Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современные представления о роли управления тренировочным процессом велосипедном спорте 11
1.1. Управление тренировочным процессом спортсменов как основной резерв повышения его эффективности 11
1.2. Контроль тренировочных нагрузок в управлении тренировочным процессом в шоссейном велоспорте 16
1.3. Частота сердечных сокращений как инструмент управления тренировочным процессом и пороговые точки энергообеспечения работы ве-лосипедистов-шоссейников 21
1.4. Адаптация организма спортсменов к напряженной мышечной деятельности 32
1.5. Современные технические устройства для тренировки велосипедистов 38
Глава II. Методы и организация исследования 50
1. Методы исследования 50
2. Организация исследования 53
Глава III. Результаты исследования 58
1. Положительные и отрицательные факторы современных методов управления двигательными действиями велосипедистов-шоссейников 58
2. Конструктивные особенности и принцип работы адаптивной машины управляющего воздействия для тренировки велосипедистов 60
3. Особенности изменения физиологических и биомеханических пара метров у велосипедистов различной квалификации при тренировке в условиях АМУВ и традиционных условиях 66
4. Эффективность применения методики тренировки велосипедистов-шоссейников в условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки по ответной реакции организма 77
Глава IV. Обсуждение результатов исследования 79
Выводы 94
Практические рекомендации 96
Заключение 97
Литература 99
Приложения 128
- Контроль тренировочных нагрузок в управлении тренировочным процессом в шоссейном велоспорте
- Адаптация организма спортсменов к напряженной мышечной деятельности
- Конструктивные особенности и принцип работы адаптивной машины управляющего воздействия для тренировки велосипедистов
- Эффективность применения методики тренировки велосипедистов-шоссейников в условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки по ответной реакции организма
Введение к работе
Актуальность. Одной из актуальных проблем спортивной тренировки на современном этапе является управление тренировочным процессом в оптимальном режиме нагружения. Необходимость такого подхода вызвана большими индивидуальными и временными вариациями состояния спортсмена, в результате чего использование одного и того же действия, одинаковой тренировочной нагрузки может привести к различной ответной реакции организма, к разному тренировочному эффекту [61].
Эффективность тренировки велосипедистов повышается, если условия работы мышц приближены к реальному и оптимальному согласованию внешней нагрузки с функциональными возможностями организма спортсмена [235]. Проявление же уровня физических качеств (а, следовательно, и биомеханических показателей и характеристик движения) зависит от функциональных систем организма спортсмена [77].
Многие специалисты уделяют особое внимание оптимальной величине нагрузки с учетом индивидуальных особенностей организма спортсмена как основе адаптации и дальнейшего его развития [120; 168; 61; 234; и др.]. Причем наиблагоприятнейшие условия создаются при использовании различных технических устройств адаптивного типа [241].
Само слово "адаптация", широко используемое в современной научно-технической литературе, заимствовано из биологии и довольно точно отражает процессы приспособления разного рода объектов к нуждам человека. Программируемая вычислительная техника является очень благодарным объектом для адаптации, так как легко позволяет реализовать всякого рода изменения в процессе своего функционирования - для этого достаточно ввести соответствующую программу необходимого изменения. Однако программный подход возможен лишь в том случае, когда полностью ясно, как
6 действовать в той или иной ситуации. Но это далеко не всегда возможно достичь, не прибегая к помощи арсенала методов адаптации.
Конечный эффект адаптации - повышение устойчивости, жизнестойкости системы к факторам внешней среды. Адаптация к спортивным нагрузкам сопровождается быстрым нарастанием функциональных резервов организма, поэтому сам тренировочный процесс можно рассматривать как одно из надежных средств раскрытия и повышения резервов адаптации растущего организма.
Одним из биологических показателей степени нагруженности организма спортсмена является его ответная реакция на прикладываемую нагрузку - частота сердечных сокращений. Это обусловлено тем, что показатель ЧСС тесно связан с нейрогуморальными системами организма и является индикатором адаптивных реакций всего организма [13, 163].
