Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. Методика и режимы тренировки мышечной силы 16
1.1. Представление о силе како двигательном качестве 16
1.2. Сведения о влиянии различных режимов тренировки на силовые и скоростно-силовые показатели мышц при выполнении
упражнений 27
1.3. Анализ технических средств, используемых для
совершенствования двигательных действий спортсменов 30
1 ^.Характеристика режимов работы мышц и тренажеров для развития
специальных скоростно - силовых качеств и техники метательных
движений 43
1.5. Биомеханические основы применения тренажеров. Средства и
методы управления движениями в спорте 49
1.6. Тенденции развития биомеханики за рубежом 55
Заключение 57
ГЛАВА 2. Задачи, методы, организация исследования 63
2.1. Цель и задачи исследования 63
2.2. Методы исследования 64
2.2.1.Мето дологические основы исследования 65
2.2.2.Характеристика методов исследования 67
2.3. Организация исследования 75
ГЛАВА 3. Научно - теоретические основы обучения и управления
движениями 84
3.1. Системный подход в изучении человека как объекта воспитания 84
3.2. Физиологические основы и предпосылки интеграции процесса
обучения 87
3.3. Координация функций организма - основа управления движениями 95
3.4. Интеграция в процессе обучения и совершенствования движениям Обратная связь в физическом воспитании 102
3.5. Роль и значение обратной связи в адаптивной системе обучения 105
Заключение 121
ГЛАВА 4. Программное управление взаимодействием спортсмена с
внешними силами 123
4.1.Проблемы программного взаимодействия спортсмена с предметной внешней средой. Внешние силы в формировании структуры движения.. 123
4.2.Тренажерные устройства с программированием внешней нагрузки
(сопротивления) 127
Заключение 149
ГЛАВА 5. Адаптивное управление взаимодействием спортсмена с
внешней предметной средой 151
5.1. Адаптивные тренажерные устройства для циклических видов спорта 151
5.2. Адаптивный тренажерный комплекс (АТК) и исследование его возможности во взаимодействии со спортсменом 159
5.3. Взаимодействие спортсмена и АТК в метательном (бросковом движении) 167
5.4. Кинематические, динамические и временные характеристики метательных движений, выполняемых на адаптивном
тренажерном комплексе 172
5.5. Комплексное исследование адаптивного тренажерного
комплексав простейшемодносуставном движении 175
Заключение 181
ГЛАВА 6.Результаты педагогических экспериментов применения
адаптивного тренажерного комплекса 186
6.1. Характеристика педагогических экспериментов 186
6.2. Принципы построения учебно - тренировочных занятий 188
6.3. Результаты первого педагогического эксперимента 192
6.4. Результаты второго педагогического эксперимента 199
6.5. Результаты третьего педагогического эксперимента 206
6.6. Результаты четвертого педагогического эксперимента 210
Заключение 212
ГЛАВА 7. Обсуждение результатов исследования Общие основы
управления движениями человека 214
7.1. Физиологическая сущность управления движениями человека. Внутреннее управление. Внешнее управление при использовании адаптивных тренажеров 215
7.2. Педагогические основы управления движениями человека при использовании адаптивных тренажеров как обучающих машин 225
7.3. Управление движениями человека с позиции кибернетики при использовании адаптивных тренажеров, 232
7.4. Процесс управления в физическом воспитании и в
спортивной тренировке 240
7.5. Биомеханическая сущность управления движениями
человека при использовании адаптивных тренажеров 244
ВЫВОДЫ 251
Практические рекомендации 259
Библиография 261
Приложения 306
Введение к работе
Актуальность. Одним из основных принципов государственной политики объявляется принцип общедоступности, «адаптивности системы образования к уровням и особенностям развития и подготовки обучающихся». Об этом говорится в законе Российской Федерации «Об образовании». В законе предполагается создание парадигмы среднего полного образования, на основе которой учащийся превращается из объекта обучения в субъект обучения, а его учебная деятельность приобретает характер самостоятельной деятельности. В последнее время в педагогике все большее значение приобретает адаптивная система обучения, явившаяся предметом специальных исследований (А.С. Гарницкой, И.Е. Торбан, Р.Г. Щукиной и
др.).
