Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методологические основы проблемы технической подготовки 16
1.1. Основные философские положения 16
1.2. Физиологические механизмы координации - согласованности двигательной деятельности 18
1.3. Биомеханические основы технической подготовки спортсмена
1.3.1. Система движений в гимнастике 23
1.3.2. Система движений в безопорной фазе и в прыжках в воду 25
1.4. Геометрия масс тела человека 25
1.4.1. Размеры тела спортсмена 26
1.4.2. Объем, вес и локализация центра тяжести звеньев 28
1.4.3. Центр масс тела человека 39
1.4.4. Моменты инерции тела человека, его верхних и нижних конечностей 45
Выводы по главе 1 56
ГЛАВА 2. Задачи, методы и организация исследования.. 58
2.1. Задачи исследования 58
2.2. Методы и организация исследования
2.2.1. Педагогические эксперименты 61
2.2.2. Педагогические наблюдения 63
2.2.3. Киносъемка 63
2.2.4. Видеосъемка 63
2.2.5. Биомеханический анализ кино и видеограмм 64
2.2.6. Метод определения высоты подскока и времени полета 64
2.2.7. Метод определения линейных перемещений звеньев тела 64
2.2.8. Тензометрический метод з
2.2.9. Метод определения временных характеристик основных фаз
опорных прыжков 65
2.2.10. Метод определения упругости трамплина 67
2.2.11. Метод определения упругости мышц ног 68
2.2.12. Методика определения центра масс тела человека 69
2.2.13. Метод определения статического момента рук, ног и туловища.. 72
2.2.14. Метод определения проекции центра масс тела спортсмена по продольной оси относительно плеч с учетом угла сгибания плечевых и тазобедренных суставов 74
2.2.15. Метод определения кратчайшего расстояния до центра масс тела спортсмена от точки плечевого сустава (в плоскости рисунка) 76
2.2.16. Метод определения проекции центра масс тела спортсмена относительно кистей в плоскости рисунка (в зависимости от угла в плечевых и тазобедренных суставах) 77
2.2.17. Метод определения частот свободных колебаний рук и ног 78
2.2.18. Метод определения реакций связей, вызванных силами инерции в большом обороте на перекладине 79
2.2.19. Метод определения начального момента вращения тела спортсмена в прыжках в воду 82
2.2.20. Метод экспериментального определения осевых моментов инерции тела 82
2.2.21. Метод определения и оптимизации индивидуальных характеристик техники прыжков в воду 89
2.2.22. Метод математического анализа 98
2.2.23. Метод математической статистики 98
ГЛАВА 3. Оптимизация техники спортивного упражнения с заданной кинематикой 100
3.1. Ведущие факторы ритма и их организация в маховых гимнастических упражнениях 100
3.2. Смена ведущего звена тела 107
3.3. Кинематический анализ движений спортсмена 109
3.4. Согласование движений ведущего звена тела с движениями опоры постоянной упругости 112
3.5. Ведущие факторы ритма и их организация при отталкивании спортсмена от жесткой опоры в прыжках с места вверх
3.6. Ведущие факторы ритма и их организация в акробатических прыжках 115
3.7. Выбор средств и методов обучения отталкиванию в прыжках в воду с вышки 118
3.8. Выбор средств и методов обучения отталкиванию в прыжках в воду с трамплина 124
3.9. Педагогический эксперимент по оптимизации техники прыжков в воду с трамплина 135
3.10. Концепция оптимизации техники спортивного упражнений с
заданной кинематикой 142
Выводы по главе 3 145
ГЛАВА 4. Опытное определение геометрии масс тела спортсмена и характеристик его техники 147
4.1. Особенности распределение массы тела спортсмена 148
4.1.1. Результаты определения центра масс тела спортсмена 148
4.1.2. Статические моменты звеньев тела спортсмена 150
4.1.3. Результаты определения осевого момента инерции рук и ног спортсменов 151
4.1.4. Результаты определения моментов инерции, левых и правых конечностей 153
4.1.5. Результаты определения асимметрии распределения масс звеньев-тела спортсмена 154 4.1.6. Результаты определения момента инерции тела спортсмена относительно центральных осей 157
