XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Развивающие игры "Робот-Дуэлянт"
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На протяжении всей истории человечества, игры, сопровождали людей, помогая им развиваться, соревноваться, а также весело проводить время. Некоторые, сохранились до настоящего времени, это связано с чрезвычайным интересом этих самых игр. Помимо интереса, игры, помогали решать государственные вопросы, разрабатывать новые стратегии и планы.
Позднее, была придумана и описана теория игр, которая представляет собой математический метод изучения оптимальных стратегий в играх, одними из основателей считаются Джон Фон Нейман и Оскар Моргенштерн [1]. Известный американский психиатр Эрик Берн, описал свой трансакционный анализ, сравнив поведение человека с игрой, в которую играют люди [2]. В работе в основном используются интернет источники, которые представляют собой специализированные порталы по истории развития игр, а также различные новостные порталы.
Актуальность темы:
Популярность различных игр, продолжает расти. На сегодняшний день существует множество видов игр и способов их реализации. Лидирующее положение по способу реализации, среди подростков, занимают компьютерные игры. Дети, все чаще обращаются к персональным компьютерам и приставкам, с целью отвлечься от повседневности и весело провести время. Однако подобного рода игры, к сожалению, не всегда приносят пользу для развития ребенка как социальной личности. Зачастую, компьютерные игры, становятся на первый план, в ущерб учебе, домашним делам и живому общению, а в дальнейшем работе и жизни. Исходя из этого, актуальность создания альтернативных игр, способных развивать и обеспечить реальное общение, взамен виртуальному, как никогда высока.
В настоящее время, возросла необходимость образованности человека, которая является двигателем прогресса. Для увеличения интереса к самообразованию, открытиям и исследованиям отлично подходят развивающие игры, поскольку обеспечивают развитие через увлекательный процесс. Игра, позволяет, применить, свои умозаключения, логику, фантазию, выстроить стратегию, обучить взаимодействию членов команды, а также развивает физически, духовно и умственно, что еще раз подчеркивает актуальность выбранной темы.
Цель исследования: разработка развивающей игры, как альтернатива компьютерным.
Задачи исследования:
Рассмотреть историю развивающих игр;
Определить принципы и особенности современных развивающих игр;
На основе полученной информации, создать, обучить, и сформировать правила развивающих игр, через робототехнический учебный комплекс Lego education mindstorms EV3.
Глава 1. Развивающие игры, через призму времени
История становления развивающих игр
Игра представляет неотъемлемую, важнейшую часть жизни человека, которая реализуется как в виде отдельной деятельности, так и в виде составляющих различных сфер жизни: трудовой, учебной, творческой, семейной и т. д. При этом игра — основной вид деятельности детей младших возрастов. С. Л. Рубинштейн (1976) отмечал, что игра хранит и развивает детское в детях, что она их школа жизни и практика развития. По мнению Д. Б. Эльконина (1978), «в игре не только развиваются или заново формируются отдельные интеллектуальные операции, но и коренным образом изменяется позиция ребёнка в отношении к окружающему миру и формируется механизм возможной смены позиции и координации своей точки зрения с другими возможными точками зрения».
В мире существует огромное множество игр, начиная со спортивных, ролевых, пряток, догонялок, зимних развлечений (санки, коньки, лыжи) и заканчивая настольными, логическими и компьютерными. Игры, целью которых является развитие умственных способностей, логического мышления, сообразительности, улучшение памяти человека, называются развивающими. В таких играх заключен вопрос, поставлены задачи, которые необходимо решить. Первыми играми, которые многие относят к интеллектуальным, были шашки, игральные кости, шахматы и многие другие. Таким играм насчитывается уже несколько тысячелетий. Из настольных игр самой древней считается «сенет», напоминающий шашки. Игра была известна в Древнем Египте еще 4 тыс. лет до н.э. В нарды играли за 3 тыс. лет до н.э., а знаменитая игра «го» существовала 2,5 тыс. лет назад. Точное время изобретения шахмат не установлено, но изображения игроков за шахматной доской были обнаружены на древнеегипетских памятниках, что свидетельствует об их древнем происхождении.
Рассмотрим, историю возникновения самых популярных игр прошлого, которые не утратили своей популярности и по сегодняшний день.
Сенет
В наше время существует множество необычных игр, которые смогли дойти до нас минуя века. Одной из таких древних игр является “Сенет” [Приложение 1].
