XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Кубик Рубика – не просто игрушка, а увлекательная головоломка
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
С самого раннего детства меня всегда увлекали логические задачи и головоломки. Однажды в магазине моё внимание привлёк необычный «кубик». В последствии выяснилось, что это кубик Рубика. Считаю эту вещицу прекрасной игрушкой и хорошим подарком, развивающим память, мелкую моторику и, конечно же, терпение. Кубик Рубика - это не просто игрушка, а гимнастика для ума, увлекательная головоломка.
Данная исследовательская работа посвящена кубику Рубику. Данную тему я считаю актуальной, т.к. даже в век, перенасыщенный компьютерными играми и устройствами, интерес к нему не пропадает ни у детей, ни у взрослых. В настоящее время совершенствуются алгоритмы сборки, проводятся соревнования по скоростной сборке, появляются различные технические модификации кубика Рубика.
Объект исследования: кубик Рубика.
Цель работы: решениеголоволомки любой сложности
Задачи работы:
изучить историю появления кубика Рубика
разобрать алгоритм сборки кубика
заинтересовать одноклассников
найти информацию о соревнованиях по скоростной сборке
провести соревнование «Мастер головоломки» по сборке кубика
провести опрос
Основная часть
История создания кубика Рубика
В 1974 году 30-летний Эрно Рубик, трудился на факультете интерьерного дизайна будапештской Академии прикладных искусств и ремесел, он преподавал венгерским студентам промышленный дизайн и архитектуру. Как это обычно и бывает с выдающимися изобретениями, проект кубика вынашивался не один год.
По одной из версий, при помощи данного учебного пособия Рубик, пытался втолковать непонятливым студентам основы математической теории групп.
З адача изобретателя была такова: заставить отдельные разноцветные кубики свободно вращаться на своих местах, не нарушая единства всего приспособления.
В начале изобретение представляло собой набор из 27 деревянных кубиков с разноцветными гранями (всего 27 х 6=156 цветных граней) центральных кубиков, двухцветные у двенадцати боковых, и трёхцветные у восьми угловых.
В дальнейшем пришлось отбросить всё лишнее: в своем первом кубике Рубик оставил всего 54 внешние грани. Немного позже кубик стал выглядеть именно так, как мы его привыкли видеть сейчас.
Настоящее «кубическое» нашествие началось лишь в 1980, когда в результате совместных усилий немецкого компьютерного предпринимателя Тома Кремера который очень заинтересовался этой игрушкой и Тибора Лакзи, лицензию на производство кубика-Рубика купила компания Ideal Toy Corporation (именно она дала головоломке имя Rubik’s Cube), которая разместила заказ на 1 000 000 шт. после чего начала рекламировать и продавать эту игрушку во всем мире.
В нашей стране кубик пришел «в массы» в 1981 году. По некоторым данным, права на выпуск игрушки обошлись СССР в немыслимую тогда сумму 3 миллиона долларов. Первыми силу головоломки ощутили на себе учителя - целые классы целеустремленно, не выходя на перемены, ожесточенно вертели Кубик.
Школьники собирали его во время уроков под партами. Учителя, отобрав его во время уроков, сами скрипели Кубиком на занятиях, отгородившись от подопечных классным журналом. А потом допоздна засиживались в учительской, пытаясь собрать Кубик. В школах проходили «закрытые» чемпионаты на скорость - находись легендарные личности, которые смогли в первые годы его существования собрать его за одну минуту. Интересно что, у самого Эрно Рубика в первый раз на сборку ушел целый месяц.
Стремительное развитие компьютерных игр ощутимо пошатнуло всю индустрию настольных игр и головоломок. Производство кубиков стало все меньше и меньше, поэтому, начиная с 1983 года, кубик стало всё труднее, и затем и вовсе невозможно найти на прилавке магазинов.
Стоит заметить, что в 90-е годы кубик обрел второе дыхание - появился Кубик Рубика для Windows. В Кубик теперь можно поиграть и на компьютере. Но компьютерные игры не получили широкого распространения, по сравнению с оригинальной механической головоломкой.
В 2018 году были представлены электронные версии кубика Рубика (например, Xiaomi Giiker Cube). Данные «кубики» являются сложными электронными устройствами, которые подключаются к смартфонам. Специальные приложения предоставляют игроку изучать различные алгоритмы сборки, анализировать ошибки, также существуют режимы, в которых пользователи приложения посредством сети Интернет могут соревноваться между собой в скоростной сборке.