У каждого спортсмена есть индивидуальная зона оптимальных значений ЧСС. Тренировки при ЧСС, меньшей нижнего значения зоны, - неэффективны, а при ЧСС, превышающей верхние ее значения, - вредны и опасны для здоровья. Сам спортсмен не всегда может контролировать себя по ЧСС. Поэтому целесообразно в арсенале тренировочного оборудования иметь устройства, обеспечивающие условия работы мышц максимально приближенные к реальному и оптимальному согласованию внешней нагрузки с функциональными возможностями организма спортсмена, таким образом способствующие повышению адаптационных возможностей организма и эффективности управления тренировочным процессом.
Работы в этом направлении начаты И.П. Ратовым и Ю.Т.Черкесовым, а теперь продолжаются их учениками. Отсутствие необходимых доступных и адекватных медико-биологических датчиков, определяющих физическое состояние человека, еще совсем недавно сдерживало практическое внедрение
данных устройств в тренировочный процесс, а, следовательно, и не стимулировало дальнейшее развитие этих технологий.
Однако в доступной нам литературе не выявлено примеров применения в велоспорте тренажеров и устройств, позволяющих тренироваться в адаптивном режиме.
Сказанное выше обусловливает научную проблему, суть которой состоит, с одной стороны, в необходимости учета оптимальной индивидуальной нагрузки организма спортсмена при организации управления тренировочным процессом, и отсутствием, с другой стороны устройств позволяющих автоматически регулировать нагрузку по ответной реакции организма спортсмена.
В рамках этой проблемы разработана тема нашего диссертационного исследования, актуальность которого обеспечивается созданием устройства для тренировки велосипедистов - шоссейников, работающего в адаптивном режиме на основе использования отрицательной обратной связи, и разработкой методики его применения.
Объектом исследования является процесс совершенствования двигательных возможностей велосипедистов - шоссейников.
Предмет исследования - педагогические и биомеханические условия использования искусственной среды с отрицательной обратной связью в процессе совершенствования двигательных возможностей велосипедистов-шоссейников.
Цель: Обосновать эффективность метода управления тренировочным процессом велосипедистов - шоссейников на основе использования отрицательной обратной связи.
Цель настоящего исследования обусловила необходимость решения следующих задач:
Проанализировать существующие средства, методы и технологии управления двигательными действиями велосипедистов - шоссеЙников по ответной реакции организма.
Разработать автоматизированную систему непрерывного управления (регулирования) двигательными действиями велосипедистов-шоссеников по отрицательной обратной связи.
Исследовать особенности изменения физиологических и биомеханических параметров у велосипедистов различной квалификации при тренировке в условиях адаптивной машины управляющего воздействия и традиционных условиях.
Разработать методику тренировки велосипедистов-шоссейников в условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки по отрицательной обратной связи и обоснование эффективность ее применения в тренировочном процессе.
Теоретико-методологическую базу исследования составили научные положения В.М. Зациорского об "автоматическом управлении тренировочным процессом" и "развитии двигательных качеств спортсменов"; учение И.П. Ратова об "искусственно управляющей среде"; концепции Ю.Т. Черкесова о "непрерывном регулировании взаимодействия спортсмена и предметной среды"; В.И. Жукова об "оптимальном характере выполнения силовых и скоростно-силовых упражнений"; В.Б. Коренберга об "основах качественного анализа движений" и В.Г. Свечкарёва об "автоматизированных системах адаптивного воздействия в управлении тренировочным процессом".
В исследовании автор исходит из гипотезы, что применение в тренировочном процессе велосипедистов-шоссейников искусственной среды, позволяющей в адаптивном режиме регулировать физическую нагрузку по заданной оптимальной частоте сердечных сокращений, будет способствовать управлению биомеханическими характеристиками движения.
Научная новизна:
выявлено ошибочное отнесение различными авторами некоторых технических устройств с управляющим или обучающим воздействием к классу адаптивных тренажеров;
разработана, создана и внедрена в практику физического воспитания адаптивная машина управляющего воздействия для велоспорта;
установлены методические возможности применения адаптивной машины управляющего воздействия при регулировании физической нагрузки по отрицательной ответной реакции организма по ЧСС;
исследованы биомеханические и медико-биологические особенности выполнения педалирования в условиях адаптивной машины управляющего воздействия;
обоснована эффективность технологии адаптивного управления физической нагрузкой при выполнении упражнений на основе отрицательной обратной связи.
