XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Игровой оздоровительный аттракцион «Let's play and jump. Let's have some fun!» - проект на базе конструктора Lego WeDo
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Образ жизни современного человека малоподвижен, поскольку большинство профессий предполагают сидячую работу. Кроме этого, сейчас большое число организаций перешло в режим дистанционной работы дома в удобных креслах, и двигательная активность ещё уменьшилась, ведь на работу ехать уже не нужно. В результате, организм не испытывает постоянную необходимую нагрузку и становится все менее ловким, и подвижным, а жизнедеятельность всех органов и систем – все более вялой.
Регулярные физические нагрузки – это основа правильного образа жизни и залог отсутствия проблем со здоровьем в преклонном возрасте. Люди, которые занимаются спортом, меньше болеют, редко страдают избыточным весом и лучше справляются со стрессами и житейскими проблемами. Но не все люди осознанно занимаются спортом. Как же привлечь людей к физической активности – этот вопрос мы поставили перед собой перед началом создания проекта.
Цель: разработать интересные и безопасные игры для привлечения к физической активности и детей, и взрослых, смоделировать игры на базе конструктора LegoWeDo.
Задачи:- узнать о наиболее популярных видах спорта;
- понять, почему прыжки называют взрывной нагрузкой;
- побывать на экскурсии в фитнесс-центре;
- изучить самые популярные игры с прыжками;
- изучить опасности для здоровья людей во время прыжков;
- придумать свои игры с прыжками и объединить их в одну большую игру;
- разработать варианты игр для привлечения к физической активности людей, которым нельзя прыгать по состоянию здоровья;
- создать проект «Поиграем! Попрыгаем! из конструктора LegoWeDo 1.0 и LegoWeDo 2.0 и провести демонстрацию.
В качестве источников мы использовали информационные сайты: poleznii-site.ru, https://ria.ru и интернет журналы: Семья и семейные заботы (http://7ya-i-ya.ru/), Zdrav.expert (http://zdrav.expert), Мир спорта (mir-sporta.com). При оформлении проекта мы брали идеи из большой книги «LEGO Идеи: новая жизнь старых деталей» [1], при конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, подробно о зубчатых передачах [2, 3], при создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике. [4]
В процессе изучения теоретического материала и создания нашей модели мы решали две проблемы:
мало интересных игр с прыжками для людей любого возраста;
не всем людям можно прыгать по состоянию здоровья.
Глава 1. Спорт в удовольствие – чтобы быть здоровым
Россия входит в пятерку самых физически активных стран. Наши соотечественники проходят в среднем 5969 шагов в день [5]. Доля россиян, занимающихся спортом с той или иной периодичностью, выросла с 38% в 2006 году до 60% в 2019 году. Дети до 12 лет являются наиболее физически развитыми среди всех слоев населения и чаще других занимаются спортом (более 50%). Далее наиболее активно (каждый или почти каждый день) занимаются спортом 18-24-летние люди (23%), люди старшего поколения (старше 60 лет) не уступают молодым в интенсивности тренировок (21%).
Спорт, это, прежде всего, физическая активность – это любые движения тела при помощи мышечной силы, сопровождающиеся расходом энергии.
Самый доступный и популярный в России вид физической активности – ходьба и бег (37%). Можно заниматься где угодно: хоть в лесу, хоть в мегаполисе и не требует специальной подготовки.
Плавание - это почти идеальный путь к приобретению сильного красивого тела! Плавание укрепляет мышцы, повышает упругость кожи, расслабляет под влиянием спокойного покачивания воды, снижает уровень стресса.
А ещё, люди любят прыгать! например, прыжки на батуте – это полезный, легкий и веселый способ сжигать лишние калории и укреплять мышцы тела. Упражнения на нем признаны одним из наиболее полезных видов физических нагрузок. Стандартные прыжки усиливают мышцы ног и пресса, при грамотном подходе не нанося им вреда. Прыжки на батуте - это идеальный способ тренировки вестибулярного аппарата. Это связано с тем, что даже при выполнении простых прыжков или гимнастических элементов человек инстинктивно старается принять максимально безопасное положение тела, чтобы удержать равновесие при приземлении [7].
