Размещено на http://www.allbest.ru/

РОЖДЕНИЕ ИДЕИ

Принципы записи информации и эволюция развития технических устройств.

Актуальность и новизна выбранной темы.

Доставая из кармана свой мобильный телефон, садясь к компьютеру, снимая фильм или делая фото, мы совсем не задумываемся, как и кем все это было создано. Изучая основы школьных наук, мы многому учимся, но еще больше остается того, что мы не знаем. Сегодня уже невозможно представить себе мир без современной техники, средств связи, и чем сложнее и совершеннее становится всё, что нас окружает, тем труднее понять, как можно было это сделать, придумать.

Что общего у перфокарты и флешки, чем отличается CD диск от винилового диска (пластинки), на каких физических явлениях и законах основана их работа? Многие знают, что современные мониторы и дисплеи жидкокристаллические, а еще очень удобен сенсорный экран, пожалуй, на этом, наши знания о чудо технике сегодняшнего дня для многих оканчиваются.

Можно найти много исследовательских работ школьников посвященных роли сотовых телефонов в жизни современного общества и негативным последствиям их использования, проектов, где перечислены разнообразные технические средства коммуникации, но мало работ, где было бы рассказано, как рождались идеи, что лежит в основе современной техники.

В краеведческом музее города Ставрополя появился интересный выставочный зал, в котором представлены некоторые технические изобретения XIX-XX веков, экскурсоводы увлеченно рассказывают об экспонатах музея, но не менее интересным является самостоятельное путешествие и изучение нескольких залов по музейному квесту. В то же самое время, не менее интересные экспонаты музея - телеграфные аппараты, телефоны, проигрыватели, арифмометры, шифровальные машины и многое другое, теряется среди костюмов, ковров, мебели в верхнем зале экспозиции XIX - XX века.

Считаем, что будет актуален проект, связывающий настоящее с прошлым и будущим. Проведя мониторинг (ПРИЛОЖЕНИЕ 1) среди учащихся 8 - 11 классов нашей школы, мы выяснили, что практически 100% учащихся имеют компьютер и телефон, 75% учащихся имеют телефон с сенсорным дисплеем, 60% пользуются ПК, 40% пользуются ноутбуками. Подростки 14-17 лет ответили, что сменили уже от 2 до 13 телефонов. Самыми популярными они считают следующие модели телефонов: Samsung Galaxy S3, Sony Ericsson Noxus, iPhone 5, Nokia Lumia 920.

А вот остальные вопросы: кто изобрел первый телефон, когда появился мобильный телефон, типы сенсорных экранов, принципы создания цветного изображения, история кинематографа, - вызвали огромные затруднения у большинства отвечающих. Оказывается, каких только типов сенсорных экранов не бывает у наших учащихся: тепловой, палочный, тыкочный, всетрогательный и другие.

Книги по теории ТРИЗ «И тут появился изобретатель» Г. С. Альтов, «Приключения изобретений: Научно-художественные рассказы» А. Ивич, «Электроника шаг за шагом: Практическая энциклопедия юного радиолюбителя» Р. А. Сворень

Объект исследования в проекте - фундаментальные идеи, влияющие на развитие технических систем.

Предметом исследования стали принцип записи информации различными техническими устройствами и эволюция развития технических устройств сохраняющих информацию.

Цель и задачи

Цель проекта: разработать комплекс мероприятий, позволяющих лучше узнать эволюцию развития технических устройств сохраняющих информацию.

Задачи проекта:

Создать мобильную коллекцию, состоящую из простых моделей, программ и мультимедиа, позволяющих визуализировать принцип работы устройств воспроизведения изображений и звука («Волшебный сундучок»).

Создать виртуальную коллекцию музея, рассказывающую об изобретениях и открытиях на основе ТРИЗ.

Познавательные задачи:

познакомиться с основными идеями теории решения изобретательских задач (ТРИЗ);

изучить принцип работы устройств, применявшихся для создания эффектов движения изображений;

изучить принцип работы устройств, применявшихся для сохранения звука;

изучить экспонаты технической коллекции краеведческого музея г. Ставрополя и предложить свой вариант экскурсии, в том числе виртуальной;

проанализировать в чем состоит принцип записи информации различными техническими устройствами, и каковы фундаментальные идеи, влияющие на развитие технических систем.