Практическая значимость. Внедрена в практику подготовки велосипедистов новая современная методика на основе использования адаптивной машины управляющего воздействия, позволяющая управлять нагрузкой и проявлением биомеханических параметров движения в автоматическом режиме на основе отрицательной обратной связи по ЧСС.
Теоретическая значимость. Результаты, полученные в данной работе, углубляют знания в области подготовки велосипедистов-шоссейников различного уровня квалификации и методики адаптивного управления тренировочным процессом на основе использования отрицательной обратной связи по биологическим показателям.
Основные положения, выносимые на защиту:
адаптивная машина управляющего воздействия для велоспорта, позволяющая управлять нагрузкой в автоматическом режиме на основе отрицательной обратной связи по ЧСС;
особенности проявления биомеханических и медико-биологических параметров у велосипедистов - шоссейников различного уровня подготовленности в условиях применения адаптивной машины управляющего воздействия;
методика применения адаптивной машины управляющего воздействия для велоспорта, позволяющая более эффективно тренироваться в межсезонье по сравнению с традиционными методиками.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на кафедре научных основ физической культуры и спорта Кабардино-Балкарского государственного университета, докладывались на Международных и региональных научных конференциях (г. Нальчик - 1999, 2002, г. Майкоп - 2001 и Ставрополь - 2003), опубликованы в ряде изданий различного уровня.
Достоверность результатов исследования обеспечивается достаточным объемом выборки испытуемых, применением методов математической статистики, использованием электронных устройств объективной информации.
На разработанное устройство - «Адаптивная машина управляющего воздействия» получено положительное решение о выдаче патента по заявке № 2004104054 от 19.09.2003 года.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, практических рекомендаций, содержит 4 таблицы, 26 рисунков, список литературы, включающий 271 источников, в том числе 12 - на иностранном языке, и 3 приложения. Общий объем работы -130 страниц компьютерного набора текста.
Контроль тренировочных нагрузок в управлении тренировочным процессом в шоссейном велоспорте
В настоящее время педагогический контроль рассматривается как основной аппарат управления тренировкой [70, 71, 73, 87, 239]. Главные вопросы педагогического контроля, такие как его предмет и цель, виды, методы, средства, а также условия организации достаточно полно освещены усилиями ряда авторов [52, 53, 71, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 80, 171, 172, 173, 218 и др.].
Конкретные рекомендации по организации педагогического контроля в велоспорте, базирующиеся на работах вышеприведенных авторов, разработаны Д. А. Полишуком [36, 176]. Эти рекомендации вытекают из существа предмета педагогического контроля, которым считается содержание тренировочного процесса, оценка и анализ состояния двигательных проявлений, техники и психики спортсмена, тренировочной нагрузки, соревновательной деятельности и достигнутых спортивных результатов [80, 244, 247, 248 и др.]. Основным содержанием педагогического контроля считается оценка состояния двигательной функции, в связи с чем дифференцируется два ее вида: общее состояние двигательной функции и состояние специальной физической подготовленности [75]. Первый вид состояния двигательной функции -общее состояние - оценивается по принципу соответствия или несоответствия норме деятельности основных функциональных систем. Это, как правило, медико-биологический контроль в лабораторных условиях с применением тестовых нагрузок, имеющий целью определение таких биологических характеристик организма, как потребление кислорода и другие энергетические параметры, биохимические параметры крови (лактат, рН, напряжение 02, и СС 2 и др.), электромиографические показатели двигательного акта. Специальная физическая подготовленность, как правило, оценивается в естественных условиях тренировочных занятий путем измерения тех параметров нагрузки, которые максимально адекватны специфике соревновательной деятельности [74].
Объективизация управления тренировкой квалифицированных велосипедистов непосредственно зависит от качества педагогического контроля [36, 176]. Это связано с тем, что тренировочные программы большинства велосипедистов высокого класса по количественным параметрам весьма близки к максимальным значениям объемов тренировочной нагрузки, характерным для сильнейших спортсменов мира [173, 176]. Вместе с тем, дальнейшее увеличение суммарных объемов выполняемой нагрузки, как первое и основное направление, обусловившее прогресс спорта во всем мире, к началу 80-х годов практически исчерпано в циклических видах спорта [173]. В велосипедном спорте на шоссе объем выполненной за год нагрузки у ведущих спортсменов страны достигает 35—40 тыс. км при 500-550 тренировочных занятиях. Понятно, что дальнейшее увеличение этих параметров практически невозможно [36, 173,176].