Принято считать, что эта настольная игра могла появиться около 3500 лет до н.э. на территории Древнего Египта. Лучше всего сохранившийся набор был найден во время раскопок в гробнице Тутенхамона. Через образовавшийся разлом археолог Говард Картер сумел разглядеть ящик, который лежал у главного входа на золоченых салазках. Ящик оказался игровой доской с расчерченными квадратами. Внутри лежали фигуры и кости, похожие на шахматные, и действительно “Сенет” долгое время путали с шахматами или шашками. Но позже выяснилось, что смысл совершенно в другом. Благодаря древнеегипетским иероглифам стало понятно, что название “Сенет” в переводе означает «прохождение». И действительно, игра была больше похожа прохождение пути и испытаний, которые встречаются на нем. Участники, кидая кости, передвигали свои фишки по, так называемой, дороге. Фишки обычно имели форму лепешек, башенок или катушек.
Это было одно из главных развлечений египтян. Сенет высоко ценили, именно поэтому ложили в гробницы уважаемых людей династии.
Египтяне играли по более простым правилам, чем современные поклонники этой увлекательной игры. В сенет выигрывал тот игрок, которому удалось не избавиться от шашек, как в современных правилах, а перевести все фишки на сторону оппонента, блокируя ему возможности для маневров фигурами.
Как культовая игра “сенет” был широко распространен в Египте почти три тысячи лет, с 2600 года до н. э., римского периода (350 год н. э.) и распада древней цивилизации. После чего про “сенет” забыли почти на 2000 лет. Спустя почти 20 веков она снова открыла свою тайну и стала одной из самых древних и загадочных настольных игр мира [3].
Нарды
На востоке нарды считались не только популярной интеллектуальной игрой, но и способом решения споров и конфликтов даже на государственном уровне, не зря одно из древнейших названий этой захватывающей настольной игры «Тахте» в буквальном переводе звучит как «битва на деревянной доске» [Приложение 2].
За тысячи лет до нашей эры индусы попытались предупредить назревавшую войну с Великим царством Персов, обладавшим в те времена особым могуществом, бросив интеллектуальный вызов самому царю Бозоргмехру, славившимся своим умом и мудростью. Индусы послали правителю шахматы, думая, что ему никогда не разобраться в правилах этой игры. Бозоргмехр не только справился с поставленной задачей, но и нашел, чем ответить противнику, прислав взамен нарды. К сожалению, правительство Индии оказалось не таким сообразительным, и загадка нард мучила умы индийских властителей в течение двенадцати лет.
В Древней Персии нардам придавали просто колоссальное значение, ведь их использовали с целью предсказания событий, способных изменить ход истории целого государства. Именно гадания на нардах приоткрывали завесу будущего для великих правителей и их приближенных.
Гадание на нардах также было популярно в Месопотамии. Именно в столице Месопотамии городе Уре была найдена одна из старейших игр.
Более чем за пять тысяч лет истории увлечения человечеством нардами, было изобретено более ста вариаций правил настольной игры. Нарды объединяли не только лучшие блистательные умы древности, в наше время, игра стала одним из самых популярных интеллектуальных видов спорта.
На Востоке до сих пор популярны длинные, старинные нарды, а европейские игроки больше предпочитают короткие. Официальные правила, по которым проходят игры на турнирах мирового уровня, были впервые установлены англичанином Эдмондом Хойлом в 1743 году [4].
Шахматы
Шахматы – древняя игра специальными фигурами на 64-клеточной доске для двух игроков [Приложение 3]. Название шахматы происходит от персидского названия «шах мат», что переводится, как властитель умер. Цель игры – объявить мат королю соперника.
Шахматы – логическая игра, сочетающая в себе элементы спортивного соперничества, научного и логического мышления и художественного творчества, вид спорта. Одна из древнейших игр на Земле, сохранившаяся до настоящего времени.
В современном мире стремительно возрастает потребность в интеллекте и логическом мышлении каждого индивидуума общества. Шахматная игра, наряду с другими видами умственной деятельности человека, плодотворно решает эту задачу.
Особенно важно, что с помощью шахмат развитие личности проходит в игровой форме, привлекая к игре детей и подростков.
Истинный возраст игры покрыт завесой тайны. Некоторые теории датируют возникновение шахмат более ранним временем, чем это может быть подтверждено историческими свидетельствами. Согласно одной легенде, шахматы были изобретены около 1000 г. до н.э. индийским математиком, который также изобрел математическое действие возведения в степень.
Другие теории отодвигают время создания шахмат еще дальше, к 2‑3 тысячелетиям до н.э., базируясь на археологических открытиях в Египте, Ираке и Индии. Первое упоминание о шахматной игре присутствует в персидской поэме, в которой изобретение шахмат приписывается Индии. Поскольку нет никаких других упоминаний в литературе об этой игре до 570‑го г. н.э., большинство историков признают именно эту дату.
