XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Полоса препятствий на базе конструктора Lego Wedo
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Ни для кого не секрет, что движение — это жизнь, ключ к здоровью и долголетию человека. В век современных технологий человек все меньше и меньше времени проводит в движении. Машины и роботы делают человека малоактивным и малоподвижным. Такой образ жизни негативно сказывается на здоровье людей. И это является проблемой современного человека. Поэтому спорт и двигательная активность необходимо современному человеку.
С детства мы должны заниматься спортом и вести активный образ жизни. Но далеко не все люди занимаются спортом, посещают спортивные залы и проводят ежедневные тренировки. Альтернативным вариантом являются подвижные игры, в которых нужно очень много двигаться, тем самым давать физическую нагрузку своему организму.
Мы решили изучить проблему малоподвижности и разработать модель полосы препятствий, в которой человеку будет не только интересно, но и физически полезно для своего здоровья.
Цель исследования: Разработать и смоделировать подвижную игру для привлечения людей к двигательной активности на базе конструктора Lego WeDo 1.0
Задачи исследования:
Изучить подвижные игры и их пользу для здоровья
Расширить знания о видах и особенностях полос препятствий
Создать полосу препятствий с автоматизированными препятствиями из конструктора Lego
Протестировать подвижные препятствия
В качестве источников информации мы использовали информационные сайты: https://www.sgorod.net/ и https://www.maam.ru/ . Посещение экскурсии в боулинг «Brooklyn Bowl» дало нам множество идей для оформления проекта. При конструировании движимых элементов полосы препятствий нам помогли книги и методические пособия по образовательной робототехнике [1].
Глава 1. Подвижные игры. Цель и польза.
Подвижные игры – это сознательная, активная деятельность человека, для которой характерно своевременное и точное выполнение заданий, связанных с правилами, обязательными для всех участников.
Подвижные игры – это весело и одновременно очень полезно. Почему же они такие полезные? Активные игры благотворно влияют на весь организм в целом. Это их главное преимущество и отличие от других игр. Они улучшают работу всех внутренних органов и систем. Во время активных движений (лазаний, бега, прыжков, бросков) усиливается обмен веществ, кровь начинает быстрее циркулировать и лучше снабжать кислородом наш организм. А еще укрепляются мышцы ног, рук, спины, развивается сила, выносливость, гибкость и быстрота реакции.
Так же наш мозг тоже начинает работать лучше и быстрее. Развиваются память, мышление, воображение. Кроме того, подвижные игры очень веселые, играя, испытываешь море положительных эмоций, это помогает избавиться от негативных эмоций и тревожности. И конечно во время игры приобретаются такие важные качества как общительность, раскрепощенность, инициативность, самоконтроль, умение быть в команде и играть по правилам.
Подвижных игр достаточно много, рассмотрим самые популярные и интересные.
«Догонялки»
Все дети знают эту весёлую игру. В этой игре «вода» должен поймать остальных игроков, которые убегают от него в рассыпную. Здесь важна быстрота, скорость и ловкость.
«Жмурки»
В этой игре «водящий» закрывает глаза и ищет других игроков вслепую. А чтобы «водящий» смог это сделать, остальные игроки хлопают в ладоши, чтобы он смог услышать кого-нибудь и поймать. Развивается ловкость, скорость, точность действий, слух и распознавание голосов.
«Воробушки и кот»
На земле нарисованы круги — «гнездышки». Игроки — «воробушки» сидят в своих «гнездышках» на одной стороне площадки. На другой стороне площадки расположился «кот». Как только «кот» задремлет, «воробушки» вылетают на дорогу, перелетают с места на место, ищут крошки, зернышки. «Кот» просыпается, мяукает, бежит за воробушками, которые должны улететь в свои гнезда. Развивается скорость, ловкость, точность действий.
«Цепочка»
Определяем размеры территории, на которой будет проходить игра. В начале игры ведущий — один человек. Он догоняет разбегающихся участников. Догнав кого-нибудь, он берёт его за руку, и они вместе догоняют следующего, и так далее, пока не образуется цепочка. Если игроков много, можно образовать 2 цепочки. То есть, когда образуется цепочка в четыре человека, они делятся на пары. Развивается скорость, быстрота, умение быстро сориентироваться.
