VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Устройство ДСМС 2018, как инструмент обучения технике счета на абакусе
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире в связи с массовым развитием вычислительных технологий, таких как калькуляторы, компьютеры, планшеты, умные часы и т.д. люди все меньше и меньше напрягают свой мозг для выполнения арифметических действий. Школьники тоже пользуются этими миниатюрными ЭВМ. А ведь всего несколько десятилетий назад школьники считали примеры, быстро не используя ни каких устройств. Но человечество всегда возвращается к забытым методикам обучения. В своем проекте я хотел бы не только описать методику ментального счета, которую я изучал 1,5 года в теории и практике, но и представить свое уникальное устройство для обучения технике счета на абакусе. Являющимся моим вкладом в решении проблемы.
Цель – изучить методику ментального счета и создать устройство для обучения технике счета на абакусе. Задачи:ознакомиться с научной литературой; провести опрос одноклассников и проанализировать данные; создать устройство для обучения технике счета на абакусе. Для создания своего устройства я использовал литературу по программированию в среде Arduino.
Объект исследования:методика ментальной арифметики. Предмет исследования: ментальный счет в среде школьника. Методы исследования: изучение литературы и методов обучения ментальной арифметике, опрос.
Актуальность:я считаю, что тема актуальна в наше время, потому что человечество развивается быстрыми темпами, появляется много миниатюрных ЭВМ, которые в свою очередь облегчают и ускоряют процесс арифметических операций, что в свою очередь уменьшает работоспособность головного мозга. Проблема исследования: можно ли создать устройство, для обучения технике счета в домашних условиях.Новизна: В наше время ментальная арифметика стала доступна для детей и у нас в России. Изобретенный мною прибор, не имеющий аналогов в мире, способен ускорить обучение технике счета на абакусе в нестандартной и увлекательной форме. Процесс обучения для среднего и старшего школьного возраста возможен даже без участия педагога.
ГЛАВА I ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
История ментальной арифметики
Ментальная арифметика - это методика достаточно молодая и в то же время очень древняя. Началом ее существования можно считать изобретение счетной доски (суаньпань) в Китае более 5 тысяч лет назад. Аба́к(лат.abacus)— семейство счётных досок, применявшихся для арифметических вычислений приблизительно с V века до н.э. в древних культурах — Древней Греции, Древнем Риме и Древнем Китае и ряде других. Общие принципы инструментов типа абака — разделение линиями на полосы, осуществление счёта с помощью размещённых на полосах камней или других подобных предметов.[1]. Среди применяющихся в современности вариантов абака — русские счеты (рис. 2) и японский соробан (рис. 2). Чуть позже в Египте, Древней Греции и Древнем Риме появились аналогичные приспособления для арифметических вычислений. Они больше походили на современные счеты, поскольку подсчет велся на доске не с помощью песка, а с использованием камней или косточек (рис.1).
Рис.1 Древняя счетная машина Рис. 2 Абакус, Суаньпань, Соробан, Русские счеты.
В XVI веке китайской счетной доской суаньпань (рис. 2) заинтересовались в Японии. Японские счеты использовали пятеричную систему счисления и назывались соробан (рис.2).Современные японцы считают, что этот метод тренирует мозг, увеличивая количество нейронных связей, и способствует развитию интеллекта и творческих способностей.
На протяжении нескольких столетий соробан активно применяется для обучения детей в странах Азии. В Европе и Америке активно заинтересовались соробаном в XXI веке. А в нашей стране первые школы обучения ментальной арифметике появились в 2013 году.
Счеты (Абакус) представляют собой коробку прямоугольной формы с 13 рядами косточек. Каждый ряд содержит по 5 косточек. 4 нижних косточки, имеют значение «один». Верхняя же косточка — соответствует «пяти».
Способ вычислений с помощью счетов внесен в список устного и нематериального культурного наследия ЮНЕСКО. И действительно, счетная доска – это уникальное изобретение человечества. Она позволила древним людям быстро складывать, вычитать, перемножать и делить многозначные числа, а также извлекать квадратные и кубические корни.
Ментальная арифметика
Ментальная арифметика – это программа развития умственных способностей и творческого потенциала с помощью арифметических вычислений на счетах. Новаторская методика была придумана турком Шеном. В основу ее положен древний абакус(Рис.3). – счеты. Их использование в образовательном процессе и способствовало формированию новой программы, которая получила название «ментальная арифметика». С 1993 г. ментальная арифметика используется для обучения детей в 52 странах мира. Суть ментальной методики.Вся программа по освоению устного счета построена на последовательном прохождении двух этапов. На первом из них происходит ознакомление и овладение техникой выполнения арифметических действий (вычитание, сложение, умножение, деление и т.д.) с использованием косточек на абакусе. На втором этапе ученики обучаются ментальному счету, который производится в уме. Ребенок перестает постоянно привязываться к абакусу, что также стимулирует и его воображение. Левые полушария детей воспринимают цифры, а правые – образ костяшек. На этом и основана методика ментального счета. Мозг начинает работать с воображаемым абакусом, воспринимая при этом числа в форме картинок. Для этого понадобится сделать для ребенка картинку абакуса (флеш-карта рис. 4). Это позволит ребенку легче представить ее в своем воображении. Выполнение же математического счета ассоциируется с движением косточек.
