Принципы записи информации и эволюция развития технических устройств

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЖДЕНИЕ ИДЕИ

Принципы записи информации и эволюция развития технических устройств

Введение

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 школьников1 посвященных роли сотовых телефонов в жизни современного общества и  негативным последствиям1 их использования, проектов, где перечислены разнообразные технические средства коммуникации2, но мало работ, где было бы рассказано,  как рождались идеи3, что лежит в основе современной техники.

В краеведческом музее города Ставрополя2 появился интересный выставочный зал3, 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 квесту4.  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. Альтов4, «Приключения изобретений: Научно-художественные рассказы» А. Ивич5, «Электроника шаг за шагом: Практическая энциклопедия юного радиолюбителя» Р. А. Сворень6

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»).

СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РАБОТЫ

• Презентации об эволюции развития технических устройств сохраняющих информацию
• Коллекция мультимедиа
• Модели устройств (реальные и виртуальные)
• Сайт проекта http://idee.ucoz.ru/
• Виртуальная экскурсия по краеведческому музею г. Ставрополя.

ЭТАПЫ РАБОТЫ НАД ПРОЕКТОМ

• организационно-установочный – декабрь 2012г;
•     выбор и обсуждение главной идеи, целей и задач будущего проекта - январь;
•     обсуждение методических аспектов и организация работы учащихся - январь;
•     структурирование проекта с выделением подзадач для определенных групп учащихся, подбор необходимых материалов январь - март;
•     работа над проектом январь - апрель;
•     подведение итогов, оформление результатов - апрель;
•     презентация проекта – апрель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

 

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 задач5. 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)7.

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 изображения6

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.»8. 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. 丁緩).

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.