«Пассажиры-билетики»
Игроки делятся на 2 равные команды, образуя пары. Одна — пассажиры (внутренний круг), а другая — «билетики» (внешний круг). Ведущий стоит в центре, и по его команде начинается движение. Пассажиры поворачиваются направо и бегут по кругу, а «билетики» — налево; все при этом поют песню » Мы едем, едем, едем в далёкие края». Внезапно ведущий кричит: «Контролёр!». «Билетики» останавливаются на месте, а пассажиры стараются встать впереди «билетиков» (ища пару). Ведущий тем временем старается опередить кого-то и занять пустое место. Оставшийся без места, становится ведущим.
«Эстафеты»
- С надувным шариком. Участников разделить на две команды. Каждой дать по палочке и надувному шарику. Задача каждого игрока — добежать до места передачи эстафеты и не давать палочкой шарику упасть на землю.
- С ватой. Для этой эстафеты готовятся специальные трубочки, загнутые с одного конца. Надо как можно скорее дойти до места передачи эстафеты, не уронив вату. Для этого нужно постоянно» втягивать воздух через трубочку, на конце которой находится кусочек ваты.
- С мячом. Задача для игрока — прыгая с мячом между ногами достичь места передачи эстафеты.
«Полоса препятствий»
Подвижная игра, в которой необходимо преодолеть различные препятствия индивидуально или в команде. Полосы препятствий могут располагаться на улице и в помещении. Полосы препятствий могут включать бег, лазание, прыжки, ползание, плавание и элементы равновесия с целью проверки скорости, выносливости и ловкости.
Глава 2. Полоса препятствий как способ привлечения людей к двигательной активности
Полоса препятствий - это подвижная игра, состоящая из серии физических препятствий, которые должен преодолеть человек или команда, как правило, на время (Приложение, Рисунок 2.1).
Изначально полосы препятствий использовали для подготовки военных, для развития и совершенствования их физических навыков. После наблюдения и успешного применения полос препятствий в военном деле, были разработаны и придуманы более легкие вариации полос препятствий и для детей/людей, имеющих лишь основную физическую подготовку.
Полоса препятствий для военной подготовки – сложное спортивное сооружение и требует качественной проработки изготовления элементов (Приложение, Рисунок 2.2). Это не удивительно — она предназначена для тренировок физически крепких людей, нередко уже имеющих спортивные достижения. Их цель — максимально «выложиться», улучшить свои результаты. Сложное и специальным образом установленное оборудование предназначено для военных училищ и частей срочной службы, пожарных гарнизонов специализированных школ и подразделений МЧС.
Полоса препятствий для школьников – это полоса местности или пространства, оборудованная различными препятствиями и сооружениями (Приложение, Рисунок 2.3). Установка школьной полосы препятствий в учебных заведениях рекомендована федеральным законодательством. Ее используют как на уроках ОБЖ при ознакомлении с курсом по основам военной службы для 10–11 классов, так и для организации спортивных эстафет в ходе праздничных или памятных мероприятий (например, День здоровья).
Полоса препятствий для дошкольников – детская полоса препятствий надолго привлекает внимание малышей. Она не только помогает развивать координацию движений, укрепляет опорно-двигательный аппарат и физические данные, но и активизирует фантазию, а также умение играть. Будучи яркой и безопасной, полоса препятствий для дошкольников вовсе не имитирует военный вариант, но так же формирует привычку к физической активности (Приложение, Рисунок 2.4). Чаще всего для установки детской полосы препятствий используют гимнастическое бревно и сетку для лазания, мостики, стенки с отверстиями, шагоход.
Полосы препятствий развивают координацию движений, основные физические качества - силу, быстроту, ловкость, гибкость, общую выносливость. Задействованным оказывается не только большое количество групп мышц, но и внимание, тренируется самостоятельность, ответственность и само страховка ребенка.
Преодоление полосы препятствий развивает не только тело, но и логическое мышление, внимание. От того, как быстро и качественно ребенок пройдет полосу препятствий, будет зависеть успех в овладении им прикладных навыков в области физического развития.
Приобретение человеком навыка преодоления полосы препятствий учит концентрировать внимание на достижении цели, вырабатывает умение быстро принимать решения в критических ситуациях, способствует развитию координации движений и их рефлекторному выполнению (до автоматизма). Кроме этого, оно развивает личностные качества воспитанников, учит настойчивости, целеустремленности, собранности, командному духу, самостоятельности. В условиях прохождения полосы препятствий, ребенок сразу включается в образовательный процесс, повторяет пройденный материал и изучает новый в контексте игры. Кроме того, постепенно учится спокойно решать задачи в условиях небольшого стресса.
