Метод новичка. – М.: Ридеро, 2018

2. https://ru.wikipedia.org;

3. https://speedcubing.ru/history

4. https://siriusfuture.ru 

5. https://supertoys.by/blog/kak-sobrat-kubik-rubika-3h3/

6. http://magiccubes.ru/

13

Приложение 1

Кубик 2x2 Кубик 3х3

Скваер-1 Сундук сокровищ

Кубик 6х6 Зеркальный куб

Мастерморфикс Петаминкс

Кубик 3x3x9 Бандажная головоломка

Гераниум Плюс Колесо Мудрости

Приложение 2