Электронный модуль "Путешествие внутрь фрактала"

Разделы: Физика, Внеклассная работа, Общепедагогические технологии, Конкурс «Презентация к уроку»


Презентация к уроку

Загрузить презентацию (9,3 МБ)

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.


Цели работы

Основополагающей целью данной исследовательской работы было изучение человека в качестве биологической и социально сущности, с точки зрения фрактальной модели мира. Для этого нам необходимо доказать, что физическое тело человека и его деятельность по взаимодействию с окружающим миром — фрактально. Мы предусматриваем дальнейшее практическое применение данной работы, в ходе чего будет создан анимационный электронный модуль представляющий фрактальное отображение как человека как биологического вида, так и мира его эмоций и среды существования. Модуль предполагает создание среды для формирования представлений о системах описываемых фрактальными закономерностями в естественнонаучных дисциплинах, с целью интеллектуального развития одаренных студентов. Работа с модулем способствуете организации когнитивных процессов формирования понятий естественнонаучных дисциплин через элементы Майнд-Мепинга.

Гипотеза

Мы рассматриваем человека как информационную структуру физического тела и работа мозга, мышление, память, когнитивные процессы и самосознание, представленные в виде нелинейных фракталов. Объекты, с помощью которых происходит взаимодействие людей фрактальны в структуре и функционировании по своей структуре. Люди еще не настолько развили свой мозг, чтобы смотреть на мир как на фрактальную модель.

Актуальность работы

Созданные человеком формы давно казались неестественными, например, контуры домов: ничего сложнее многогранников, конусов, сфер, цилиндров, гипербол и парабол в строениях не замечалось, хоть они и считались последним словом прогресса. Нам гораздо ближе примитивная эвклидова геометрия. Многие люди подсознательно следуют ей, потому линии и формы, встречаемые в природе, вызывают у некоторых ощущение неправильного, хаотичного. Но ученые, изучающие системы приходят к выводу, что кажущаяся хаотичность биологических систем - результат того, что "упорядоченность" вовсе и не была нужна для успешного функционирования.

Фрактальная модель — вершина организационных структур, обладающая колоссальным потенциалом. Вооружившись ею, можно приступить к осуществлению любых ваших планов. К тому же эта модель демонстрирует потрясающую живучесть в абсолютно любой среде, как в упорядоченной, так и в хаотической. С помощью теории фракталов стали объяснять эволюцию галактик и развитие клетки, возникновение гор и образование облаков, движение цен на бирже и развитие общества и семьи.

Фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба. Масштабная инвариантность, наблюдаемая во фракталах, может быть либо точной, либо приближённой. Термин “фрактал” введён Бенуа Мандельбротом в 1975 году. В его работах использованы результаты других учёных, работавших в той же области, таких как Пуанкаре, Жюлиа, Кантор и Хаусдорф.

Основные свойства фрактала:

  • Он имеет тонкую структуру, то есть содержит произвольно малые масштабы.
  • Он слишком нерегулярен, чтобы быть описанными на традиционном геометрическом языке.
  • Он имеет некоторую форму самоподобия (по крайней мере приближённую или стохастическую).
  • Он имеет дробную “фрактальную” размерность, называемую также размерностью Минковского, которая больше, чем его топологическая размерность.
  • Он имеет простое и рекурсивное определение.

Фрактальные множества часто возникают в качестве аттракторов или бассейнов притяжений динамических систем даже в самых, казалось бы, простейших ситуациях. В компьютерной графике это используется при создании изображений сложных, похожих на природные, объектов: например, облаков, снега, мусорных куч, береговых линий и др.

Примерами фрактальных структур, встречающихся в природе, являются галактики, улитки, снежинки, листья папоротников, деревья. Очень известным и ярким примером такого рода структуры является так называемое множество Мандельброта.

Ученый, который ввел в науку и сформулировал это понятие, Бенуа Мандельброт, был уверен, что фракталы во много раз более интуитивны и природны, нежели “искусственные” гладкие и плавные линии традиционной эвклидовой геометрии.

