Математические игры, как средство развития логического мышления
педагогике к играм относят самые разнообразные действия и формы занятий детей. Игра - это занятие, во-первых, субъективно значимое, приятное, самостоятельное и добровольное, во-вторых, - имеющее аналог в реальной действительности, но отличающаяся своей не утилитарностью и буквальностью воспроизведения, в-третьих, - возникающая спонтанно или создаваемая искусственно для развития каких-либо функций или качеств личности, закрепления достижений или снятия напряжения.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" [17].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.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 [11].Математическая игра, да и любая игра в учебно-воспитательном процессе, имеет характеристические черты. С одной стороны, условный характер игры, наличие сюжета или условий, наличие используемых предметов 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 чувственным опытом и опытом мыслительной и практической деятельности. Через игру, реальные чувства и мысли участников игры, их положительный настрой, реальные действия, творчество возможно успешное решение учебно-воспитательных 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 [26].Математических игр очень много. В своей работе я рассмотрю только некоторые. А именно "игры на бумаге". Любая из таких игр - это не просто забава. Это целый кладезь новой информации и полезных навыков, тренажер, учащий мыслить и рассуждать.С моей точки зрения, целесообразно для начала рассмотреть простую на первый взгляд игру (которая известна почти всем) - крестики-нолики. Хотя правила игры довольно просты, это вовсе не означает, что и сама игра элементарна. В крестики-нолики можно играть в качестве разминки на уроке. Но чтобы ее проанализировать понадобится несколько занятий.С моей точки зрения, наиболее эффективными для развития логического мышления являются игры на отгадывание. Стремление к разгадыванию различных загадок и тайн свойственно человеку в любом возрасте. Детская страсть к играм и головоломкам "на отгадывание" иногда пробуждает у школьников желание целиком посвятить себя математике, физике, биологии, чтобы "отгадать" уже более серьезные, научные загадки и проблемы. Лучшие отгадчики в последствии, случается, создают математические теории, расшифровывают древние папирусы или открывают новые законы природы. Несомненно, игры на отгадывание развивают творческие способности человека, его логическое мышление, учат ставить важные вопросы и находить на них ответы.Все игры на отгадывание во многом похожи друг на друга - один игрок что-то загадывает, задумывает или расставляет, а другой, задавая те или иные вопросы и получая ответы на них, должен найти разгадку, определить задуманный объект. В этой главе я рассмотрю три игры на отгадывание, содержащие определенные математические и логические элементы. В игре "быки и коровы" - требуется отгадать число, в "отгадать слово" - определить слово, а в игре "морской бой" - обнаружить расположение кораблей. Во всех трех играх, построенных на вопросах и ответах, отгадчик на каждом ходу извлекает некоторую информацию о задуманном объекте и после ряда вопросов отгадывает его (то есть находит задуманное число, слово или расположение кораблей). Цель игры заключается в том, чтобы определить объект, задав как можно меньше вопросов. Загадчик и отгадчик меняются ролями, и победитель определяется по совокупности встреч.Каждая из игр обычно занимает не много времени, но если анализировать эти игры, искать выигрышные стратегии, то это может занять несколько занятий.Ниже предложена разработка факультативного курса, для старших классов.Я предлагаю следующее тематическое планирование. Посвятить:Крестики-нолики - 2 часа;Морской бой - 3 часа;Отгадай слово - 2 часа;Быки и коровы - 3 часа;Резерв - 2 часа.Это приблизительное планирование, в зависимости от того с какой скоростью школьники разбирают предложенные игры, можно увеличить или уменьшить предложенное количество часов.Для этого факультатива не требуется специальных знаний, и он в занимательной форме способствует развитию логического мышления.2.2 Крестики-нолики (2ч)Учитель рассказывает правила игры и некоторые аспекты игры: Итак, самая простая игра - крестики-нолики на доске 3Ч3. Даже на таком простом примере можно проиллюстрировать многие важные понятия математической теории игр. Игра "3 в ряд" относится к категории конечных, переборных, стратегических игр двух лиц. Вначале урока школьникам нужно объяснить правила игры: партнеры по очереди ставят на поля квадрата (доски) крестики и нолики, и выигрывает тот, кто первым выстроит три своих знака в ряд. Игра длится не более девяти ходов. Если никому из игроков не удается добиться цели, партия заканчивается вничью.