Основное назначение адаптивной системы - это интенсификация учебно-тренировочного процесса за счет рационального использования учебного времени, максимальной активности учащихся, непрерывное управление учебно- тренировочным процессом на всех этапах подготовки, а также управления процессом с использованием обратной связи, обеспечивающей высокую степень индивидуализации обучения.
Управлением процессом обучения в педагогике через контроль и посредством возможностей технических средств занимались Г.Н. Александров, А.И. Берг, А.И. Гальперин, Д. Крамм, С. В. Малиновский; адаптивным обучением авторы Б. Скиннер, Н. Краудер и Г. Паск, а также В.В. Одего-ва, А.Б. Тменов, И.Е. Торбан и др.
Спортивную тренировку как управляемый процесс рассматривали многие ученые (Ю.В. Верхошанский, Д.Д. Донской, В.М, Дьячков, В.М. Заци-орский, А.Д. Новиков, Я.К. Коблев, Н. Г. Озолин, ИЛ. Ратов, Л.В. Чхаидзе, В.П. Филин и др.). Ее педагогическими положениями занимались П.Ф. Лес-гафт, Г.И. Кукушкин, Л.П. Матвеев; физиологическими - А. Н. Крестовни -6 ков, B.C. Фарфель, Н. В. Зимкин, И. М. Козлов; биомеханическими - Н.А. Бершдтейн, Д.Д. Донской, В.М. Зациорский, И.П. Ратов, В.Б. Коренберг, В.Л. Уткин и др.
Об использование спортивных тренажеров и других технических средств в целях управления эффективностью обучения и совершенствования движениями известно из исследований: И.П. Раптова, разработавшего основные положения теоретической концепции «искусственной управляющей среды»; С. П. Евсеева, предложившего условия принудительного управления суставными гимнастическими движениями с помощью «императивных тренажеров»; Н. Г. Сучили на, показавшего управляющие приемы программирования условий, обеспечивающих прогрессирующее возрастание сложности упражнений; Г. И. Попова, выделившего основные условия подбора факторов предметной среды, детерминирующие изменение свойств и результативности упражнений в процессе их выполнения; Ю. Т. Черкесова, определившего приемы и методические возможности детерминации режимов силового взаимодействия спортсменов с объектами управляющей предметной среды; В.И. Жукова, остановившегося на оптимальном характере выполнения силовых и скоростно-силовых упражнений.
Поиски путей с целью повышения качества выполнения тренировочных упражнений все чаще приводят специалистов по биомеханике и теории спортивной тренировки к необходимости анализа методических условий использования упражнений и к необходимости применения нетрадиционных технических средств для повышения эффективности тренировочного процесса (Ю. К. Гавердовский, Г. А. Гилев, Л. С. Дворкин, А.М. Доронин, В. И. Жуков, В, В. Иванов, Ю. А. Ипполитов, И. М. Козлов, В. В. Кузнецов, В. Н. Курысь, А.Н. Лапутин, И. П. Ратов, В. Л. Уткин, Л. В. Чхаидзе, G. Ariel, J Counsilmen, A. Del Monte и др.).
Наиболее эффективными методами совершенствования спортивных
-7 движений многие ученые (P.S. Rasch, 1957; R.A. Berger,1962; D.E. Belka, 1968; D.E.Clark,1973) считают изотоническую тренировку другие же отдают предпочтение изокинетической (H.G. Thistle et al., 1967; T.V. Pipes, J.H. Wilmore, 1975; R. Stevtns, 1980;G. Ariel, 1986, 2000; L.E. Brown, 2000; D.H. Perrin, 2000).