Фрактальная структура человека

Фрактальной называется структура, состоящая из элементов, которые во всем тождественны структуре в целом, кроме масштаба. Фрактальная структура строится путем последовательного применения одних и тех же законов дифференциации сначала к элементам всей структуры в целом (к элементам 1-го уровня), затем к сгенерированных таким образом элементам этих элементов (к элементам 2-го уровня) и так далее в принципе до бесконечности.

Осознание того факта, что хаос, являясь бесструктурным, способен порождать порядок, в основе которого лежит золотое сечение. Каждая точка фрактала способна создавать подобный фрактал, затем фрактальную структуру.

В основу исследования положен ряд основополагающих положений.

1. Биологический организм является многоуровневой системой, информация передается с одного уровня на другой и влечет за собой влияние как на конкретные ткани и органы, так и на всю системы в целом.

2. Человек обладает свойствами саморегулируемой и постоянно развивающейся системы.

3. Минимальное единицей управления и взаимодействия является фрактал. Это означает, что человеческий организм и мозг в частности, обладают свойством самоподобия.

4. Во всех органах и системах организма существуют элементы, которые разделяют информационные взаимосвязи.

5. Информационное взаимодействие - это резонанс между внешними и внутренними колебательными процессами.

6. Органы чувств занимаются получением данных, а анализом - информационные процессы мозга.

7. Здоровье организма заключается в слаженном взаимодействии как всей системы в целом, так и на отдельных подуровнях.

8. Синхронизация внутренних колебательных процессов служит показателем взаимодействия на разных информационных уровнях.

В результате вышеприведенных положений человека можно рассматривать как информационную самоподобную структуру, физического тела и представляющуюся как источник нелинейных фракталов, причем, фракталов, в основе которых лежит золотое сечение. Природа, использовала такой инструмент, как фрактал, что позволило ей сформировать эффективную систему - человека,

Каждая клетка отделена от кровеносного сосуда, и если взять любой участок нашего тела в определенном масштабе, то выяснится, что между самым мелким капилляром и клеткой - многометровые пространства. А сами сосуды и циркулирующая по ним кровь занимают совсем небольшое пространство - около 5 процентов объема тела. И все же нельзя взять даже миллиграмма плоти, не пролив крови, она есть везде. Сердце качает кровь, она течет по сосудам в ткани, сосуды ветвятся, несут питательные вещества, кислород. Но капилляры не передают все это непосредственно в клетку. Питательные вещества из крови поступают в жидкость, омывающую клетки. И вода здесь носитель и посредник. Основная вода находится в межклеточном пространстве. Вода омывает все наши клетки, сочится, течет по разным путям внутри организма. 40-45 процентов массы организма представляет собой вода в свободном состоянии. Однако в нашем теле нет никаких водяных емкостей. Вода организована в нас в довольно сложные ветвящиеся системы различных масштабов, позволяющие в ограниченном объеме физического тела донести питательные вещества до каждой клеточки и отвести прочь продукты ее жизнедеятельности.

Электрическая активность сердца является фрактальным процессом. Фрактальной структурой являются и иммунная система, и печень, и почки, вестибулярный аппарат тоже относится туда Физическое тело человек - все является фрактальной структурой.

Человеческий организм кажется очень сложным, поскольку фракталы создают разветвляющиеся структуры, однако они до прозрачности просты и при помощи малого количества информации, могут быть легко описаны. Природа достигает свои целей путем не сложных преобразований, которые занесены в наше ДНК. Код содержащийся там позволяет создавать фрактальные структуры.

Процесс мышления человека является результатом взаимодействия хаоса и стабильности. Работа мозга вообще, мышление, память людей, процесс обдумывания и самосознания - все должно быть фрактально в структуре и функционировании. Учитывая вышеперечисленное, нами был сделан вывод: любой продукт взаимодействия людей фрактален по своей структуре.

Человек в своей деятельности предстает очень сложным самоорганизующимся и преобразующим мир фракталом. Все развитие культуры видится нам как развитие фрактальности человека. Сначала человек руками собирал плоды с дерева, затем, сбивал их палкой, потом пользовался камнями, создавал орудия труда, инструменты, машины, сложные агрегаты, разрабатывал и совершенствовал технологию. Все это представляет собой внешнее продолжение человека, его органов, его функций, выступает дополнением и носителем человека.

