Устройство для развития пространственного мышления

Полезная модель относится к области развлечений и обучения, в частности к области настольных игровых устройств, и предназначена для развития пространственного мышления пользователей и привлечения их как к техническому творчеству, так и к изобразительному.
Для развития пространственного мышления необходимо первоначальное знакомство с разновидностями геометрических тел, необходимо уметь отличать их параметры и взаиморасположение в пространстве, уметь управлять их перемещением. В школе на уроках математики изучают названия геометрических тел - это куб, цилиндр, сфера, конус. В высшей школе изучают взаимодействие тел, виртуальные границы пересечения.
Часто студенты не обладают достаточным пространственным воображением, не могут представить какое-либо устройство в виде комплекса заполняющих его деталей. Процесс обучения должен быть пройден ранее. Развитое пространственное мышление нужно конструкторам, врачам, архитекторам, модельерам одежды, в любом мыслительном процессе, где задействовано моделирование. Дети в кружках моделирования и конструирования, куда попадают уже подготовленными и заинтересованными, знакомятся с процессом пространственного мышления и овладевают им. Устройства для развития пространственного мышления просто необходимы для пользователей разного возраста.
Известно устройство типа головоломки (патент РФ на полезную модель №44060, МПК A63F 9/06), содержащее плоские игровые элементы в виде последовательно соединенных равносторонних треугольников с отверстиями также в форме равносторонних треугольников, при этом гибкие элементы соединения выполнены в виде эластичных полосок, соединяющих две смежные стороны равносторонних треугольников. Головоломка-конструктор способствует развитию пространственного и логического мышления. Однако в этом устройстве задействованы только плоские геометрические фигуры.
Известно устройство головоломка "авангард", содержащая объемные элементы (патент РФ на изобретение №2035928, МПК A63F 9/06). Головоломка представляет собой цепочку тетраэдров, соединенных между собой петлеобразно. Две грани тетраэдра выполнены в виде прямоугольных треугольников со сторонами и две грани - в виде прямоугольных треугольников со сторонами, где X - ребро куба, сечением которого образован тетраэдр. Однако устройство является конструктивно сложным, сложным в изготовлении.
Наиболее близким является устройство (патент РФ на полезную модель №88979, МПК A63F 9/06 Механическая головоломка "упаковочного" типа). Эта объемная головоломка содержит прямоугольный короб с соотношением размеров его длины, ширины и высоты к высоте короба h как 2:1, 5:1, и набор размещаемых в нем фигур из четырех групп прямоугольных параллелепипедов, количество которых в группе и размеры от высоты короба h заданы определенным образом. Суть в том, что в коробе размещают все фигуры, заполняя все пространство. Устройство по замыслу создателей развивает мышление, в том числе и пространственное.
Недостатком устройства является ограниченность решаемых задач для развития пространственного мышления - рассматривается только взаимное размещение фигур, причем только параллелепипедов, при этом не задействуются другие геометрические фигуры и не рассматриваются задачи управления взаимным расположением фигур.
Задачей полезной модели является увеличение игровых возможностей устройства, расширение круга решаемых задач и упрощение изготовления устройства.
Для этого в устройстве для развития пространственного мышления, содержащем объемный прямоугольный короб с размещенными в нем геометрическими телами и фигурами, короб выполнен прозрачным и снабжен в боковой стенке отверстиями круглой формы на разной высоте, в которые вставлены с возможностью горизонтального перемещения спицы с закругленными концами, на верхней грани короба прикреплены на гибком тросике с возможностью движения геометрические тела и фигуры, например пирамиды, цилиндры, конусы и т.п., имеющие в своем геометрическом центре сквозные отверстия, при этом все грани корпуса снабжены рисками для отметки высоты нахождения тела в коробе.
В этом устройстве задействованы разные геометрические тела, корпус прозрачный, поэтому можно наблюдать перемещение тел в пространстве, спицы нужны для управления перемещением тел в пространстве, риски позволяют отмечать координаты перемещения. В качестве рисок может быть наклеена линейка. Все это позволить использовать устройство как тренажер для развития пространственного мышления.
На рисунке приведен пример осуществления устройства (фиг. 1).
В прозрачном коробе 1 размещены на тросике 2 геометрические тела - 3, 4, 5 с отверстиями в центре. В боковой стенке 6 короба 1 выполнены отверстия 7, в которые вставлены спицы 8 с закругленными концами. Все стенки короба 1 снабжены разметками - рисками (не показаны).
Геометрические тела 3, 4, 5 опускаются по очереди в короб 1, тросик 2 позволяет придерживать их на определенной высоте. По отметкам-рискам можно отследить высоту-глубину погружения и через боковую стенку 6 размещение относительно передней стенки ближе или дальше. Спицы 8 позволяют подцепить геометрическое тело и передвинуть его. С помощью данного устройства можно в игровой форме наблюдать перемещение фигур относительно друг друга в динамике, управлять этим перемещением и, следовательно, развивать мышление, в том числе и пространственное.
Рассмотрим упражнения для развития пространственного мышления, которые выполняются с помощью данного устройства.
• Угадай фигуру или геометрическое тело. Найди среди фигур заданную, например конус.
• Какая фигура ближе, какая дальше. Какое геометрическое тело расположено выше, какое ниже.
• Поднять конус выше параллелепипеда. Опустить цилиндр ниже параллелепипеда.
• В момент опускания конуса 3 подвести спицу и проткнуть конус. Надо определить, какую спицу взять, находящуюся ближе или дальше относительно передней стенки короба. Для этого необходимо подумать.
• Управлять движением. С помощью спицы поднять или опустить геометрическое тело, например конус. В другом задании отодвинуть его подальше.
С помощью устройства можно добиться мысленного конструирования новых фигур и тел, включающих в себя уже известные, а также воссоздания пространственных объектов по некоторым их элементам. При работе с детьми можно вместо известных геометрических фигур, предварительно проанализировав их состав, брать условные фигуры, похожие на фигуры сказочных персонажей, состоящие из нескольких известных фигур. Так выяснили, что Бабка и Дед состоят из сфер, соединенных с конусом в одном случае и цилиндром в другом, собачка может состоять из двух цилиндров с лапками в виде параллелепипедов и конуса в области носа и т.д.
Все эти упражнения способствуют развитию пространственного мышления и воображения.
Техническим эффектом является расширение возможностей устройства и увеличение круга решаемых задач по развитию воображения и пространственного мышления.