Наряду с этим, практически исчерпаны резервы прогресса велоспорта, обусловленные другими факторами, широко использовавшимися у нас в стране в прошедшем олимпийском цикле. Имеется в виду централизация подготовки сильнейших велосипедистов, увеличение соревновательной практики, увеличение доли силовой подготовки в общем объеме нагрузки и др. [36, 176]. Ведущие специалисты велоспорта пришли к выводу, что основным резервом на данном этапе является совершенствование методики подготовки. Достижение преимущества в спортивной борьбе на современном этапе при равных количественных параметрах тренировки обеспечивает ее качественная сторона - содержание тренировки, оптимальное сочетание нагрузок различной направленности [36, 176]. Поэтому в современном шоссейном вело 18 спорте контроль тренировочной нагрузки имеет первостепенное значение.
Обобщение ряда исследований [23, 58, 74, 77] позволяет считать, что современная подготовка спортсменов представляет собой специально организованный, управляемый посредством педагогических воздействий процесс, направленный на достижение максимально возможного спортивного результата. Считается, что важным условием подготовки квалифицированных велосипедистов является научно обоснованное управление тренировочным процессом [36, 176]. Указывается, что объективизация процесса управления подготовкой велосипедистов высокой квалификации зависит от полноты контроля [176]. Подчеркивается необходимость использования всех видов контроля, позволяющих объективно оценивать этапное, текущее и оперативное состояния спортсменов [36].
Как видно из вышеизложенного, вопрос о необходимости, роли и месте педагогического контроля в велоспорте достаточно четко разработан на основе общетеоретических сведений о закономерностях спортивной тренировки.
Основная трудность, встречающаяся в процессе контроля, связана со спецификой шоссейного велоспорта, где тренировочный процесс организован непосредственно в движении велосипедистов по трассе на значительные расстояния (современные тренировочные занятия достигают объема до 300 км). Это обстоятельство несущественно для организации этапного контроля, осуществляемого в лабораторных условиях, как это принято в подготовке сильнейших велосипедистов страны по разработанной В. С. Мищенко [142] методике диагностики уровня и структуры специальной подготовленности. При этом применяется блок специализированных тестов с характерной для высококвалифицированного гонщика индивидуальной структурой педалирования, что достигается с помощью сконструированной на основе велоэрго-метра "Монарк" приставки к велосипеду спортсмена [181].
Однако для организации процедур текущего и оперативного контроля специфика шоссейного велоспорта имеет решающее значение. Что касается текущего контроля, то здесь из числа инструментальных методик наиболее распространено использование биохимических критериев переносимости нагрузки. Тем не менее, в практике не всегда удается систематически в течение тренировочного занятия обеспечить контакт испытуемого с исследователем, без ущерба для содержания самого занятия. Приходится осуществлять контрольные замеры до и после проведения занятия, что предполагает определенную приблизительность в оценке данных текущего контроля. Появляется необходимость дополнять объективную информацию субъективными данными о текущем состоянии спортсмена, такими как самочувствие, настроение, желание тренироваться. Используются данные о качестве сна, аппетита спортсмена, измерения пульса, артериального давления. Определенный недостаток этих данных состоит в том, что они получены не в ходе тренировочного занятия и не позволяют оценить реакцию спортсмена на нагрузку во время работы. По-видимому, это является одной из причин того, что текущий контроль в велоспорте является одним из наименее разработанных, относительно этапного и оперативного [36, 176].
Адаптация организма спортсменов к напряженной мышечной деятельности
Принцип адаптации (или принцип Понселе - в технике) является одним из основных общенаучных принципов приспособления живых и неживых систем к изменениям внешних условий и внутренних состояний. Что же касается живых систем, то адаптационные процессы являются одной из наиболее кардинальных функций [127, 133]. И особенно возрастает значимость этих процессов в организме спортсмена, человека, деятельность которого в определенный период его жизни протекает на пределе физиологических и психических возможностей. Поэтому одной из приоритетных задач и ученого, и тренера, и самого спортсмена состоит в том, чтобы выяснить алгоритмы эффективной реализации его физического и психического потенциала для достижения поставленной цели.