Вероятно, старейшим известным предком шахмат является индийская игра чатуранга, заимствованная персами, которые видоизменили её и назвали шатрандж. После арабского завоевания Персии в VII веке шатрандж распространился в пределах арабского халифата, а от арабов стал известен европейцам [5].
1.2 Развивающие игры сегодня
Современные дети развиваются стремительно. Их потребности уже не могут сводиться только лишь к обычным умениям – считать, писать или читать. Для того, чтобы успешно обучаться и постигать мир, при подготовке к школе ребёнку нужно иметь определённый комплект гармонично развитых качеств. При оценке, готов ли ребенок к школе или нет, рассматриваются показатели:
базового опыта
развития познания
эмоционального и языкового развития
физической подготовки
умения общаться
зрительного восприятия, различения и памяти
слуховых способностей
отношения к книгам
общей и психологической готовности.
Исходя из этого становится понятным, что поиск способов всестороннего развития детей сегодня очень актуален. Новые технологии ведения учебного процесса, повышенные темпы обучения, огромные объёмы информации, которые следует переработать маленькому школьнику, предъявляют иные требования к его
способностям, чем ранее
Развивающие игры — самый простой и природный способ развивать ребёнка и готовить его к школе. Развивающие игры основаны на таких принципах:
принцип сочетания игры и обучения
принцип перехода от игры к активной познавательной деятельности
принцип поэтапного усложнения игр и заданий
принцип активизации умственного развития ребёнка.
В этих принципах заложено значение развивающих игр, так как они формируют условия, в которых ребёнок будет эффективно всесторонне развиваться. Каждый возрастной период развития ребёнка предназначен для освоения нового. Развивающие игры способствуют формированию необходимых для жизнедеятельности умений и навыков, например, захватывать и держать предмет, удерживать внимание, быть усидчивым и многого другого. В процессе игры ребёнок формирует свою эмоциональную сферу, совершенствует мелкую моторику. Вот почему важно подбирать игры и игрушки по возрасту ребёнка.
Развивающие игры все исходят из общей идеи и обладают характерными особенностями:
1. Каждая игра представляет собой набор задач, которые ребенок решает с помощью кубиков, кирпичиков, квадратов из картона или пластика, деталей из конструктора-механика.
2. Задачи даются ребенку в различной форме: в виде модели, плоского рисунка в изометрии, чертеже, письменной или устной инструкции, и таким образом знакомят его с разными способами передачи информации.
3. Задачи расположены примерно в порядке возрастания сложности, т. е. в них использован принцип народных игр: от простого к сложному.
4. Задачи имеют очень широкий диапазон трудностей: от доступных иногда 2—3-летнему малышу до непосильных среднему взрослому. Поэтому игры могут возбуждать интерес в течение многих лет (до взрослости).
5. Постепенное возрастание трудности задач в играх позволяет ребенку идти вперед и совершенствоваться самостоятельно, т. е. развивать свои творческие способности, в отличие от обучения, где все объясняется и где формируются только исполнительские черты в ребенке.
6. Нельзя поэтому объяснять ребенку способ и порядок решения задач и нельзя подсказывать ни словом, ни жестом, ни взглядом. Строя модель, осуществляя решение практически, ребенок учится все брать сам из реальной действительности.
7. Нельзя требовать и добиваться, чтобы с первой попытки ребенок решил задачу. Он, возможно, еще не дорос, не созрел, и надо подождать день, неделю, месяц или даже больше.
8. Решение задачи предстает перед ребенком не в абстрактной форме ответа математической задачи, а в виде рисунка, узора или сооружения из кубиков, кирпичиков, деталей конструктора, т. е. в виде видимых и осязаемых вещей. Это позволяет сопоставлять наглядно «задание» с «решением» и самому проверять точность выполнения задания.
9. Большинство развивающих игр не исчерпывается предлагаемыми заданиями, а позволяет детям и родителям составлять новые варианты заданий и даже придумывать новые развивающие игры, т. е. заниматься творческой деятельностью более высокого порядка.
10. Развивающие игры позволяют каждому подняться до «потолка» своих возможностей, где развитие идет наиболее успешно. В развивающих играх — в этом и заключается их главная особенность — объединяется один из основных принципов обучения от простого к сложному с очень важным принципом творческой деятельности самостоятельно по способностям, когда ребенок может подняться до «потолка» своих возможностей.
