Как уже говорилось выше основная цель применения математической игры на внеклассных занятиях о математике - это развитие устойчивого познавательного интереса у учащихся к предмету через разнообразие используемых математических игр.
Так же можно выделить и следующие цели применения математических игр:
o Развитие мышления;
o Углубление теоретических знаний;
o Самоопределение в мире увлечений и профессий;
o Организация свободного времени;
o Общение со сверстниками;
o Воспитание сотрудничества и коллективизма;
o Приобретение новых знаний, умений и навыков;
o Формирование адекватной самооценки;
o Развитие волевых качеств;
o Контроль знаний;
o Мотивация учебной деятельности и др.
Математические игры призваны решать следующие задачи.
Образовательные:
ь Способствовать прочному усвоению учащимися учебного материала;
ь Способствовать расширению кругозора учащихся и др.
Развивающие:
ь Развивать у учащихся творческое мышление;
ь Способствовать практическому применению умений и навыков, полученных на уроках и внеклассных занятиях;
ь Способствовать развитию воображения, фантазии, творческих способностей и др.
Воспитательные:
ь Способствовать воспитанию саморазвивающейся и самореализующейся личности;
ь Воспитать нравственные взгляды и убеждения;
ь Способствовать воспитанию самостоятельности и воли в работе и др.
Математические игры выполняют различные функции.
1. Во время математической игры происходит одновременно игровая, учебная и трудовая деятельность. Действительно, игра сближает то, что в жизни не сопоставимо и разводит то, что считается едино.
2. Математическая игра требует от школьника, то чтобы он знал предмет. Ведь не умея решать задачи, разгадывать, расшифровывать и распутывать ученик не сможет участвовать в игре.
3. В играх ученики учатся планировать свою работу, оценивать результаты не только чужой, но и своей деятельности, проявлять смекалку при решении задач, творчески подходить к любому заданию, использовать и подбирать нужный материал.
4. Результаты игр показывают школьникам их уровень подготовленности, тренированности. Математические игры помогают в самосовершенствовании учащихся и, тем самым побуждают их познавательную активность, повышается интерес к предмету.
5. Во время участия в математических играх учащиеся не только получают новую информацию, но и приобретают опыт сбора нужной информации и правильного ее применения.
К игровым формам внеклассных занятий предъявляется рад требований.
К участникам математической игры должны предъявляться определенные требования в отношении знаний . В частности, чтобы играть - надо знать. Это требование придает игре познавательный характер.
Правила игры должны быть такими, чтобы учащиеся проявили желание поучаствовать в ней. Поэтому игры должны разрабатываться с учетом возрастных особенностей детей , проявляемых ими интересов в том или ином возрасте, их развития и имеющихся знаний.
Математические игры должны разрабатываться с учетом индивидуальных особенностей учащихся, с учетом различных групп учащихся : слабые, сильные; активные, пассивные и др. Они должны быть такими, чтобы каждый тип учащихся смог проявить себя в игре, показать свои способности, возможности, свою самостоятельность, настойчивость, смекалку, испытать чувство удовлетворенности, успеха.
При разработке игры нужно предусмотреть более легкие варианты игры , задания, для слабых учащихся и наоборот более сложный вариант для сильных учеников. Для совсем слабых учащихся разрабатываются игры, где не нужно думать, а нужна, лишь смекалка. Таким образом, можно привлечь больше учащихся к посещению внеклассных занятий по математике и тем самым способствовать развитию у них познавательного интереса.
Математические игры должны разрабатываться с учетом предмета и его материала . Они должны быть разнообразны. Многообразие видов математических игр поможет повысить эффективность внеклассной работы по математике, послужит дополнительным источником систематических и прочных знаний.
Таким образом, математическая игра как форма внеклассной работы по математике имеет свои цели, задачи и функции. Соблюдение же всех требований предъявляемых к математическим играм позволит добиться хороших результатов по привлечению большего числа учащихся к внеклассной работе по математике, возникновению у них познавательного интереса к ней. Не только сильные учащиеся будут больше проявлять заинтересованность к предмету, но и слабые учащиеся начнут проявлять свою активность в учении.
Учиться легче, веселее и намного более эффективно теперь реально благодаря новым технологиям и развитию онлайн методов! Увлекательные математические игры – отличный способ превратить трудный в освоении материал в весёлую забаву. Игры математика способны даже чистого гуманиматия заставить не только понять, но и полюбить счёт – и всё это без каких-либо усилий! А главное – никакого принуждения: головоломки и виртуальные уроки настолько интересны, что даже нерадивые ученики будут заниматься с огромным удовольствием.
Весёлые уроки
Первой, и наиболее очевидной, формой онлайн-развлечения, посвящённого учёбе, является виртуальный класс, в котором в роли учителя выступает любимый персонаж.
Даша Следопыт и в своих передачах любит обращать внимание детворы на то, как важно всё знать и уметь, а сейчас, стоя у доски, она убедительна как никогда! Упражнения на сложение, вычитание, умножение и деление сопровождаются забавными картинками, изображающими приключения Даши, а в конце ученик получит оценку, соответствующую его знаниям. Осторожно: чтобы решать примеры, школьнику нужно уже быть знакомым с отрицательными числами!
А вот София Прекрасная для игры математика специально для девочек приготовила тест, в котором нужно в каждой задачке выбрать, верно ли решение. Проверить себя очень просто: счётчик ответов, в зависимости от результата, увеличивается на единичку немедленно после того, как сделан выбор. По такому же точно принципу организован и тест, который составила красотка Барби. Такие математические игры учат не только считать без ошибок, но и быстро думать, ведь время на ответ ограничено!
А если требуется тренировка определённой математической операции - например, подтянуть навык сложения или деления – то за помощью стоит идти к Белой Кошке. Пушистая мурлыка – строгий преподаватель. Она требует за ограниченное время успеть правильно решить задание и выбрать необходимый ответ из четырёх представленных на выбор.
Цифры и жизнь
Решать примеры – это хороший способ научиться быстро складывать, однако часто кажется, что это занятие бесполезно, и в будущем не пригодится. Как же не пригодится, если в нашем мире и шагу нельзя ступить без математики, и приключенческие игры про неё это только доказывают!
Экипаж, участвующий в бою На танках, вынужден постоянно обдумывать сложные задачи, особенно тогда, когда речь идёт о том, чтобы стрелять самим или рассчитывать, как объезжать вражеские снаряды. В упрощенном виде этот процесс представляет игра Математика на танках, играть в которую можно на этой страничке. Неправильное решение приведёт к взрыву и гибели личного состава, и только игрок, умеющий считать, поможет спастись от неминуемого!
В играх школьнику придётся побеждать задачки по математике, чтобы добыть конфеты, справиться с пчёлами или доставить пиццу к правильному столику. Без арифметики стрела на турнире не достигнет цели, а космические ракеты не взлетят. Впрочем, полезно знать, что без решения специальных задач (только намного более сложных, чем проходят во втором классе!) ракета и правда не взлетит – но это уже совсем другая история…
Логачев Алексей Евгеньевич,учитель математики МОУ ДСОШ №7, г.Дмитров[email protected]
Математическая игра как форма внеклассной работы по математике
Аннотация.Статья посвящена описанию математических игр как одной из форм внеклассной работы по математике. В ней приводится анализ понятия «математическая игра»; даются различные классификации игр, обосновывается необходимость включения математических игр в процессобучения математике. Приводятся правила наиболее популярных из них.Ключевые слова:дополнительное математическое образование школьников, математические соревнования, решение задач, формы обучения и развития школьников, развитие интереса к предмету.Раздел: (01)педагогика; история педагогики и образования; теория и методика обучения и воспитания (по предметным областям).