1.2 Разновидности кубика Рубика
Помимо традиционного 6-цветного исполнения кубика 3×3×3, встречаются 2×2×2, 4×4×4, 5×5×5, 6×6×6, 7×7×7, 8×8×8, 9×9×9, 10×10×10, 11×11×11, 13×13×13, 17×17×17; кубики с изображениями на гранях; «гибриды», полученные объединением нескольких кубиков, варианты с тетраэдрами, закруглёнными углами. Куб со стороной 4 часто называют мастер – кубом или «Местью Рубика».
Также существует кубик 2×2×2 — он тоже довольно не прост для сборки, хотя, разумеется, проще классического 3×3×3. Есть двухцветные, для малышей. На данный момент самым большим не виртуальным является кубик Рубика 13×13×13. Также предпринимались единичные попытки изготовления таких размеров, как 12×12×12 и даже 17×17×17 некоторыми мастерами и изобретателями головоломок.
Спустя почти 30 лет после своего гениального изобретения — кубика, знаменитый профессор Эрнё Рубик создал новую головоломку — шар Рубика, демонстрация которого состоялась на выставке в Германии в феврале 2009 года.
Существует множество головоломок, аналогичных кубику Рубика по устройству, но другой формы.
1.3 Алгоритм сборки
Существует множество алгоритмов сборки кубика Рубика: простых, созданных для новичков, в которых мало комбинаций, но зато долго выполнимых, сложных, разработанных для спидкуберов, в них, обычно, очень много комбинаций, но зато и время сборки резко сокращается. Описание одного из популярных алгоритмов сборки кубика Рубика 3×3×3 (см. Приложение 1).
1.4 Соревнования по сборке кубика Рубика
Люди, увлекающиеся скоростной сборкой кубика Рубика, называются спидкуберами. А сама скоростная сборка — спидкубинг (англ. speedcubing).
Официальные соревнования по скоростной сборке кубика Рубика регулярно проводятся Всемирной ассоциацией кубинга (WCA). Каждый год проходит чемпионат Европы, Азии и чемпионат мира.
Согласно правилам WCA, перед сборкой кубы должны быть перемешаны по алгоритму (scramble), сгенерированному компьютером. 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. Однако в других дисциплинах могут использоваться и другие варианты: среднее из 3 (например, для куба 7×7×7), лучшее из 3 (сборка вслепую).
Также спидкуберы могут собирать кубик Рубика одной рукой или ногами.
Текущие рекорды
В классической дисциплине (кубик 3×3×3) действующий рекорд 3,47 секунды. Он был установлен представителем КНР Ду Юшенгом 24-25 ноября 2018 года на соревновании Wuhu Open 2018 в Китае.
Роботы
В скоростной сборке кубика участвует не только человек, но и роботы. Инженеры постоянно совершенствуют своё аппаратное и программное обеспечение, для получения лучшего результата. Так, в январе 2018 года специалист по робототехнике Бен Кац (Ben Katz) и разработчик программного обеспечения Джаред Ди Карло (Jared Di Carlo) создали робота, который способен собрать кубик Рубика за 0,38 секунды.
Соревнования в России
8 марта 2009 года прошёл первый официальный чемпионат России, победителем стал Антон Ростовиков. 26—27 ноября 2011 года в Москве прошёл официальный открытый чемпионат России, в котором приняли участие около 60 человек в дисциплинах от 2×2×2 до 7×7×7, а также сборка кубика Рубика вслепую. Чемпионом в дисциплине 3×3×3 стал Рябко Сергей со средним результатом в финале 10,65 секунды. Рекорд России в единичной сборке принадлежит Андрею Че, он собрал головоломку за 5,29 секунды на чемпионате Ramenskoe Open 2019.
1.5 Опрос
Я провел среди учащихся и родителей социальный опрос на актуальность головоломки и выяснил, что интерес к кубику Рубика очень велик! Мало кто умеет собирать полностью кубик, не знают, как это сделать, не хватает упорства, но многие хотят научиться! (см. Приложение 2,3)
По результатам опроса можно сделать следующие выводы:
Интерес к кубику Рубика и попытке сборки достаточно велик.
Полностью собрать кубик Рубика может лишь 1 человек из 10.