Существующее противоречие есть следствие отсутствия научных данных о правильных и рациональных путях формирования эффективных движений в условиях проявления различных режимов работы мышц.
Причиной тому является то, что предлагаемые до настоящего времени тренажеры для совершенствования метательных движений не позволяют создавать на одном устройстве разные режимы сопротивления. В этой связи нам представляется, что создание условий для проявления новых режимов работы мышц, автоматического перехода от одного режима к другому в процессе выполнения упражнения по мере роста физических качеств посредством новых тренажерных устройств весьма актуально.
Спортивная деятельность характеризуется значительными противоречиями, двигательные действия различаются сложной специализацией и одновременным согласованием активностью мышц в качестве двигателя, движителя и рецептора (И.М. Козлов, А.В. Самсонова, A.M. Доронин).
До настоящего времени не нашла отражения в научно - исследовательской литературе по теории и методике физического воспитания тема широкого использования тренажеров с обратной связью, да и определение понятия «обратная связь » не однозначно (Н.А. Бернштейн, П.К. Анохин, Л.В. Чхаидзе, В.Б. Коренберг).
Актуальность темы определяется важностью знаний о совершенствовании двигательных способностей человека, о способах, расширяющих его возможности, и трудностями, связанными с тем, что дальнейшее приращение спортивных результатов, за счет уже известных средств и методов
-8 тренировки, становится невозможным. Поэтому поиск новых возможностей совершенствования учебно-тренировочного процесса посредством использования технических средств и новых технологий является весьма актуальной задачей в теории и методике спортивной тренировки.
Актуальность темы определяется также тем, что в последние годы все возрастающее внимание привлекает к себе метод программированной тренировки спортсменов с учетом индивидуальных особенностей. Важнейшей предпосылкой этого метода является разработка технических средств обучения и контроля, применение которых позволит значительно улучшить учебно - тренировочную работу по совершенствованию двигательных способностей спортсменов.
Актуальность темы определяется необходимостью более широкого внедрения в учебно-тренировочный процесс новейших технических средств тренировки и создания на их основе современных новейших технологий.
Использование тренажерных устройств в процессе специальной подготовки имеет ряд преимуществ. Прежде всего, это четкое программирование структуры выполняемого движения или характера и величины специфической нагрузки. Кроме того, упражнения на тренажерах дают возможность целенаправленно воздействовать на отдельные мышцы или мышечные группы.
До настоящего времени в научно - методической литературе не нашла отражения система мер, позволяющая рационализировать тренировочный процесс за счет оперативной обратной связи в системе «спортсмен - тренажер» и ее взаимодействием с прямой связью с установлением между ними автоматической согласованности во время выполнения упражнения.
Проблемой нашего исследования является определение научно-теоретических основ адаптивного взаимного управления путем взаимодей -9 ствия самоуправляемой системы - организма спортсмена с автоматически изменяемыми условиями внешней среды.
Цель исследования состоит в разработке, теоретическом и экспериментальном обосновании интенсивной технологии совершенствования двигательных действий, основанной на использовании адаптивных тренажеров, в которых величина и характер сопротивления автоматически приспосабливаются под изменяющиеся возможности спортсмена.
Объект исследования - процесс совершенствования двигательных действий в новых (адаптивных) условиях взаимодействия спортсменов с внешней предметной средой.
Предмет исследования - биомеханическая структура соревновательных и специальных упражнений как результат взаимодействия спортсмена с адаптивным тренажерным комплексом.