Рис. 3 Абакус Рис. 4 Флеш - карта
Освоение ментальной арифметики способствует следующему:активизации зрительной и слуховой памяти; умению концентрации внимания; совершенствованию смекалки и интуиции; креативному мышлению; проявлению уверенности в себе и самостоятельности; быстрому освоению иностранных языков; реализации способностей в будущем.
Сейчас в России открывается много школ по обучению ментальной арифметике. В нашем городе их тоже довольно много. В России проводятся международные турниры по ментальной арифметике. 3 июня в 2017 году я участвовал в одном из таких турниров (Рис.5, Рис.6), который проводился в Москве. Я получил удостоверение мастера ментальной арифметики.
Рис. 5 Турнир в Москве 2017 г. Рис. 6 Команда из г. Пензы
на турнире в 2017г.
ГЛАВА II ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Опрос «Ментальная арифметика: что это такое?»
Первые уроки математики 6 класса показали, что мои одноклассники испытывали затруднения даже с простым устным счетом (сложение и вычитание двузначных чисел). Занимаясь не первый год ментальной арифметикой, для меня это не составляет труда. Я выступил с предложением обучить своих одноклассников первым законам ментальной арифметики. Учитель математики поддержала мою идею. Для начала я решил провести опрос, целью которого является проверка знаний одноклассников про ментальную арифметику.
|
Рис. 8 Я провожу опрос в 6 «В» классе школы №57 |
Рис. 9 Опрос в ЦРИ |
В нем приняли участие 23 школьника. Вопросы и процентное соотношение ответов приведены в диаграммах ниже.
Для сравнения я решил также провести опрос среди учащихся ЦРИ (центр развития интеллекта), в котором приняли участие 7 респондентов, вопросы и ответы приведены ниже.
В ходе опроса выяснилось, что многие мои одноклассники не владеют информацией о том, что такое ментальная арифметика и абакус. А скорость устного счета оставляет желать лучшего. А ответы респондентов из ЦРИ, наоборот, порадовали меня. При сравнении результатов опроса у меня появилась идея создания устройства, которое помогло бы не только ускорить процесс обучения техники счета на абакусе, но и заинтересовать детей научиться считать быстро. После анализа результатов, я, с позволения учителя, провел классный час на тему: «Ментальная арифметика: что это такое?» (Рис.10).
Рис.10 На классном часе я рассказываю одноклассникам о ментальной арифметике.
2.2. Устройство для обучения технике счета на абакусе
Это устройство я решил назвать ДСМС2018 (Данилин Сергей ментальный счет 2018 год) (Приложение 2, Рис.1). Это устройство, во-первых, обучает набору цифр с помощью костяшек, а, во-вторых, показывает, как производить действия сложения и вычитания с помощью счет (абакуса). Принципиальная схема устройства для обучения технике счета на абакусе (ДСМС2018) находится в приложении №3. Инструкция по использованию устройства для обучения техники счета на абакусе (ДСМС2018) находится в приложении №2. Процесс создания устройства для обучения технике счета на абакусе приведен в приложении №1. В основу моего устройства легла микроконтроллерная платформа Arduino Mega2560. Этот прибор состоит из трех блоков. Первый из них находится в самом низу, в нем располагается микроконтроллерная часть моего устройства. Второй блок, находящийся выше, содержит движущиеся механические части устройства. Третий блок – блок управления моим устройством располагается на передней части. Управление моим устройством можно производить при помощи клавиатуры или при помощи инфракрасного пульта дистанционного управления. В моем устройстве предусматривается следующий момент. Ввод данных разрешен только при загорании светодиода зеленым светом, который располагается на панели управления. Я предусмотрел на своем устройстве кнопку сброса. Если мы не правильно ввели число или хотим ввести числа другого примера, необходимо нажать кнопку сброса «ОК», которая располагается на клавиатуре и на пульте. Также предусмотрено два способа питания моего устройства (от адаптера и от аккумуляторной батареи).