Теперь давайте сыграть. Разбейтесь на пары и начинайте игру (3 - 4 мин). После нескольких партий мы проанализируем игру.Учитель предлагает школьникам проанализировать игры, для этого они рассматривают как составить дерево перебора. Переходя от крестиков-ноликов к дереву перебора школьники учатся абстрагированию и анализу. При обратной операции ("от дерева к партии") развивают конкретизацию.Учитель: Составляя дерево, будем обозначать вершинами (точками) возникающие в процессе игры "позиции" (расположения крестиков и ноликов). Пусть начинают крестики. Соединим начальную вершину (пустая доска) с теми девятью, которые отвечают первому ходу крестиков. Каждую из них соединим с восемью вершинами, отвечающими ходами ноликов, и т.д. В результате мы получаем дерево игры (дерево перебора) [Приложение 1]. Начальная вершина - корень дерева, максимальная длина ветви (глубина перебора) в данном случае равна девяти.Рассмотрев часть дерева перебора, с помощью вопросов учитель приводит школьников к мысли, что необходимо выделить группы партий, которые отличаются друг от друга по какому-либо признаку, например по первой занятой клетке.Дети, анализируя сыгранные партии, приходят к выводу: У крестиков три принципиальных начала - занять угол, центр или боковую клеточку доски.Рисунок 1 Учитель задает вопросы, чтобы дети проанализировали, что будет если крестики не будут занимать первым ходом центральное место:Учитель: Пусть крестики сделали ход а1. Какие возможные ходы есть у ноликов?Ученик: Из восьми возможных ответов правильным для ноликов является лишь ход в центр доски. После этого ничья достигается без труда (а1 рисунок 1)Учитель: Предположим, что нолики сыграли иначе: на a1 ответили b1. Тогда следует ход крестиков а3. Каким должен быть ход ноликов?Ученик: Единственный ответ ноликов а2.Учитель: На что решает ход с3. Каким будет следующий ход ноликов и чем закончится пария?Ученик: Это партия заканчивается с вилкой, то есть с двойной угрозой b2 или b3 (рисунок 1а). Следующим ходом крестики ставят третий знак и выигрывают.Учитель: Анализ центральной и боковых клеток вы сделаете дома.Теперь учитель предлагает к обычной доске 3Ч3 всего одно поле - d1 (рисунок 1б): Чем завершается игра в этом случае?Играя, ученики быстро приходят к умозаключению: На такой доске крестики быстро одерживают победу. Решает ход с1. Если нолики не играют b2, то, как мы знаем, они проигрывают на обычной доске 3Ч3 (дело обойдется без дополнительного поля). Если же они займут поле b2, то после b1 неизбежен следующий ход крестиков на а1 или d1 (рисунок 1б).Учитель подчеркивает: Существует доска из 10 полей, на которой крестики фиксировано одерживают победу. А что будет происходить на доске из семи клеток, представляющей собой два ряда 4Ч1, пересекающиеся в одной из своих внутренних клеток (рисунок 1в)?Вновь дети играют и приходят к умозаключению: Выигрыш достигается уже на третьем ходу. Первый крестик ставится на пересечении рядов, второй - на одно из соседних внутренних полей, после чего нолики беззащитны. Нетрудно убедиться, что, какова бы ни была доска с числом клеток, меньшим семи, результат игры будет ничейный.Учитель: Вернемся к крестикам-ноликам на доске 3Ч3. Кажется забавным, но на ней можно играть в поддавки! Тому, кто первым выставит ряд из трех своих знаков, засчитывается поражение. Давайте сыграем в поддавки и проанализируем игру.Школьники играют, а затем сравнивают обычную игру 3Ч3 и поддавки, и приходят к умозаключению: В отличие от "прямой" игры в "обратной" инициатива принадлежит ноликам. Впрочем, у крестиков имеется надежная ничейная стратегия - на первом ходу они должны занять центр и далее симметрично повторять ходы партнера.Учитель: Давайте рассмотрим новую разновидность игры. Следующий вариант крестиков-ноликов свидетельствует о том, что даже такая маленькая доска, как 3Ч3, может служить неиссякаемым источником для изобретателей игр. От обычных правил отличие только в том, что каждый игрок при своем ходе может по желанию поставить либо крестик, либо нолик. Побеждает тот, кто первым закончит ряд из трех одинаковых знаков, причем безразлично каких. В обычной игре, да и в поддавках, если партнеры не делают грубых ошибок, партия заканчивается в ничью. Кто же выиграет в данном варианте?