Анализ современного состояния спортивной науки позволил сформулировать гипотезы исследования. Предполагалось, что:
- при управлении тренировочным процессом с использованием адаптивных тренажеров, происходит автоматическое определение меры доступности величины нагрузки, в соответствии с изменяющимися функциональными возможностями спортсмена на различных этапах подготовки в заданном тренером диапазоне постепенно, а затем по мере перехода количественных изменений в качественные - скачкообразно;
- на основе теоретической концепции «искусственной управляющей среды» И.П. Ратова нами выдвигается предположение о том, что возможности формирования эффективных спортивных движений могут быть значительно улучшены за счет внедрения в практику адаптивных тренажеров, создающих непрерывное текущее (адаптивное) регулирование скоростного и силового взаимодействия спортсмена с внешними силами (объектами) на основе взаимообмена информацией по прямой и об -10 ратной связи между спортсменом и адаптивным тренажером во время выполнения двигательных действий, обеспечивающего необходимые условия интенсификации. Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
- дано теоретическое и методическое обоснования «технологического механизма» адаптивных тренажеров, направленных на совершенствование физического воспитания;
- разработан ряд тренажерных устройств, (защищенных авторскими свидетельствами), позволяющих осуществлять тренировку в рекордном режиме по скорости выполнения финальной фазы метательного движения;
- на теоретическом и практическом уровнях обоснована взаимосвязь биомеханических и педагогических составляющих двигательной деятельности, позволившая сформулировать педагогическое понятие процесса адаптивного обучения в физическом воспитании на основе применения адаптивных тренажеров;
- экспериментально доказано, что применение адаптивных тренажеров, направленных на совершенствование физического воспитания, помогает на деле выполнять статью 2 «Закона об образовании», где указанно, что одним из основных принципов государственной политики объявляется принцип общедоступности, «адаптивности системы образования к уровням и особенностям развития и подготовки обучающихся»;
- конкретизированы пути повышения эффективности действующей системы физического воспитания за счет предложенной технологии, а также сформулированы технические требования к проектированию и конструированию технических средств, ориентированных на адаптивное взаимодействие спортсмена с внешними силами;
- получены новые данные кинематических и динамических показателей технически сложного метательного движения и простого односуставного
-11 при использовании адаптивного тренажерного комплекса в разных его вариантах;
- предложена новая схема управления взаимодействием в системе «спортсмен - тренажер - спортсмен» в упражнениях циклического и ациклического характера;
- обоснована возможность адаптивного управления взаимодействием спортсмена с внешними силами путем искусственных изменений внешней среды, выражающаяся в применении новых технических средств -адаптивных тренажеров, позволяющих обеспечивать приспосабливающее (адаптивное) сопротивление устройства по скорости выполнения упражнения спортсменом, как непосредственно во время выполнения двигательного действия (срочный тренировочный эффект), так и в результате кумулятивного тренировочного эффекта.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Новое научное направление преодоления противоречий: между управляющей (спортсменом) и управляемой (тренажером) системами; между все возрастающим объемом нагрузки и лимитом времени спортсмена на его освоение; между нагрузкой, получаемой спортсменом, и возможностями самого спортсмена; между стабилизирующимся навыком и ростом спортивных результатов; между силовым и скоростным компонентами в процессе выполнения движения, создающих предпосылки для преодоления противоречий между общей и специальной физической подготовкой спортсменов, посредством создания и использования адаптивных тренажеров в процессе обучения и совершенствования двигательных действий и развития физических качеств.
-12 2. Новое научное направление преодоления противоречий, возникающих в тренировочном процессе, между количественными и качественными компонентами движения путем автоматического перехода, который обеспечивается адаптивными тренажерами на основе одного из основных законов диалектики: «перехода количественных изменений в качественные».
3. Новый принцип управления во взаимодействии спортсмена с внешней предметной средой, названный нами «адаптивный резонанс», основанный на взаимодействии самоуправляемой системы - организма спортсмена с автоматически регулируемым сопротивлением нагрузочного устройства тренажерного комплекса, что ведет к образованию новой сущности взаимодействия (взаимное управление двух управляемых систем) и образованию взаимообратной связи.
4. Новая технология программного управления взаимодействием спортсмена с внешней предметной средой, основанная на изменении сопротивления тренажерных устройств по их массе, количеству маховиков и плечу приложения силы.
