Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Деятельностный подход и теория двигательных действий 13
1.1. Основные положения методологии научного познания 14
1.2. Основные положения деятельностного подхода 18
1.3. Основные понятия деятельностного подхода 26
1.3.1. Проблемы образования понятий 26
1.3.2. Понятие о двигательном действии и навыке 29
1.4. Развитие представлений и теорий формирования двигательного навыка и строения двигательного действия 39
1.5.Роль и место спортивной биомеханики в изучении двигательных действий 62
Глава II. Методы исследования двигательных действий в спортивной биомеханике 65
2.1. «Статистическая биомеханика» 65
2.1.1. Логика построения исследований двигательных действий 66
2.1.2. Проблемы использования статистических методов 80
2.1.3. Логико-статистические методы 109
2.2. Механико-математические методы 129
2.3. Системные методы исследования 140
Глава III. Основные кинематические механизмы двигательных действий 151
3.1. Понятие о кинематических механизмах двигательных действий.. 151
3.2. Основные кинематические механизмы взаимодействия с опорой в прыжковых упражнениях 153
3.2.1. Механизм разгибания ног и выпрямления туловища 157
3.2.2. Движение маховых звеньев 177
3.2.3. Механизм «перевернутого маятника» 183
3.3. Основные кинематические механизмы в бросках и метаниях 195
3.3.1. Кинематические механизмы техники питчеровского броска в софтболе 198
3.4. Основные кинематические механизмы сохранения положения тела в упражнениях на равновесие 204
3.4.1. Сохранение положения тела в стойках на ногах с разной величиной площади опоры 211
3.4.2. Сохранение положения тела в стойке на руках 246
Глава IV. Концепция биомеханизмов как основа построения теоретической биомеханики двигательных действий 253
4.1. Элементный состав биомеханизмов и их функциональные свойства 254
4.2. Метод решения задач теоретической биомеханики 255
4.3. Результаты исследований по совершенствованию механической модели мышцы 265
4.3.1. Изменение показателей электромеханического сопряжения в начале мышечного сокращения 268
4.3.2. Изменение показателей электромеханического сопряжения в начале расслабления мышцы 281
Выводы 290
Список литературы 297
- Основные положения деятельностного подхода
- Логика построения исследований двигательных действий
- Основные кинематические механизмы взаимодействия с опорой в прыжковых упражнениях
- Метод решения задач теоретической биомеханики
Введение к работе
Современное состояние общей биомеханики характеризуется стремительным развитием и внедрением в практику экспериментальных исследований новых технологий и создаваемых на их основе современных методик исследования. Для изучения кинематических и динамических характеристик движений широко используются оптико-электронные системы, механо-электрические и электро-физиологические методики исследования. При этом многие из перечисленных методик стали использовать не только в лабораторных условиях, но и на соревнованиях высокого ранга [52, 53, 198, 247, 280, 181].
Наряду с этим не менее быстрыми темпами развиваются и создаются новые методы исследования. Расширяется круг проблем, которые составляют предмет изучения этой области знания. Но, как и в начале становления биомеханики как науки, одним из основных объектов ее исследования остаются движения человека.
Спортивная биомеханика, представляющая собой одно из направлений общей биомеханики, в этом отношении не является исключением. Среди многочисленных задач этой науки по-прежнему ведущее место принадлежит изучению техники соревновательных и тренировочных упражнений, являющихся основным специфическим средством физического воспитания и спортивной тренировки. Поиск и обоснование наиболее рациональных способов выполнения физических упражнений и повышение их эффективности являются необходимыми условиями роста спортивного мастерства и залогом успеха в соревновательной деятельности спортсменов. Поэтому проблема технической подготовки спортсменов является предметом исследования отечественных и зарубежных специалистов [20, 42, 45, 58, 79, 84, 88, 89, 90,96,109, 118, 119, 123, 137, 153, 168, 172,181, 182.225,314,339].