Практические задачи: (градация по времени и сложности)

провести мониторинг использования учащимися нашей школы средств коммуникации и знаний учащимися (9-11 классов) некоторых принципов работы используемых технических устройств;

сравнить дисплеи современных смартфонов и телефонов, рассчитать размеры субпикселей с использованием цифрового микроскопа Digital Blue QX7 при увеличениях в 10, 60, 200 раз.

создать цифровой образовательный продукт (сайт: http://idee.ucoz.ru/, цифровой образовательный ресурс на CD диске) состоящий из программ и мультимедиа, позволяющих визуализировать принцип работы устройств воспроизведения изображений и звука;

создать коллекцию, состоящую из простых моделей позволяющих изучить учащимся на уроках и во внеурочной деятельности принцип работы устройств воспроизведения изображений и звука.

Гипотеза проекта

Если знать и понимать основы теории решения изобретательских задач, то это поможет создать мобильную коллекцию, состоящую из простых моделей, программ и мультимедиа, позволяющих визуализировать принцип работы устройств воспроизведения изображений и звука («Волшебный сундучок»).

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

праксиноскоп зоотроп фенакистископ звук

Даже истинные мнения стоят немногого, пока кто-нибудь не соединит их связью причинного рассуждения.

Платон

В своем проекте я стараюсь найти ответ на вопрос: Как люди учатся сохранять информацию? Этот вопрос был и будет актуален, пока существует наш мир, который прекрасен своим многообразием красок и звуков. Как сложно передать шум водопада, красоту человеческого голоса или музыкального инструмента, запомнить все цвета и переливы света солнца на восходе и закате, рассказать о путешествиях и открытиях, замечательных артистах, как сохранить историю на века?

Изучая развитие техники, была создана ТРИЗ - теория решения изобретательских задач. Основной постулат ТРИЗ-ТРТС: технические системы развиваются по определённым законам, эти законы можно выявить и использовать для создания алгоритма решения изобретательских задач. Развитие техники в чем-то напоминает развитие жизни на Земле: объединение живых организмов во все большие надсистемы по цепочке: "клетка - организм - популяция - экосистема - биосфера", совмещение функций (лист растения совмещает в себе функцию преобразователя солнечной энергии в химическую, функцию насоса, поддерживающего давление в капиллярах, функцию регулятора температуры, функцию кладовой питательных веществ; печень выполняет более 20 функций), а также свертывание систем с полезной функцией в идеальное вещество (например, система передачи наследственной информации сначала была "отработана" на клеточно-организменном уровне, а затем "свернулась" в генетический аппарат).

Изучая явления, и открывая новые законы природы, великий физик Исаак Ньютон однажды сказал: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов», имея ввиду всё, что было создано предшественниками. Можно бесконечно углубляться в историю, пытаясь разгадать письмена майя, или индийскую «Махабхарату», вспомнить арифметические машины Леонардо да Винчи и Блеза Паскаля, и многое другое. Но сейчас самое важное, попытаться найти общее и особенное в открытиях и изобретениях, которые легли в основу устройств сохраняющих информацию.

ПРИНЦИП ОПИСАНИЯ УСТРОЙСТВА

Для сравнения систем и устройств, используемых в проекте, используем, во-первых, стандартное описание по плану: название, год изобретения, автор изобретения, принцип работы, противоречия и преимущества с учетом ТРИЗ, интересные факты.

Во-вторых, интересным является изучение отдельных законов развития технических систем теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) и их реализация в конкретных системах.

Закон полноты частей системы (первая схема)

Рассмотрим устройства создания эффекта движения изображения

Артефакты - «Первобытное кино»

Аспирант Марк Азема, изучая наскальную живопись, в 1990-х пришел к выводу, что, например, у лошади из французской пещеры Ла Марш пять голов, два хвоста и шесть передних ног не случайно. Учёный разложил рисунки на «кадры», сделал из них мультфильмы, и животные «забегали». Лошадь из Ла-Марша, например, била копытом, поднимала и опускала голову, а также взмахивала хвостом.

Тауматотроп.