Нас очень заинтересовал такой вид физической активности как прыжки! Мы решили узнать о прыжках больше информации.
Глава 2. Прыжки – взрывная нагрузка
Спортивные прыжки на батуте на протяжении более 20 лет являются олимпийским видом спорта (Приложение, Рисунок 2.1)! И это не случайно!
Различные прыжки, подпрыгивания, активное перемещение в плоскости снизу вверх называют в фитнес-мире взрывной нагрузкой. Прыжки являются лучшим способов тренировки дыхательной системы. Общая выносливость повышается, также снижается риск заболеть бронхолегочными недугами – ведь легкие у тренированных людей сильнее и выносливее. Никакое лекарство не способно расширить кровеносные сосуды на длительное время и так сильно, как работа мышц во время прыжковой нагрузки!
Для людей пожилого возраста прыжки позволяют повысить снабжение полезным кислородом тканей организма. В процессе выполнения упражнений улучшается кровообращение в конечностях и органах, стабилизируется перистальтика кишечника, тренируется дыхательная система организма и многие группы мышц. Риск развития инфаркта и инсульта, заболеваний сердечно-сосудистой системы существенно снижается. А самое главное – занятия на батуте вызывают прилив сил и улучшают психологический микроклимат. Это связано с выработкой большого количества эндорфина, который называется гормоном счастья [8]
Для детей младшего школьного возраста прыжки используются как средства для развития силы, выносливости, быстроты. Кроме легкоатлетических прыжков, таких, как прыжок в длину, тройной прыжок, прыжок в высоту, широко используются прыжки в технике игровых видов, гимнастике. (Приложение, Рисунок 2.2)
Глава 3. Экскурсия в фитнес-клуб Athletic Gym в городе Тюмени
Мы решили побывать в большом фитнес-клубе Athletic Gym в городе Тюмени и узнать как занимаются спортом взрослые и в какие игры играют.
Мы увидели взрослых на различных тренажерах: кардиотренажерах и силовых. Мы тоже попробовали позаниматься на кардиотренажерах: велотренажер, эллипс-тренажер, беговая дорожка (Приложение, Рисунок 3.1). Затем тренер Николай провел групповую тренировку на степах. Это было самое интересное. Мы прыгали! Тренер рассказал, что прыжки очень полезны для здоровья – тренируется тонус мышц и сосудов, сердце получает высокую нагрузку и повышается циркуляция крови по всему организму. Занятия на степах – это единственный вид упражнений с прыжками, которые доступны взрослым в этом фитнес-клубе. Мы решили узнать, какие ещё есть игры с прыжками для всех – для детей и взрослых.
Глава 4. Игры и прыжки
Подвижные игры с прыжками довольно сильно помогают детям в физическом развитии, а также в сбросе большого количества энергии (Приложение, Рисунок 4.1). В некоторые игры и взрослые бы тоже с удовольствием поиграли [9]. Мы привели пример самых популярных игр:
«Ловись, рыбка»: игра со скакалкой.
Легендарная игра «Классики».
«Не будь пойманным»: прыжки извне нарисованного круга.
«Скакуны»: командная игра внутри поля, прыжки на одной ноге.
«Петушиные бои»: игроки – это дерущиеся петухи внутри круга
«Прыжки на выносливость»: прыжки на одной ноге по полосе к финишу.
Простых игр с прыжками для детей много. Однако, взрослых сложнее заинтересовать простыми играми. Мы определили первую проблему: мало интересных игр с прыжками для людей любого возраста. Для решения этой проблемы мы решили придумать новые игры с прыжками!
В процессе разработки нашего проекта мы определили вторую проблему: не всем людям модно прыгать по состоянию здоровья!
Глава 5. Всегда ли прыжки на пользу?
Прыжки помогают действительно за счёт хаотичных вибраций в тканях заставлять жидкость двигаться, как лимфу, так и венозную кровь [10].