Актуальность исследования. В процессе научного познания исследователи сталкиваются с проблемами двоякого рода. Во-первых, это содержательные проблемы той области знания, которой они занимаются и которые касаются изучаемых объектов и предмета исследования. Во-вторых, это проблемы, связанные с изучением сущности используемых в данной науке методов исследования, обоснованием и правильным оперированием научными понятиями, использованием принципов научного познания и многие другие, т.е. проблемы методологического порядка.
Эффективность решения задач спортивной биомеханики непосредственно связана с решением перечисленных проблем. Однако, как показывает анализ специальной литературы, разработке логико-методологических проблем биомеханики уделено недостаточно внимания. Прежде всего, это касается осмысления сущности и достоинств различных методов исследования, их классификации, изучения способов, условий и границ применения. Решение этих проблем имеет существенное значение и для создания новых методов исследования, появление которых является не только важнейшим фактором прогресса в данной науке, но и основной причиной новых открытий и даже новых научных направлений.
Актуальность исследования методологических проблем спортивной биомеханики вызвана не только гносеологическими соображениями, но и ее современным состоянием как науки. Увеличивается число исследователей, работающих в области биомеханики, растет их специализация в определенных исследовательских направлениях и даже в одном и том же исследовательском коллективе, возрастает число и разнообразие методов исследования. Стремительное накопление и систематизация экспериментальных данных в некоторых областях биомеханики создает предпосылки для перехода от эмпирического к теоретическому уровню исследований, а значит к разработке соответствующих методов исследования.
Применяемый научный метод никогда не бывает произвольным, он определяется характером изучаемого объекта, а также целями и задачами исследования. В связи с этим, еще одной актуальной методологической проблемой является анализ сущности объекта исследования, осуществляемый через анализ системы понятий, в которых отражена эта сущность. Такой анализ необходим не только в познавательных целях, но и для того, чтобы определить место и роль той или иной науки, в частности спортивной биомеханики, в изучении специфических для нее свойств и отношений объекта, выступающих в качестве предмета исследования данной области знаний. Этот вопрос особенно актуален потому, что в последнее время наметилась тенденция в подмене предмета исследования спортивной биомеханики одним из ее объектов, который в рамках изучаемой нами проблемы строения двигательных действий является многопредметным. Из этого следует, что спортивные двигательные действия являются объектом исследования не только биомеханики, но и морфологии, физиологии, психологии, педагогики и других наук.
Таким образом, актуальность нашего исследования определяется разрешением двух взаимосвязанных проблем. Первая проблема касается исследования некоторых методологических аспектов спортивной биомеханики в рамках изучения спортивных двигательных действий. И поскольку в одном исследовании полное ее решение невозможно, то в данной работе будут рассмотрены лишь те вопросы, которые касаются анализа методов исследования и системы понятий, используемых для определения объекта и предмета исследования спортивной биомеханики. Вторая проблема связана с решением некоторых исследовательских задач, касающихся развития методов изучения строения спортивных двигательных действий на эмпирическом и теоретическом уровнях познания.
Цель исследования состояла в повышении эффективности исследований и результатов их внедрения в практику на основе анализа методологических основ изучения двигательных действий в спортивной биомеханике.
Перед исследованием были поставлены следующие задачи:
1. Провести логико-содержательный анализ системы основных понятий, раскрывающих сущность спортивной двигательной деятельности, и определить роль и место спортивной биомеханики в изучении двигательных действий.
2. Систематизировать и рассмотреть особенности существующих методов исследования структуры и состава двигательных действий в спортивной биомеханике.
3. Выявить основные кинематические механизмы, определяющие структуру и строение двигательных действий в локомоторных и перемещающих движениях и при сохранении положения тела в упражнениях на равновесие.
4. Обосновать концепцию биомеханизмов как основы построения теоретической биомеханики двигательных действий.
5. Разработать практические рекомендации по использованию результатов исследования в педагогическом и тренировочном процессе.