Математическая игра как форма внеклассной работы играет огромную роль в развитии познавательного интересаучащихся. Игра оказывает заметное влияние на деятельность учащихся. Игровой мотив является для них подкреплением познавательному мотиву, способствует активности мыслительной деятельности, повышает концентрированность внимания, настойчивость, работоспособность, интерес, создает условия для появления радости успеха, удовлетворенности, чувства коллективизма. В процессе игры, увлекшись, дети не замечают, что учатся. Игровой мотив одинаково действен для всех категорий учащихся, как сильных и средних, так и слабых. Дети с большой охотой принимают участие в различных по характеру и форме математических играх. Математическая игра резко отличается от обычного урока, поэтому вызывает интерес большинства учащихся и желание поучаствовать в ней. Так же следует заметить, что многие формы внеклассной работы по математике могут содержать в себе элементы игры, и наоборот, некоторые формы внеклассной работы могут быть частью математической игры. Введение игровых элементов во внеклассное занятие разрушает интеллектуальную пассивность учащихся, которая возникает у учащихся после длительного умственного труда на уроках.Математическая игра является массовой по обхвату и познавательной, активной, творческой относительно деятельности учащихся.Главной целью применения математической игры является развитие устойчивого познавательного интереса у учащихся через разнообразие применения математических игр.Математическая игра является одной из форм внеклассной работы по математике. Она используется в системе внеклассной работы для формирования у детей интереса к предмету, приобретения ими новых знаний, умений, навыков, углубление уже имеющихся знаний. Игра наряду с учением и трудом один из основных видов деятельности человека, удивительный феномен нашего существования.Что же понимается под словом игра? Термин «игра» многозначен, в широком употреблении границы между игрой и не игрой чрезвычайно размыты. Как справедливо подчеркивал Д.Б.Эльконин и С.А.Шкаков , слова «игра» и «играть» употребляются в самых различных смыслах: развлечение, исполнение музыкального произведения или роли в пьесе. Ведущая функция игры отдых, развлечение. Это свойство как раз и отличает игру от не игры.Феномен детской игры изучен исследователями довольно широко и разносторонне, как в отечественных разработках, так и за рубежом.Игра, по мнению многих ученыхпсихологов, есть вид развивающей деятельности, форма освоения социального опыта, одна из сложных способностей человека.Российский психолог А.Н.Леонтьев считает игру ведущим типом деятельности ребенка, с развитием которой происходят главные изменения психики детей, подготавливающие переход к новой, высшей степени их развития. Забавляясь и играя, ребенок обретает себя и осознает себя личностью.Игра, в частности математическая, необычайно информативна и многое «рассказывает» самому ребенку о нем. Она помогает найти ребенком себя в коллективе сотоварищей, в целом обществе, человечестве, во вселенной.В педагогике к играм относят самые разнообразные действия и формы занятий детей. Игра это занятие, вопервых, субъективно значимое, приятное, самостоятельное и добровольное, вовторых, имеющее аналог в реальной действительности, но отличающаяся своей не утилитарностью и буквальностью воспроизведения, втретьих, возникающая спонтанно или создаваемая искусственно для развития какихлибо функций или качеств личности, закрепления достижений или снятия напряжения. Обязательная характерная черта всех игр особое эмоциональное состояние, на фоне и при участии которого они проходят .А.С.Макаренко считал, что «игра должна постоянно пополнять знания, быть средством всестороннего развития ребенка, его способностей, вызывать положительные эмоции, пополнять жизнь детского коллектива интересным содержанием» .Можно дать следующее определение игры. Игра вид деятельности, имитирующий реальную жизнь, имеющий четкие правила и ограниченную продолжительность. Но, несмотря на различия в подходах к определению сущности игры, ее назначения, все исследователи сходятся в одном: игра, в том числе математическая, является способом развития личности, обогащения ее жизненного опыта. Поэтому игра используется как средство, форма и метод обучения и воспитания.Существует много классификаций и видов игры. Если классифицировать игру по предметным областям, то можно выделить математическую игру. Математическая игра по области деятельности это, прежде всего, интеллектуальная игра, то есть игра, где успех достигается в основном за счет мыслительных способностей человека, его ума, имеющихся у него знаний по математике.Математическая игра помогает закреплять и расширять предусмотренные школьной программой знания, умения и навыки.Ее настоятельно рекомендуется использовать на внеклассных занятиях и вечерах. Но эти игры не должны восприниматься детьми как процесс преднамеренного обучения, так как это разрушило бы саму сущность игры. Природа игры такова, что при отсутствии абсолютнойдобровольности, она перестает быть игрой .В современной школе математическая игра используется в следующих случаях: в качестве самостоятельной технологии для освоения понятия, темы или даже раздела учебного предмета; как элемент более обширной технологии; в качестве урока или его части; как технология внеклассной работы.Математическая игра, включенная в занятие, и просто игровая деятельность в процессе обучения оказывают заметное влияние на деятельность учащихся. Игровой мотив является для них действительным подкреплением познавательному мотиву, способствует созданию дополнительных условий для активной мыслительной деятельности учащихся, повышает концентрированность внимания, настойчивость, работоспособность, создает дополнительные условия для появления радости успеха, удовлетворенности, чувства коллективизма .Математическая игра, да и любая игра в учебновоспитательном процессе, имеет характеристические черты. С одной стороны, условный характер игры, наличие сюжета или условий, наличие используемыхпредметов и действий, с помощью которых происходит решение игровой задачи. С другой стороны, свобода выбора, импровизация во внешней и внутренней деятельности позволяют участникам игры получать новую информацию, новые знания, обогащаться новым чувственнымопытом и опытом мыслительной и практической деятельности. Через игру, реальные чувства и мысли участников игры, их положительный настрой, реальные действия, творчество возможно успешное решение учебновоспитательных задач, а именно, формирование положительной мотивации в учебной деятельности, чувства успеха, интереса, активности, потребности в общении, желании достичь лучшего результата, превзойти себя, повысить свое мастерство .Таким образом, среди форм внеклассной работы можно выделить математическуюигру, как наиболее яркую и привлекательную для учащихся. Игры и игровые формы включаются во внеклассную работу не только для того чтобы развлечь учеников, но и заинтересовать их математикой, возбудить у них стремление преодолеть трудности, приобрести новые знания по предмету. Математическая игра удачно соединяет игровые и познавательные мотивы, и в такой игровой деятельности постепенно происходит переход от игровых мотивов к учебным мотивам.Математические игры призваны решать следующие задачи.1.Образовательные:способствовать прочному усвоению учащимися учебного материала;способствовать расширению кругозора учащихся и др.2.Развивающие:развивать у учащихся творческое мышление;способствовать практическому применению умений и навыков, полученных на уроках и внеклассных занятиях;способствовать развитию воображения, фантазии, творческих способностей и др.3.Воспитательные:способствовать воспитанию саморазвивающейся и самореализующейся личности;воспитать нравственные взгляды и убеждения;способствовать воспитанию самостоятельности и воли в работе и др.Математические игры выполняют различные функции.1.