В этих условиях особую значимость приобретают сама технология подготовки, возможности объективной количественной оценки функциональных возможностей и подготовленности спортсмена, его индивидуальные особенности и адекватные прогностические модели его деятельности на заданный период подготовки. И в этом аспекте существенную роль играет физиология мышечной деятельности.
Спортивная физиология, как научная дисциплина, использует концептуальные подходы физиологии мышечной деятельности или своей предшественницы — физиологии упражнений, т. е. эта наука является аккумулятором идей перечисленных научных направлений, имеющих достаточно длительный период своего развития. Физиология спорта не представляет собой в этом плане исключения — идеи и теоретические подходы в области спортивной физиологии разрабатывались учеными и специалистами, о которых уже прочно забыли. И очень часто та идея или концепция, которая в данный момент считается новой и оригинальной, интегрирует в своем составе данные предшествующих исследований и знания из других научных дисциплин. В связи с изложенным рассмотрим физиологические концепции, которые лежат в русле нашей работы.
В результате многолетних исследований были определены принципы, которые применимы ко всем видам физической нагрузки. К ним относятся: направленность к высшим достижениям и углубленная специализация, непрерывность тренировочного процесса, волнообразность и вариативность нагрузок, цикличность тренировочного процесса, принцип индивидуальности, единство постепенности увеличения нагрузки и тенденции к максимальным нагрузкам, единство и взаимосвязь ОСД и структуры подготовленности.
Наиболее понятный из перечисленных принципов любому специалисту - принцип индивидуальности. Однако далее деклараций научных работников и тренеров в реальной практике спортивной деятельности он не проявлялся. Хотя любая программа тренировочных нагрузок должна учитывать специфические потребности и способности каждого конкретного спортсмена. Согласно принципу специфичности программа тренировки должна обеспечить адекватную физическую нагрузку функциональных систем, которые имеют приоритетное значение для достижения высоких спортивных результатов.
Вследствие систематической напряженной мышечной деятельности (в процессе тренировки) в каждом виде спорта формируются комплексы приспособительных реакций, которые обеспечивают специфическую функциональную и морфологическую перестройку систем организма. Адаптация, как сложный многоуровневый процесс адекватного приспособления организма человека к изменяющимся условиям [9, 130], в аспекте спортивной деятельности направлена на более полное использование физиологических резервов организма. Эти резервы дают возможность организму многократно увеличивать интенсивность своей деятельности под влиянием внешних воздействий по сравнению с состоянием покоя. Приспособительные изменения, формирующиеся под влиянием многократного воздействия физических упражнений, направлены на расширение функциональных резервов и их более полное исчерпание [60] с учетом объема и интенсивности тренировочных и соревновательных нагрузок, воздействий специфических усилий в характерной рабочей позе, особенностей воздействия температуры и других факторов.
Важнейшим звеном механизма, обеспечивающего индивидуальную адаптацию к физической нагрузке, является взаимосвязь между функцией и генетическим аппаратом. Через эту связь нагрузка приводит к увеличению синтеза нуклеиновых кислот и белков и формированию структурного следа в системах, специфически ответственных за адаптацию организма [130]. Срочный этап адаптации к мышечной деятельности реализуется на основе известных функциональных механизмов (усиление вентиляции, ускорение тока крови, увеличение выброса крови и др.). Долгосрочный эффект развивается на основе многократной реализации срочной адаптации, и постепенно количественные изменения переходят в качественные.
Используемые в современной спортивной тренировке физические нагрузки вызывают специфические для конкретного вида спорта адаптационные реакции, обусловленные особенностями деятельности различных органов и систем [169]. Специфичность реакции адаптации к заданным нагрузкам выражается в том, что отдельные органы, относящиеся к различным анатомическим структурам, объединяются в функциональный единый механизм, деятельность которого и составляет основу для формирования срочных и долговременных адаптационных реакций.
Специфичность реакций адаптации, как срочных, так и долговременных, достаточно ярко проявляется при выполнении спортсменами работы, характеризующейся одной и той же преимущественной направленностью, интенсивностью, продолжительностью, однако имеющей различный характер упражнений.