Теоретико-методологическими основаниями нашего исследования являлись психологическая теория деятельности С.Л. Рубинштейна и А.Н. Леонтьева, теория многоуровневого строения системы управления двигательными действиями человека Н.А. Бернштейна, теория функциональных систем П.К. Анохина, теория развивающего обучения В.В. Давыдова и методологические основы психологического анализа деятельности В.П. Зинченко.
Объектом исследования являлась спортивная биомеханика, изучающая двигательные действия, которые составляют основу тренировочной и соревновательной деятельности в спорте.
Предмет исследования заключался в изучении строения двигательных действий и в логико-содержательном анализе понятий и методов эмпирического и теоретического исследования этих действий в спортивной биомеханике.
Гипотеза исследования. Эффективность использования различных методов исследования двигательных действий, используемых в спортивной биомеханике, зависит от методологической проработанности слабых и сильных сторон этих методов, изучения способов, условий и границ их применения. Исходя из этого, можно предположить, что результаты логико-содержательного анализа методологических проблем использования и разработки новых методов исследования на основе понятий о кинематических механизмах и биомеханизмах двигательных действий позволят продвинуться в понимании строения двигательных действий и места биомеханики как науки в решении этой проблемы.
Научная новизна результатов исследования заключается в следующем.
Выделен и сформулирован комплекс научно-методологических проблем изучения двигательных действий в спортивной биомеханике.
Проведены систематизация и логико-содержательный анализ существующих методов исследования строения двигательных действий в спортивной биомеханике и анализ системы понятий, составляющих основу спортивно-двигательной деятельности человека.
В результате анализа методологических проблем спортивной биомеханики, связанных с изучением двигательных действий человека, выявлены тенденции ее развития в направлении построения теоретической биомеханики двигательных действий. Оно сводится к установлению механизма движения, выделению основных кинематических механизмов, лежащих в основе двигательного действия, и далее к изучению биомеханизмов как основы построения теоретической биомеханики двигательных действий.
Получены новые данные о составе и способах реализации основных кинематических механизмов двигательных действий в локомоторных и перемещающих движениях и при сохранении положения тела в упражнениях на равновесие, выполняемых в условиях отсутствия внешних возмущающих воздействий.
Разработана концепция биомеханизмов как основа построения теоретической биомеханики двигательных действий в спортивной биомеханике.
В результате экспериментальных исследований процессов электромеханического сопряжения при сокращении и расслаблении скелетной мышцы выявлена еще одна компонента, которую необходимо добавить в механическую модель мышцы для более полного описания механики мышечного сокращения.
Теоретическая значимость результатов исследования определяется тем, что получены знания, позволяющие разработать и дополнить теорию строения и управления двигательными действиями, которая является основой построения теории технической подготовки в спорте.
Полученные экспериментальные данные и теоретические положения позволяют расширить содержание учебного курса биомеханики по разделам: спортивно-техническое мастерство, биомеханика мышечного сокращения и биомеханика отдельных видов двигательных действий, а также уточнить предмет исследования этой науки в изучении спортивной двигательной деятельности.
Методологический анализ и классификация существующих методов исследования двигательных действий в спортивной биомеханике будут способствовать более эффективному их использованию и правильному применению.
Введение в биомеханику строения спортивных двигательных действий понятий о кинематических механизмах и биомеханизмах, как основы анализа и конструирования двигательных действий, может служить основой для построения теоретической биомеханики.
Уточнение элементного состава механической модели мышцы за счет введения дополнительной четвертой компоненты, которая играет связующую роль между контрактильной и последовательной упругой компонентами, позволяет точнее описать последовательность механических явлений в начале мышечного сокращения.
Практическая значимость проведенного исследования заключается в том, что предлагаемый метод анализа строения двигательных действий на основе выделения биомеханизмов позволит не только расширить наши знания о строении двигательных действий, но и может лечь в основу разработки методических подходов к обучению и совершенствованию техники спортивных упражнений.
Анализ возможностей различных методов исследования двигательных действий в спортивной биомеханике, а также сведения об области их применения и ограничениях в использовании помогут исследователям в их практической работе.