Во время математической игры происходит одновременно игровая, учебная и трудовая деятельность. Действительно, игра сближает то, что в жизни не сопоставимо и разводит то, что считается едино.2.Математическая игра требует от школьника, то чтобы он знал предмет. Ведь не умея решать задачи, разгадывать, расшифровывать и распутывать ученик не сможет участвовать в игре.3.В играх ученики учатся планировать свою работу, оценивать результаты не только чужой, но и своей деятельности, проявлять смекалку при решении задач, творчески подходить к любому заданию, использовать и подбирать нужный материал.4.Результаты игр показывают школьникам их уровень подготовленности, тренированности. Математические игры помогают в самосовершенствовании учащихся и, тем самым побуждают их познавательную активность, повышается интерес к предмету.5.Во время участия в математических играх учащиеся не только получают новую информацию, но и приобретают опыт сбора нужной информации и правильного ее применения.К игровым формам внеклассных занятий предъявляется рад требований.К участникам математической игры должны предъявляться определенные требования в отношении знаний. В частности, чтобы играть надо знать. Это требование придает игре познавательный характер.Правила игры должны быть такими, чтобы учащиеся проявили желание поучаствовать в ней. Поэтому игры должны разрабатываться с учетом возрастных особенностей детей, проявляемых ими интересов в том или ином возрасте, их развития и имеющихся знаний.Математические игры должны разрабатываться с учетом индивидуальных особенностей учащихся, с учетом различных групп учащихся: слабые, сильные; активные, пассивные и др. Они должны быть такими, чтобы каждый тип учащихся смог проявить себя в игре, показать свои способности, возможности, свою самостоятельность, настойчивость, смекалку, испытать чувство удовлетворенности, успеха.При разработке игры нужно предусмотреть более легкие варианты игры, задания, для слабых учащихся и наоборот более сложный вариант для сильных учеников. Для совсем слабых учащихся разрабатываются игры, где не нужно думать, а нужна, лишь смекалка. Таким образом, можно привлечь больше учащихся к посещению внеклассных занятий по математике и тем самым способствовать развитию у них познавательного интереса.Математические игры должны разрабатываться с учетом предмета и его материала. Они должны быть разнообразны. Многообразие видов математических игр поможет повысить эффективность внеклассной работы по математике, послужит дополнительным источником систематических и прочных знаний.Таким образом, математическая игра как форма внеклассной работы по математике имеет свои цели, задачи и функции. Соблюдение же всех требований предъявляемых к математическим играм позволит добиться хороших результатов по привлечению большего числа учащихся к внеклассной работе по математике, возникновению у них познавательного интереса к ней. Не только сильные учащиеся будут больше проявлять заинтересованность к предмету, но и слабые учащиеся начнут проявлять свою активность в учении.Типизацияматематических игрможет быть следующей:настольные игры;математические миниигры;викторины;игры по станциям;математические конкурсы;КВНы;игрыпутешествия;математические лабиринты;«Математическая карусель»;бои.Некоторые из выше перечисленных видов игр могут быть включены в другие, более большие математические игры, как один из их этапов. Теперь же рассмотрим несколько примеров.
Математический биатлонэто соревнование по решению задач (может быть личным или командным). Побеждает в нём тот, кто показал лучшее время. Задачи решаются на трёх огневых рубежах («Лёжка», «С колена», «Стойка»). Иногда добавляют четвёртый рубеж «На бегу», чтобы решить спорные вопросы; на этом рубеже дополнительные патроны не выдаются. В начале игры все участники располагаются на первом огневом рубеже. После сигнала ведущего участники получают 5 задачпатронов и начинают их решать. Если участник считает,что все задачи решены, то он предъявляет их решения судье. Если какието из задач решены неверно, участник получает дополнительные задачипатроны (не более трех на каждом рубеже). Очередной огневой рубеж считается пройденным успешно (без штрафного времени), если участнику удалось закрыть все пять мишеней (каждая верно решённая задача данного рубежа закрывает одну его мишень), быть может, с помощью дополнительных задачпатронов. В противном случае каждая незакрытая мишень очередного огневого рубежа наказывается 10 минутами штрафного времени. Участник переходит на следующий огневой рубеж (получает очередную серию из пяти задачпатронов) сразу после закрытия пяти мишеней предыдущего рубежа либо после начисления штрафного времени.Игра для участника оканчивается, еслиа) закончилось время, отведённое для соревнования, илиб) участник покинул последний огневой рубеж.Результат участника складывается из времени прохождения всех огневых рубежей (чистого времени) и начисленного штрафного времени. Чистое время участника фиксируется судьей в момент прохождения последнего рубежа.«Лежка» 1. Расставьте в записи 4×12+18:6+3 скобки так, чтобы получился наименьший возможный результат. 2. 15 одинаковых шариков можно сложить в виде треугольника, но нельзя сложить в виде квадрата одного шарика не хватает. Из какого количества шариков, не превосходящего 50, можно сложить как треугольник, так и квадрат? 3. На сколько нулей оканчивается произведение 1·2·3·4·…·105? 4. На окраску кубика 2×2×2 требуется 1 грамм краски. Сколько краски потребуется для того, чтобы окрасить кубик 6×6×6? 5. Какой угол образуют часовая и минутная стрелки в двадцать минут первого? «С колена» 1. Первая цифра трёхзначного числа равна 4. Если её перенести в конец, получится число, составляющее 3/4 от исходного. Найдите исходное число. 2. В ящике лежат в беспорядке 20 перчаток: 5 пар чёрных и 5 пар коричневых. Какое наименьшее количество перчаток надо взять не глядя, чтобы из них можно было бы наверняка выбрать две пары одноцветных перчаток? 3. Если язахочу купить 4 карандаша, то мне не хватит 3 рубля, а если я куплю 3 карандаша, то у меня останется 6 рублей. Сколько у меня денег? 4. Электрик должен отремонтировать гирлянду из четырёх последовательно соединённых лампочек, одна из которых перегорела. На вывинчивание любой лампы из гирлянды уходит 10 секунд, на ввинчивание тоже 10 секунд. Время, которое тратится на другие действия, пренебрежимо мало. За какое минимальное время электрик может гарантированно починить гирлянду, если у него есть запасная лампа? 5. Найдите два двузначных простых числа, получаемых друг из друга перестановкой цифр, разность которых полный квадрат. «Стойка» 1. Средний возраст одиннадцати игроков футбольной команды 22 года. Во время матча один из игроков был удален за грубость. Средний возраст оставшихся на поле игроков стал равен 21 году. Сколько лет удалённому футболисту? 2. Ровно в полдень 15метровый столб отбрасывает 10метровую тень. Какова высота дерева, отбрасывающего в этот же момент 15метровую тень?3. На сколько процентов пальцев на руках больше, чем рук (На каждой руке 5 пальцев). 4. Из 7 спичек выложено равенство XI = I. Как переложить в нем одну спичку, чтобы оно стало верным? 5. Четыре шпиона съедают 4 секретных пакета за 4 минуты. Сколько надо пригласить шпионов, чтобы они за 8 минут съели 20 секретных пакета?«На бегу»1. Известно, что в январе 4 понедельника и 4 пятницы. Каким днём недели было 1 января? 2. Из чисел 21, 19, 30, 25, 3, 12, 9, 15, 6, 27 выберите три, сумма которых равна 50. 3. ВинниПуху в день рождения подарили бочонок мёда массой 7 кг. Когда ВинниПух съел половину мёда, то бочонок с оставшимся мёдом стал иметь массу 4 кг. Сколько килограммов мёда было первоначально в бочонке? 4. На расстоянии 5 м друг от друга посажены в один ряд 15 деревьев. Чему равно расстояние между крайними деревьями? 5. На сколько процентов изменится площадь прямоугольника, если его длину увеличить на 20%, а ширину уменьшить на 10%?