Совокупность особенностей позволяет разрешить в игре сразу несколько проблем, связанных с развитием творческих способностей: во-первых, развивающие игры могут дать «пищу» для развития творческих способностей с самого раннего возраста; во-вторых, их задания-ступеньки всегда создают условия, опережающие развитие способностей; в-третьих, поднимаясь каждый раз самостоятельно до своего «потолка», ребенок развивается наиболее успешно; в-четвертых, развивающие игры могут быть очень разнообразны по своему содержанию и, кроме того, как и любые игры, они не терпят принуждения и создают атмосферу свободного и радостного творчества; в-пятых, играя в эти игры со своими детьми, папы и мамы незаметно для себя приобретают очень важное умение — сдерживаться, не мешать малышу самому размышлять и принимать решения, не делать за него то, что он может и должен сделать сам.
Глава 2. Робот – дуэлянт
2.1 Особенности конструкции и элементной базы
Согласно статистике [6], самыми популярными играми среди подростков и детей, являются “шутеры”. Шутеры – это жанр компьютерной игры, переводимый с английского как “стрелялка”, задачей которого, является выполнить миссию или найти выход из комнаты, сопровождаемый стрельбой по противникам. За основу конструкции, мы взяли эту идею.
Данный проект [Приложение 4] представляет собой несколько развивающих игр:
Шутер;
Дуэль;
Головоломка азбуки “Морзе”.
Конструкция проекта развивающей игры, основана, на базе конструктора Lego Mindstorms EV3. В модели робота – дуэлянта установлено:
1 модуль EV3 в качестве основной части корпуса робота и центра управления и запуска программы [Приложение 4];
2 средних мотора, механическая угловая передача, для передачи вращательного движения на подвижный стол с подарками [Приложение 4];
2 датчика касания, используемые для передачи сигнала нажатия в микроконтроллер EV3 [Приложение 4];
Строительные материалы конструктора (балки, рамки, втулки, панели, соединительные штифты и др.).
Опорой для конструкции послужили соединительные рамы 11х15 и 5х7 модулей, которые закреплены с помощью соединительных штифтов с фрикционной муфтой. В целях устойчивости в месте соединения модульной рамы 11х15 с микроконтроллером EV3, была добавлена дополнительная рама 5х7. Средний мотор также, закреплен на модульной раме 11х15 с помощью двух, трех – модульных соединительных штифтов.
Для фиксирования и визуального отображения победителя в раунде, была сконструирована имитация елки, которая имеет высоту 12 модулей и длину 14 модулей, а также ширину 3 модуля. Данное решение закрепляется через трех – модульную ось, вставленную в исполнительный механизм мотора и неподвижно закрепленную с помощью тонких пластин. Ветки выполнены в виде угловых балок, а основание с помощью прямых балок. Для адаптации наблюдателя, было принято решение “обшить”, пустые места конструкции панелями. Датчики касания, используемые для подачи сигнала на микроконтроллер EV3 адаптированы для удобства захвата играющим, в руке, такого эффекта удалось добиться за счет угловых и прямых балок, закрепленных между собой и датчиком соединительными штифтами с фрикционной муфтой.
Дополнительная конструкция с визуальным отображением победы или правильности действия, представляет собой механизм с угловой передачей движения, при помощи среднего мотора [Приложение 4]. Конструкция исполнена из рамки 11х15 и закрепленных к ней зубчатых колес, мотора при помощи соединительных штифтов с осью двух модульных, а также прямых балок и пластин. Ведущим, является двойное коническое зубчатое колесо на 36 зубьев, которая передает вращательный момент двойным коническим зубчатым колесам на 8 и 24 зубьев. Которые в свою очередь вращают большой поворотный стол через зубчатое зацепление.
2.2 Управляющая программа
В проекте, используется несколько управляющих программ, которые, варьируются исходя из вида игры. В качестве языка программирования, был выбран стандартный язык “Лаборатория EV3 – символьные иконки”. Такое решение обусловлено, знанием членов проекта, данного языка программирования. Помимо этого, использование приложения LabVIEW, позволяет решить поставленную задачу перед командой проекта в полной мере.
Дуэль
В основе игры положено развитие реакции игроков. Суть игры заключается в том, что, микроконтроллер EV3 загорается зеленым цветом, давая сигнал для нажатия кнопки датчика касания. Время наступления сигнала случайно с диапазоном от 3 до 10 секунд, компьютер сам выбирает, в заданном диапазоне, периодичность подачи сигнала. Игрок, который показал лучшую реакцию в раунде, может наблюдать как в его сторону упала елка и закрутились подарки, по часовой или против часовой стрелки соответственно, в зависимости от победителя раунда (игрок 1 или игрок 2).
Программа состоит из блоков: переключатель; ожидание; вращение среднего мотора; математики [Приложение 5].