Люди разных возрастов с огромным удовольствием преодолевают полосы препятствий, ведь это очень интересная игра (путешествия, эстафеты и т.д.), позволяющая преодолевать серьезные препятствия, воспитывать силу воли и общую выносливость.
Создание полосы препятствий позволит повысить интерес людей к занятиям физической культурой, совершенствовать физическую подготовленность.
Глава 3. Экскурсия в боулинг клуб «Brooklyn Bowl»
Множество идеи к нам пришло после посещения экскурсии в «Brooklyn Bowl» – крупнейший боулинг клуб в г.Тюмень, проводящий мировые чемпионаты по боулингу.
Боулинг – это не просто развлечение, это отдельный вид спорта для профессионалов и подвижная игра для любителей (Приложение, Рисунок 3.1). Цель игры заключается в сбивании специальными шарами кеглей, расположенных на определенном расстоянии в форме треугольника на безбортовой дорожке. В партии побеждает участник, который сбил больше всего кеглей.
На сегодняшний день в мире существует множество разновидностей боулинга, которые отличаются количеством кеглей, бросков, правилами начисления очков, формой и весом снарядов и т.д. Самый востребованный – «тенпин» 10-ти кегельный боулинг.
Одна партия в боулинге состоит из 10 фреймов. В каждом фрейме у игрока есть два броска. Если игрок сбивает все 10 кеглей первым броском, такой бросок называется страйк, если игрок сбивает все 10 кеглей за два броска, такой бросок называется спэр.
Для игры в боулинг необходимы дорожка, кегли и шары.
Дорожка – это пол со специальным покрытием, в длину 18-19 м, в ширину 1,05 м. Перед началом игры все дорожки проходят лабораторные испытания и покрываются специальным лаком.
Кегли изготавливаются из твердых пород клена и имеют вес от 1,5 до 1,65 кг, высота – 38 см.
Шары имеют специальные отверстия для пальцев, самый легкий весит – 2,4 кг, а самый тяжелый шар имеет вес – 7,3 кг. Диаметр снаряда колеблется в пределах 21,6 – 21,8см.
Чем же он полезен? Во-первых, боулинг способствует физическому развитию, укрепляет все группы мышц и воспитывает спортивный дух. Во-вторых, игра в боулинг развивает терпение, сосредоточенность и трудолюбие. В-третьих, что немаловажно, боулинг способствует развитию координации движений и концентрации внимания.
Посещение сердца боулинга – машинного отделения очень важная часть экскурсии. Мы своими глазами увидели принцип работы дорожки с кеглями и мячом, он был похож на принцип работы конвейера (Приложение, Рисунок 3.2).
Игра в боулинг начинается с движения, направляющего шар на дорожку. Когда он залетает в пирамиду, видео-датчики сразу считывают, сколько кеглей не упало, и подают информацию на экран. Там отображаются баллы и место, которое на данный момент занимает игрок.
Тем временем начинает работать пинспоттер – устройство представляет собой кран, поднимающий все кегли, которые устояли на дорожке, упавшие кегли смахивает уборщик. Пинспоттер отвечает не только за сортировку, но и за прием шаров и отправку их обратно игрокам.
После того, как кран поднял устоявшие кегли, все остальные падают на транспортный механизм. Над ним есть ограничитель, который не позволяет шару укатиться вместе с кеглями, он отправляется в возвратное устройство и появляется возле игроков.
Когда кегли перемещаются по транспортному механизму, их подхватывает специальный элеватор с полками. Затем переносит их в распределительное оборудование, и оттуда каждая попадает в соответствующий ей сегмент установочного стола. На нём есть датчики, которые определяют, сколько кеглей уже стоит на дорожке.
Чтобы устройство работало максимально быстро, в нем находится сразу 22 кегли. Такое количество выбрано, чтобы сэкономить время: пока один набор сортируется, второй уже устанавливается.
Пока кегли расставляются на свои места, шар возвращается на исходную позицию. Он попадает на быстро вращающуюся резиновую ленту и отправляется по желобу между дорожками назад, к игроку. Желоб накрыт крышкой, скрывающей этот путь от посторонних глаз. В конце шар подхватывает боллифт и поднимает его на платформу для продолжения игры.
В завершение экскурсии для нас устроили настоящий турнир по боулингу (Приложение, Рисунок 3.3)! Мы на себе убедились, что боулинг это не только весело, интересно и забавно, но и физически очень полезно, в игре были задействованы все группы мышц.