И всё же кому прыгать нельзя? А на самом деле многим. Мы привели список заболеваний, при которых прыгать противопоказано:
артроз коленных и тазобедренных суставов 3-4 степени;
варикозное расширение вен нижних конечностей и малого таза;
выраженный остеопороз (неоднократные переломы на ровном месте);
выпадение, опушение органов малого таза, опущение почки, камни в почках или жёлчного пузыре;
беременность;
сердечно-сосудистая недостаточность тяжелой степени, аритмии,
онкология;
простудные заболевания, прыжки запрещены до полного выздоровления.
Прыжки на пользу здоровым людям. А что же делать тем, кому нельзя прыгать? Мы предлагаем решение – заниматься спортом в удовольствие в нашей комнате здоровья!
Глава 6. Создание и демонстрация модели «Поиграем! Попрыгаем!» на базе конструктора LegoWeDo.
Мы узнали, что прыжки являются сверхнагрузкой и отлично тренеруют человека физически. Мы вспомнили самые популярные игры с прыжками и придумали свои игры, интересные людям любого возраста! Наши игры легко смогут привлечь людей к активности.
6.1 Игра №1 «Грибы в болоте»
Человеку предстоит в этой игре пройти полосу препятствий, которая состоит из нескольких подвижных грибов. Эти грибы поднимаются и опускаются неожиданно для человека вверх и вниз. Грибы расположены на таком расстоянии, чтобы человеку нужно было перепрыгивать с одной шляпки гриба на другую.
Мы нарисовали эскиз нашей игры (Приложение, Рисунок 6.1.1). За создание конструкции этой игры захотел быть ответственным Петр (Приложение, Рисунок 6.1.2). Он сразу предложил использовать кулачковый механизм для движения грибов вверх-вниз. Мы сконструировали 5 грибов и создали 5 кулачковых механизмов. Чтобы передать движение от одного мотора сразу к 5 кулачковым механизмам, мы использовали зубчатые (понижающие и повышающие) и осевые передачи.
Кулачковый механизм состоит из кулачка и толкателя (Приложение, Рисунок 6.1.3). В нашей модели кулачком является вращающаяся деталь некруглой формы, толкателем – ножка гриба. Для лучшей работы механизма мы создали толкатель ровный и гладкий.
6.2 Игра №2 «Радужный диск»
Суть игры в точном прыжке! Человек спускается в центр вращающего диска и бросает кубик. Грани кубика окрашены в цвета. Выпавший цвет и ставит перед игроком задачу: спрыгнуть с вращающегося диска точно на нужный цвет, при этом устоять.
Мы разработали эскиз этой игры (Приложение, Рисунок 6.2.1), затем Анна начала воплощать идею в нашем проекте. Для передачи вращения от мотора к диску из вертикальной плоскости в горизонтальную, Анна сконструировала понижающую зубчатую передачу под углом 90° (Приложение, Рисунок 6.2.2, Рисунок 6.2.3).
6.3 Игра №3 «Стой-Прыгай-Стой»
В этой игре человек становится спиной к вращающему рычагу и должен вовремя прыгнуть вверх. После всех прыжков рычаг останавливается и игрок может взять кубок победителя (Приложение, Рисунок 6.3.1). В качестве механизма вращения Андрей выбрал червячную передачу. Именно она является самой прочной и сильной, способной легко поднимать рычаги с человечками (Приложение, Рисунок 6.3.2).
6.4 Зона проверки здоровья
Наши игры достаточно сложные, требуют выносливости, правильной координации, точности в прыжках. Для безопасности мы две игры расположили в бассейнах, в случае неточности, вода смягчит падение игрока.
Однако, мы узнали, что не всем людям можно прыгать. Мы решили установить зону проверки здоровья на старте перед прохождением игр. Этот блок включает в себя «Беговой барабан» и индикатор состояния здоровья человека «Сердце» (Приложение, Рисунок 6.4.1). Каждый человек перед стартом будет проходить тестовую нагрузку на беговом барабане, система будет оценивать все показатели здоровья, а индикатор состояния здоровья «Сердце» поднимать флаг до уровня готовности игрока. Механизмы модели стартовой диагностики конструировал Захар – это зубчатая передача, понижающая ременная передача и реечная передача (Приложение, Рисунок 6.4.2). Мотор вращает беговой барабан и через зубчатую передачу движение принимает малая шестерня, и, приходя в зацепление с зубчатой рейкой, поднимает флаг вверх.