4.1.7. Результаты определения момента инерции тела спортсмена при различном положении рук 161
4.1.8. Определение момента инерции тела при различных позах спортсмена 163
4.1.9. Взаимосвязь между весом, ростом и осевыми моментами инерции
звеньев тела человека 163
4.2. Способы определения биомеханических характеристик техники с
учетом распределения масс тела спортсмена 165
4.2.1. Частота свободных колебаний рук и ног 166
4.2.2. Реакции связи, вызванные силами инерции при выполнении большого оборота назад на перекладине 171
4.2.3. Начальный момент вращения тела спортсмена в прыжках в воду
Выводы по главе 4 182
ГЛАВА 5. Особенности совершенствования техники и организации контроля при применении в тренировочном процессе реальных и оптимизированных ее характеристик 183
5.1. Особенности совершенствования техники при применении в тренировочном процессе реальных и оптимизированных ее характеристик 183
5.1.1. Реальные и оптимизированные индивидуальные характеристики техники опорных прыжков 184
5.1.2. Оценка уровня совершенствования индивидуального технического мастерства спортсменов в опорных прыжках 188
5.1.3. Операции совершенствования технического мастерства спортсменов в опорных прыжках 198
5.1.3.1. Педагогический эксперимент 202
5.2. Особенности организации контроля при применении в тренировочном процессе реальных и оптимизированных характеристик техники 207
5.2. 1. Структура прыжков в воду, объективные характеристики техники и возможные ее нарушения 208
5.2.2. Реальные индивидуальные характеристики техники прыжка в воду 214
5.3. Особенности изменения характеристик техники прыжков в воду в зависимости от различных факторов 216
5.4. Характеристики технической подготовленности спортсменов в прыжках в воду первого класса (прыжки 107,105) 218
5.5. Особенности организации индивидуального контроля в процессе технической подготовки прыгунов в воду
5.5.1. Структурные особенности техника выполнения В. Ильиной прыжка 305В 222
5.5.2. Реальные и оптимальные биомеханические характеристики техники прыжка 305В в исполнении В. Ильиной 228
Выводы по главе 5 232
ГЛАВА 6. Основные положения концепции оптимизации технической подготовки в видах спорта с заданной кинематикой 236
6.1. Предпосылки к обоснованию концепции 236
6.2. Средства управления процессом технической подготовки 240
6.3. Технология и алгоритм управления процессом технической подготовки 240
6.4. Особенности алгоритма управления процессом технической подготовки
6.4.1. Цель - техника прыжков в воду 241
6.4.2. Объект управления - спортсмен 242
6.4.3. Управляющая система - тренер 245
6.4.4. Реализация цели - выполнение упражнения 245
6.4.5. Оценка реализации цели объектом управления - контроль
6.5. Опытное определение геометрии масс тела спортсмена 249
6.6. Формулировка концепции 249
Выводы 251
Библиографический список использованной
Литературы
- Система движений в гимнастике
- Видеосъемка
- Смена ведущего звена тела
- Технология и алгоритм управления процессом технической подготовки
Система движений в гимнастике
Геометрию масс тела человека принято рассматривать как основу для оценки эффективности спортивной техники. Однако методы ее определения несовершенны, а имеющиеся данные недостаточны для количественной оценки движений человека. Основными показателями, характеризующими распределение масс тела человека, принято считать следующие: размеры, вес, объем, центр тяжести и центр масс, момент инерции, статический момент.
В научно-методической литературе имеется большое количество данных по формам и размерам телосложения мужчин и женщин, спортсменов и не спортсменов [34, 62, 63, 67, 450, 508,511].
По данным ряда авторов [101, 293, 442, 477, 406, 490, 128, 78, 64] морфологическая структура спортсмена формируется специфично виду спорта.
