XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Механизированный океанариум на базе конструктора Spike prime

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кукарский С.П. 1Нестеров Г.Д. 1Пряхин М.А. 1Вальчугов М.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Будрёнкина Анастасия Владимировна 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Работа в формате PDF

4.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Глобальное потепление, загрязнение планеты пластиком, возрастающие мусорные свалки говорят о том, что человечеству необходимо большее экологическое просвещение, начиная с малых лет.

Что бы сохранить природу, люди должны понимать, как создавать меньшее количества мусора, экономнее пользоваться ресурсами планеты, а главное для чего, все эти темы являются актуальными для человечества последние годы.

Однако, в нашей стране экологическая культура не так востребована в системе образования и затрагивается поверхностно на смежных предметах, таких как биология, химия, география или изучается на дополнительных, факультативных занятиях, но за это время ученик не успевает сформировать системное и целостное представление о том, как человек влияет на природу.
Данный подход не дает детям и осознания важности и ценности сохранения ими окружающей среды, биоразнообразия, что является проблемой современного общества.

Сегодня дети уже перегружены уроками, дополнительными занятиями, значит вести просветительскую работу, которая донесет до детей идею важности сохранения экологии надо не через создание дополнительной нагрузки, а через создание у них личного интереса.

Например, современные зоопарки и океанариумы существуют не с целью показать причудливое и необычное животное, а для сохранения редких видов и экопросвещения людей. Но такие места есть только в очень больших городах, так как там есть специалисты, умеющие правильно ухаживать за редкими видами животных, что делает почти недоступным для детей из небольших городов возможность познакомиться ближе с удивительным миром животных и осознать его хрупкость, ценность и красоту.

В нашем городе есть небольшие фермы, зоопарки демонстрирующие местных животных, однако, более экзотичных увидеть почти невозможно, особенно морских обитателей или обитателей океанов. Уход за такими животными требует не только большую территорию и особые условия, но и грамотных специалистов, найти которых непросто.

Мы считаем, что современные технологии могут помочь в решении данной проблемы, так как уже существует множество гаджетов, с возможностью дистанционного управления и выполняющие сложные задания. Например, манипуляторы-хирурги, автоматические кормушки для животных, роботы-помощники по хозяйству. Соответственно, что бы решить проблему формирования интереса детей к экологическому просвещению, мы поставим перед собой следующие задачи:

-изучить особенности содержания морских и океанических животных;

-рассмотреть существующие гаджеты и механизмы, предназначенные для содержания аквариумных животных;

-провести опрос среди учащихся школы 1-4 классов, с целью выявления интереса к экзотическим животным;

-создать модель механизированного океанариума на базе конструктора Spike prime;

-продемонстрировать возможности механизированного океанариума на базе конструктора Spike Prime на примере одного дня работы;

-проанализировать эффективность использования механизированного океанариума для формирования интереса детей к экологическому просвещению.

В процессе работы мы обращались к следующим источникам:

- Lego удивительные творения;

-LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов;

-Курс «Машины и механизмы», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн»;

-архив студенческих работ studfile;

-онлайн журнал tassнаука;

- архив студенческих работ cyberleninka.

Глава 1. Теоретическое обоснование создания механизированного океанариума

1.1 Особенности содержания морских и океанических животных

Океанариум это не просто аквариум, а большая сложная система, в которой необходимо учитывать множество факторов в зависимости от представленных видов животных:

-Помещение;

-Требования к воде:

а)фильтрация;

б)стерилизация;

в)температура;

г)объем;

д)содержание соли.

-Кормление. [6]

Большое внимание уделяется воде. Начинают подбирать аквариумы исходя из необходимого объема для свободного перемещения его обитателей. Если рыба мало двигается, не как в естественной среде, то она начинает страдать ожирением и ее переводят на более диетический корм. [4]

Состав воды, жесткость, температура, содержание макро- и микроэлементов воды тоже очень важны. Для формирования костей у рыб и панцирей у ракообразных в воду добавляются кальциевые и магниевые соли, известняк, мрамор, раковины рапалов для поддержания уровня жесткости в воде. Так же к грунту на дне добавляют гальку или крупнозернистый песок, что бы стабилизировать уровень жесткости и показатели кальция в воде. [5] (Приложение, Рисунок 1.1.1)