Математическая игра «Точки»«Точки» («Города») игра на клетчатой бумаге для двух человек. Соперники по очереди ставят по одной точке на пересечении линий листа (пункте) в клетку, каждый своим цветомПервый ход каждого игрока происходит в центральной части поля. Последующие ходы могут быть в любой пункт, если только он не в окруженной области. Возможности пропускать ход нет. При создании непрерывной (по вертикали, горизонтали, диагонали) замкнутой линии образуется область. Если внутри неё есть точки противника (при этом могут быть пункты, не занятые чьимилибо точками), то это считается областью окружения, в которую далее запрещено ставить точку любому из игроков. Если точек соперника нет, то область свободная и в неё можно ставить точки. При появлении в свободной области точки соперника свободная область будет считаться областью окружения при условии, что точка соперника не была завершающей в его окружении. Точки, попавшие в область окружения, далее не участвуют в образовании линий для окружения. Точки, поставленные на краю поля, не окружаются.Партия заканчивается, когда не осталось свободных мест, по взаимному согласию игроков, либо когда один из игроков отказывается делать ход, останавливая игру. Если игрок A останавливает игру, то его оппоненту дается фиксированное время, в течение которого он будет ставить точки один, доокружая свободные точки игрока А. По истечении этого времени игра заканчивается автомат чески.Победа определяется при подсчёте окружённых точек (побеждает игрок, который окружил большее число точек соперника) или по взаимному согласию игроков.
Ссылки на источники1.ГоревП.М. Уроки развивающей математики в 56х классах средней школы // Концепт. 2012. № 10 (октябрь). ART 12132. 0,6 п. л. URL: http://www.covenok.ru/koncept/2012/12132.htm.2.ЭльконинД.Б. Психология игры. М.: Педагогика, 1978.304 с.3.СиденкоА. Игровой подход в обучении // Народное образование. 2000. №8.С. 134136.4.Игра в педагогическом процессе. Новосибирск, 1989.5.МакаренкоА.С. О воспитании в семье. М.: Учпедгиз, 1955.6.МинскийЕ.М. От игры к знаниям. М: Просвещение, 1979.192 с.7.ДышинскийЕ.А. Игротека математического кружка. 1972.142с.8.Технология игровой деятельности / Л.А.Байкова, Л.К.Теренкина,О.В.Еремкина. Рязань: Издательство РГПУ, 1994. 120 с.
Alexey Logatchev,mathematics teacher of secondary school № 7, [email protected] game as a form of extracurricular activities in mathematicsAbstract.The article describes the mathematical games as a form of extracurricular activities in mathematics. It provides an analysis of the concept of "mathematical game", are different classifications of games rationale for the inclusion of mathematical games in the processof learning mathematics. Rules are the most popular ones.Key words: additional mathematics education students, math competitions, problem solving, learning and development form pupils develop interest in the subject.
Математическая игра как форма внеурочной деятельности по математике в рамках реализации ФГОС
На сегодняшний день существуют различные формы внеурочной деятельности по математике с учащимися. К ним можно отнести:
Математический кружок;
Школьный математический вечер;
Математическая олимпиада;
Математическая игра;
Школьная математическая печать;
Математическая экскурсия;
Математические рефераты и сочинения;
Математическая конференция;
Внеклассное чтение математической литературы и др.
Очевидно, формы проведения данных занятий и приемы, используемые на этих занятиях, должны удовлетворять ряду требований.
Во-первых, они должны отличаться от форм проведения уроков и других обязательных мероприятий. Это важно, так как внеклассная работа строится на добровольных началах и обычно проводиться после уроков. Поэтому чтобы заинтересовать учащихся предметом и привлечь их к внеклассной работе необходимо проводить ее в необычной форме.
Во-вторых, эти формы проведения внеклассных занятий должны быть разнообразны. Ведь для того чтобы поддерживать интерес учеников, нужно постоянно их удивлять, разнообразить их деятельность.
В-третьих, формы проведения внеклассных занятий должны быть рассчитаны на различные категории учащихся. Внеклассная работа должна привлекать и проводиться не только для интересующихся математикой и одаренных школьников, но для учеников, не проявляющих интереса к предмету. Возможно, благодаря правильно выбранной форме внеклассной работы, рассчитанной на то чтобы заинтересовать и увлечь учащихся, такие ученики станут больше уделять внимания математике.
И, наконец, в-четвертых, эти формы должны выбираться с учетом возрастных особенностей детей, для которых проводиться внеклассное мероприятие .
Нарушение этих основных требований может привести к тому, что внеклассные занятия по математике будет посещать небольшое количество учеников или вообще перестанут посещать. Учащиеся занимаются математикой только на уроках, где у них нет возможности испытать и осознать притягательные стороны математики, ее возможности в совершенствовании умственных способностей, полюбить предмет. Поэтому при организации внеклассной работы важно не только задумываться над ее содержанием, но и, обязательно, над методикой проведения, формой.
Игровые формы занятий или математические игры – это занятия, пронизанные элементами игры, соревнования, содержащие игровые ситуации.
Математическая игра как форма внеклассной работы играет огромную роль в развитии познавательного интереса у учащихся. Игра оказывает заметное влияние на деятельность учащихся. Игровой мотив является для них подкреплением познавательному мотиву, способствует активности мыслительной деятельности, повышает концентрированность внимания, настойчивость, работоспособность, интерес, создает условия для появления радости успеха, удовлетворенности, чувства коллективизма. В процессе игры, увлекшись, дети не замечают, что учатся. Игровой мотив одинаково действен для всех категорий учащихся, как сильных и средних, так и слабых. Дети с большой охотой принимают участие в различных по характеру и форме математических играх. Математическая игра резко отличается от обычного урока, поэтому вызывает интерес большинства учащихся и желание поучаствовать в ней. Так же следует заметить, что многие формы внеклассной работы по математике могут содержать в себе элементы игры, и наоборот, некоторые формы внеклассной работы могут быть частью математической игры. Введение игровых элементов во внеклассное занятие разрушает интеллектуальную пассивность учащихся, которая возникает у учащихся после длительного умственного труда на уроках.
Математическая игра как форма внеклассной работы по математике является массовой по обхвату и познавательной, активной, творческой относительно деятельности учащихся.
