Копылова Олеся 5 класс "Вычислительные приспособления и устройства" выступление на школьной научно-практической конференции "Шаг в науку".
творческая работа учащихся по информатике и икт (5 класс) по теме

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Яснинская средняя школа №2

Вычислительные приспособления и

устройства древности.

.                          

Ясная 2013 г

Введение

В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись. Люди учились считать, используя собственные пальцы. Когда этого оказалось недостаточно, возникли простейшие счётные приспособления. Особое место среди них занял АБАК, получивший в древнем мире широкое распространение. Затем спустя годы развития человека появились первые электронные вычислительные машины (ЭВМ). Они не только ускорили вычислительную работу, но и дали толчок человеку для создания новых технологий. Слово «компьютер» означает «вычислитель». Большие преобразования произошли в человеческом сознании и в техническом исполнении человеческих изобретений, прежде чем появились современные, доступные сейчас каждому школьнику компьютеры.

Актуальность

Математика и информатика используются во всех сферах современного информационного общества. Современное производство, применение компьютеров во деятельности общества, внедрение современных информационных технологий требуют математической и информационной грамотности и компетентности. Я считаю, что изучая информатику нужно знать не только современные способы обработки информации, но также как к этим способам  привели  первые вычислительные устройства.  Как можно изучать предмет не зная его истории. Данный материал можно использовать на уроках истории, математики и  информатики.

Я выбрала эту тему, потому что считаю, что тема изучения истории математики и информатики важна и актуальна, так как математика и информатика используются во всех сферах современного информационного общества. Меня заинтересовал вопрос о первых вычислительных устройствах.

Цель работы: узнать  больше об объекте своего исследования. 

Задачи: 
- изучить литературу по данной теме;

- узнать, в ходе исследования, какие вычислительные приспособления и устройства были в древности и как люди ими пользовались в докомпьютерную эпоху

- научиться считать на счётах.

Основная часть

Первые шаги в развитии счетных устройств

История счётных устройств насчитывает много веков. Древнейшим счетным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука. Ручной этап развития ВТ начался на заре человеческой цивилизации - он охватывает период от 50 тысячелетия до н.э. и до XVII века. Фиксация результатов счета у разных народов на разных континентах производилась разными способами: пальцевый счет (Рис.1), нанесение засечек (Рис.2),счетные палочки, узелки (Рис.2),  и т.д. Наконец, появление приборов, использующих вычисление по разрядам, как бы предполагали наличие некоторой позиционной системы счисления, десятичной, пятеричной, троичной и т.д. К таким приборам относятся абак, русские, японские, китайские счеты. Логарифмическая линейка - последнее средство для счета, которое относят к ручному этапу.

Способы счета ручного периода продолжают использоваться и в наше время. Нередко используется пальцевый счет. Счеты в недавнем прошлом в СССР использовали повсеместно. Да еще и сегодня кое-где их можно встретить, помогающими в расчетных операциях

Для облегчения счета люди стали использовать пальцы сначала одной руки, затем обеих, а в некоторых племенах и пальцы ног. В XVI веке приемы счета на пальцах описывались в учебниках.
Следующим шагом в развитии счета стало использование камешков или других предметов, а для запоминания чисел - зарубок на костях животных, узелков на веревках. (Рис.2) Обнаруженная в раскопках так называемая "вестоницкая кость" с зарубками, позволяет историкам предположить, что уже тогда, 30 тыс. лет до н.э., наши предки были знакомы с зачатками счета:

Раннему развитию письменного счета препятствовала сложность арифметических действий при существовавших в то время перемножениях чисел. Кроме того, писать умели немногие, и отсутствовал учебный материал для письма - пергамент начал производиться примерно со II века до н.э., папирус был слишком дорог, а глиняные таблички неудобны в использовании.
Эти обстоятельства объясняют появление специального счетного прибора - абака. (Рис.3) К V веку до н.э. абак получил широкое распространение в Египте, Греции, Риме. Он представлял собой доску с желобками, в которых по позиционному принципу размещали какие-нибудь предметы - камешки, косточки.
Подобный счетам инструмент был известен у всех народов. Древнегреческий абак (доска или "саламинская доска" по имени острова Саламин в Эгейском море) представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проходились бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам, другая - десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующем разряде.[1]

Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками. Позднее, Около 500 г. н.э., абак был усовершенствован и на свет появились счёты— устройства, состоящего из набора костяшек, нанизанных на стержни. Китайские счеты суан-пан состояли из деревянной рамки, разделенной на верхние и нижние секции. Палочки соотносятся с колонками, а бусинки с числами. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка. 