Для аквариумов, где рыбы и морские обитатели нуждаются в соленой воде, воду специально очищают и подсаливают. Для этого используется специальная химически активная соль, дистиллированная вода и приборы измерения, которые подскажут достаточно ли вода соленая. [5]

Так же, ежемесячно производится чистка аквариумов водолазами. (Приложение, Рисунок 1.1.2)

Особе внимание уделяют и кормлению обитателей океанариумов. Пища подопечных океанариумов должна быть сбалансированной, свежей. Особенное внимание уделяется кормлению хищников. [4]

Акулы, мурены и скаты зачастую живут в одном аквариуме, и что бы они не вредили друг другу, необходимо приучить их к системе питания, при которой они всегда будут знать, что кормилец даст им еду и тогда они не будут охотиться ни друг на друга ни на других рыб. Рацион хищников богат и разнообразен, однако больший интерес вызывает принцип их кормления. Кормят обитателей аквариума одновременно, но в разных зонах. Во избежание конкуренции за пищу. [4]

Водолазы опускаются в воду в специальных гидрокостюмах, и кольчугах и почти вручную кормят мурен, акул и скатов. Акул кормят при помощи манипуляторов, для защиты рук. Акулы предпочитают лакомиться красной рыбой, кальмарами, сельдевыми породами рыб, один и тот же вид пище не повторяется чаще одного раза в неделю. Акулы предпочитают разнообразную пищу. [6] (Приложение, Рисунок 1.1.3)

Мурен кормят с пинцетов, или из рук недалеко от их убежищ, так как они не любят покидать свое жилище.[6] (Приложение, Рисунок 1.1.4)

Скаты едят с пик, так как опасность представляют их шипы. Некоторые виды скатов настолько опасны, что удары их шипов могут вызвать остановку сердца. [6] (Приложение, Рисунок 1.1.5)

Поэтому для эффективной работы океанариума необходимы специалисты не только следящие за здоровьем, чистотой аквариумов, химическим составом и температурой воды, но и грамотные водолазы, которые смогут безопасно для себя и животных организовать кормление.

1.2 Гаджеты и механизмы предназначенные для содержания аквариумных животных

Большинство гаджетов для океанариумов необходимо для того что бы следить за качеством воды.

В соленых аквариумах, как правило есть вспениватели, которые поднимают все загрязнения с пеной на поверхность, оставляя его обитателям насыщенную кислородом воду. Так же присутствует механическая и биологическая системы очистки. [4] (Приложение, Рисунок 1.2.1)

При механической очистке используется песчаный фильтр, через который из воды убирается крупная взвесь. (Приложение, Рисунок 1.2.2) Биологическая очистка— это большой фильтр, выполненный в виде субстратов, на которых обитают бактерии которые удаляют из воды нитраты и фосфаты, которые являются конечным продуктом жизнедеятельности обитателей аквариумов. [5] (Приложение, Рисунок 1.2.3)

Так же можно встретить автоматические системы, позволяющие следить удаленно за химическим составом воды, ее жесткостью, температурой и уровнем загрязненности. А так же данные системы позволяют следить удаленно за бесперебойной работой всех систем жизнеобеспечения в аквариумах. Например к таким сложными системам относится аква-компьютер «AquaDigitalLife ». [6] (Приложение, Рисунок 1.2.4)

Однако, мы знаем, что, сложности в содержании аквариума присутствуют не только в грамотном мониторинге состояния воды, но и при кормлении хищников люди подвергают себя опасности.

Если для травоядных рыб или рыб содержащихся в небольших аквариумах уже есть кормушки, которые можно запрограммировать и использовать их без постоянного присмотра ихтиолога для кормления рыб, то для хищников такого гаджета еще нет.

Автоматическая кормушка состоит из трех основных частей: вращающегося барабана с отверстием, цифрового блока управления и пластикового кожуха, защищающего корм. Барабан кормушки заполняется сухим кормом и присоединяется к блоку управления, на котором устанавливается интервал кормления, после чего надевается защитный кожух. Далее необходимо отрегулировать количество корма, которое будет выспаться за одно кормление из кормушки. Чем меньше будет отверстие, тем меньшую порцию корма получат рыбки, так же можно запрограммировать количество оборотов кормушки в пределах одного кормления обеспечивая, таким образом разное количество корма. [6] (Приложение, Рисунок 1.2.5)

1.3 Выявления интереса к экзотическим животным у школьников 1-4 классов по средствам проведения опроса

В школе интеллектуального развития «Мистер Брейни» учатся ребята с 4-х до 14 лет. Наша команда решила провести опрос среди учащихся начальной школы-ребят 7-10 лет, так как предположили на своем примере, что данный возраст является наиболее подходящим для экологического просвещения. Наши одноклассники и сверстники осознанно могут относиться к необходимости охранения окружающего мира при наличии более полной информации, поданной в интересной форме.