Спортсмены при выполнении специфической работы проявляют значительно более высокие функциональные возможности по сравнению с выполнением неспецифической работы [265], что наиболее ярко демонстрирует пример тестирования работоспособности велосипедистов на велоэргометре и тредбане. Аналогичные результаты были получены и на материале плавания, легкой атлетики и других видов, где установлена строгая специфичность адаптации к тренировочным нагрузкам. Так, например, увеличение или снижение у спортсменов уровня МІЖ, связанного с изменением уровня подготовленности, проявляется только при тестировании на материале плавательных нагрузок, а при использовании тредбана результаты тестирования у пловцов изменяются незначительно. Под влиянием постепенно повышающегося объема и интенсивности нагрузок происходит перестройка функциональный систем, обеспечивающих спортивную деятельность. Результатом такой перестройки становится усиление нервногуморальных и обменных процессов. Основным условием сохранения гомеостаза при возрастающих нагрузках является требование соразмерности возникающих адаптационных сдвигов и пределов резервных возможностей. Таким образом, процесс адаптации направлен как на сохранение гомеостаза покоя, так и на расширение границ использования резервных возможностей с переводом механизмов регуляции на новый функциональный уровень [20, 208].
Спортивная тренировка является важным фактором, отдаляющим состояние утомления. В процессе спортивной тренировки происходит экономи-зация основных функций организма, снижается кислородная стоимость работы, повышается коэффициент полезного действия, экономнее функционируют дыхательная и сердечно-сосудистая системы, совершенствуются адаптационные механизмы. Тренированный организм отличается от нетренированного не только величиной функциональных резервов, но и умением достаточно быстро включать их в действие, обеспечивая должную координацию между ними [1, 85,252].
Конструктивные особенности и принцип работы адаптивной машины управляющего воздействия для тренировки велосипедистов
Адаптация к спортивным нагрузкам сопровождается быстрым нарастанием функциональных резервов организма (сердечно-сосудистой, дыхательной, энергетической и др. систем), поэтому сам тренировочный процесс можно рассматривать как одно из надежных средств раскрытия и повышения резервов организма.
Компьютеризованные тренажерные устройства и комплексы наилучшим образом способствуют адаптации и повышению эффективности тренировочного процесса, так как с их применением условия работы мышц максимально приближены к оптимальному согласованию внешней нагрузки с функциональными возможностями организма спортсмена [230, 191].
При этом более эффективными являются устройства с отрицательной обратной связью. В биологии - отрицательная обратная связь это метод сиюминутного исследования физиологических функций организма с помощью научного оборудования по ответной реакции организма [156]. В теории автоматического регулирования и управления - обратной связью называется цепь передачи воздействий с выхода звена на ее вход. Обратная связь бывает отрицательной и положительной. При отрицательной обратной связи воздействие, поступающее на вход прямой цепи, равно разности воздействий входного сигнала и сигнала обратной связи, а при положительной обратной связи их сумме [72].
Применение датчиков, позволяющих регистрировать динамику функционального состояния организма спортсмена, а также датчиков условного перемещения позволяет решить технические проблемы создания адаптивного компьютеризованного велотренажерного устройства (см. рис.14).
В НИЛ "Биотехника" кафедры научных основ физической культуры и спорта КБГУ разработано и апробировано в тренировочном процессе велосипедистов устройство, отвечающее требованиям, предъявляемым к компьютеризированным тренажерам адаптивного воздействия. В соответствии с основным принципом своего действия устройство получило название «Адаптивная машина управляющего воздействия» (АМУВ).
Устройство включает в себя (рис. 10): раму 1 для закрепления велосипеда 2, состоящую из узла крепления вилки переднего колеса 3 и узла фиксированной опоры 4 заднего колеса 5 велосипеда 2. При этом заднее колесо 5 фрикционно связано с роликом 6 (рис. 13), размещенным на оси 7, установленной на раме 1. На оси 7 с одной стороны от ролика 6 находится крыльчатка вентилятора 8 (рис. 11), а на другой стороне от ролика 6 - ступенчато изменяемая нагрузка. Она создается с помощью постоянного магнита 9 (рис. 12), надвигаемого ступенчато на вращающийся вместе с колесом 5 медный диск 10. Имеется датчик 11 условного перемещения велосипеда 2, выходной сигнал которого привязан к вращению указанного ролика 6 . Динамическая нагрузка создается с помощью и благодаря взаимодействию вихревых токов, наводимых во вращающемся металлическом (медном) диске 10 регулирующей обмоткой 12. Она намотана на сердечник маг-нитопровода 13, охватывающего часть поверхности упомянутого диска 10 и подключенного через первый усилитель 14 (рис. 10) и первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 15 к системному блоку 16 персонального компьютера (ПК) с дисплеем 17 и клавиатурой 18. Обмотка возбуждения электродвигателя 19 через второй усилитель 20 и второй ЦАП 21 подключена к системному блоку 16.