Глава 4. Полоса препятствий на базе конструктора Lego WeDo с подвижными элементами
4.1. Создание полосы препятствий на базе конструктора Lego WeDo 1.0
Идеи при создании проекта в нам пришли после посещения экскурсии в боулинг клуб «Brooklyn Bowl» (Приложение, Рисунок 4.1.1)
Наша полоса препятствий называется «Проходимые джунгли», она сконструирована из конструктора LEGO (Приложение, Рисунок 4.1.2, Рисунок 4.1.3).
Это необычная полоса препятствий, которая способна привлечь людей разных возрастов опасными и захватывающими препятствиями в виде флоры и фауны джунглей.
Неподвижная часть полосы препятствий сделана из конструктора Lego City, подвижные препятствия и элементы сконструированы на базе набора Lego WeDo 1.0.
В нашем проекте задействовано 4 мотора, 3 коммутатора, 1 датчик наклона и 1 датчик расстояния.
Первое подвижное препятствие – это беговой барабан и игра Сердце (Приложение, Рисунок 4.1.4). С помощью зубчатой передачи запускаем игру Сердце, в которой поднимается флажок, сигнализирующий о вашей физической подготовке и выносливости. Флажок поднимается с помощью ременной передачи и реечной передачи (Приложение, Рисунок 4.1.5).
Второе препятствие – аллигатор (Приложение, Рисунок 4.1.6), через пасть которого необходимо пробежать, пока она открыта. Пасть открывается и закрывается с помощью угловой зубчатой передачи (Приложение, Рисунок 4.1.7) и понижающей ременной передачи (Приложение, Рисунок 4.1.8). На этом препятствии мы развиваем быстроту, ловкость и скорость. Далее нужно проползти по лиане (Приложение, Рисунок 4.1.9). Развиваем ловкость, равновесие и выносливость.
Третье подвижное препятствие – черная пантера (Приложение, Рисунок 4.1.10), которая на реечной передаче (Приложение, Рисунок 4.1.11) выскакивает из кустов, а затем прячется обратно. Нужно успеть проскочить, пока пантера спряталась. Далее проползаем под неподвижным львом. Развиваем быстроту, скорость, ловкость.
Четвертое препятствие – высокий жираф (Приложение, Рисунок 4.1.12). Забравшись на жирафа, мы наступаем на спину, в которую встроен датчик наклона. Он передает сигнал и опускается шея жирафа, с помощью понижающей зубчатой передачи и рычага (Приложение, Рисунок 4.1.13). Нужно успеть пройти по шее на следующее препятствие. Развиваем равновесие, быстроту. Так же датчик наклона прекращается движение аллигатора и пантеры.
Пятое подвижное препятствие – слон, по хоботу которого необходимо скатиться (Приложение, Рисунок 4.1.14).
Затем перед вами шестое препятствие – лабиринт (Приложение, Рисунок 4.1.15) , преодолеть который можно только с помощью смекалки. На финише лабиринта установлен датчик расстояния, который замечает человека и запускает следующее препятствие.
Дикая обезьянка – это седьмое подвижное препятствие (Приложение, Рисунок 4.1.16). Преодолеть ее под силу только внимательному и ловкому человеку. Обезьяна двигается влево и вправо с помощью двух сложных механизмов – зубчатой передачи и системы рычагов (Приложение, Рисунок 4.1.17). Развиваем ловкость, быстроту, смелость, гибкость.
В конце игры вас ждет яркое, красочное награждение, а так же вы можете пройти еще раз игру Сердце и узнать, повысился ли ваш уровень физической активности.
В тестовом режиме наша полоса препятствий работает именно так, как мы задумали. Все механизмы подобраны правильно, обеспечивают исправную работу всех подвижных элементов полосы препятствий.
3.2. Создание программы для управления моделью
Написание программного кода для полосы препятствий осуществлялось в специальном ПО - LegoWeDo. (Приложение, Рисунок 4.2.1).
Наш проект запускается после нажатия клавиши номер 1, а затем каждая программа передает сообщение следующей программе с помощью блоков «Отправить письмо» и «Начать при получении письма».
Первая программа отвечает за работу аллигатора. Мотор1 запускает два сложных механизма, которые открывают и закрывают пасть, Мотор1 начинает движение после нажатия клавиши номер 1. Затем первая программа отправляет сообщение второй программе. Мотор1 выключается тогда, когда датчик наклона принимает положение носом вниз.