Мы установили датчик наклона для выбора направления: игры с прыжками (положение датчика "носом вверх") или комната здоровья (положение датчика "носом вниз").
6.5Комната здоровья
Если в зоне проверки здоровья врач запретил человеку игры с прыжками, то он направляется в комнату здоровья (Приложение, Рисунок 6.5.1). На входе в комнату расположен датчик расстояния, он определяет приближение игрока и передает сигнал мотору для опускания платформы-спуска в комнату. Механизмы опускания: зубчатая передача, угловая передача, кулачковый механизм. Комната здоровья представляет собой лабиринт с интересными играми и заданиями: игры с мячом, тренажеры, бассейн, комната отдыха с массажным креслом и настольными играми. После выполнения всех заданий игрок получает кубок победителя.
6.6 Встреча с экспертом по играм Кудашевым Г.Н.
Мы пригласили к нам в Школу эксперта по играм – Кудашева Григория Николаевича, игро-педагога, автор методики игрового конструирования, ряда ситуационно-ролевых и настольных игр, автор ряда методических, научно-методических и учебных пособий по играм, автор более 70 статей по вопросам воспитания, дополнительного образования и молодёжной политики, в том числе в центральных журналах. Он с удовольствием послушал нашу презентацию и отметил, что наши игры действительно новые и включают элементы известных наиболее интересных игр (Приложение, Рисунок 6.6.1). Он сказал, что если бы такие игры были бы установлены в нашем городе, то он с удовольствием в них бы сыграл. Григорий Николаевич высоко оценил наши идеи и предложил внести некоторые корректировки для большей мотивации игроков и увеличения заинтересованности в игре:
- объявить награду в завершении всех игр;
- добавить в игру реиграбельность;
- добавить элемент неожиданности.
Мы прислушались к его совету и усовершенствовали нашу модель и программу: мы установили финальный кубок победителя в зону игр с прыжками и в комнату здоровья, в программе добавили цикл для повтора двух первых игр столько раз, сколько игрок захочет, перед финишем игры остановиятся, мощность мотора на игре №2 установили как случайная величина на выбор компьютера, тем самым добавив неожиданность при вращении диска.
6.7Программа и демонстрация проекта.
Мы создали наш проект на базе конструктора Lego WeDo, версий 1.0 и 2.0. Lego Wedo 1.0 включает 4 мотора, 2 датчика, 3 коммутатора и 1 компьютер. Программа представлена на Рисунке 6.7.1 Приложения. Программа Wedo1.0 состоит из двух частей: первая часть для проверки всех моторов и запуска каждой игры в отдельности, вторая часть - итоговая программа. Она запускается с кнопки 1, включает мотор № 1 в зоне проверки здоровья, затем передает письмо 1 программам с датчиком наклона. При выборе положения "носом вверх" отправляется письмо №2 и запускаются второй и третий моторы поочередно в цикле для первой и второй игр. Цикл прерывается по реакции датчика расстояния и передается письмо №3 следующей программе, в которой включается четвертый мотор для игры №3.
При положении датчика наклона "носом вверх" произносится звук, символизирующий выбор направления "комнаты здоровья". Эта часть с работает с помощью Lego Wedo 2.0 и включает 1 мотор, 1 датчик расстояния, 1 коммутатора и 1 планшет, связь осуществляется посредством блютуз. Программа для робота Wedo2.0 начинается с блока ожидания реакции датчика наклона, затем на экран выводится картинка и срабатывает мотор для опускания платформы. Программа представлена на Рисунке 6.7.2 Приложения. Связь осуществляется посредством блютуз.