А.Н. Строкина [293] определила, что легкоатлеты-спринтеры, при сравнении их со стайерами, имеют большую длину тела, больший вес и длиннее нижние конечности.
Для пловцов [442, 490, 293] характерны длинные ноги, короткие руки и туловище, узкий таз, широкие плечи.
Тяжелоатлеты характеризуются малой длинной тела, длинным туловищем, короткими ногами и руками [63, 64].
В литературе, однако, имеются данные, свидетельствующие о том, что в зависимости от специфики спортивной и трудовой деятельности изменяются некоторые параметры, характеризующие строение тела человека. В частности, М.Ф. Иваницким [150] обнаружены изменения в строении упражняющейся руки у спортсменов, имеющих достаточный стаж занятий фехтованием, теннисом, метанием копья и толканием ядра. Установлено также, что у прыгунов в высоту и длину бедренная кость "толчковой ноги" в поперечнике превышает ту же кость другой ноги на 0,5 см. М.Г. Привес [233] наблюдал за работой изолировщицы. В течение 3-х лет у нее отмечалась прогрессирующая рабочая гипертрофия пястных костей, обусловленная характерной для этой профессии физической нагрузкой на кости. Когда же эта изолировщица перешла на работу кладовщицей, то через 4 года на рентгеновских снимках было отмечено уменьшение ширины диафиза и ширины компактного вещества пястных костей, т.е. наблюдалось как бы "обратное развитие" рабочей гипертрофии. Такие же изменения были обнаружены автором в трубчатых костях кисти грузчиков, переставших выполнять тяжелую физическую работу.
Исследованиями Martin R. [483] установлено, что у обычного человека, не занимающегося спортом, одна рука может быть длиннее другой от нескольких миллиметров до двух сантиметров. Чаще всего встречается длиннее правая рука и левая нога. По обхвату также, чаще всего правое плечо больше левого, а левая голень больше правой.
Причины асимметричного развития конечностей у человека до сих пор не ясны, хотя и имеется большое количество гипотез [483].
Martin R. [483] и Wolanski N. [527, 528] считают, что асимметрия конечностей у человека является врожденной и усиливается с годами под влиянием физической нагрузки.
Каким же образом влияет физическая подготовка спортсменов на асимметрию их конечностей?
Чтобы ответить на этот вопрос О.Ф. Гринчук [99] исследовал конечности у футболистов, борцов и волейболистов. Он обнаружил, что у этих групп спортсменов имеется тенденция к характерной для человека перекрестной асимметрии конечностей с преобладанием размеров правой руки и левой ноги. Однако в некоторых случаях наблюдались отклонения от этой тенденции. У борцов не обнаружена асимметрия в отношении длины ног и обхвата голеней, у футболистов правая голень по обхвату была несколько больше левой, тогда как у не спортсменов обхваты голеней имели обратное отношение. Сравнивая спортивные группы между собой, автор обнаружил, что асимметрия в отношении длины рук и ног всего сильнее выражена у волейболистов, а всего слабее у футболистов.
Асимметрия в обхвате бедер сильнее выражена у волейболистов, нежели у борцов. По силе кисти правая рука больше всего превосходит левую у футболистов; и меньше всего - у борцов.
Таким образом, из данного анализа литературных источников видно, что в строении тела человека имеется морфологическая и динамическая асимметрия, которая изменяется под влиянием специфики его трудовой и спортивной деятельности. Иными словами, в процессе многолетних занятий физическими упражнениями может изменяться морфологическая и динамическая асимметрия. Поэтому необходимо вести постоянный контроль за ней и, в случае необходимости, вносить соответствующие корректировки в индивидуальную техническую подготовку спортсмена.
Стремление наилучшим образом определить детерминации взаимосвязей между частями тела человека привело к идее использовать для этих целей методы измерения объемов.