Чтобы это определить школьники вновь играют, а затем вместе с учителем анализируют игру.Учитель задает наводящие вопросы: Предположим, что первый игрок первым ходом занимает центр, b2, например, как обычно, ставит на нем крестик (рис.2а).Рисунок 2 Ученик: Второй игрок может занять либо угловое поле, либо лежащее на стороне доски, и, чтобы не проиграть сразу, он должен поставить нолик.Учитель: Если выбрано угловое поле а1, что будет делать первый игрок?Ученик: Первый игрок рисует нолик в противоположной вершине с3 и куда теперь противник ни поставил крестик или нолик, он своим следующим ходом заканчивает соответственно ряд из крестиков или ноликов.Учитель: Что будет происходить, если второй игрок занимает первым ходом боковое поле а2?Ученик: То первый ставит нолик на одной линии с двумя имеющимися знаками, то есть на поле с2. У второго игрока нет ничего лучшего, чем поставить еще один нолик на b1, и после ответного, четвертого нолика на b3 он вынужден сдаться (рис 2а). Тем саамы, в этой игре побеждает начинающий.Так же учитель предлагает еще один вариант игры на доске 3Ч3: Партнеры по очереди ставят на доску три своих крестика или нолика, после чего новые знаки уже не рисуются. Если за это время никто не выстроил три знака в ряд, игра продолжается. Теперь на каждом ходу игроки могут переставить один свой знак на соседнее поле по вертикали или горизонтали. Выигрывает вновь тот, кто раньше выстроит три знака в ряд. Эту игру учитель вы проанализируете дома.Дети, проанализировав, должны прийти к умозаключению, что как в предыдущей игре, право первого хода является здесь решающим. Начинающий должен поставить свой крестик в центр доски. Если теперь нолик поставлен в углу, например, на поле а2, то первый игрок ставит крестик на b1. Ответ вынужден - b3. На это следует с3, ответ опять единственный - а1. Дебют партии закончен (рис.2б). Двумя следующими ходами первый игрок переставляет крестики с b2 на с2 и с b1 на с1 и выигрывает партию. Если на первом ходу второй игрок займет боковое поле, например b3, то первый играет а1, а второй отвечает с3, тогда первый идет а3, а противник а2. Все знаки выставлены, теперь первый игрок переставляет крестик с а1 сначала на b1, а затем на с1 и берет вверх. Если договориться, чтобы начинающий не занимал первым ходом центральное поле, то при правильной игре обоих партнеров ни один из них не сможет добиться цели, партия заканчивается в ничью.Учитель: Конечно, в последней игре вместо крестиков и ноликов удобнее пользоваться белыми и черными шашками. Эту игру можно рассматривать как вступление в класс игр, представляющих собой гибрид крестиков-ноликов и шашек. На доске 4Ч4 такая игра называется так-тикль. Об этой игре и другой разновидности крестиков-ноликов я вам просто расскажу, по желанию, можете поиграть в нее дома.В так-тиль каждая сторона имеет по четыре шашки (рисунок 2в). Игроки по очереди передвигают их на одну клетку по вертикали и горизонтали, и кто первым расположит три шашки в ряд, тот и выигрывает.Вот примерная партия в так-тиль:1. с1-с2 d1-c1.2 b4-b3 b1-b23. b3-a3 (грозило 3…а4-а3) 3…а4-b4 4. а1-b1 с выигрышем, так как черные не могут воспрепятствовать маневру5. d4-d3.С помощью ЭВМ доказано, что так-тикль ничейная, то есть при точной игре ни одному из партнеров не удается поставить три шашки в ряд.Дальнейшим обобщением двух последних игр является "мельница", одна из самых древних в истории человечества игр. На рис.3 изображено несколько "мельниц". Первоначальная форма доски (а) до сих пор остается самой популярной. В этом варианте. Называемом простой мельницей, у каждой стороны по девять шашек. В мельнице улитке (б) число шашек увеличивается до 12, а в шестиугольной (в) у противников по 13 шашек. Рисунок 3Известны так же мельница-паутина, мельница-сетка, пятиугольная мельница и др. во всех разновидностях игры правила одинаковые. Партия состоит из трех этапов. Первый этап (дебют) заключается в расстановке шашек. Игроки по очереди ставят свои шашки на любые свободные поля доски. Три шашки одного цвета, выставленные в ряд, образуют фигуру, называемую мельницей. Построив ее. Игрок снимает с доски любую шашку противника. Если одним ходом удалось соорудить две мельницы, то с доски снимают две шашки.Второй этап (миттельшпиль) начинается после расстановки всех шашек. Теперь партнеры по очереди передвигают их вдоль линий на соседние поля. Цель прежняя - выстроить мельницу и снять с доски шашку противника.