Результаты исследования дают возможность улучшить программы подготовки специалистов в академиях и институтах физической культуры, а также на факультетах физического воспитания педагогических институтов по предметам - биомеханика, спортивная метрология, психология, теория и методика видов спорта. Материалы диссертации и научные публикации могут способствовать повышению профессиональной компетентности при прохождении переподготовки в институтах повышения квалификации. Использование понятий «основные кинематические механизмы» и «биомеханизмы» позволят иначе подходить к подбору тренировочных упражнений в процессе технической подготовки спортсменов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Спортивное двигательное действие представляет собой сложный объект исследования, познание сущности которого тесно связано с деятельностным подходом и возможно с позиций разных наук (педагогики, психологии, физиологии, биомеханики и др.). Основная задача спортивной биомеханики в его изучении состоит в раскрытии сущности исполнительной, двигательной стороны действия, разумеется, учитывая то, что она всегда определяется психической и физиологической деятельностью мозга, обеспечивающей не только управление движениями, но также ориентировочную и контрольную части двигательного действия.
2. Современные представления об особенностях строения двигательных действий человека и возможность дальнейшего изучения закономерностей их формирования и совершенствования в спорте должны осуществляться с учетом особенностей существующих и созданием новых методов исследования в спортивной биомеханике.
3. Эффективность изучения спортивно-двигательных действий, обучение и совершенствование техники спортивных движений должны базироваться на использовании знаний об основных кинематических механизмах и биомеханизмах, лежащих в их основе.
4. Построение теоретической биомеханики некоторых видов двигательных действий возможно на основе введения понятия биомеханизмов, являющихся идеализированными моделями двигательного аппарата человека.
5. Более полное описание механических явлений в начале мышечного сокращения возможно лишь при введении четвертой (связующей) компоненты в механическую модель мышцы.
Достоверность и апробация полученных результатов исследования и выводов подтверждаются: логико-содержательным анализом отечественной и зарубежной литературы по проблемам двигательной деятельности человека и, в частности, спортивно-двигательной деятельности, которые являлись предметом исследования в философии, педагогике, психологии, биомеханике, теории спортивной тренировки; использованием комплексного системного подхода к решению поставленной проблемы; адекватностью использованных современных методик и методов исследования; достаточным количеством испытуемых и экспериментов, а также научными публикациями по теме диссертационного исследования.
Апробация результатов исследования проходила на кафедрах педагогики, биомеханики, физиологии, спортивно-педагогических кафедрах, институте повышения квалификации и ВШТ РГАФК, отделе спорта высших достижений ВНИИФК. Результаты исследования неоднократно докладывались на международных, всесоюзных и всероссийских конгрессах, конференциях и симпозиумах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы, включающей 359 наименований отечественных и зарубежных авторов. Основной текст изложен на 334 страницах машинописного текста, включает в себя 41 рисунок и 38 таблиц.
Основные положения деятельностного подхода
Современные представления об особенностях строения двигательных действий человека и возможность дальнейшего изучения закономерностей их формирования и совершенствования тесно связаны с деятельностным подходом, получившим широкое распространение в философии, педагогике и психологии [2, 17, 59, 71, 72, 105, 117, 125, 140, 141, 164, 165, 171, 173, 185, 186, 192, 197, 215]. Этот подход оформился не только в виде общепсихологической теории, но и как методологический принцип, руководствуясь которым проводится большое количество исследований по теории и методике физического воспитания и спортивной тренировки. Основы психологической теории деятельности в нашей стране разрабатывались такими известными философами и психологами, как С.Л. Рубинштейн [185, 186], Б.Г. Ананьев [10], А.Н. Леонтьев [140, 141], А.В. Запорожец [92], Э.В. Ильенков [111], А.Р. Лурия [143] и многими другими. Но наибольший вклад в построение развернутой общепсихологической теории деятельности внесли С.Л. Рубинштейн и А.Н. Леонтьев.