Суть этих методов в том, что по количеству вытесненной жидкости (в основном воды) определяется объем конечностей и всего тела. Удельный вес измеряемого тела рассчитывается по хорошо известной формуле D=P/V (1), где D - удельный вес тела, Р - его вес, V - объем. Принято считать, что приоритет в использовании этого метода принадлежит Harless Е. [472,465].
Результаты своих исследований он опубликовал в двух статьях, одну - в "Пластической анатомии" в 1858 году[472], другую под названием. "Статические моменты конечностей человеческого тела" [465].
Исследования были проведены на трупах: пять - мужских и три -женских.
Из таблицы (Таблица 1) видно, что удельный вес сегментов тела различен как у мужчин, так и у женщин. Кроме этого, один и тот же сегмент тела у мужчины и женщины имеет различный удельный вес. Например, стопа у мужчин имеет удельный вес 1,0893 г/см3, у женщины -1,1006 г/см3.
Видеосъемка
Педагогические эксперименты Первый естественный педагогический эксперимент состоял в выявлении оптимальных характеристик техники опорных прыжков для конкретного спортсмена. В связи с этим, во всех попытках исполнения опорного прыжка у каждого спортсмена замерялись скорость разбега (за 1 м до мостика), время опоры на мостике, время опоры на коне, высота полета до коня, угол замаха, время опоры руками о коня, высота, дальность и время полета за конем, а также ставилась экспертная оценка. Оптимальные значения характеристик техники за конкретный прыжок определялись с учетом тенденций повышения оценки за прыжок и изменения регистрируемых характеристик техники.
Второй естественный педагогический эксперимент. Суть педагогического эксперимента в том, что в каждой попытке спортсмен должен был выполнить опорный прыжок, стремясь достигнуть оптимальных значений, регистрируемых характеристик техники.
Эффективность совершенствования техники и ее надежность определялась с помощью коэффициентов " совершенствования" и "надежности". Педагогический эксперимент проводился в течение 40 дней ежедневно (июнь-август 1972 г. в г.г. Сухуми и Минске) в период подготовки гимнастов к XX Олимпийским играм.
Кроме того, был использован массовый материал, полученный на соревнованиях на Кубок СССР по спортивной гимнастике (июль 1972 г., Москва).
Всего получено 40000 значений. Весь материал обработан статистически с привлечением средств математического анализа.
Третий естественный педагогический эксперимент. В задачу эксперимента входило определение способности гимнастов различного уровня подготовленности к управлению своими действиями по специальной программе. В каждой попытке необходимо было следить сразу за двумя факторами: скоростью разбега и временем опоры руками о коня. Спортсмены должны были выполнить прыжок с отклонением от показателей среднего уровня их технической подготовленности, либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения. При этом необходимо было изменять значения параметров на строго определенную величину.
Всего в экспериментах приняло участие свыше 50 спортсменов различного уровня квалификации.
Четвертый естественный педагогический эксперимент проводился на модели прыжков в воду. Суть его в том, что тренерам сборной команды России было предложено в процессе технической подготовки руководствоваться, разработанными нами методическими рекомендациями и, в том числе, выбирать средства и методы технической подготовки, исходя из принципа амплитудно-временных согласований движений в прыжках в воду. Исследования проводились с 1991 года и по 2000 г. включительно. В исследовании приняли участие ведущие тренеры сборной команды России (Постников М.В., Коряк Т.А., Пахалин В.В., и др.) и их ученики. Всего приняло участие 150 спортсменов высшей квалификации. Результаты - значительное повышение уровня технической подготовленности спортсменов, о чем свидетельствуют завоеван ые спортсменами России впервые титулов Чемпионов Европы, Мира и Олимпийских Игр.
Они проводились в процессе тренировочных занятий и педагогического эксперимента. В их задачу входило визуальное определение качества выполнения упражнения, анализ ошибок и причин их возникновения. Всего было проанализировано 5000 прыжков в воду.