Главной целью применения математической игры является развитие устойчивого познавательного интереса у учащихся через разнообразие применения математических игр.
Таким образом, среди форм внеклассной работы можно выделить математическую игру, как наиболее яркую и привлекательную для учащихся. Игры и игровые формы включаются во внеклассную работу не только для того чтобы развлечь учеников, но и заинтересовать их математикой, возбудить у них стремление преодолеть трудности, приобрести новые знания по предмету. Математическая игра удачно соединяет игровые и познавательные мотивы, и в такой игровой деятельности постепенно происходит переход от игровых мотивов к учебным мотивам.
Математические игры как средство развития познавательного интереса к математике
Организационные этапы математической игры
Для того чтобы провести математическую игру, и ее результаты были бы положительными, необходимо провести ряд последовательных действий по ее организации. К организации математической игры относят ряд этапов. Каждый этап как часть единого целого включает определенную логику действий педагога и учащихся.
Первый этап – это предварительная работа . На этом этапе происходит выбор самой игры, постановка цели, разработка программы ее проведения. Выбор игры и ее содержания в первую очередь зависит от того, для каких детей она будет проводиться, их возраст, интеллектуальное развитие, интересы, уровни общения и т.п. Содержание игры должно соответствовать поставленным целям, так же большое значение имеет время проведения игры, ее продолжительность. Одновременно с этим уточняется место и время проведения игры, готовиться необходимое оборудование. На этом этапе также происходит предложение игры детям. Предложение может быть устного и письменного характера, в него могут входить краткое и точное объяснение правил и техники действий. Главная задача предложения математической игры заключается в возбуждении интереса учащихся к ней.
Второй этап – подготовительный . В зависимости от того или иного вида игры этот этап может отличаться по времени и содержанию. Но все-таки у них есть общие черты. Во время подготовительного этапа учащиеся знакомятся с правилами игры, происходит психологический настрой на игру. Учитель организует детей. Подготовительный этап игры может проходить как непосредственно перед самой игрой, так и начаться заблаговременно до проведения самой игры. В этом случае учащиеся предупреждаются о том, какого типа задания будут в игре, какие правила у игры, что нужно подготовить (собрать команду, подготовить домашнее задание, представление и т.п.). Если игра проходит по какому-либо учебному разделу предмета математики, то школьники смогут повторить его и прийти на игру подготовленными. Благодаря данному этапу дети заранее заинтересовываются игрой и с большим удовольствием участвуют в ней, получая при этом положительные эмоции, чувство удовлетворенности, что способствует развитию у них познавательного интереса.
Третий этап – это непосредственно сама игра , воплощение программы в деятельности, реализация функций каждым участником игры. Содержание данного этапа зависит от того, какая игра проводиться.
Четвертый этап – это заключительный этап или этап подведения итогов игры . Данный этап является обязательным, так как без него игра будет не полной, не законченной, потеряет смысл. Как правило, на этом этапе определяются победители, происходит их награждение. Так же на нем подводятся общие итоги игры: как прошла игра, понравилась ли она учащимся, нужно ли еще проводить подобные игры и т.п.
Наличие всех этих этапов, их четкая продуманность делаю игру целостной, завершенной, игра производит наибольший положительный эффект на учащихся, достигается цель – заинтересовать школьников математикой.
Требования к подбору задач
Любая математическая игра предполагает наличие задач, которые должны решить школьники, участвующие в игре. А каковы требования к их подбору? У разных видов игр они различны.
Если взять математические мини-игры , то задачи входящие в них могут быть как по какой-нибудь теме школьной программы, так и необычные задачи, оригинальные, с увлекательной формулировкой. Чаще всего они бывают однотипные, на применение формул, правил, теорем, отличающиеся лишь по уровню сложности.
Задачи для викторины должны быть с легко обозримым содержанием, не громоздкие, не требующие сколько-нибудь значительных выкладок или записей, в большинстве своем доступные для решения в уме. Задачи типовые, решаемые обычно на уроках, не интересны для викторины. Помимо задач, в викторину можно включить различные вопросы по математике. Задач и вопросов в викторине обычно бывает 6-12, викторины могут быть посвящены какой-то одной теме.
В играх по станциям , задачи на каждой станции должны быть однотипными, возможно использование задач не только на знание материала предмета математики, но и задания, не требующие глубоких математических знаний (например, спеть как можно больше песен, в тексте которых присутствуют числа). Набор задач на каждом из этапов зависит от того, в какой форме он проводится, какая мини-игра используется.
К задачам математических конкурсов и КВНов предъявляются следующие требования: они должны быть оригинальными, с простой и увлекательной формулировкой; решение задач не должно быть громоздким, требующим долгих вычислений, могут предполагать несколько решений; должны быть разными по уровню сложности и содержать материал не только школьной программы по математике.
Для игр-путешествий отбираются легкие задачи, доступные для решения учащимися, в основном по программному материалу, не требующие больших вычислений. Можно использовать задачи занимательного характера.
Если игра планируется проводиться для слабых учеников, не проявляющих интереса к математике, то лучше всего подобрать такие задачи, которые не требуют хороших знаний по предмету, задачи на сообразительность, или совсем не сложные, элементарные задания.
Так же в игры можно включать задачи исторического характера, на знание каких-нибудь необычных фактов из истории математике, практического значения.
В лабиринтах обычно используются задания на знание материала любого из разделов курса школьной математики. Трудность таких задач увеличивается по мере продвижения по лабиринту: чем ближе к концу, тем сложнее задача. Возможно проведение лабиринта с использованием задач исторического содержания и задач на знание материала, не входящего в школьный курс математики. Задачи, требующие смекалки и нестандартности мышления, тоже могут быть использованы в лабиринтах.
В «математической карусели» и математических боях обычно используются задачи повышенной трудности, на глубокое знание материала, нестандартность мышления, так как для их решения отводится достаточно много времени и в таких играх участвуют в основном только сильные ученики. В некоторых математических боях задачи могут быть не сложными, а иногда просто занимательными, всего лишь на сообразительность (например, задания для капитанов).
Возможно, использовать задачи на закрепление или углубление изученного материала. Такие задачи могут привлечь сильных учеников, вызовут у них интерес. Дети, пытаясь решить их, будут стремиться получить новые еще не известные им знания.
Учитывая все требования, возраст и тип учеников можно разработать такую игру, что она будет интересна всем участника. На уроках дети решают достаточно много задач, все они одинаковые и не интересные. Придя на математическую игру, они увидят, что решать задачи совсем не скучно, они бывают не такие сложные или наоборот однообразные, что у задач могут быть необычные и занятные формулировки, и не менее занятные решения. Решая задачи практического значения, они осознают всю значимость математики как науки. В свою очередь игровая форма, в которой будет проходить решение задач, придаст всему мероприятию совсем не учебный, а занимательный характер и дети не заметят, что они учатся.
Требования к проведению математической игры
Соблюдение всех требований к проведению математической игры способствует тому, что внеклассное мероприятие по математике пройдет на высоком уровне, оно понравится детям, будут достигнуты все поставленные цели.
Учителю во время игры должна принадлежать ведущая роль в ее проведении . Учитель должен следить за порядком на игре. Отступление от правил, терпимость к мелким шалостям или дисциплины, в конечном счете, могут привести к срыву занятия. Математическая игра будет не только не полезной, она принесет вред.