Первый тауматотроп был изобретен около 15 тысяч лет назад. В 90-е годы прошлого столетия французские археологи Марк Азема и Флоран Ривер нашли в пещерах на юго-западе Франции костяные диски с отверстием в середине и изображениями животных на обеих сторонах, но с разным положением ног, при вращении дисков на нитке создается эффект движения.

Принцип работы основан на эффекте персистенции. Персистенция (лат. persisto -- постоянно пребывать, оставаться) - это способность глаза соединять быстро сменяющиеся изображение в одно - неподвижное. Этот эффект основан на инерции человеческого глаза.

Камера Обскур.

Камера Обскур - представляет собой светонепроницаемый ящик с маленьким отверстием, через которое на противоположную стенку проецируется перевернутое изображение предмета снаружи. Ещё в 350 г. до нашей эры известный древнегреческий философ Аристотель в одной из своих работ отметил, что свет, проникающий в тёмную комнату через небольшое отверстие в ставне, образует на противоположной стене изображение предметов, находящихся на улице в перевернутом виде.

Принцип работы камеры - обскуры (стенопа) описал в своих трудах выдающийся итальянский учёный и художник эпохи возрождения Леонардо да Винчи (1452-1519). "Следующий опыт показывает, каким образом пересекаются лучи… Когда изображения освещенных предметов попадают через малое круглое отверстие внутрь очень темной комнаты, то, поместив на некотором расстоянии от отверстия лист белой бумаги, вы обнаружите на нем все предметы в их соответствующих размерах и цветах.

Они будут уменьшенных размеров и обращенными, по причине вышеуказанного пересечения лучей".

Фантаскоп

Предположительно в XVII веке голландский учёный Христиан Гюйгенс изобрел фантаскоп, или «волшебный фонарь», для проекции изображений. Принцип его действия аналогичен «камере обскура», отображающей предметы, попадающие в световой луч. Волшебный фонарь стал прототипом большинства современных проекционных оптических устройств -- диапроектора, эпидиаскопа, фотоувеличителя, кинопроектора и др., реализуя один из принципов изобретения - старое, возрождающееся в новом.

Фенакистископ

Фенакистископ Жозефа Плато и колесо Фарадея, работают по принципу, описанному в 1833 году Жозефом Плато: «Аппарат состоит из картонного диска с прорезанными в нем отверстиями.

На одной стороне диска нарисованы фигуры. Когда диск вращают вокруг оси перед зеркалом, то фигуры, рассматриваемые в зеркале через отверстия диска, представляются не вертящимися вместе с диском, а, наоборот, кажутся совершенно самостоятельными и делают движения, им присущие.». Для наблюдения изменяющихся явлений поступают следующим образом: приводят диск в достаточно быстрое вращение, закрывают один глаз, а другим смотрят сквозь образующуюся от быстрого вращения щелей прозрачную полосу на движущийся предмет. И видят эффект движения!

Зоотроп

Самый первый зоотроп был создан в Китае около 180 лет до н. э. изобретателем Дин Хуанем (кит. ’љЉЙ).

Вращение осуществлялось под действием теплых восходящих потоков воздуха, конвекции.

Современный зоотроп был изобретен в 1833 году британским математиком Уильямом Джорджем Хорнером. Он назвал свое изобретение «дедалеум» (в честь Дедала) или «колесо дьявола». Конструкция зоотропа более удобна для использования, в ней нет диска с отверстиями, как в фенакистископе Жозефа Плато, он заменен открытым сверху деревянным или металлическим барабаном с прорезанными вертикальными щелями по бокам, и вращается горизонтально на оси. Диск с картинками заменен длинной лентой, которая помещается, свернутая в круг, внутри барабана. Эти ленты могли вместить пять, десять и более дюжин картинок, тогда как диски не могли вместить больше двух дюжин.

Зоотроп - прямое развитие фенакистископа. По внутренней кромке открытого сверху барабана идет что-то подобное современной кинопленке - лента с последовательными картинками, над которыми проделаны вертикальные щели. Когда барабан вращается, щели сливаются и через них хорошо видны «кадры» - сливаясь, они образовывают короткий мультфильм. В отличие от фенакистископа, зоотроп не требовал зеркала - зритель просто раскручивал барабан и смотрел на него снаружи.