Третий этап (эндшпиль) наступает, когда у одного из игроков остается три шашки. Теперь он получает право при очередном ходе переставлять любую из них на произвольное свободное поле доски, не обращая внимания на линии, соединяющие поля. Сооружая мельницу своими тремя шашками, он снимает шашку партнера, который ходит по обычным правилам до тех пор, пока у него не останется три шашки.Побеждает тот, кто сумеет довести число шашек противника до двух, лишая его возможности построить мельницу. Партия может закончиться и раньше, если в какой-то момент один из партнеров не в состоянии сделать ход, то есть все его шашки зажаты. Если у обоих партнеров осталось мало шашек (например, по три) и ни один из них уже не может соорудить мельницу, партия заканчивается в ничью. Заметим, что запрещается дважды использовать одну и ту же мельницу. Занимать шашками три данных поля доски можно сколько угодно раз, но шашка противника снимается только при первом построении мельницы.Учитель подводит итог: Мы с вами на этих занятиях рассмотрели игру крестики-нолики. Попытались найти выигрышные стратегии. Дальнейшее анализирование игры вы можете продолжить самостоятельно.Замечание: Отметим, что для того чтобы провести анализ игры школьники сначала должны были девять способов сделать первый ход объединить в группы по какому-либо признаку (занято первое поле - первая группа, занято угловое поле - вторая группа, занято боковое поле - третья группа), т.е. они должны провести сравнение и классификацию некоторых объектов. Когда школьники переходят от конкретных партий к построению дерева перебора, т.е. учащиеся должны абстрагироваться от поля, крестиков и ноликов и перейти к математической модели. После того, как учитель изменил начальные условия школьники должны были самостоятельно попробовать найти самостоятельную стратегию. Предполагается, что к концу занятия ученики быстрее учатся находить ключевые моменты (первый ход, правила заполнения поля, для того чтобы не проиграть)2.3 Морской бой (3ч)Учитель: Многие люди знают игру "морской бой". Несмотря на внешнюю простоту, эта популярная игра и ее различные модификации содержат немало тонкостей. Классический морской бой. Начнем с самого популярного варианта морского боя, распространенного во многих странах. Каждый из двух игроков рисует на клетчатом листе бумаги две доски размером 10Ч10. На первой из них он расставляет свои корабли, а на второй разгадывает расположение кораблей противника. В состав флотилии входит десять кораблей: один линкор (корабль 4Ч1), два крейсера (3Ч1), три эсминца (2Ч1) и четыре катера (1Ч1). Корабли могут занимать любые поля доски, но не должны касаться друг друга ни сторонами, ни углами. После размещения флота игроки начинают по очереди стрелять по неприятельской территории, то есть называть поля доски - а3, б7, и9 и т.д. (горизонтали доски будем обозначать числами от 1 до 10, а вертикали - русскими буквами от а до к) после каждого выстрела игрок получает от партнера следующую информацию: "попал", если выстрел пришелся по полю с кораблем; "убил", а если это последнее поле корабля (по другим полям, занятым им, попадание произошло раньше); и наконец, "мимо", если поле пустое. В первых двух случаях игрок производит еще один выстрел, и так до первого промаха, после чего очередь хода передается партнеру. Побеждает тот, кто потопит все 10 кораблей противника. Таким образом, в данной текстовой игре шифром служит набор прямоугольников, расположенных на доске, а самим тестом - удары по ней. Обычно выстрел в морском бое обозначается точкой, а при попадании в корабль точка превращается в крестик (сам потопленный корабль обводится прямоугольником). Конечно, точка становится и на те поля, про которые уже точно известно, что они не могут входить в состав ни одного из кораблей (лежат наискосок от "подбитых" полей или окружают потопленный корабль).Рисунок 4Вот рассказаны правила игры, теперь можете поиграть. Разбейтесь на пары, на розданных листах, с начерченными полями рисуйте корабли и начинайте игру.После того как партии сыграны, учитель вместе с учениками сравнивают сыгранные партии и в целом анализируют игру.Учитель замечает: Успех в этой игре в какой-то мере зависит от везения. Можно беспорядочно наносить удары по неприятельской территории и при этом без промаха уничтожить все его корабли. Но вряд ли на это стоит рассчитывать. Если говорить об искусстве игры в морской бой, возникают два вопроса:
