自编魔方教材

前言魔方——估计绝大多数孩子都知道或者玩过这个玩具。在我们小时候，魔方被认为是能够开发智力的玩具。知道怎么样将魔方复原的孩子，肯定是当时最受欢迎的“小神童”。其实，魔方不仅仅是一种玩具，更是一项了不起的发明。中国人发明的“华容道”，法国人发明的“独立钻石”和匈牙利人发明的“魔方”，被称为智力游戏界的三大不可思议。社会学家根据魔方对人类的影响和作用，将魔方列入上个世纪对人类影响较大的100项发明之一，世界排名第七。还获得了“1980年最佳游戏发明奖”和“最有教育意义的玩具”。魔方最初是由匈牙利的一位名叫鲁比克的建筑学教授发明的，他是于1974年夏天研制出来做教具的，随意转动了几下却发现无法被还原，他花了好几个星期的时间去研究各方块的位置关系，最后才使魔方恢复了原状。他认为这实在是一种很有教育价值的智力玩具，于是，写下了这种玩具的详细说明，第一批商品魔方于1977年在匈牙利问世。于是，魔方迅速成为了风靡全球的时尚玩具。三十多年来魔方用她独有的魔力征服了全世界，并以惊人的销量成就了玩具界史无前例的奇迹。现在魔方正以益智、健身、健脑的特点被人们重新认识，并进入了我们的休闲领域。魔方不仅仅是益智玩具，也是一种教学用具、一种运动用品，玩魔方更是象征智慧和时尚的休闲活动。魔方由三阶正方体衍生出多个品种，已经形成一系列产品线。玩法也由简单的复原，向复合型手、眼、脑协调运用等多样化竞技运动发展。快速还原、单手还原、闭目还原（盲拧）、最少步还原等等。魔方有着其它运动所无法比拟的优势，她起点低，体积不小、投资相对很少，不受年龄、场地限制，随时随地，两手有空就可以拿出来转几下。转魔方能锻炼逻辑思维能力、增强空间观念，是不可多得的大脑体育活动，魔方比赛也成了手指灵敏度的竞技比赛，参赛时选手的手指都几乎达到了自己灵敏的极限，这是其他运动所无法替代的。魔方除了渐渐成为受更多人关注的体育运动外，对它的研究也被引入了诸多的科学研究领域。首先引起的是数学家们的兴趣，魔方首次风靡全球时，其最吸引人的是还原问题。因此，当时的数学家们出尽风头。他们根据群论和线性代数等专门的数学理论和知识，借助电子计算机，得到了各种各样的魔方复原方法。而现在的研究和计算机技术的提高，对魔方的研究已大大超过了当时的水平。现在已经可以利用计算机算出每种状态的最简还原方法，不过现在最大的难题是谁也还不知道22或23转的魔方最远状态的的样子。总之，“群论”最先闯入魔方领域，并从根本上支持将魔方上升为一门科学。现在，魔方是人工智能领域的一个重要研究对象。有的人将魔方引入了计算机领域。有的物理学家建立了魔方和粒子物理的关系。也有的化学家通过魔方的变换来使得自己加强对物质的认识。当然，魔方的物理构造也是建筑学方面的优良教具。相信随着了解模方的人越来越多，魔方还可以被引入更多的科学研究领域给更多的科研人员以帮助。在英国还出现了第一批魔方理论研究小组，其中数学家DavidSingmaser被誉为魔方大师。魔方的魅力也在每时每刻地吸引着我校的广大学生。应我校广大学生的需求，为开发学生的智力，锻炼学生的思维能力、意志品质、手脑配合能力和手指的灵敏度。同时，也为纠正学生的不良嗜好，培养他们良好的志趣趋向，特编写本教材。受本人水平限制，教材中出现的不足之处敬请读者谅解。主编魏涛目录前言………………………………………………………（1）目录………………………………………………………（4）第一课魔方的产生及发展……………………………（5）第二课三阶魔方还原概述………………………………（10）第三课三阶魔方还原第一步:单面“架十字”………(13)第四课三阶魔方还原第二步：“倒‘T’字”…………(17)第五课三阶魔方还原第三步：第二层还原…………(20)第六课三阶魔方还原第四步：“顶棱归位”…………(23)第七课三阶魔方还原第五步：“顶层全一色”………(27)第八课三阶魔方还原第六步：“六面还原”…………(29)1第一课魔方的产生及发展你知道智力游戏界的三大不可思议吗？