В 1860 году француз Дезвинь и американец Уильяма Е. Линкольн (англ. William F. Lincoln) закрепили за всеми подобными устройствами название «зоотропа». Наиболее замечательным в зоотропе является то, что рисунки в нём нарисованы на ленте из тонкого картона. Это было не что иное, как прототип современной кинопленки.

Зоотроп сегодня

Зоотроп до сих пор порождает сходные конструкции. Например, в 2001 году американский студент Джошуа Сподек запатентовал новый вид рекламы. Прямо в тоннеле метро размещались подсвеченные картинки, а при движении поезда они сливались в рекламный фильм. В 2007 году подобный мультик появился в киевском метро, между станциями «Лукьяновская» и «Золотые ворота». Линейный зоотроп 300-метровой длины позволяет увидеть примерно 20-секундный ролик.

Другой потрясающий зоотроп построила в 2008 году фирма Sony в итальянском городе Венария для рекламы телевизоров Bravia. Огромное устройство имеет диаметр 10 м и весит более 10 т. Внутренний тор зоотропа вращается с угловой скоростью 44 км/ч! Каждый вечер на этом зоотропе венарцы могут смотреть, как знаменитый футболист Кака виртуозно забавляется с мячом.

Праксиноскоп Рейно

Способ скрестить два прибора придумал французский преподаватель Шарль-Эмиль Рейно. В 1877 году он запатентовал прибор, названный им праксиноскопом. Аналогично зоотропу, в новом устройстве по окружности большого цилиндра шла лента, на которой были размещены «кадры» мультфильма. Но никаких щелей в устройстве не было, зато был внутренний маленький цилиндр, обклеенный зеркальцами. Каждое зеркальце располагалось напротив «своего» рисунка. При вращении человек смотрел поверх внешнего цилиндра и в зеркальце видел движущиеся картинки.

Далее Рейно принялся совершенствовать свой прибор. Сначала он прикрепил к барабану щиток со зрительным окошком по размеру картинки, чтобы зритель смотрел только в одно зеркальце и у него не мельтешило в глазах. В 1880 году Рейно придумал «оптический театр» - способ «трансляции» мультфильмов не для одного человека, а для целого зала зрителей. Четкое изображение на зеркале-экране позволило скрестить праксиноскоп с камерой-обскурой и получить кинокартинку. Проблема была в ограничении количества кадров двенадцатью.

А спустя 12 лет, в 1889 году, Рейно усовершенствовал свою конструкцию путем увеличения барабана и… создания почти что настоящей кинопленки. Каждый кадр рисовался отдельно на тонкой пластинке из желатина, затем пластинки скреплялись - таким образом Рейно получал «пленки» длиной до 600 кадров.

28 октября 1892 года, на три года опередив братьев Люмьер с их синематографом, Рейно показал свой первый мультфильм широкой публике (впрочем, предварительные показы он проводил еще на Всемирной выставке 1889 года). Известно пять мультфильмов Рейно, первым из которых стал «Бедный Пьеро».

История праксиноскопа завершилась трагически. Когда Рейно понял, что его конструкция не может соперничать с быстро развивающимся кинематографом, он уничтожил и свой аппарат, и все свои ленты, кроме двух.

Кинеограф Линнетта

В сентябре 1868 года английский печатник и специалист по литографиям Джон Барнс Линнетт запатентовал совершенно новый принцип анимации - кинеограф. Этот принцип не составил конкуренции зоотропу, хотя также снискал немалую популярность в обществе.

Кинеограф - это картинки, изображенные на страницах книги. Когда мы быстро листаем книгу, картинки сливаются в мультфильм. Каждый из нас когда-нибудь делал такой трюк, не правда ли? Впрочем, этот способ получения движущихся картинок знали и до Линнетта. Просто он оказался ловчее всех - и успел получить патент.

Своего расцвета кинеографический принцип ждал достаточно долго. Линнетт печатал книжки с такими рисунками в своей типографии, но это было не массовым производством, а скорее мелкосерийным. Ряд других типографий приобрели у Линнетта права на изготовление книг-кинеографов, а после его смерти супруга и вовсе продала патент со всеми потрохами какому-то предпринимателю.