С.Л. Рубинштейн [186] отмечает, что деятельность человека является сложным явлением, различные стороны которого изучаются разными науками. Общественная сущность деятельности является предметом исследования общественных наук, физиологические механизмы -предметом физиологии, психология изучает психическую сторону деятельности.
Каждая из этих наук привносит не только свой вклад в решение данной проблемы, но и свой язык, свою терминологию. С одной стороны, это расширяет и углубляет наши знания о различных проявлениях деятельности человека, но с другой - создает определенные трудности и несогласованность в трактовке тех или иных понятий среди специалистов из разных областей знаний. Поэтому необходимо рассмотреть основные положения деятельностного подхода и смысл используемых в нем понятий.
С нашей точки зрения, наиболее полный анализ основных положений психологической теории деятельности приведен в работе В.В. Давыдова [69]. Главные из них, непосредственно относящиеся к обсуждаемой нами проблеме двигательной деятельности в спорте (тренировочной, соревновательной и т.п.), сводятся к следующему.
Генетически исходной и основной является внешняя, предметная, чувственно-практическая деятельность, от которой производна внутренняя психическая деятельность индивидуального сознания; обе эти формы деятельности имеют общественно-историческое происхождение и принципиально общее строение. Последнее утверждение, по мнению А.Н. Леонтьева [140], является одним из важнейших открытий современной психологической науки.
Поскольку исходной и основной формой деятельности является деятельность внешняя, то возникает проблема ее соотношения с внутренней деятельностью. При решении этой проблемы необходимо учитывать два аспекта этого соотношения. Первый связан с тем, что в процессе исторического развития внешней деятельности возникают внутренние процессы, которые приобретают относительную самостоятельность и способность отделяться от практической деятельности (интериоризация). При переходе внешних процессов во внутренние они трансформируются -обобщаются, вербализуются, сокращаются и становятся способными к дальнейшему развитию, которое переходит границы возможностей внешней деятельности. Второй аспект связан с тем, что существуют постоянные переходы от внутренней деятельности к внешней (экстериоризация). Иными словами, в деятельности происходит трансформация отражаемого в субъективный образ, в идеальное, и в то же время в деятельности совершается переход идеального в ее объективный результат, в материальное. Такие взаимные переходы в человеческой деятельности возможны лишь потому, что обе формы деятельности имеют единое общее строение.
Главными процессами деятельности выступают интериоризация внешней ее формы, приводящая к субъективному образу действительности, и экстериоризация ее внутренней формы как опредмечивание образа, как его переход в идеальное свойство предмета.
Конституирующим свойством деятельности является предметность. Первоначально деятельность детерминируется предметом, а затем она опосредуется и регулируется его образом как своим субъективным продуктом. Следовательно, источником, управляющим деятельностью, первично является сам предмет и лишь вторично - его образ как субъективный продукт деятельности, который несет в себе ее предметное содержание.
Взаимно превращающимися единицами деятельности являются потребность, мотив, цель, условие достижения цели (единство цели и условий составляет задачу) и соотносимые с ними деятельность, действие, операция. Причем, с точки зрения А.Н. Леонтьева [140], понятие деятельности жестко соотносится с понятиями потребности и мотива, понятие действия - с понятием цели, а понятие операция - с условиями достижения цели.
Развертывание той или иной деятельности сводится к следующему. Мотив побуждает человека к постановке задачи, к той цели, которая, будучи представлена в определенных условиях, требует выполнения действия, отвечающего требованиям мотива и удовлетворяющего потребность. Способ и характер выполнения действия определяется его целью, а условия задачи определяют конкретные операции, входящие в данное действие.
В отличие от А.Н. Леонтьева, С. Л. Рубинштейн [186] связывает мотивы и цели как с действием, так и с деятельностью. Кроме того, С.Л. Рубинштейн отмечает, что деятельность и действия человека раскрываются в двойном плане.
Логика построения исследований двигательных действий
Для удобства рассмотрения этого вопроса предлагается следующая рабочая классификация основных направлений исследований спортивных двигательных действий .