Вторая программа для пантеры. Мотор2 начинает свою работу после того, как программа получила сообщение от первой программы. Мотор2 работает по часовой стрелке и против нее по 0,6 секунд. Затем вторая программа отправляет сообщение третьей программе. Мотор2 выключается тогда, когда датчик наклона принимает положение носом вниз.
Третья программа отвечает за движение жирафа. Она начинает работу после того, как приходит сообщение от второй программы. Ожидание датчика наклона носом вниз. После этого выключаются первая и вторая программы и запускается Мотор3. Мотор3 работает по часовой стрелке, затем ожидание 5 секунд, а потом Мотор3 работает против часовой стрелки. Выключается мотор. Затем третья программа отправляет сообщение четвертой программе.
Четвертая программа отвечает за работу обезьяны. Эта программа запускается после получения сообщения от третьей программы. Ожидание датчика расстояния, когда он заметит человека. Начинает движение Мотор4 и работает по часовой стрелке в течение 6 секунд, после чего выключается.
Заключение
Наша команда подробно рассмотрела и изучила множество подвижных игр. Мы выяснили, что они очень полезны для людей любых возрастов. Подвижные игры развивают не только умственные способности, вроде логики и мышления, но и в равной мере – физические навыки и качества – быстроту, скорость, ловкость, гибкость, равновесие и многие др. Пользу подвижных игр мы испытали на себе, посетив экскурсию в боулинг и приняв участие в турнире.
Мы познакомились со всеми видами и особенностями полос препятствий, узнали о том, что прохождение полосы препятствий развивает у человека большинство физических навыков. Проходить полосу препятствий не только интересно, но и полезно для здоровья современного человека.
Наша команда разработала и создала свою модель полосы препятствий «Проходимые джунгли» с подвижными элементами на базе конструктора Lego WeDo 1.0, которая в дальнейшем смогла бы привлечь людей к двигательной активности.
Тестирование подвижных элементов прошло отлично. Мы смогли подобрать нужные и правильные механизмы, способные обеспечить бесперебойную работу подвижных препятствий. Мы долго работали над программным кодом, чтобы препятствия и подвижные элементы двигались плавно, четко по времени и с нужной мощностью.
Проект «Проходимые джунгли» – это увлекательная полоса препятствий, которая сможет завлечь людей своим ярким миром джунглей и привлечь к движению и активности.
Список использованных источников и литературы
Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
https://www.broksteel.ru/articles/shkolnaya-i-armeyskaya-polosy-prepyatstviy-obshchie-cherty-i-razlichiya/
https://www.sgorod.net/allpages.php?SECTION_ID=248&ELEMENT_ID=4403
https://www.maam.ru/detskijsad/polza-podvizhnyh-igr-dlja-detei.html
https://azbyka.ru/deti/sbornik-podvizhnyh-igr-dlya-detej#n2
Приложение
|
Рисунок 2.1 Полоса препятствий |
Рисунок 2.2 Полоса препятствий для подготовки военных |
|
Рисунок 2.3 Полоса препятствий для школьников |
Рисунок 2.4 Полоса препятствий для дошкольников |
|
Рисунок 3.1 Игра боулинг |
Рисунок 3.2 Машинный блок боулинга |
|
Рисунок 3.3 Экскурсия в боулинг клуб «Brooklyn Bowl» |
Рисунок 4.1.2 Создание проекта полосы препятствий |
|
Рисунок 4.1.3 Полоса препятствий «Проходимые джунгли» |
|
|
Рисунок 4.1.4 Беговой барабан и игра Сердце |
Рисунок 4.1.5 Ременная и реечная передачи |
|
Рисунок 4.1.6 Аллигатор |
Рисунок 4.1.7 Угловая зубчатая передача |
|
Рисунок 4.1.8 Понижающая ременная передача |
Рисунок 4.1.9 Лиана над озером |
|
Рисунок 4.1.10 Черная пантера |
Рисунок 4.1.11 Реечная передача |
|
Рисунок 4.1.12 Жираф |
Рисунок 4.1.13 Зубчатая понижающая передача и рычаг |
|
Рисунок 4.1.14 Слон |
Рисунок 4.1.15 Лабиринт |
|
Рисунок 4.1.16 Обезьянка |
Рисунок 4.1.17 Зубчатая передача и система рычагов |
|
Рисунок 4.2.1 Программа |
|