Для Опроса мы придумали 10 вопросов, на которые можно было отвечать односложно- «да» или «нет» для более простого подсчета результатов. Наш опросник показывает уровень заинтересованности детей в изучении окружающего их мира и желании с ним взаимодействовать и оберегать. Ознакомиться с бланком вопросов можно в следующей таблице.

Таблица 1.

Эко-опросник. В бланке ответов поставьте «˅» в подходящем окошке.

Оценивали результаты мы следующим образом: ответ «Да»- 2 балла, ответ «Нет»-1 балл.

Оценка результатов:

Высокий уровень (16 -18 баллов) - Отношение к природе исключительно положительное. Имеется стремление к взаимодействию с природой, ее защите и сохранении.

Средний уровень (11 - 15 баллов) - не проявляют особого интереса к экологии, не располагают необходимыми знаниями.

Низкий уровень (7 - 10 баллов) – равнодушны к природоохранной деятельности.

Всего опрос прошло 20 человек. Результаты опроса приведены в следующей таблице.

Таблица 2. Результаты эко-опросника учащихся 1-4 классов.

Исходя из результатов опросника, у ребят в возрасте 7-10 лет есть интерес к изучению окружающего их мира, есть стремление его оберегать и изучать более подробно вопросы охраны природы. Следовательно, создание океанариума, доступного детям для изучения экзотичных и редких морских и океанических жителей является целесообразным, для демонстрации разнообразия животного мира и расширения знаний об экологии планеты.

Глава 2. Модель механизированного океанариума на базе конструктора SpikePrime

2.1 Конструкция модели механизированного океанариума на базе конструктора SpikePrime

В модели нашего океанариума, отображена работа двух аквариумов. Один аквариум для содержания хищных , другой, для травоядных обитателей. (Приложение, Рисунок 2.1.1 )

В аквариуме для растительноядных рыб мы установили автоматическую кормушку, позволяющую снабжать кормом большое количество аквариумных обитателей. За основу конструкции мы взяли архимедов винт, позволяющий равномерно высыпать необходимое количество корма за 1 оборот винта для экономии электричества. [1] (Приложение, Рисунок 2.1.2)

Состоит автоматическая кормушка из нескольких элементов. В первую очередь это бокс для хранения корма, располагающийся над винтом. (Приложение, Рисунок 2.1.3)

Архимедов винт, и мотор, отвечающий за его движение.[1] (Приложение, Рисунок 2.1.4)

Система располагается над аквариумом таким образом, что бы корм оставался сухим, а посетители могли наблюдать за процессом кормления. (Приложение, Рисунок 2.1.5)

Аквариум для хищников механически более оснащен.

Так как скатов и акул необходимо кормить одновременно и в разных частях аквариума мы сделали сложные механизмы, позволяющие не участвовать водолазам в непосредственном кормлении опасных животных из рук, но и сделали для них прием пищи приближенный к естественной среде обитания, что бы, хищники не теряли охотничий инстинкт и больше двигались.

Для акул мы сделали «плавающую добычу» при помощи реечной передачи. [3] (Приложение, Рисунок 2.1.6) Мы расположили несколько башен, в которых, предполагаем, закреплять корм для акул, который им необходимо будет поймать. Благодаря механизму башни все время кормления будут в движении. (Приложение, Рисунок 2.1.7)

Для скатов, так как они в основном обитают у дна, мы сконструировали пики, подающие корм снизу, из под аквариума. Поочередно пика поднимается из под отверстий у грунта, благодаря червячной передаче, рычагам и осевой передаче, работающих от одного мотора. [2] (Приложение, рисунок 2.1.8)

Всего в модели использовано три мотора и один смарт-хаб управляющий ими. (Приложение, Рисунок 2.1.9)

2.2 Управление механизированным океанариумом на базе конструктора SpikePrime

Управление механизированным океанариумом осуществляется при помощи программного обеспечения SpikePrime.(Приложение, Рисунок 2.2.1)

Каждый мотор раотает обособленно и передачи информации между ними нет, так как это необходимо для более простой организации кормления обитателей океанариума.