Теоретическая значимость диссертационного исследования для теории и методики физической культуры и биомеханики состоит в том, что разработанная концепция посвящена углублению понимания механизма двигательных действий человека, определяемой теорией построения движений Н.А. Бернпггейна. Система движений рассматривается как совокупность элементов, взаимосвязанные функции которых координированы для решения общей двигательной задачи. Изучение структуры движений человека с использованием различных тренажерных устройств и управление ими позволяют понять, как используются законы движений (механические и биологические) в двигательной деятельности человека
Теоретическая значимость состоит в том, что:
- -13 получены новые данные по расширению понятия «искусственная управляющая среда» во взаимодействии с самоуправляемой системой - организмом спортсмена;
- на смену флуктуации, инерции, симметрии, принципу наименьшего действия и регулирования и другим формам внешнего управления системой движений человека приходит наиболее развитая и высокоорганизованная форма автоматической регуляции в природе, а именно - принцип обратной связи (управление по принципу обратной связи);
- предложена новая концепция управления в теории и методике физического воспитания, позволяющая осуществлять управление тренировочным процессом по малому кругу (срочный тренировочный эффект) и по большому (кумулятивный тренировочный эффект);
- расширены представления о механизмах управления движениями человека, осуществляемых взаимодействием самоуправляемой системы спортсмена с регулируемым сопротивлением нагрузочного устройства тренажерного комплекса по жесткому виду управления, когда одинаковые причины (конструктивные особенности тренажерных средств) вызывают одинаковые следствия у спортсменов.
Практическая значимость диссертационного исследования состоит в следующем:
1. Исследование показало возможность практического применения адаптивного управления в физическом воспитании. Управление движениями осуществляется специально созданными устройствами - адаптивными тренажерами. Применение адаптивных тренажеров вносит значительные положительные изменения в реализацию всех дидактических принципов обучения.
2. -14 В условиях формирующего эксперимента двигательная задача детерминирована постоянным стремлением спортсмена к самоусовершенствованию. Спортсмен, решающий типовые двигательные задачи, становится, таким образом, субъектом собственного развития, а не только субъектом познания, оценки и преобразования объекта. Очень важным практическим результатом работы является возможность понять тот регуляторныи механизм, который порождает те или иные решения.
3. Разработаны тренажерные устройства, позволяющие разрешить противоречий между силой приложения к снаряду и скоростными возможностями ее приложения, защищенные авторскими свидетельствами, с создаваемыми впервые новыми программированными условиями взаимодействия спортсмена с внешней предметной средой.
Апробация работы. Результаты исследования позволили создать и обосновать новую технологию адаптивных тренажеров, стали основой методических рекомендаций и указаний по повышению эффективности учебно-тренировочного процесса. Эти рекомендации изложены в ряде публикаций. Результаты исследований доложены:
1. На Всесоюзной научно-технической конференции «Техника и спорт IV» -М.,1985.
2. На Всесоюзной научно-технической конференции «Электроника и спорт» -Л., 1986.
3. На международной конференции «Гипнология и интегративная антропология на службе педагогической, спортивной, медицинской и психотерапевтической практики». - Майкоп, 1994.
4. На научно- практической конференции «Интегративная антропология в решении задач здорового образа жизни». - Майкоп, 1995.
5 На научно - практической конференции «Проблемы теории и практики ин-тегративной антропологии». - Майкоп, 1996.
6. -15 На итоговых научно-методических конференциях Адыгейского государственного педагогического института. - Майкоп, 1985 -1992.
7. На международной научной конференции «Современные проблемы развития физической культуры и биомеханики». - Майкоп, 1999.
8. На международной научно-практической конференции «Современные проблемы развития физической культуры и биомеханики». - Майкоп, 2001.
Материалы диссертационного исследования нашли свое отражение в шести авторских свидетельствах и одном патенте.