Физическое тело человека и его деятельность по взаимодействию с окружающим миром, фрактальны; это уже признано и доказано учеными. Сам принцип заключается в следующем: одна клетка человека содержит комплексную информацию об организме в целом.

Фрактальное сознание человека и его информационная система

Человек не только физическое тело, вместе с тем, человечество развивает и свою социальную фрактальность, и ему присуще такое понятие как сознание. Сознание-это одна из форм, в которой объективная действительность отражается в психике человека. Согласно культурно-историческому подходу, характерной особенностью сознания является то, что промежуточным звеном между объективной реальностью и сознанием являются элементы общественно-исторической практики, позволяющие строить объективные картины мира. Если человек изначально не знает, как себя вести, то образцом поведения его выступают похожие, т.е. фрактальные объекты и явления. Подражание — это разновидность подобного, образного, фрактального поведения. Человек, воплощаясь в кого-то или во что-то, тем самым строит себя по образу и подобию того или иного объекта - другого человека. Таким способом человек сам себя образовывает, социализирует.

Индивидуальное сознание человека представляет собой частичку голографического Сознания Вселенной. Теперь настало время подчеркнуть, что это не совсем так. Дело в том, что голограмма однородна, то есть каждая небольшая ее часть содержит информацию всей гигантской голограммы. Каждая точка имеет ту же характеристику, что и любая другая. Голограмма - это идентичное повторения той же системы, а во фракталах наблюдается только само подобие, но идентичность отсутствует. Фрактал не занимается повторением структуры, но он является отражением картины в целом, подобно голограмме.

Голографичность фрактала позволяет восстановить всю картину по любому выбранному участку. Ярким примером проявления этих свойств являются живые организмы. При наличии одной клетки мы получаем информацию обо всем организме.

Если принять за основной постулат второй закон термодинамики - закон возрастания энтропии и тем самым несимметрию времени. Необходимо отметить, что переход от динамически обратимого по времени описания к вероятностному осуществим путем специального преобразования, отражающего нарушение временной симметрии. Единый закон недвусмысленно определяет, что время необратимо только на этапе фазового перехода от одной вершины куба к другой, где работает простая концепция "пространства-времени", но даже в момент достижения очередной вершины куба, возможно возвращение эволюционного потока на начальные позиции. Показан этапы эволюции человека от обезьяны, к не-обезьяне и человеку. На завершающем этапе обхода кресту мы входим в точку, в которой не-человек может трансформироваться в сверхчеловека, если он будет идти по духовному пути развития, перейдя в другое измерение вращающегося креста, но может совершить и "откат" на исходные позиции — к обезьяне, если он будет совершенствовать свои животные инстинкты "бессознательного" и "коллективно-бессознательного". Сегодня примерно 45% человечества являются претендентами именно этого направления собственной эволюции, способствуя повышению энтропии разума и, следовательно, его самоуничтожению.

Фрактальные особенности генной памяти человека

С приходом осознание цикличности процессов трансформации порядка в хаос и хаоса в порядок, что эти процессы равноправны и в их основе лежит один и тот же механизм. Закон истинности в хаосе. Любое хаотические (броуновское) движение приводит к образованию осмысленных пар. Пары стремятся к склеиванию. Или, с течением процесса, в нем появляется осмысленность и порядок, хаос далеко, но мы знаем его закон, значит мы оттуда, или были в нем".

Это можно трактовать как процесс возрождения разума их хаоса, когда человек разумный начинает вспоминать свою самоподобную сущность, которая была у него до так называемого большого взрыва.

Во-первых, оно уже изначально содержит в себе точку бифуркации - двойственное отношение, а, во-вторых, оно характеризует цикличность процессов эволюции Вселенского Разума. В этих словах отражается сущность великого предела, способного сворачиваться в точку, осуществляя самонормирование, лишаясь структуры и трансформируясь в функцию, и способного к возрождению собственной структуры из функции.