Основные направления и подходы в изучении спортивных двигательных действий В спорте часто задаются следующими вопросами. Каковы общие закономерности роста технического мастерства в том или ином виде спорта? Как влияют индивидуальные особенности людей на достижения в спорте? В какой мере индивидуальные закономерности техники спортивных движений, наблюдаемые при многократном их выполнении одним и тем же спортсменом или в процессе его многолетней подготовки, совпадают с общими закономерностями?
Например, в процессе биомеханического анализа техники толкания ядра у спортсменов разной квалификации (п=52) нами показано, что время выполнения финальной части движения (от момента постановки правой ноги на опору после скачка до момента вылета ядра) закономерно уменьшается с ростом спортивного мастерства [358]. Об этом свидетельствует отрицательная корреляция этого показателя с дальностью полета снаряда (-0,49 при р 0,01). Анализ той же корреляции при многократном выполнении упражнения четырьмя спортсменами разной квалификации (каждый спортсмен выполнил по 40 попыток) не выявил достоверных связей между данным временным показателем и результатом. Коэффициенты корреляции были соответственно равны: у МСМК 0,09; у МС - 0,26 и у спортсмена второго разряда - 0,27. Более того, у спортсмена первого разряда обнаружена достоверная положительная связь между этими показателями (0,52 при р 0,01), т.е. в более удачных попытках время финальной части движения было больше. Таким образом, внутрииндивидуальные закономерности техники не всегда совпадают с общими закономерностями, что отмечают и другие исследователи [56].
При изучении общих закономерностей роста спортивного мастерства, главным образом, стремятся понять действие той или иной независимой переменной на зависимую переменную у человека вообще, т.е. независимо от его индивидуальных особенностей. Предположим, что нас интересует влияние освещенности помещения на точность попадания в мишень в каком-либо задании. В этом случае основная цель состоит в оценке того, как функционирует зрительная система человека вообще при выполнении заданий с целевой точностью в зависимости от освещенности, влияет ли она на результат действия и если да, то в какой степени?
В подобных ситуациях исследователей почти не интересуют индивидуальные различия, проявляющиеся в том, что один испытуемый может использовать несколько иную стратегию поведения или способ выполнения задания. Эти факторы как бы усредняются и не фигурируют в групповых данных. Более того, если показатели каких-либо испытуемых значительно отличаются от средних величин, то они исключаются из рассмотрения по правилу трех сигм. Таким образом, межиндивидуальная вариативность значений зависимой переменной при том или ином значении независимой переменной в данном подходе рассматривается как «шум» или случайный разброс, для уменьшения которого используют соответствующие статистические процедуры.
При изучении индивидуальных особенностей выполнения двигательных действий исследуют межиндивидуальные различия и внутрииндивидуальные закономерности, которые чаще всего изучаются в процессе многократного выполнения движений одним и тем же спортсменом или в лонгитудинальных исследованиях.
В биомеханических исследованиях, посвященных изучению двигательных действий, чаще всего предметом исследования являются наиболее общие закономерности формирования и совершенствования технического мастерства спортсменов. Гораздо реже исследуются индивидуальные различия между людьми и их внутрииндивидуальные особенности, т.е. то, что составляет предмет изучения дифференциальной биомеханики. Данное направление исследований тесно связано с работами по изучению индивидуальных и групповых особенностей в подготовке спортсменов [63, 142, 201, 246, 283, 287, 292 и др.] Одна из причин подобной ситуации заключается в большой трудоемкости, а порой и невозможности таких исследований, поскольку они предполагают изучение поведения человека при многократном повторении двигательных действий. Примером таких заданий, которые трудно повторить, являются всевозможные максимальные пробы, в которых требуется оценить предельные возможности спортсмена. И если задание требует значительного расхода энергии и сил и длительного периода восстановления, то ни о каких повторных испытаниях не может быть и речи.