Суаньпань (Рис.4) представляет собой прямоугольную раму, в которой параллельно друг другу протянуты проволоки или веревки числом от девяти и более; перпендикулярно этому направлению суаньпань перегорожен на две неравные части. В большом отделении("земля") на каждой проволоке нанизано по пять шариков, в меньшем("небо") - по два. Проволоки соответствуют десятичным разрядам. Таким образом, для того чтобы выставить на этих счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую пятерке, и затем прибавляли одну в разряд единиц.

Современный тип этого счётного прибора был создан позднее, по-видимому в XII столетии.

У японцев это же устройство для счета носило название серобян. Соробан (Рис.5)- японский абак, происходит от китайского суаньпаня, который был завезен в Японию в XV- XVI веках. Соробан проще своего предшественника, у него на "небе" на один шарик меньше, чем у суаньпаня

Известно, что школьникам, особенно в младших классах, более понятны, интересны и увлекательны те познания, которые даются не чисто словесно-теоретически, а на основе или в ходе соответствующей предметной деятельности. При этом занятия не только проходят заметно веселее, часто превращаясь в увлекательную игру, но и знания и навыки в их ходе быстрее и лучше усваиваются.

Учитывая это, в Японии многие виды обучения в начальной школе и детских садах основаны на деятельностном подходе.

Овладение счётом – сначала через изучение механических счёт и только потом на бумаге, ботанику – через ухаживание за растениями, не говоря уже про опыты на физике, химии и т.п. Хочется побегать или попрыгать между уроками – это естественное желание надо лишь окультурить, а не бороться с ним – на переменах в зале включается музыка, и школьники, особенно младшие, с удовольствием отплясывают…

В Японии проведены сравнительные исследования (в т.ч. в школах, где учатся дети находящихся в стране дипломатических работников), которые показали, что те учащиеся, где счёту учили с помощью соробана, более успешно впоследствии овладевали математикой, чем те, где счёту обучались по ныне принятому в Европе подходу (на бумаге, а то и на калькуляторах).

С учётом указанного обстоятельства в стране с едва ли не самым большим числом электронных устройств на душу населения счёту продолжают обучать с помощью соробана, а бездумное применение электронных машинок учащимися в начальных классах попросту запрещено. На начало XXI в. изучение соробана остаётся обязательным в начальной школе для учеников третьего и четвёртого классов. В 2000 г. в Японии работало 25 500 частных учебных заведений по обучению работе на соробане. И хотя производство японских счёт на конец 1990-х годов по сравнению с 1980 г. упало примерно вдвое, оно составляло приличную цифру в 1,2 млн. штук.

Предприимчивые японцы ищут и нередко находят для соробана новые рынки сбыта, прежде всего в близлежащих странах и там, где много выходцев из Японии. Педагогическими применениями соробана заинтересовались на родине счёт – в Китае, где в 1979 году было создано соответствующее национальное общество.

Школы соробана работают в Южной Корее, Бразилии, на Тайване, в Лос-Анджелесе, на Гавайях, словом, там, где достаточно велики японские землячества. На маленьком острове Тонга в Тихом океане местный король настолько увлёкся соробаном, что учредил объединение и периодически посылает преподавателей на повышение мастерства в Японию.