Мотор «А» отвечает за движение автоматической кормушки. После пополнения она делает один оборот в заданное ей время. [3] (Приложение, Рисунок 2.2.2)

Мотор «С» отвечает за реечную передачу, при помощи которой кормят акул. Так как мы ограничены пространством аквариума и длинной реек, то мотору необходимо всего 2 оборота в разные стороны поочередно для изображения движения добычи.[2] [3] (Приложение, Рисунок 2.2.3)

Мотор «Е» изображает движение пик, на которых располагается корм для скатов. Самая наименьшая мощность у этого мотора, так как ему необходимо время, что бы поочередно и равномерно поднять все пики для кормления. (приложение, Рисунок 2.2.4)

Управляет работой моторов один смарт хаб, а постоянство обеспечивают циклы, используемые в программном обеспечении.

2.3 Демонстрация возможностей механизированного океанариума на базе конструктора Spike Prime на примере одного рабочего дня

Когда посетители приходят в океанариум их встречает экскурсовод, сообщающий о необходимой технике безопасности и правилах поведения в океанариуме, предлагает ознакомиться с графиком кормления животных, для того что бы у посетителей была возможность познакомиться не только с обитателями океанариума но и с техническими новинками, облегчающими уходи за ними. (Приложение, Рисунок 2.3.1)

Работники океанариума подготавливают корм для растительноядных обитателей океанариума заранее, в процессе ухода следят за чистотой аквариума и воды, а так же за состоянием здоровья рыб, меньше уделяя времени кормежке.

Для хищных обитателей-скатов и акул корм в процессе кормления добавляется на пики и башенки по мере необходимости. С помощью механизмов водолазы берегут свое здоровье и спокойно следят за рационом подопечных. Можно не бояться что скат проткнет ядовитым шипом гидрокостюм, а акула случайно укусит.

Во время посещения океанариума экскурсовод не только рассказывает и показывает самих животных, но и говорит чего животным нужно опасаться, какая деятельность человека вредит обитателям морей и океанов и рассказывает, как каждый может помочь предотвратить загрязнение океанов.

В конце экскурсии каждый по желанию может на доске отзывов изобразить самое интересное животное и описать свои впечатления.

Заключение

Для сохранения экологии и охраны природы необходимо, что бы люди с малых лет знали как грамотно и экономно использовать природные ресурсы, а главное должны понимать для чего.

К сожалению, экопросвещение в школах не так популярно на сегодняшний день, и дети, перегруженные уроками не готовы к новым школьным предметам.

Не смотря на то, что есть организации, привлекающие внимание к проблемам экологии, детям нужен более наглядный и весомый пример охраны природы.

Вомногих странах зоопарки и океанариумы используются для сохранения видов, умножения популяции и прививания экологической культуры детям. Однако такие места требуют грамотных специалистов, способных обеспечить редких животных должным уходом.

В наше время, многие задачи, которые выполнял только человек, способны выполнить механизмы и гаджеты, благодаря которым мы предлагаем расширить географию интересных мест для детей, таких как океанариум, что бы донести важность сохранения планеты, природы и естественных мест обитания животных.

Для содержания океанариумов требуется много знаний, места и профессионализма ихтиологов, заботящихся об обитателях аквариумов. Однако, благодаря сегодняшним технологиям, позволяющим очищать воду, следить за ее объемом, температурой и химическим составом данную работу сделать гораздо проще.

Но технологий, механизмов или гаджетов, упрощающих работу водолазов, кормящих хищников, или делающих такую работу более безопасной пока нет. Наша команда решила заняться этим вопросом и создать модель механизированного океанариума, где, при помощи современных технологий можно сократить число высококвалифицированных кадров, обслуживающих аквариумы.

Для анализа эффективности нашей идеи о формирования интереса детей к экологическому просвещению, мы провели опрос, по итогам которого сделали вывод, что применение механизированных океанариумов поспособствует повышению уровня заинтересованности детей в изучении окружающего их мира и желании с ним взаимодействовать и оберегать.

Список литературы

1. LEGO удивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г.

2. «LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов»; [пер. с англ. Позина И. В., ред. Волченко Ю. С.].- Эксмодетство, 2019 г.

3. Курс «Машины и механизмы», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн».

Интернет источники:

4. https:// studfile.net;

5. https://nauka.tass.ru;

6. https://cyberleninka.ru.

Приложение