Основные кинематические механизмы взаимодействия с опорой в прыжковых упражнениях
Предварительный анализ различных типов прыжков показывает, что в самом общем случае могут быть выделены три основных кинематических механизма. Ими, с нашей точки зрения, могут быть: 1) разгибание ног и (выпрямление) туловища; 2) движение маховых звеньев; 3) поворотное движение тела как целого относительно точки опоры (механизм «перевернутого маятника»). Обратим внимание, что поскольку каждый из этих ОКМ может действовать относительно независимо друг от друга, то изменение движения ОЦМ тела определяется не каким-либо одним механизмом, а их совокупным действием. Например, в прыжке в длину с разбега сгибание толчковой ноги и (наклон) туловища в начале отталкивания от опоры происходит на фоне одновременного поворота тела относительно точки приложения главного вектора сил реакции опоры (механизм «перевернутого маятника»), итогом действия этих двух ОКМ будет либо сохранение высоты ОЦМТ, либо его подъем вверх.
Проявление каждого из ОКМ в отдельности есть результат действия как внутренних, так и внешних сил и их моментов. Исходя из этого, можно полагать, что относительно независимые ОКМ являются зависимыми на динамическом уровне. Например, движение маховых звеньев, так же как и поворот тела вокруг точки опоры, может повлиять на проявление ОКМ разгибания ног и выпрямления туловища.
Очевидно, что вклад обозначенных выше механизмов будет различен в прыжках разного типа. Например, в прыжках вверх с места механизм «перевернутого маятника» не функционирует.
Поскольку данная часть исследования была направлена на выявление ОКМ взаимодействия с опорой в прыжках разного типа, мы посчитали целесообразным изучить их функционирование в трех основных группах прыжков, которые, как нам представляется, являются основными для всего многообразия прыжков и прыжковых упражнений в спорте. Понимание этих механизмов позволяет более целенаправленно подходить к поиску оптимальных методов обучения и совершенствования техники прыжковых упражнений. Это прыжки следующих трех типов, характеризующихся различными начальными условиями их выполнения наличием или отсутствием горизонтальной и вертикальной скорости ОЦМ тела: 1) взаимодействие с опорой осуществляется без подготовительных движений (замаха, предварительного подседания и т.д.); 2) выполнение прыжков сопровождается подготовительными действиями (предварительное подседание, спрыгивание на опору); 3) прыжки с разбега в длину и в высоту.
Таким образом, описанные ниже собственные экспериментальные исследования были организованы так, чтобы можно было исследовать сходные проблемы на материале прыжков разного типа. Всего запланировано и проведено 12 экспериментов, в которых приняли участие 132 испытуемых разной спортивной специализации и разной квалификации. Биомеханический анализ прыжковых упражнений проводился на основе применения различных методик исследования: оптические (киносъемка и стереофотосъемка), механоэлектрические (тензодинамометрия, гониометрия), электромиография. Обработка результатов измерений осуществлялась методом механико-математического моделирования и традиционными методами математической статистики [9, 223]. На рис. 16 показаны использованные в работе модели тела человека. Дальнейшее изложение материала подчинено следующей логике: последовательно разбираются выделенные кинематические механизмы; рассматриваются феноменология и закономерности их проявления в разных типах прыжков; обсуждаются педагогические требования, позволяющие повысить эффективность использования ОКМ при взаимодействии с опорой в прыжковых упражнениях [224].
Можно выделить, по меньшей мере, две группы работ, теоретические и эмпирические данные которых могут претендовать на объяснение особенностей проявления рассматриваемого механизма. В первой указывается на необходимость одновременного разгона звеньев для достижения максимальной скорости вылета ОЦМ тела [285, 286], а во второй экспериментально установлен факт последовательного разгибания [42, 303, 304, 305]. Однако в этих работах отсутствуют попытки объяснить полученный экспериментальный материал с учетом особенностей строения двигательного аппарата человека, в частности, зависимости «момент силы - угол в суставе» для мышц нижних конечностей (включая и двусуставные мышцы).