Для сравнения: в СССР механические счёты были изгнаны из школ уже в 1960- 1970-х годах, что значительно снизило уровень вычислительной культуры школьников.[2]

На Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. Примерно с XV века получил распространение "дощаный счет", который почти не отличался от обычных счетов и представлял собой рамку с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки.(Рис.6)

Дощаный счет

Долгое время считалось, что русские счеты ведут свое происхождение от китайского суаньпаня , и лишь в 60-х годах XX века было доказано русское происхождение этого счетного прибора - у него, во-первых, горизонтальное расположение спиц с косточками и, во-вторых, для представления чисел использована десятичная (а не пятеричная) система счисления. Десятичный строй - довольно веское основание для того, чтобы признать временем возникновения этого прибора XVI век, когда десятичный принцип счисления был впервые применен в денежном деле России. В это время какому-то наблюдательному человеку пришла в голову мысль заменить горизонтальные линии счета костьми горизонтально натянутыми веревками, навесив на них, по существу, все те же "кости"(Рис.7). Впрочем, в XVI веке термина "счеты" еще не существовало и прибор именовался "дощаным счетом" Один из ранних образцов такого "счета" представял собой два соединенных ящика, одинаково разделенных по высоте перегородками. В каждом ящике два счетных поля с натянутыми веревками или проволочками. На верхних 10 веревках по 9 косточек (четок), на 11-й их четыре, на остальных веревках - по одной.[3]

Возникновение десятичной системы счисления

Примерно в VI в. н.э. в Индии сформировались весьма совершенные способы записи чисел и правила выполнения арифметических операций, называемые сейчас десятичной системой счисления. При записи числа, в котором отсутствует какой-либо разряд (например, 101 или 1204), индийцы вместо названия цифры говорили слово "пусто". При записи на месте "пустого" разряда ставили точку, а позднее рисовали кружок. Такой кружок назывался "сунья" - на языке хинди это означало "пустое место". Арабские математики перевели это слово по смыслу на свой язык - они говорили "сифр". Современное слово "нуль" родилось сравнительно недавно - позднее, чем "цифра". Оно происходит от латинского слова "nihil" - "никакая". Приблизительно в 850 году н.э. арабский ученый математик Мухаммед бен Муса ал-Хорезм (из города Хорезма на реке Аму-Дарья) написал книгу об общих правилах решения арифметических задач при помощи уравнений. Она называлась "Китаб ал-Джебр". Эта книга дала имя науке алгебре. Очень большую роль сыграла еще одна книга ал-Хорезми, в которой он подробно описал индийскую арифметику. Триста лет спустя (в 1120 году) эту книгу перевели на латинский язык, и она стала первым учебником "индийской" (то есть нашей современной) арифметики для всех европейских городов.

Мухаммеду бен Муса аль-Хорезму (Рис.8)мы обязаны появлению термина "алгоритм".[4]

Мои исследования

В ходе своего исследования мною была изучена литература по вычислительным устройствам, принципы счёта на китайских и русских счётах. Я научилась считать на китайских и русских счётах. В дальнейшем я планирую продолжить изучение ручного способа счёта, механического и компьютерного этапов развития вычислительной техники.

Заключение

К сожалению, невозможно в рамках реферата охватить всю историю развития докомпьютерного этапа развития вычислительных устройств.
Для многих мир без компьютера – далёкая история, примерно такая же далёкая, как открытие Америки. Но каждый раз,  включая компьютер, невозможно перестать удивляться человеческому гению, создавшему это чудо, зародившееся в древности. Самой древней математической деятельностью был счет. Счет был необходим, чтобы следить за поголовьем скота и вести торговлю. Некоторые первобытные племена подсчитывали количество предметов, сопоставляя им различные части тела, главным образом пальцы рук и ног. Только изучив,  историю возникновения счета, возникновения вычислительных устройств,  можно понять всю суть математики и информатики. Благодаря математике и созданию приспособлений счета в мире зародились новые науки и профессии.  

Библиография

1. Бешенков С.А., Лыскова Ю.В., Ракитина Е.А. Информация и информационные процессы//Образование. – 1998. - №6 – 8.
2. И. М. Виноградов, Математическая М.: энциклопедия. – М.:«Советская энциклопедия», 1977 г.
3. Волина, В.В. Мир математики. – Ростов н/Д: Феникс, 1999. – 508 с.
4. Я познаю мир; Детская энциклопедия: Математика/Сост.А.П.Савин, В.В.Санцо и др.- М.: ООО «Издательство АСТ», 1999 г.
5. Рисунки  http://gym075.edusite.ru/istoriyavt.html

Приложение