Учитель является еще и организатором игры. Игра должна быть четко организована, выделены все ее этапы, от этого зависит успех игры. Данному требованию следует придавать самое серьезное значение и иметь его в виду при проведении игры, особенно массовой. Соблюдение четкости этапов не позволит превратить игру в сумбурную, не понятную последовательность действий. Четкая организация игры так же предполагает, что весь раздаточный материал и оборудование, необходимое для проведения того или иного этапа игры, будет использовано в нужное время и никаких технических задержек в игре не будет.
При проведении математической игры важно следить за сохранением интереса школьников к игре . При отсутствии интереса или угасании его ни в коем случае не следует принудительно навязывать игру детям , так как в этом случае она теряет свою добровольность, обучающее и развивающее значение, из игровой деятельности выпадает самое ценное – ее эмоциональное начало. При потере интереса к игре учителю следует принять действия, ведущие к изменению обстановки. Этому могут служить эмоциональная речь, приветливая обстановка, поддержка отстающих.
Очень важно проводить игру выразительно . Если учитель разговаривает с детьми сухо, равнодушно, монотонно, то дети относятся к игре безразлично, начинают отвлекаться. В таких случаях бывает трудно поддерживать их интерес, сохранять желание слушать, смотреть, участвовать в игре. Нередко, это и совсем не удается, и тогда дети не получают от игры никакой пользы, она вызывает у них только утомление. Возникает отрицательное отношение к математическим играм и математике в целом.
Учитель сам должен в определенной степени включаться в игру , являться ее участником, иначе руководство и влияние его будут недостаточно естественными. Он должен положить начало творческой работе учащихся, умело ввести их в игру.
Учащиеся должны понимать смысл и содержание всей игры , что сейчас происходит и что делать дальше. Все правила игры должны быть разъяснены участникам. Это происходит в основном на подготовительном этапе. Математическое содержание должно быть доступно пониманию школьников. Все препятствия должны быть преодолены, предлагаемые задания должны быть решены самими учащимися , а не учителем или его помощником. В противном случае игра не вызовет интереса и будет проводиться формально.
Все участники игры должны активно участвовать в ней , заняты делом. Длительное ожидание своей очереди для включения в игру снижает интерес у детей к этой игре. Легкие и сложные конкурсы должны чередоваться . По содержанию она должна быть педагогична, зависеть от возраста и кругозора участников . В процессе игры учащиеся должны математически грамотно проводить свои рассуждения , математическая речь должна быть правильной.
Во время проведения игры должен быть обеспечен контроль за результатами , со стороны всего коллектива учеников или выбранных лиц. Учет результатов должен быть открытым, ясным и справедливым. Ошибки в учете неясности в самой организации учета приводят к несправедливым выводам о победителях, а, следовательно, и к недовольству участников игры.
Игра не должна включать даже малейшую возможность риска , угрожающего здоровью детей . Наличие необходимого оборудования , которое должно быть безопасно, удобно, пригодно и гигиенично. Очень важно, чтобы во время игры не унижалось достоинство участников .
Любая игра должна быть результативна . Результатом может быть победа, проигрыш, ничья. Только законченная игра, с подведенным итогом может сыграть положительную роль, произвести на учащихся благоприятное впечатление.
Интересная игра, доставившая детям удовольствие, оказывает положительное влияние на проведение последующих математических игр, их посещение. При проведении математических игр забавность и обучение надо сочетать так, чтобы они не мешали, а наоборот помогали друг другу.
Математическая сторона содержания игры всегда должна отчетливо выдвигаться на первый план . Только тогда игра будет выполнять свою роль в математическом развитии детей и воспитание интереса к математике.
Это все основные требования, предъявляемые к проведению математической игры.
ГОРОДСКОЙ КЛАССИЧЕСКИЙ ЛИЦЕЙ
РЕФЕРАТ
Математические игры и головоломки
Подготовил:
Петров А. А.,
10Б класс (физ-мат)
г. Кемерово - 1999
Математические игры и головоломки очень популярны, как, впрочем, и все игры. И далеко не всегда более сложная игра – более интересная. Часто миллионы людей с неугасаемым интересом играют в самые простые игры, и именно эти игры больше всего ценят, именно они входят в историю математики и прославляют своих создателей.
Наиболее приближенными к математике являются головоломки, но много головоломок образовалось из когда-то существовавших (а некоторые из ещё существующих) игр. Большинство таких основополагающих игр было придумано древнегреческими математиками.
В последнее время математическим играм внимание уделяется, в основном, для нахождения выигрышных стратегий, на что сильно повлияло распространение программирования: составить алгоритм, по которому в игру смог бы играть компьютер, часто бывает сложнее и интереснее, нежели самому научиться играть в неё, при этом глубже вникаешь в суть игры, после чего выиграть в неё можешь уже практически любого.
Игры
Простейшие математические игры часто используют как задачи, в которых нужно найти выигрышную стратегию, либо одно положение перевести в другое. Иногда задачи бывают весьма простыми, когда они решаются известными методами, такими как инвариант и раскраска, но есть и весьма простые, но до сих пор неразрешённые задачи, связанные с математическими играми.
Примером может являться популярная игра крестики-нолики на бесконечном поле (рендзю). Она, как известно, при правильной стратегии обоих игроков бесконечна, но выигрышную стратегию при этом никто не знает. В настоящее время придумано множество алгоритмов этой игры, основанных, прежде всего, на переборе различных вариантов и анализе игры на следующие несколько ходов, которые очень близки к выигрышной стратегии, но лишь при их реализации на компьютере – человек же им следовать практически не может. Существуют простейшие приёмы этой игры, которыми пользуются игроки, но решающей чаще всего бывает внимательность.
Игра ним и другие аналогичные игры
Существует несколько игр, в которых двое играющих A и B, руководствуясь определёнными правилами, по очереди вынимают то или иное число фишек из одной или нескольких кучек – побеждает тот, кто берёт последнюю фишку. Простейшая такая игра – это игра с одной кучкой фишек, и сделать ход в ней – значит взять из кучки любое число фишек от 1 до m включительно. Многие подобные игры поддаются исследованию с помощью числа Шпрага-Гранди G(C). Пустой позиции O, не содержащей фишек, отвечает G(O)=0. Комбинацию кучек, состоящих соответственно из x, y, … фишек, обозначим C=(x, y, …) и предположим, что допустимые ходы переводят C в другие комбинации: D, E, … Тогда G(C) есть наименьшее неотрицательное число, отличное от G(D),G(E), … Это позволяет по индукции определить G(C) для любой комбинации C, разрешённой правилами игры. Так, в упомянутой задаче G(x)=x mod (m+1).
Если G(C)>0, то игрок, делающий следующий ход, допустим, это игрок A, может обеспечить себе выигрыш, если ему удастся перейти к “безопасной” комбинации S с G(S)=0. Действительно, по определению G(S) в этом случае либо S – пустая позиция, и тогда A уже выиграл, либо B следующим ходом должен перейти к “опасной” позиции U с G(U)>0 – и тогда всё повторяется снова. Такая игра после конечного числа ходов заканчивается победой A.