Эти свойства великого предела уже хорошо изучено в рамках фрактальной геометрии. Но себя и свое прошлое можно вспомнить только тогда, когда человек будет иметь информацию о своих прошлых жизнях, т.е. иметь память. И такую память человек имеет, и не только человек. Это свойство помнить свое прошлое и проявлять разумные свойства к синтезу в настоящем, свойственны не только человеку. Они свойственны каждой клетке, каждому атому. Чем точнее передается информация с одного уровня на другой, тем больше степень конкретизации. Любая передача информации на разные уровни должна происходить с учетом собственного коэффициента соответствия, либо по типу зеркального отражения. При таком уровне передачи, информация становится абсолютной, а воспроизведение центрального элемента (ДНК) становится спонтанным и происходит без деформаций.

Механизмы генной памяти отражают в себе смысл любого эволюционного процесса. Эти принципы, несут в себе закон инерции Ньютона (тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока на него не действуют внешние силы).

Описание дидактического материала

Электронный дидактический материал является многофункциональным, создавался в рамках создания среды максимально позволяющей создать условия для развития профессиональных компетенций, обучаемых на предметах естественнонаучного цикла. Соответственно использование его педагогом на занятии определяется задачами, стоящими перед педагогом при выборе конкретной формы проведения занятия.

В лекционной форме обучения данный модуль является основой, сопровождающей лекционный процесс, позволяя максимально задействовать возможности инфографики в процессе визуализации изучаемого материала. Блоки с кодами программ позволяют проводить практические занятия с построением объектов, представимых фракталами на практике. Сочетание с тестовым блоком позволяет организовать контроль степени усвоения материала.

Наиболее оптимально использование модуля при построении занятий таким образом, что максимальное внимание направлено на организацию самостоятельной работы студентов при этом преподаватель исполняет функцию модератора или тьютора при дистанционной работе. Задача педагога при этом правильно организовать “маршрут” работы с модулем, правильно сочетая учебную деятельность и здоровьеформирующую предлагая периодически переключать внимание с учебной деятельности на работу с блоком Светодиодный куб для проведения гимнастики для глаз и кратковременного релакса. При любой форме организации занятия рефлексия деятельности возможна по методу шляп де Боно - с помощью соответствующего блока модуля. Одно из направлений работы педагога с данным модулем — это организация занятия в форме майнд-меппинга. Естественно при достаточной подготовленности обучаемых, особенно этот способ предпочтителен при организации работы с одаренными детьми, так как позволяет и организовать усвоение материала в форме построения интеллект-карт, так и организовать проверку самостоятельной работы обучаемых через построение карты по определенному плану- заданию. Большие возможности данный блок предоставляет для проведения самостоятельной работы и игровой деятельности во внеурочной, особенно кружковой деятельности используя материал как в целом, так и поэлементно, например, в качестве элементов деловой игры, заочного путешествия внутрь мира фракталов.

Содержание дидактического материала

Данный конкурсный материал представляет собой электронный модуль “Путешествие внутрь фрактала” посвященный понятию, являющемуся базовым в дисциплинах естественнонаучного цикла, в основе которых лежат понятия нелинейной динамики систем, фрактальной геометрии, теории хаоса. Модуль представляет собой мультимедийный продукт, позволяющий формировать многофункциональную среду, содержащую следующие блоки:

  • Блок Доступно о фракталах: информация о элементах фрактальной геометрии, нелинейной динамики, доступное изложение возможностей фрактального описания понятий естественных наук, психологии, экономики, литературы, фрактальность человека.
  • Блок Применение фракталов: информация о практическом использовании фрактальных представлений;
  • Блок Фракталы Паскаль: коды программ для самостоятельного создания фракталов;
  • Блок 3D Фракталы- об объемных фрактальных средах;
  • Блок Фрактальные анимации- примеры создания фрактальных объектов;
  • Блок Интеллект-карты-содержит программный материал, позволяющий создавать майнд-карты, применяемые для изучения гипертекстового материала первого блока;
  • Блок Светодиодный куб-предназначен для создания комфортных условий изучения позволяет проводить гимнастику для зрения и релакс-перерывы в процессе работы с модулем;
  • Блок Шляпы де Боно - направлен на организацию рефлексии деятельности;
  • Тестовый блок-организация контроля изучения основополагающих вопросов темы.