Мутоскоп

В 1894 году американец Херман Каслер на основе кинеографа создал еще один прибор - мутоскоп. Внутри мутоскопа находился барабан с множеством страниц-картинок, при его вращении использовался тот же принцип, что и при перелистывании страниц книги. Каслер пытался развить это начинание, даже основал фирму American Mutoscope Company. Компания успела снять ряд «фильмов» для мутоскопа, но тут наступила эра кинематографа, и Каслеру пришлось срочно переквалифицироваться в режиссера. Кинокомпания Каслера просуществовала до 1928 года, сняв 12 полнометражных и около 3000 короткометражных фильмов.

Аналогичную инициативу проявил в 1897 году англичанин Генри Шорт, создав нечто мутоскопоподобное и назвав это «филиоскопом». Его компания разорилась практически сразу, хотя он успел выпустить значительное количество больших кинеографов с механическими устройствами для перелистывания страниц.

Кинетоскоп

В 1888 году Эдисон изобрел кинетоскоп, первый прибор, позволявший демонстрировать движущиеся картинки. В 1913 году он произвел, впервые озвучивание движущихся картинок.

Кинетоскоп (от греческого «кинетос» - движущийся и «скопио» - смотреть) - это аппарат-аттракцион, в окошке которого, можно было наблюдать анимацию (ожившие картинки), сделанную в основном из готовых фотокарточек. Кинетоскоп был устройством, базировавшимся на принципе - целлулоидной ленты с кадрами, быстро движущимися перед проектором (аналог «волшебного фонаря»)

Вторая схема

Изучение отдельных законов развития технических систем в теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) и их реализация на конкретных системах.

Выделяют 4 этапа эволюции технических устройств:

1 - подбор частей для образования системы

2 - совершенствование системы

3 - динамизация

4 - переход к саморазвивающимся системам.

На первом и втором этапе может происходить использование метода аналогии, когда важная часть, например, валик, одинакова в разных устройствах: телеграфоне Паульсена, фонографе Эдисона, шарманке, но работает, используя разные физические принципы, позволяя создать новое устройство.

В дальнейшем для усиления функции может использоваться дубликат основного органа, что может привести к рождению нового устройства (магнитофона) или принципиальному изменению устройства (звуковое кино).

Современный телефон - многофункциональное устройство, объединяющее в себе кроме телефона проигрыватель, телевизор, компьютер, но и здесь могут быть функции дублирования:

использование двух сим-карт (для разных операторов связи),

использование двойного складного экрана (для увеличения площади),

использование двух экранов отличающихся по назначению и принципу работы (йотофон - один экран с электронными чернилами, второй - обычный, сенсорный).

Познакомившись с устройствами для создания эффекта движения можно сделать вывод: для получения эффекта движения необходима смена изображений, для этого изображения должны сменять друг друга (зоотроп, мутоскоп и тд) или наблюдатель должен сам двигаться (реклама линейный зоотроп).

ЗАКОН ПОЛНОТЫ ЧАСТЕЙ СИСТЕМЫ

Закон полноты частей системы описывает минимально необходимый набор частей, обеспечивающий минимальную работоспособность системы. В общем случае, необходимо наличие следующих частей системы:

рабочий орган, энергия для обеспечения его работы, система управления рабочим органом.

1. Все рассмотренные устройства механические

2. Рабочий орган

диск: тауматотроп, фенакистископ

валик: зоотроп,

лента: кинетоскоп,

карточка: кинеограф, мутоскоп

История развития техники показывает, что многие технические решения повторяются в различных, казалось бы, несвязанных друг с другом областях.

ВЫВОД

Изучение теоретических основ теории решения изобретательских задач, знакомство с историей развития техники для обработки информации стало мощным стимулом для собственных исследований в этой области.

Создание простейших устройств для проекта: таумотропа и зоотропа лишь только доказывает, что к любому прибору нужно относиться серьезно и что есть множество проблем, с которыми сталкивается исследователь, экспериментатор, изобретатель. Например, зоотроп оказался слишком тяжел, центр тяжести при подвешивании на нить определить сложно, недостаточна скорость вращения, окошки получились разной величины (из-за сложности работы с картоном), поэтому эффект кино наблюдать сложно. Даже первый тауматотроп, сделанный нами оказался неправильным - картинки должны быть вверх ногами, чтобы при вращении накладывались друг на друга.

Работа по созданию мультимедиа коллекции, написание программ а также игры по использованию материала проекта продолжается.

Размещено на Allbest.ur