Все наши игры, зону проверки здоровья и комнату здоровья мы объединили в нашем проекте в интересный аттракцион «Поиграем! Попрыгаем!» (Приложение, Рисунок 6.7.3). Этот аттракцион можно разместить в парке или в Торгово Развлекательном Центре. Человек покупает билет, затем проходит тестирование своего здоровья, если врач разрешает, то игрок поочерёдно проходит две игры сколько хочет раз, на финише прыгает в третьей игре и и получает кубок победителя! Если по состоянию здоровья человеку нельзя проходить игры с прыжками, то он проходит в комнату здоровья. Здесь ему тоже будет очень интересно и он сможет потренировать свое тело: игры с мячом, тренажеры, бассейн, комната отдыха. В завершении полосы препятствий игрок также получает кубок победителя!
Мы успешно продемонстрировали наш проект «Поиграем! Попрыгаем!» на школьном соревновании, а также выступили на региональном соревновании First Lego League Explore (Приложение, Рисунок 6.7.4).
6.8 Презентация проекта на английском языке
Сейчас мы готовимся презентовать наш проект на Национальном Чемпионате First Lego League Explore на английском языке. Вы можете посмотреть нашу презентацию на YouTube по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=y2vQ6fOL5rU&feature=youtu.be
The name of our project is "Let's play and jump. Let's have some fun!" We love active games. We like to jump with a jump rope, play hopscotch and jump on the trampoline. We have understood, we like to jump. It's so much fun. But there is a problem, there are very few jumping games. We made up a few games.
Game №1 is "Mushrooms in the Swamp". You need to cross the swamp jumping on the mushrooms. The mushrooms go up and down all the time. Don’t fall down! The main mechanism is a cam mechanism.
Game №2 is "The Rainbow Disk". You stand in the disk centre and throw a cube with colorful sides. The disk is revolving. You jump on the disk and follow the cube color. It’s a tooth gear at a 90-degree angle.
Game №3 is "Stop. Jump. Stop" You go to the start position. The obstacle starts revolving. It revolves with different speeds. You need to jump over the obstacle. Try to stay on the start position. The revolving mechanism is a worm gear.
We want everyone to play our games! But there is a problem, some people can't jump because of a bad heart or joints or other health problems. We give you a solution. Сheck your health . Do it on the treadmill and in a game called "The Heart". After the tests a doctor can say “yes” or “no”. It’s a step-down tooth gear, a step-down belt drive and rack-and-gear drive.
We used all our games and the treadmill to create a mini amusement zone “Let’s play and jump!”. You can install it in an amusement park or a mall. You buy a ticket, test your health, and if a doctor says ‘yes’, you can play. You can play 2 games many times. When you want to finish, you play game №3 and get the Winner Cup. It’s a robot WeDo 1.0 (one point zero). It has 4 motors, 2 sensors, 3 commutators and 1 computer. The tilt sensor chooses options: jumping games or a wellness room. The range-finding sensor shows that a person has played 2 games. So, it starts game №3 and gives the Winner Cup. You just push 1 button to start the project. It’s so easy!
If you can’t jump, you go to the wellness room. You can have fun and train your body: you can play with a ball, have a workout or swim in the swimming pool. Here you can relax in a massage chair or play board games. When you finish, you get the Winner Cup. It’s a robot WeDo 2.0 (two point zero). It has a motor, a range-finding sensor and a computer.
If you want to be healthy at every age, you need to be active! Our project “Let’s play and jump! Let’s have some fun!” will help you! And we invite you too!
Заключение
Мы точно знаем, что спорт полезен для здоровья! А чтобы привлечь большее число людей любого возраста к физической активности, их нужно заинтересовать. В этом могут помочь игры. Особенно полезны игры с прыжками. Мы определили первую проблему: мало игр с прыжками, которые могут заинтересовать и детей, и взрослых. Наше решение - новые игры с прыжками: «Грибы в болоте», «Радужный диск» и «Стой-прыгай-стой». Мы узнали, что прыжки являются взрывной нагрузкой для человека и очень полезны для здоровых людей. Новая проблема: не всем людям можно прыгать. В качестве решения этой проблемы мы предложили комнату здоровья. Она включает полосу препятствий с тренажерами и играми, полезными для здоровья всем людям, а также комнату отдыха.