Электронный дидактический материал является многофункциональным и позволяет использовать его как в лекционной аудиторной работе, в занятиях, организованных в виде самостоятельной работы обучаемых, являться основой деловых игр и майнд-меппинга, проводить контроль усвоения основных понятий темы, стать основой внеаудиторной работы обучаемых в том числе дистанционной.

Применение электронного модуля

  • Освоение понятий фрактальной геометрии и динамических систем в естественнонаучных дисциплинах на лекционных занятиях;
  • Ознакомление с визуализациями как линейными, так и объемными фрактальных представлений;
  • Самоподготовка по теме, включающая самостоятельную работу с гипертекстовыми элементами модуля;
  • Составление интеллект-карт по определенным “Маршрутам — заданиям”;
  • Дистанционную работу с модулем с составлением самоотчета и самоконтролем по тестовому блоку;
  • Решение практических задач по построению фрактальных изображений;
  • Выполнение тестовых заданий для контроля усвоения понятий;
  • Игровая деятельность в группах малого состава;
  • Проектная деятельность по созданным интеллект-картам;
  • Организация проверки изучаемых понятий через тестирующий блок модуля.
  • Выполнение упражнений по профилактике утомления с 3D кубом.
  • Проведение рефлексии собственной деятельности по методу шляп де Боно.

Создание собственного фрактала

Рисование фрактала совмещает в себе диагностику и терапию. Подсознание само покажет Вам проблемные места, когда будете рисовать первый свой фрактал. А далее – легкая и приятная терапия, результаты которой не заставят себя долго ждать. Уже давно научно доказано, что цвет может исцелять, менять духовное состояние человека, т.е. лечить душу. А во время такого “неосознанного” рисования происходит контакт с подсознанием, что несёт в себе положительные эмоции.

Методу фрактального рисования уже более 20 лет. На сегодняшний день есть очень много психологов, которые работают именно по этой методике. Основан этот метод на том, что рисунок – это продолжение автора, отображение его состояния, его внутреннего мира. Это проекция состояния души на лист бумаги. По рисунку можно диагностировать общее состояние человека, нарисовавшего его.

Тест, действительно, отражает состояние человека на данный момент времени. Но этот метод хорош и тем, что с помощью него можно делать коррекцию жизни - это тоже проверено. На основе нашего исследования был создан модуль, при работе с которым студенты и преподаватели получают возможность не только проводить занятия и получать знания по теории фракталов, но и заниматься корректировкой эмоционального фона, здоровья отдельных органов и организма, как системы в целом. Это осуществляется путем разделения задачи на 2D и 3D фракталы.

После анализа индивида, с точки зрения фрактальной теории, мы искусственно заменяем цвета фрактала на цвета, признаки которых мы хотим выработать. Чтобы не нанести травму человеку и не создать депрессивный настрой мы учитываем тип темперамента человека и цветовое воздействие на каждый из них.

Заключение

Сколько еще времени необходимо, чтобы ученые осознали, как частица хаоса может помнить о прошлом и способствовать синтезированию будущего. Как объяснить, что в хаосе запрограммированы будущие события? Как объяснить, что две частицы, склеенные в хаосе, склеиваются не спонтанно, а на основе генной памяти.

Если клетка человека помнит все о его прошлых жизнях, то это, естественно отражается на его мышлении. Процесс мышления связан со множеством клеток в организме, поскольку они имеют генную память, там и будут фиксироваться мышление и когнитивная деятельность.

Как видите, фракталы находят все большее и большее применение в науке и технике. Основная причина кроется в том, что они описывают реальный мир лучше, чем традиционная физика или математика. Можно привести много примеров фрактальных объектов в природе - это облака, хлопья снега, горы, вспышка молнии, и наконец, цветная капуста. Фрактал как природный объект - это вечное непрерывное движение, новое развитие и становление.

Приложение.

13.04.2014