К подобным играм относится ним . Имеется произвольное число кучек фишек, и игроки по очереди выбирают одну какую-то кучку и вынимают из неё любое число фишек (но хотя бы одну обязательно).
Более общий случай представляет игра Мура , которую также можно назвать k-ним. Правила её те же, что и в обычном ниме (1-ним), но здесь разрешается бать фишки из любого количества кучек, не превосходящего k.
Ещё одна подобная игра – Кегли . В ней фишки разложены в ряд, и при каждом ходе убирается одна какая-либо фишка или две соседние. При этом ряд может разбиться на два меньших ряда. Выигрывает тот, кто возьмёт последнюю фишку. Обобщённая вариация этой игры известна под именем игры Витхоффа .
Есть интересная вариация игры ним под названием “звёздный ним” . Она довольно проста, но стратегия в ней видна не сразу. Играют в эту игру на звездообразной фигуре, изображённой на рис. 1, слева. Поставьте по одной фишке на каждую из девяти вершин звезды. Игроки A и B делают ходы по очереди, снимая при каждом ходе либо одну, либо две фишки, соединённые отрезком прямой. Тот, кто снимает последнюю фишку выигрывает.
У игрока B при игре в звёздный ним есть выигрышная стратегия, использующая симметрию игровой доски (вообще, выигрышные стратегии многих математических игр строятся на этом). Представим, что отрезки прямых, соединяющие вершины звезды, - это нити. Тогда всю конфигурацию можно развернуть в окружность, топологически эквивалентную нитяной звезде. Если A снимает с окружности одну фишку, то B снимает две фишки с противоположного участка окружности. Если A берёт две фишки, то B снимает с противоположного участка окружности одну фишку. В обоих случаях на окружности остаются две группы из трёх фишек. Какую бы фишку (или какие бы фишки) ни взял A из одной группы, B берёт соответствующую фишку (или фишки) из другой группы. Ясно, что последняя фишка достанется игроку B.
Другие математические игры
В конце 60-х годов Дж. Леутуэйт из шотландского города Терсо изобрёл замечательную игру с искусно скрытой стратегией “парных ходов”, обеспечивающей второму игроку заведомый выигрыш. На доске размером 5*5 квадратных клеток в шахматном порядке расставлены 13 чёрных и 12 белых фишек, после чего любая из чёрных фишек, например, стоящая на центральном поле, снимается (рис. 2, слева).
Игрок A ходит белыми фишками, игрок B – чёрными. Ходы делаются по вертикали и горизонтали. Проигравшим считается тот из игроков, кто первым не сможет сделать очередной ход. Если доску раскрасить подобно шахматной доске, то станет ясно, что каждая фишка со своего поля переходит на поле другого цвета и что ни одну фишку нельзя заставить ходить дважды. Следовательно, игра для каждого игрока не может продолжаться более 12 ходов. Но она может окончиться и раньше выигрышем для любого игрока, если только B не будет придерживаться рациональной стратегии.
Рациональная стратегия для игрока В состоит в том, чтобы мысленно представить себе всю матрицу (за исключением пустой клетки), покрытую двенадцатью неперекрывающимися костями домино. Как именно они разложены на доске, не имеет значения. На рис. 2, справа показан один из способов покрытия доски костями домино. Какой бы ход ни сделал игрок А, В просто делает ход на ту кость домино, которую только что покинул А. При такой стратегии у В всегда есть ход после очередного хода А, поэтому Взаведомо выигрывает за 12 или за меньшее число ходов.
В игру Леутуэйта можно играть не только фишками на доске, но и квадратными плитками или кубиками, передвигаемыми внутри плоской коробочки, на дне которой начерчена матрица. Предположим теперь, что в правила игры внесена поправка, позволяющая любому игроку в любое время ходить любым числом (от 1 до 4) фишек, стоящих на одной горизонтали или вертикали, если первая и последняя фишки в выбранной им горизонтали или вертикали “его” цвета. Перед нами великолепный пример того, как тривиальное (на первый взгляд) изменение правила приводит к резкому усложнению анализа игры. Леутуэйту не удалось найти выигрышную стратегию ни для одного из игроков в этом варианте игры.
Большинство игр, рассмотренных нами, имели выигрышную стратегию, но это не значит, что практически у всех подобных игр она существует. Есть множество игр, выигрышную стратегию в которых на сегодняшний день ещё не изобрели, а есть много и таких, у которых таковой вообще нет.
Головоломки
Математические головоломки бывают самые разные: вращательные (кубик Рубика), “Волшебные кольца”, “Игры с дыркой” (пятнашки), решётчатые и многие другие. Мы рассмотрим лишь некоторые из них.
Вращательные головоломки
Вращательными называются головоломки, суть которых заключается в поворотах рядов кубиков (и не только кубиков), из которых они состоят.
Знаменитейшая головоломка нашего времени – кубик Рубика – начала своё победное шествие по свету с 1978 года, когда с ней впервые ознакомились математики на Международном математическом конгрессе в Хельсинки. Лишь несколько кубиков увезли математики с конгресса, но это стало начальным толчком лавинного распространения игрушки по всему миру.
Практически каждый может собрать одну грань кубика Рубика, но чтобы составить его полностью, часто приходится серьёзно задуматься. Собирая первую грань (или первый слой), можно не заботиться об остальных, но когда остаётся поменять местами последние несколько кубиков, очень легко всё испортить и начинать сначала.
Кубик Рубика относится к вращательным головоломкам, отличительной чертой которых является то, что запутать их проще простого, а вот также быстро собирать их умеет далеко не каждый. При запутывании мы действуем как попало и стараемся испортить сразу всё, при сборке же охватить сразу всю картину слишком сложно, нам удобнее продвигаться методично, шаг за шагом, устанавливая сначала один кусочек, подгоняя к нему второй и т. д. По мере выстраивания правильной картины свобода наших действий ограничивается, ведь достигнутое надо на последующих шагах сохранять. А ближе к концу сборки очередные продвижения уже невозможны без жертв, – мы вынуждены на время отдавать завоёванное с тем, чтобы вернуть его с прибылью. Здесь уже требуются специально разработанные операции, можно назвать их “локальными” или “минимальными”, которые вносят в расположение элементов головоломки самые малые изменения, например, переставляют два-три элемента или переворачивают их. При этом “минимальные” не значит “маленькие” - обычно они состоят из довольно большого числа ходов.
Рассмотрим алгоритм собирания вращательных головоломок на примере кубика Рубика.
Формулы операций в “кубике Рубика”
При использовании “минимальных” операций возникает естественный вопрос: как их систематизировать или сформулировать, чтобы ими удобно было пользоваться при собирании кубика. Прежде всего, перед тем, как воспользоваться той или иной уже разработанной операцией, следует как-то обозначить грани кубика, относительно которых их проводить. Стандартные их названия: фасад, тыл, лево, право, верх, низ. А обозначения соответственно: Ф, Т, Л, П, В, Н. Любую формулу операций можно выполнить с помощью поворотов боковых или центральных граней кубика. Один поворот грани по часовой стрелке обозначается так же, как и сама грань (Ф, Т и т. д.). Если грань поворачивают против часовой стрелки, то к обозначению этого действия приписывают знак ’ (Ф’, Т’ и т. д.). Понятно, что два поворота по часовой стрелке идентичны двум поворотам против, а следовательно обозначаются они одинаково: знаком 2 . (Ф 2 , Т 2 и т. д.). С помощью этой системы обозначений можно сформулировать лишь повороты боковых граней, для центральных же обозначения показаны на рисунке 3.