Мы сконструировали наглядную модель игрового оздоровительного аттракциона «Поиграем! Попрыгаем!» из конструктора Lego и запустили проект в программах LegoWedo1.0 и LegoWedo2.0. В проекте мы успешно продемонстрировали все этапы: диагностику здоровья человека, игры с прыжками для увеличения физической активности здорового человека, прохождение полосы препятствий в комнате здоровья для людей, кому прыжки запрещены, и финальный этап – вручение кубка победителю.
Мы очень надеемся, что наши новые игры привлекут внимание людей любого возраста, и мы сможем вместе быть физически здоровыми и максимально активными в жизни даже в столь сложный период различных ограничений и противоэпидемиологических мер. Мы предлагаем разместить наш аттракцион в парке или в ТРЦ. Это очень интересно! Мы приглашаем всех.
Наш проект удачно демонстрирует сложные механические передачи, линейные и нелинейные программы и может быть использован на занятиях по робототехнике, а наши идеи с новыми играми – на внеклассных занятиях.
Список используемой литературы:
Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;
Богданова С.М, Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400
Корягин А.В, Образовательная робототехника Lego WeDo. Сборник методических рекомендаций и практикумов – ДМК-Пресс, 2016. – 252 с.;
Интернет источники:
http://zdrav.expert/index.php/Статья:Физическая_активность_населения_в_России;
https://ria.ru/20180828/1527330741.html;
https://poleznii-site.ru/zdorove/chem-polezen-batut.html;
https://mir-sporta.com/news/polza-i-vred-pryzhkov-na-batute/
http://7ya-i-ya.ru/sport/podvizhnye-igry-s-pryzhkami.html;
https://stiralkovich.ru/zanjatija-pryzhki-i-ee-polza/;
Приложение
|
Рисунок 2.1 Спортивные прыжки на батуте |
|
Рисунок 2.2 Прыжки для детей младшего школьного возраста |
|
Рисунок 3.1 Экскурсия в фитнес-клуб Athletic Gym в городе Тюмени |
|
Рисунок 4.1 Игры с прыжками |
|
Рисунок 6.1.1 Эскиз игры «Болото и грибы» |
|
Рисунок 6.1.2 Седых Петр. Модель игры «Болото и грибы» |
|
Рисунок 6.1.3 Кулачковый механизм в модели игры «Болото и грибы» |
|
Рисунок 6.2.1 Эскиз игры «Радужный диск». |
|
Рисунок 6.2.2 Механизм игры «Радужный диск» |
|
Рисунок 6.2.3 Анна Попова.Модель игры «Радужный диск». |
|
Рисунок 6.3.1 Игра №3 «Стой-Прыгай-Стой»: эскиз и модель. Платформа и Кубок победителя |
|
Рисунок 6.3.2. Георгиев Андрей. Главный механизм игры №3: червячная передача |
|
Рисунок 6.4.1 Симон Захар. Диагностическая модель: «Беговой барабан» и индикатор состояния здоровья человека «Сердце» |
|
Рисунок 5.4.2 Механизмы модели «Беговой барабан» и индикатора состояния здоровья человека «Сердце» |
|
Рисунок 6.5.1 Комната здоровья: модель, механизмы |
|
Рисунок 6.6.1 Встреча с экспертом по играм Кудашевым Григорием Николаевичем |
|
Рисунок 6.7.1 Программа проекта «Поиграем! Попрыгаем!» для робота WeDo1.0 в зоне игр с прыжками |
|
Рисунок 6.7.2 Программа проекта «Поиграем! Попрыгаем!» для робота WeDo2.0 в комнате здоровья |
|
Рисунок 6.7.3 Итоговый вид модели проекта «Поиграем! Попрыгаем!» |
|
Рисунок 6.7.4 Презентация проекта «Поиграем! Попрыгаем!» на региональном соревновании First Lego League Explore. |