Датчик измерения ЧСС 22, измерительный щуп которого, надеваемый на велосипедиста во время тренировки, и упомянутый датчик 11 условного перемещения велосипеда 2 подсоединены к системному блоку 16 через первый 24 и второй 25 АЦП, соответственно. При этом ось электрического двигателя 19 механически (в данном случае - фрикционно) связана с задним колесом 5 велосипеда 2. Все узлы и датчики, которым для работы необходимо электрическое питание, подключены к источнику питания 27.
Нагрузка на педали меняется в зависимости от текущего "положения" ЧСС спортсмена Pi относительно заданного коридора [Р нижнего, Р верхнего]. При выходе ЧСС за пределы нижнего уровня заданного коридора программа управления по гиперболе повышает напряжение, подаваемое через первый ЦАП 15 и усилитель 14 на регулирующую обмотку 12, увеличивая нагрузку до тех пор, пока ЧСС спортсмена не достигнет заданного коридора:
Нагрузка может меняться также в зависимости от характера трассы. При "подъеме в гору " программа управления формирует сигнал, преобразующий первым ЦАП 15 электрическое напряжение U, усиливаемое первым усилителем 14 и подаваемое на регулирующую обмотку 12. Нагрузка на педали увеличивается. При "спуске с горы", наоборот, программа управления формирует сигнал на первый ЦАП 15, уменьшая нагрузку, и сигнал на второй ЦАП 21, преобразуемый в напряжение, усиливаемое вторым усилителем 20 и подаваемое на обмотку возбуждения электродвигателя 19, тем самым еще больше помогает спортсмену.
Функциональные возможности устройства могут быть расширены, если в его программном обеспечении будет предусмотрен показ на дисплее персонального компьютера всей "трассы" или части ее, отснятых видеокамерой. К обработке "трассы" для формирования сигнала по "пути" добавляется формирование сигнала на "показ".
Данное устройство позволяет расширить функциональные возможности организма и повысить эффективность тренировки спортсменов благодаря непрерывному отслеживанию ответной реакции организма велосипедиста во время выполнения упражнения и плавному автоматическому регулированию нагрузки в соответствии с изменяющимися параметрами регистрируемых характеристик. Такой подход исключает возможность перетренировки и создает благоприятные условия для протекания процесса адаптации.
Возможность регистрировать биомеханические параметры движения и по ходу тренировки корректировать их по ответной реакции организма на нагрузку - важнейшее условие оптимизации управления тренировочным процессом и повышения мастерства спортсмена при сохранении его здоровья.
Эффективность применения методики тренировки велосипедистов-шоссейников в условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки по ответной реакции организма
Эффективность предлагаемой нами методики тренировки велосипеди-стов-шоссейников определялась при сравнении времени восстановления после нагрузки и пройденного расстояния, зарегистрированным на первом и последнем занятиях при выполнении тестового задания - езда на велостанке в течение 30 минут.
Сравнительный анализ результатов тестирования, проведенного по окончании педагогического эксперимента, представлен в таблице 4. Из таблицы видно, что в обеих группах произошло достоверное улучшение результатов регистрируемых характеристик движения.
В экспериментальной группе, которая тренировалась в условиях АМУВ, позволяющей регулировать сопротивление по ответной реакции организма, время восстановления достоверно меньше (64,21 ±1,03 с) по сравнению с контрольной группой (85,74 ±1,13 с).
Расстояние, пройденное спортсменами за 30 мин. в условиях вело-станка, в экспериментальной группе (19,15 ±1,78 км) достоверно больше, чем в контрольной (17,02 ±0,82 км). Полученное достоверное различие параметров исследуемых характеристик свидетельствует об эффективности предлагаемой нами методики тренировки велосипедистов низкого уровня спортивного мастерства.