Собрать частично головоломку может примерно половина опрошенных.
Большинство опрошенных хотят научиться собирать кубик Рубика или улучшить результаты сборки.
1.6 Обучение и соревнование «Мастер головоломки»
Я провел мастер-класс по сборке кубиков. Все мои одноклассники принесли в школу кубик и мы начали обучение. Вместе с ребятами разбирали и запоминали алгоритм. Пробовали, ошибались и опять пробовали. И, наконец, у Славы Лукьянова и Кирилловой Полины - получилось собрать кубик полностью. Эти занятия очень увлекательны, они развивают логическое мышление, пространственное воображение и помогают в математике.
Только двум участникам удалось собрать кубик полностью, но все ребята научились пользоваться алгоритмом и собирать одну грань.
После обучения мы провели в классе соревнования.
Результаты получились следующие:
Кириллова Полина - собрала кубик Рубика за 2 мин. 50 сек.;
Лукьянов Слава - 2 мин 40 сек.;
Поляков Артем - 4 мин. 20 сек.
Заключение
В процессе исследовательской работы, были рассмотрены вопросы истории появления кубика Рубика, его модификации, алгоритмы сборки и соревнования. Мною сделан вывод, что кубик Рубика - не просто игрушка, а увлекательная головоломка, его сборка требует внимания и упорства, развивает пространственное мышление, усидчивость и способность добиваться результата.
По итогам опроса видно, что практически каждый ученик нашей школы хотя бы раз пытался собрать кубик Рубика и только 1 из 10 может собрать его полностью. Большинство опрошенных хотели бы научиться собирать кубик Рубика или улучшить результаты сборки. Таким образом, это подтверждает актуальность выбранной темы исследования.
В результате выполнения работы мною приобретены навыки по сборке кубика Рубика. Мой личный рекорд сборки классического кубика 3×3×3 – 41 секунда.
В дальнейшем хотелось продолжить заниматься данной темой, изучать новые алгоритмы сборки, моделировать процесс сборки на компьютере. В настоящий момент я исследую устройство и алгоритмы сборки кубика 4×4×4.
Список использованных источников и литературы
https://kak-sobrat-kubik-rubika-3x3.ru/
https://playlab.ru/club/history/rubiks_cube/
https://ru.wikipedia.org
https://xiacom.ru/reviews/obzor-xiaomi-giiker-metering-super-cube-umnogo-kubika-rubika-ot-syaomi/
Приложение 1 – Алгоритм сборки кубика Рубика 3×3×3
Схема сборки кубика Рубика для начинающих состоит из 7 шагов.
Для начала нужно собрать крест, концы которого имеют продолжение на соседних гранях. Универсальной методики нет – все приходит с практикой.
Далее нужно завершить всю сторону, на которой был собран крест, и собрать пояс из деталей вокруг нее. Важно проследить, чтобы каждый пояс был одноцветным.
Теперь нужно собрать второй пояс и переходить к противоположной стороне кубика.
Собираем на этой стороне крест так же, как в самом начале.
Завершаем всю сторону.
Теперь приводим в порядок углы кубика – делаем так, чтобы цвета на них соответствовали цветам сторон, к которым они повернуты.
Остается только правильно повернуть детали, имеющие всего по 2 стороны. Кубик собран.
Приложение 2 - Опросник для выявления актуальности головоломки
Ученикам школы, а также взрослым нужно было ответить на 5 вопросов:
Пытались ли Вы хотя бы раз собрать кубик Рубика?
Можете ли Вы полностью собрать кубик Рубика?
Можете ли Вы собрать правильный крест?
Можете ли Вы собрать полностью одну грань?
Хотели бы научиться собирать кубик Рубика или улучшить результаты сборки?
Приложение 3 – Опрос и диаграмма проведенного исследования
Были опрошены 60 человек. Результаты опроса показаны в таблице 1.
Таблица 1 – Результаты опроса
|
№ вопроса |
Ответило «да» |
Ответило «нет» |
|
1 |
55 |
5 |
|
2 |
6 |
54 |
|
3 |
32 |
28 |
|
4 |
21 |
39 |
|
5 |
45 |
15 |
Диаграмма проведенного исследования показана на рисунке ниже
Приложение 4 – Фотоотчет
Обучение и соревнование «Мастер головоломки»
|
Процесс обучения |
|
|
Соревнования |
|
|
Результат и победители |
|