它是指中国人发明的“华容道”，法国人发明的“独立钻石”和匈牙利人发明的“魔方”。而魔方受欢迎的程度更是智力游戏界的奇迹。一、魔方的起源：魔方：Rubik'sCube又叫魔术方块，也称鲁比克方块。是匈牙利布达佩斯建筑学院厄尔诺·鲁比克教授在1974年发明的。当初他发明魔方，仅仅是作为一种帮助学生认识空间立方体的组成和结构以及锻炼学生的空间思维能力和记忆力的教学工具。但要使那些小方块可以随意转动而不散开，不仅是个机械难题，还牵涉到木制的轴心、座和榫头等。直到魔方在手时，他将魔方转了几下后，才发现如何把混乱的颜色方块还原竟是个有趣而且困难的问题。鲁比克就决心大量生产这种玩具。魔方发明后不久就风靡世界，人们发现这个小方块组成的玩意实在是奥妙无穷。二、魔方的发展：随着魔方的发明，游戏者越来越多。魔方用她独有的魔力征服了全世界，并以惊人的销量成就了玩具界史无前例的奇迹。现在魔方正以益智、健身、健脑的特点被人们重新认识，并进入了我们的休闲领域。魔方不仅仅是益智玩具，也是一种教学用具、2一种运动用品，玩魔方更是象征智慧和时尚的休闲活动。魔方由三阶正方体衍生出多个品种，已经形成一系列产品线。玩法也由简单的复原，向复合型手、眼、脑协调运用等多样化竞技运动发展。快速还原、单手还原、闭目还原（盲拧）、最少步还原等等。魔方有着其它运动所无法比拟的优势，她起点低，体积不小、投资相对很少，不受年龄、场地限制，随时随地，两手有空就可以拿出来转几下。转魔方能锻炼逻辑思维能力、增强空间观念，是不可多得的大脑体育活动，魔方比赛也成了手指灵敏度的竞技比赛，参赛时选手的手指都几乎达到了自己灵敏的极限，这是其他运动所无法替代的。魔方除了渐渐成为受更多人关注的体育运动外，对它的研究也被引入了诸多的科学研究领域。首先引起的是数学家们的兴趣，魔方首次风靡全球时，其最吸引人的是还原问题。因此，当时的数学家们出尽风头。他们根据群论和线性代数等专门的数学理论和知识，借助电子计算机，得到了各种各样的魔方复原方法。而现在的研究和计算机技术的提高，对魔方的研究已大大超过了当时的水平。现在已经可以利用计算机算出每种状态的最简还原方法，不过现在最大的难题是谁也还不知道22或23转的魔方最远状态的的样子。总之，“群论”最先闯入魔方领域，并从根本上支持将魔方上升为一门科学。现在，魔方是人工智能领域的一个重要研究对象。有的人将魔方引入了计算机领域。有的物理学家建立了魔方和粒子物理的关系。也有的化学家通过魔方的变换来使得自己加3强对物质的认识。当然，魔方的物理构造也是建筑学方面的优良教具。相信随着了解模方的人越来越多，魔方还可以被引入更多的科学研究领域给更多的科研人员以帮助。在英国还出现了第一批魔方理论研究小组，其中数学家DavidSingmaser被誉为魔方大师。三、魔方的种类1、二阶魔方二阶魔方的英文官方名字叫做PocketRubik'sCube或MiniCube，中文直译叫做“口袋魔方”又称迷你魔方、小魔方、冰块魔方。它的每个边有两个方块，为2×2×2的立方体结构。本身只有8个角块，没有其他结构的方块。结构与三阶魔方相近，可以按照还原三阶魔方的公式进行还原。2、三阶魔方：三阶魔方的英文官方名字叫做Rubik'sCube，也就是用鲁比克教授的名字命名的，是目前最普遍的魔方种类。它每个边有三个方块，为3×3×3的立方体结构。三阶魔方由一个连接着六个中心块的中心轴以及结构不一的20个方块构成，当它们连接在一起的时候会形成一个整体，并且任何一面都可以水平转动而不影响到其他方块。3、四阶魔方4四阶魔方的英文官方名字叫做Rubik'sRevenge相对于三阶魔方来说就要复杂的多，它的构成分为两类，一类中心是一个球体，每个外围的小块连接着中心球的滑轨，在运动时候会沿着用力方向在滑轨上滑动。第二类是以轴为核心的四阶魔方，这类魔方的构成非常复杂，除了中心球和外围块外还有很多附加件。作为竞速运动来说第二种构成的四阶魔方运动速度快，不易在高速转动中卡住。