Метод решения задач теоретической биомеханики
Последовательность действий при проведении научного исследования включает следующие этапы [134, 160]: 1. Предварительный сбор информации и ориентировочная постановка цели исследования. 2. Уточнение цели и задачи исследования. 3. Построение модели объекта. 4. Изучение свойств модели с помощью логических построений или математического моделирования. 5. Решение задач исследования с помощью модели. 6. Экспериментальная проверка следствий теории.
В научно-исследовательской деятельности следует стремиться к проведению как логического, так и математического моделирования. В практике при анализе техники выполнения упражнения и выявлении ошибок необходимо (реально возможно) использовать логическое моделирование. Приведем пример теоретического исследования, основанного на логическом моделировании для простого двигательного действия -прыжок вверх с места на максимально возможную высоту. Этап 1. Прыжок вверх выполняется из положения стоя, руки выпрямлены и опущены вниз. Движение начинается с одновременного сгибания ног (подседания) и отведения рук назад. Затем выполняются мах руками и разгибание ног и туловища. Цель двигательного действия -достигнуть максимальной высоты подъема ОЦМ тела. Цель научного исследования - определить основные биомеханизмы, обеспечивающие достижение этой высоты. Этап 2. Задачи исследования: - построить скелстно-мышечную модель ОДА; - сконструировать основные биомеханизмы; - изучить свойства биомеханизмов; - исследовать взаимодействие биомеханизмов при выполнении движения; - экспериментально проверить вклад биомеханизмов в решение двигательной задачи. Этап 3. Модель опорно-двигательного аппарата человека. Человек при прыжке вверх с места выполняет синхронные движения руками и ногами, поэтому ОДА можно представить в виде плоской шестизвенной модели (стопа, голень, бедро, туловище с головой, плечо, предплечье с кистью). Каждое звено имеет известные величины масс, моментов инерции и расположения центров масс. Звенья соединены цилиндрическими шарнирами без трения. К звеньям ног и рук прикреплены мышцы, как это показано на рис. 30. ЦНС представлена в виде «черного ящика» (функциональный подход). ЦНС в данном случае имеет 12 блоков активации мышц. В каждом блоке нами заложена программа изменения нормированной (по отношению к активности выполнения упражнения в целом) активности мышцы во времени. После задания интенсивности выполнения упражнения происходит запуск модели (имитационное моделирование). Этап 4. Логическое моделирование со сложной моделью выполнить трудно, поэтому сначала упростим ее. Выделим в модели ОДА часть, которая независимо от движения других звеньев тела позволит достигнуть поставленную цель движения. Такой частью будет биомеханизм разгибания ног и туловища, т.е. четырехзвенная кинематическая цепь (стопа, голень, бедро, таз и туловище с головой) с движителями, которые создают в шарнирах управляющие моменты сил. Блок управления (ЦНС), реализующий программы управления движениями, представлен тремя ячейками. Рассмотрим движение модели при трех начальных условиях.
Первое условие. Пусть модель начинает движение из неподвижного положения, как показано на рис. 31. Предположим, что управляющие моменты в тазобедренном (ТБС), коленном (КС) и голеностопном (ГС) суставах создаются одновременно. Заметим, что в данном исходном положении максимальный момент в ТБС превышает момент в КС в 1,5-2 раза, максимальные моменты в КС и ГС равны. Следовательно, для выполнения вертикального подъема ОЦМ необходимо подстраивать момент в ТБС к моменту в КС, а это приведет к неполному использованию силовых возможностей спортсмена.
Второе условие. Для увеличения эффективности использования силовых возможностей и механических свойств мышц необходимо разгибать суставы не одновременно, а последовательно. Это приведет к изменению способа реализации вышеназванного биомеханизма. Движение надо начинать с разгибания ТБС. Ускоренное движение туловища вверх вызовет: 1) увеличение нагрузки на нижние конечности (силы инерции) и рост силы давления на опору; 2) растягивание мышц - разгибателей КС за счет возникновения сил инерции (известно, что при растягивании мышцы создают большую силу тяги в сравнении с преодолевающим режимом сокращения, а также происходит некоторое накопление энергии упругой деформации (ЭУД) в структурах мышц).