Неуклонное повышение уровня спортивных достижений вызывает необходимость поиска новых, более эффективных путей спортивной подготовки, требует еще более пристального внимания к возможностям оптимизации нагрузок, к текущему состоянию организма спортсменов, так как добиваться необходимых положительных сдвигов в подготовке спортсменов общепринятыми средствами становится все труднее. И связывают это со значительным увеличением объемов и интенсивности тренировочных нагрузок, которые входят в противоречие с адаптационными возможностями организма спортсмена и отрицательно сказываются на эффективности процесса специальной физической и технической подготовки [171; 175].
Одним из наиболее перспективных направлений в решении этих проблем является использование методов повышения эффективности тренировочных занятий, основанных на применении разнообразных технических средств [195; 196; 198; 184; 251; 65; 236; и др.]. Применение тренажерных устройств в спорте позволяет создать недостижимые в естественных условиях режимы выполнения упражнений или их основных элементов. Причем особенно перспективными становятся тренажеры с управлением по обратной связи. Конструктивные особенности таких тренажеров предполагают использовать автоматизированную систему управления нагрузкой по ответной реакции организма спортсмена, что позволяет оптимизировать проявление функций вегетативных систем и работу опорно-двигательного аппарата. Анализ и обобщение данных научной и научно-методической литературы выявили ряд достоинств и недостатков, присущих современным тех 80 ническим устройствам, применяемым в циклических видах спорта, в том числе велосипедный спорт. К основным достоинствам относятся: ? хорошая срочная информативность о различных биомеханических и медико-биологических параметрах; ? высокая точность измерения; ? небольшие размеры устройств и тенденция их дальнейшего уменьшения; ? простота и удобства использования; ? возможность хранения и обработки информации в памяти устройства, а также возможность ее передачи для создания баз данных в персональном компьютере; ? ряд различных удобств, зависящих от специализации и конструктивных особенностей устройств.
Основным недостатком является невозможность работы этих устройств в «адаптивном режиме», за исключением МАВ для циклических упражнений [124, 125, 202, 203, 240]. Выявлено, что некоторые авторы относят свои технические устройства с управляющим или обучающим воздействием к классу адаптивных тренажеров [56, 242]. При этом ряд авторов, используя термин «адаптивный», вкладывают в него различный смысл, что вызывает определенные затруднения при характеристике устройств как адаптивных. Так, например, тренажеры для инвалидов (а таких сейчас много) называются адаптивными по аналогии с адаптивной физической культурой (физическая культура для инвалидов), что не совсем верно.
Мы, со своей стороны, предлагаем определение для адаптивных тренажеров, основанное на понятийном аппарате, принятом в технике. Тренажер называется адаптивным, если он использует знания свойств объекта управления в целях улучшения (повышения) качества управления объектом.
Данное выдвинутое нами определение ни в коей мере не является заключительным, а выносится на открытое обсуждение специалистов для принятия единого мнения. По нашему мнению, тренажеры адаптивного типа (или машины адаптивного воздействия, как предлагают их называть Ю.Т. Черкесов, Т.Ю Черкесов и В.Г. Свечкарёв) имеют огромный потенциал воздействия при применении их в физической культуре, спорте, а также при проведении реабилитационных и оздоровительных занятий.
Разработанный нами на базе велосимулятора (Cateye SC-1000 производство Японии) компьютеризованный велотренажёрный комплекс с биологической отрицательной обратной связью позволяет сделать ещё один шаг в решении указанной проблемы. В указанной разработке использованы новые решения (подана заявка на патент № 2004104054 от 19.09.2003 года), позволившие создать устройство с полной автоматизированной системой управления по ЧСС спортсмена, в котором используется непрерывное, бездискретное регулирование нагрузки. В автоматической системе управления (АСУ) тренером может быть задана любая ЧСС, а при необходимости -различная и на разных отрезках пути. Индивидуально задается и время работы на АМУВ. При этом спортсмен получает всю необходимую информацию, обрабатываемую персональным компьютером, на экране дисплея компьютера. Все данные сохраняются в базе данных для статистической обработки и дальнейшего анализа. При создании достаточной базы данных за продолжительный отрезок времени и подключении специализированных программ возможна выдача АСУ тренеру (спортсмену) рекомендаций по корректировке тренировочного процесса.