Ниже приведён список самых распространённых “минимальных” операций, которыми пользуются при собирании кубика Рубика. Следует заметить, что это лишь универсальные комбинации, а для создания более совершенного алгоритма собирания кубика, нужно разработать более “глобальные” операции, которые человеку запомнить довольно трудно, но в общем уменьшающие количество действий, необходимых для собирания кубика из каждого конкретного положения.
Первый слой
Операция “лесенка” (лифт) 2:НЛН ’Л ’
Две лесенки 1:НЛН’Л’Н’Ф’НФ
Выполняются только по две комбинации с поворотом верхней грани между ними:
(ПСн) 4
(Ф ’ПФП ’) 2
(ПФ ’П ’Ф) 2
“Игры с дыркой”
До изобретения кубика Рубика для многих людей знакомство с головоломками начиналось с “пятнашек” – так часто называют известную игру “15”.
С пятнашек начинается история игр с дыркой – головоломок, в которых фишки перемещаются по игровому полю за счёт того, что одно из мест на поле свободно. У “пятнашек” есть множество родственников, которые как раз и образовывают целый раздел этих головоломок.
Игру “15” придумал в 70-х годах XIX-го века прославленный американский изобретатель головоломок Сэмюэль Лойд. Время появления его игрушки и известного всем кубика Рубика разделяют ровно сто лет. Любопытно, что возраст обоих изобретателей, когда они придумали свои знаменитые головоломки, был одинаков – немногим больше тридцати. До “пятнашек” никакая другая головоломка таким успехом не пользовалась.
Великий Марк Твен, будучи современником Лойда и свидетелем всеобщего ажиотажа вокруг игры “15”, включил в свою сатирическую повесть “Американский претендент” изложение сообщения, якобы переданного агентством “Ассошиэйтед пресс”, в котором говорилось, что “за последние несколько недель вошла в моду новая игрушка-головоломка... и что от Атлантического океана до Тихого все население Соединенных Штатов прекратило работу и занимается только этой игрушкой; что в связи с этим вся деловая жизнь в стране замерла, ибо судьи, адвокаты, взломщики, священники, воры, торговцы, рабочие, убийцы, женщины, дети, грудные младенцы,- словом, все с утра до ночи заняты одним-единственным высокоинтеллектуальным и сложным делом... что веселье и радость покинули народ,- на смену им пришли озабоченность, задумчивость, тревога, лица у всех вытянулись, на них появились отчаяние и морщины - следы прожитых лет и пережитых трудностей, а вместе с ними и более печальные признаки, указывающие на умственную неполноценность и начинающееся помешательство; что в восьми городах день и ночь работают фабрики, и все же до сих пор не удалось удовлетворить спрос на головоломку”.
Вскоре после своего появления на свет коробочка с цифрами 15 на крышке пересекла океан, быстро распространилась во всех европейских странах и поучила новое имя “такен”. Изобретателю посчастливилось найти ту неуловимую меру сложности, когда головоломка решалась без труда почти всеми и в то же время требовала определённой сообразительности, благодаря чему каждый мог получить удовольствие от сознания своего высокого интеллектуального уровня.
|
Помещая это объявление, Лойд знал, что ничем не рискует, так как предлагает неразрешимую задачу. Эта задача ещё сыграла с изобретателем злую шутку, когда он пытался запатентовать свою игру, – ему сказали, что нельзя запатентовать игру, не имеющую решения.
Секрет игры “15”
Не всегда можно головоломку перевести из одного состояния в другое, - запрещены такие переходы, при которых нарушаются те или другие законы сохранения. Есть такой закон и в игре “15”. Чтобы объяснить его, мысленно заполним пустое место фишкой с номером 16. Тогда каждый ход - сдвиг фишки - будет состоять в том, что эта фишка меняется местами с фишкой 16. Операцию, при которой какие-то две фишки (не обязательно соседние!) меняются местами, так и назовем - обменом; математический термин для таких операций - транспозиция. Очевидно, что из любой расстановки 16 фишек можно не более чем за 15 обменов получитьправильную позицию - обозначим ее S 0 - и вообще любую другую расстановку. При этих обменах не запрещается вынимать фишки из коробки. Например, можно сначала поставить на свое место фишку 1, обменяв ее с той фишкой, которая это место занимает, затем точно так же поставить на место фишку 2 и т. д. Последними мы обменяем фишки 15 и 16 - при этом сразу обе встанут правильно. Конечно, не исключено, что по ходу дела какие-то фишки автоматически попадут на свои места, и их трогать не придется, при этом число обменов окажется меньше 15. Можно расставлять фишки по этой же системе, но в другом порядке, скажем 16, 15, 14, .... или совсем иначе, и тогда число обменов может оказаться другим. Однако, каким бы способом ни выбрать последовательность обменов, превращающую одну заданную расстановку фишек в другую, четность числа обменов в этой последовательности всегда будет одной и той же.
Это очень важное и неочевидное докажем ниже. Оно позволяет дать следующее определение: расстановка называется четной, если ее можно превратить в правильную позицию с помощью четного числа обменов, и нечетной в противном случае. В математике обычно говорят не “расстановка”, а “перестановка”; к этому мы еще вернемся. Сама правильная расстановка S 0 всегда четная , а ловушка Лойда L нечетная . Но почему они не переводятся друг в друга?
Как выше уже сказано, каждый ход в игре “15” можно рассматривать как обмен фишки с одной из соседних. Следовательно, при каждом ходе четность расстановки 16 фишек меняется: если до хода расстановку можно было упорядочить за N обменов, то после него - за N+1 обменов (взяв этот ход назад), а числа N и N+1 - разной четности. В обеих расстановках классической задачи Лойда дырка (или фишка 16) расположена одинаково. Если бы мы сумели одну расстановку перевести в другую, то фишка 16 должна была совершить столько же ходов вверх, сколько вниз, и столько же ходов вправо, сколько влево, иначе она не вернулась бы назад. Поэтому мы сделали бы четное число ходов, а так как при каждом ходе четность расстановки меняется, в начале и в конце она была бы одинаковой. Но позиции S 0 и L, как мы видели, имеют разную четность.
Мы рассмотрели лишь малую часть замечательных головоломок, которые придумали математики разных времён, но если когда-нибудь ещё и изобретут головоломку более популярную, чем, например, игра “15”, то известней знаменитого кубика Рубика наверняка – нет!
Список литературы
1. Я. И. Перельман “Занимательная математика”
2. Мартин Гарднер “Путешествие во времени”. – Москва, “Мир”, 1990
3. У. Болл, Г. Коксетер “Математические эссе и развлечения”. – Москва, “Мир”, 1986
4. В. Н. Дубровский, А. Т. Калинин “Математические головоломки”. – Москва, “Знание”, 1990
5. “Математический цветник” (составитель и редактор Д. А. Кларнер). – Москва, “Мир”, 1983