Она проводилась со скоростью 24, 32 и 96 кадров в секунду. Всего было отснято около 500 упражнений (в некоторых случаях одинаковых), исполненных ведущими спортсменами мира, мастерами спорта и перворазрядниками. Предельная абсолютная ошибка привода аппарата составляла 0,0008 с, относительная ошибка - 1,9%, случайная ошибка -5%.
При обработке киноматериала определялось положение звеньев тела относительно вертикальной линии, в одних случаях, на каждом кадре, в других - в определенных позах. Погрешность расчетов определялась путем многократных измерений одних и тех же кадров и поз. Результаты расчета степени погрешности таковы: среднее квадратическое отклонение от средней величины 0,7 , максимальное - 5,4, минимальное - 0,4.
Она проводилась в период с 1992 года и по настоящее время. Отсняты все финальные соревнования чемпионатов и Кубков России, серия «Гран-при», Олимпийские Игры, Чемпионаты Европы и Мира. Получена видеоинформация обо всех сильнейших спортсменах Мира, Европы и России. Всего отснято и обработано свыше 16000 прыжков в воду. Условия съемки были во всех случаях стандартные: видеокамера располагалась на уровне платформы или трамплина; увеличение в кадре видеоискателя было до двух кратной высоты спортсмена, видеокамера располагалась на расстоянии 15-20 м.
Материалы видео и кино съемок обрабатывались следующим образом: в каждом прыжке выделялись все кадры и на каждом кадре измерялись углы расположения звеньев тела относительно вертикали опущенной из соответствующих точек звеньев тела. Всего, таким образом, произведено измерений свыше 2000000 на 800000 кадрах. Были получены следующие биомеханические характеристики: временные, амплитудные и угловые перемещения звеньев тела и всего тела спортсмена.
Он основан на использовании контактной платформы и высокоточного секундомера. Замерялось время размыкания контактов в период полета в прыжках с места вверх. Всего было обследовано около 500 спортсменов. Таким же образом осуществлялось измерение длительности замыкания контактов, т.е. времени опорного периода этих же спортсменов после спрыгивания на контактную платформу.
Смена ведущего звена тела
Принято считать, что совершенствование техники спортивного упражнения должно осуществляться через главные двигательные действия или, как их еще называют, через ведущие элементы координации с учетом взаимосвязи всех элементов структуры изучаемого движения.
По мнению В. М. Дьячкова, проблема ведущих параметров, фаз и элементов координации и их отражения в ритме двигательного акта -центральная в теории и практике совершенствования технического мастерства спортсменов в плане построения моделей будущего. Пути ее решения рассмотрим на модели маховых гимнастических упражнений.
Известно, что основным условием для выполнения махового гимнастического упражнения является мах. В тех случаях, когда упражнение выполняется в комбинации, мах является логическим продолжением его и каждое последующее упражнение строится на основе использования этого маха. Особенности выполнения маха в начале комбинации заключаются в следующем.
С точки зрения теории колебаний, мах может быть представлен как колебание тела спортсмена относительно оси вращения (опорной части снаряда). Поэтому вполне очевидно, что для того, чтобы начать колебание, необходим начальный импульс. Одним из способов, с помощью которого спортсмен обеспечивает начальный импульс, является запрыгивание в вис или упор под некоторым углом к опорной части снаряда. Например, гимнаст запрыгивает в вис на перекладину, находясь не точно под грифом ее, а на некотором расстоянии. В этом случае в момент хвата тело спортсмена будет выведено из положения равновесия.
По условиям соревнований или в силу особенностей комбинации очень часто спортсмены начинают упражнение из статического положения, например, из виса или упора. В качестве начального импульса в этом случае используются колебательные движения ног как ведущего фактора, обеспечивающего условия для колебания всего тела. Обычно спортсмен, находясь в висе, посылает ноги вперед, а туловище его отклоняется назад; затем маховым движением он опускает ноги и отводит их назад. К моменту окончания движения ног кинетическая энергия, которой они обладают, перераспределяется на все тело. Этого импульса достаточно для того, чтобы вывести тело из положения равновесия..