Рис. 11Знакомлю своих одноклассников со своим устройством
Для создания устройства мне понадобилось: Плата Arduino Mega2560 – 1 шт; шаговый мотор 28BYG – 48 – 2 шт.; драйвер шагового двигателя ULN2003APG – 2 шт.; серводвигатель SG90 – 2 шт.; преобразователь тока (стабилизатор) DC-DC – 1.; макетная (беспаечная) плата – 1 шт.; аккумулятор 18650 - 1 шт.; аккумуляторный отсек 18650X2 – 1 шт.; переключатель – 3 шт.; провода – перемычки – 70 шт.; клавиатура пленочная 3x4 – 1шт.; шестеренка – 8 шт.; кабель USB – 1 шт.; ЖКИ 1602 – 1 шт.; модуль I2C -1 шт.; вспененный ПВХ - 1 лист (1м. х 1м.).; оргстекло – 1 лист (0,5м. х 0,5м.).; мебельный магнит - 4 шт.; клей «Момент» - 5 шт. (3 г.).; абакус (счеты) – 1 шт.дистанционный пульт управления – 1ш.
Когда устройство было готово к использованию, я заинтересовался о его стоимости. Создав смету, выяснил, что его цена составляет 3940 рублей.
|
Рис. 12 Флеш-карта |
Рис. 13 Знакомлю своих одноклассников с флеш-картами |
Когда устройство для обучения технике счета на абакусе было готово, я решил показать свое изобретение своим одноклассникам. Этот метод изучения техники счета на абакусе заинтересовал ребят больше, чем флеш-карты (рис. 12) используемые в школах по обучению ментальной арифметике. Значит, мое устройство имеет место быть в системе обучения ментальной арифметике.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе опроса выяснилось, что далеко не все школьники знают о методике ментальной арифметики и скорость их устного счета очень низка. И это меня побудило, на создание уникального устройства для нестандартного и интересного обучения технике счета на абакусе. У меня получилось создать устройство, не имеющее аналогов в мире в домашних условиях. Тема изучения ментальной арифметики очень актуальна в наше время. В будущем, я хотел бы усовершенствовать свое устройство. Возможно, у меня получится добавить новые функции в прибор, который будет способен не только производить операции сложения и вычитания, но и другие более сложные арифметические действия.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бокселл, Дж. Изучаем Arduino. 65 проектов своими руками/ Дж. Бокселл – СПб.: Питер, 2017. – 400 с.: ил. – (Серия «Вы и ваш ребенок»).
2. Даль, Э.Н. Электроника для детей. Собираем простые схемы, экспериментируем с электричеством / Э.Н. Даль; пер. с англ. И.Е. Сацевича; [науч. Ред. Р.В. Тихонов]. – М.: Манн, Иванов и Фербер, 2017. – 288 с.
3. Саймон, Монк Программируем Arduino. Основы работы со скетчами. /С. Монк, Пер. с англ. Т. Бородина, Е. Гупало. – М.: ИГ Азбука-Аттикус, 2012. – 384 с .
4. https://all-arduino.ru/
5. https://lesson.iarduino.ru/
6.https://ru.wikipedia.org/wiki/Абак
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Фотографии создания устройства для обучения технике счета на абакусе
|
Рис. 1 Пайка проводов под руко-вом папы |
Рис. 2 Подключение проводов |
|||||
|
Рис. 3 Выпиливание зубчатой рейки |
Рис.4 Монтирование микросхемы |
|||||
|
Рис. 5 Установка драйвера для шагового двигателя |
Рис. 6. Установка двигателей и шестеренок |
|||||
|
Рис. 7 Грубая настройка устройства |
Рис.8. Точная настройка устр-ва |
|||||
|
Рис.9 Написание программы |
Рис.10 Проверка программной прошивки |
|||||
|
Рис.11 Мое устройство (вид спереди) |
Рис.12 Мое устройство (вид сзади) |
|||||
Рис.13 Мое устройство в работе
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Устройство для обучения технике счета на абакусе
Рис.1 Мое устройство ДСМС2018.
Инструкция по эксплуатации устройства для обучения технике счета на абакусе
Существует два способа питания устройства:
- от адаптера (для этого необходимо подключить разъем от адаптера к порту питания, который находится с левой стороны устройства. Затем нажать кнопку «АС»);
- от аккумуляторов (для этого необходимо нажать кнопки «АБ» и «БП»).
Для того чтобы увидеть число на абакусе, необходимо набрать его с клавиатуры или с пульта, после этого это число отразиться на экране. Светодиод сигнализирует готовность для ввода данных с клавиатуры и с ДПУ.
Для того чтобы произвести сложение и/или вычитание нажмите соответствующий знак действия, а затем наберите следующее число. Ответ Вы увидите не только на счетах, но и на экране.
Для отключения устройства необходимо привести все кнопки, имеющиеся на панели в положение 0 (ноль) и/или удалите разъем из порта.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3