Для обучения микроконтроллера EV3, были использованы приемы “параллельного запуска алгоритмов”, “если…иначе”, “Цикл”.
После запуска управляющей программы, игроки ожидают появления зеленого цвета, на микроконтроллере EV3, за это отвечает палитра операции с данными, блок “случайное значение”, которая и определяет время появления зеленого цвета, с диапазоном от 3 до 10 секунд в каждом раунде. После этого вторая подпрограмма, исполненная в виде “переключатель в переключателе”, собирает информацию о первом касании, одного из двух датчиков. Затем начинает вращения средний мотор, в сторону первого нажатия одного из двух сенсоров касания и обратно, после чего цикл повторяется, игра продолжается 10 раундов, после чего игроки увидят счет на экране микроконтроллера [Приложение 5].
Шутер
В основе игры положено развитие внимания. Суть игры заключается, в том, что игрок должен определить нажимать ему на кнопку “Выстрела” или нет. В случайном порядке на экране микроконтроллера, появляются “друзья” или “Противники”. Для друзей характерен веселый смайлик, а для противников злой. В игре предусмотрено, случайное появление эмоции, и время ожидания для нажатия датчика касания, составляет 1 секунду. Игра длится 10 раундов, после чего на экране микроконтроллера появляется счет и время прохождения.
Программа состоит из блоков: переключатель; ожидание; вращение среднего мотора; математики; датчики; операции с данными; дополнительные блоки.
После запуска управляющей программы, обозначаем две переменные, в которые будем записывать счет, затем открываем цикл и обнуляем показания датчика касания. Блок “случайное значение”, необходим для определения времени демонстрации эмоции и варианта отображения той или иной эмоции. Также добавляем таймер, для учета времени прохождения игры. После этого применяем прием “Переключатель в переключателе” и сравниваем показание датчика касания, которое и будет определяющим в выполнении действия “выстрел”, если датчик касания не будет нажат в течении 1 секунды, начинается раунд 2. После 10 раундов, на экране демонстрируется счет и время прохождения игры [Приложение 6].
Головоломка азбуки “Морзе”
В основе игры положено развитие памяти, изучение закодированных языков и совершенствование русского языка. Суть игры заключается в повторении предложения, после его слушания, через известную азбуку “Морзе”. Играют два игрока, один, предварительно изучив азбуку “Морзе”, внимательного слушает второго игрока, а второй игрок, говорит любое предложение. После этого первый игрок должен закодировать предложение используя азбуку “Морзе”, затем игроки меняются.
Программа состоит из блоков: цикла; датчиков; и блока управления операторами.
После запуска управляющей программы, начинается цикл, в котором считываем время нажатия сенсора касания и воспроизводим звук [Приложение 7].
Заключение
В современном мире, среди подростков и детей, очень популярны компьютерные игры, однако далеко не все из них имеют развивающую направленность. Опрос, проведенный в школе интеллектуального развития “Мистер Брейн”, показал, что среди учащихся детей от 9 до 14 лет, 92% играют в компьютерные игры. Также, детям, было предложено, поиграть в разработанные игры робота-дуэлянта, с последующим заполнением опросного листа [Приложение 8], который показал, что разработанные игры “Шутер”,” Дуэлянт” и” Головоломка Морзе”, вполне могут создать конкуренцию современным компьютерным играм. Помимо этого, было выяснено, что 82% опрошенным, все предложенные игры понравились, а 72% будут рекомендовать данные игры друзьям. Всего в опросах и исследованиях принимали 96 человек.
Данные опросы, показывают достижение цели проекта, а результат позволяет в полной мере насладиться созданной, развивающей игрой.
Список литературы и интернет-источники
https://habr.com/ru/post/163681/
https://vip-divan.su/raznoe/biografiya-bern-erik-biografiya-erika-berna-tvorchestvo-i-lichnaya-zhizn-avtora-chitajte-na-litres.html
https://historygames.ru/nastolnyie-igryi/istoriya-seneta.html
https://historygames.ru/nastolnyie-igryi/istoriya-nard.html
https://chesscenter.by/history-chess/kratkaya-istoriya-mirovykh-shakhmat
https://www.kommersant.ru/doc/4558215
Приложение 1
Настольная игра “Сенет”
Приложение 2
Настольная игра “Нарды”
Приложение 3
Настольная игра “Шахматы”
Приложение 4
Робот-дуэлянт
Приложение 5
Управляющая программа игры “Дуэль”
Часть 1
Часть 2
Приложение 6
Управляющая программа игры “Шутер”
Часть 1
Часть 2
Часть 3
Приложение 7
Управляющая программа “Головоломка азбуки Морзе”