四阶魔方又被称为“魔方的复仇”。四阶魔方被认为是2-5阶魔方中最不好还原的，虽然五阶魔方的变化种类比4阶多，但是四阶魔方的中心块并不固定，也就不能用一般的方法进行还原。4、五阶魔方五阶魔方的构成则更甚于四阶魔方。2008年9月14日《走进科学》节目中张腾岳说:“我看谁能够将复杂的五阶魔方还原至六面同色,那他智商要上200了.”这里同时体现出了五阶魔方的难。五阶魔方的英文名字叫做Professor'sCube，直译过来是“专家(玩)的魔方”，也说明了它的难度，最好的魔方爱好者能在1分半钟左右就能把五阶魔方复原。5、六阶魔方六阶魔方是由希腊的Olimpic方块公司出产，方块本身评价不太好，常见的评价为容易5POP（飞棱）：指在还原的过程中，魔方的某些组成部分从魔方上面脱离的情况，如果是出现在比赛中，则作为无效的还原过程，中心轴不坚固等……6、七阶魔方七阶魔方同样是由希腊Olimpic方块公司出产。同时兼备了收藏，鉴赏及实用价值，方块本身为圆弧型，若持续以正方体设计，方块的零件将无法固定而散开。同时这也是世界上公开并证实存在实体的最高阶魔方。7、八阶或以上魔方八阶魔方是现时魔方设计的极限。目前世界上尚无实体。但八阶及八阶以上的魔方可以在电脑上进行还原。8、魔方的其他变种：其他形式的魔方有很多种在此不能一一介绍，仅以图片的方式将其部分的介绍给大家。6课后作业：买一个魔方，按照说明书拆开，看看里面的结构，在组装起来，了解魔方的内部结构。第二课三阶魔方还原概述本教程只介绍三阶魔方的还原方法。三阶魔方的英文官方名字叫做Rubik'sCube（鲁比克方块），也就是用鲁比克教授的名字命名的，是目前最普遍的魔方种类。一、三阶魔方的结构：三阶魔方其设计精巧，结构复杂，是由一个连接着六个中心块的中心轴以及结构不一的26个方块构成，它每个面有九个方块，每个边有三个方块，为3×3×3的立方体结构。当它们连接在一起的时候会形成一个整体——立方体，并且任何一面都可水平转动而不影响到其他方块。从其设计结构来看，当初鲁比克教授设计它时一定花费了很多时间。尤其是受当时制作条件的约束，只能用木料来制作，能够用木料制作出如此精妙的结构，并且还能令其转动自如，足见鲁比克教授的聪明才智。魔方的发明堪称人类智力游戏界的奇迹。二、三阶魔方的还原魔方的还原，就是指将六种颜色打乱的六个面通过转动各个面，达到还原六个单色面的过程。魔方的还原方法有很多种，主要有普通玩法和竞速玩法两种。（一）普通玩法7这类玩法适合拿魔方当作放松和娱乐的爱好者。他们通常仅仅满足于还原一个魔方，不会追求更高的标准。45岁的英国建筑工人格雷厄姆·帕克就花费了26年还原了一个魔方。这种玩法又分为“角先法”和“层先法”两种。1、角先法：所谓角先法就是首先还原魔方的各个角块，然后再还原其他各个面的方法。因为三阶魔方的变化复杂，每次还原的过程也不同，游戏者要记住魔方各个角块的各种情况，然后根据不同的情况采取不同的还原公式，所以使用这种方法还原魔方的难度较大。2、层先法：所谓层先法就是按照逐层还原的过程将魔方还原的方法。这种还原方法较为简单，只需要游戏者记住几个简单的公式即可将魔方还原。比较适合初学者学习。（二）竞速玩法当游戏者已经能够熟练还原魔方的时候，就开始追求更快的还原速度，于是便产生了速度更快、公式更复杂的竞速还原魔方的方法。竞速玩法出现的具体的时间已经难以考证。竞速玩法是指国际比赛时所使用的魔方还原方法，游戏者要记住上百个公式，然后根据不同的情况，逐步采取不同的公式将魔方还原。竞速还原有几个要点：1、使用的方法要最简便，但是随之产生的问题就是所采取的步骤越少，需要记忆不同公式的就越多；82、使用的魔方需要最适合竞速使用，不会卡住或者打滑，所以出现了魔方专用的润滑油；3、灵巧的双手，因为拥有好的方法和好的魔方不是最重要的，双手能够熟练的转动魔方才能有最高的效率。世界上最快的人曾经在7.08秒成功还原了一个三阶魔方（记录创造于CzechOpen2008），记录保