В упражнениях на брусьях спортсмен, находясь в упоре на руках, выводит тело из положения равновесия также за счет движения ног вперед. Однако в силу специфических условий, он одновременно фиксирует плечи, обеспечивая, таким образом, условия для колебания всего тела относительно оси плеч.
На кольцах спортсмен выводит тело из равновесия так же, как и на перекладине. Действия гимнаста обычно приводят к тому, что кольца отклоняются относительно оси подвеса в одну сторону, а гимнаст - в другую, противоположную. При этом центр масс тела перемещается по вертикали только вверх.
Таким образом, ведущим фактором, обеспечивающим начальный импульс колебательного движения на перекладине, кольцах и брусьях, являются движения ног.
Действия спортсмена, направленные на создание начального импульса для колебания всего тела, приводят обычно к очень малым колебаниям. А спортсмену необходимо иметь большую амплитуду движений, обеспечивающую выполнение махового упражнения. Суть явления состоит в том, что на фоне основного колебательного движения маятника изменяются такие его параметры, как расстояние центра масс до оси вращения и период колебания. Примером использования эффекта параметрического резонанса может служить раскачивание на качелях. В определенные моменты человек приседает, отдаляя общий центр тяжести от оси вращения, и встает, приближая общий центр тяжести к оси вращения. Однако чтобы проявился параметрический эффект необходимо строгое соответствие частоты перемещения центра масс относительно оси вращения частоте колебания. Например, параметрический эффект может наступить при условии, если длина маятника (L) изменяется по отношению к частоте его колебания (Р), как: L/P=l/2;l;3/2;2.
Это значит, что за полный период колебания маятника (отклонение его в одну сторону и возвращение в исходное положение) центр масс должен минимум сместиться только в одном направлении (например, к оси вращения). В данном случае отношение частот будет L/P=l/2. Отсюда видно, что приближение и отдаление центра масс тела спортсмена должно быть осуществлено с учетом периода колебания всего тела. Только в этом случае может наступить параметрический резонанс.
Технология и алгоритм управления процессом технической подготовки
Техникой физического упражнения принято называть те способы выполнения двигательных действий (их организацию), с помощью которых двигательная задача решается целесообразно, с относительно большой эффективностью [301].
В данной работе «техника» рассматривается как совокупность двигательных действий, объединенных устремленностью на единую цель.
Под оптимизацией техники понимается процесс нахождения или выбора наилучшего, оптимального варианта из множества вариантов способов выполнения конкретного двигательного действия, конкретным спортсменом.
В современной науке понятие структура обычно соотносится с понятиями системы и организации. Хотя единой точки зрения на соотношение этих понятий нет, однако в большинстве случаев, в качестве наиболее распространенного из них, рассматривается понятие системы, характеризующее все множество проявлений некоторого сложного объекта (его элементы, строения, связи, функции и т.д.). Структура выражает лишь то, что остается устойчивым и относительно неизменным при различных преобразованиях системы; организация же включает в себя как структурные, так и динамические характеристики системы, обеспечивающие ее направленное функционирование (Б.С.Э., 1977. - Изд. 3.- Т.24.1.-С.598).
. Для совершенства системы движений, существенно не только из каких движений она состоит (состав системы), но и как организована из них целостная система, как все элементы объединены. Спортивные действия в биомеханике изучаются как система движений, которой управляет спортсмен.
Структура системы движений - это наиболее сложившиеся и определяющие закономерности взаимодействия ее элементов (подсистема).
Двигательная структура - это закономерности взаимосвязи движений в пространстве и во времени (кинематическая структура), а также силовых и энергетических взаимодействий (динамическая структура) в системе движений.
Прыжки в воду и спортивная гимнастика относятся к сложным координационным структурам, в которых необходимо учитывать. взаимодействия звеньев тела друг с другом и с опорой, в том числе с упругой опорой, например, с трамплином, а в синхронных прыжках и взаимодействие спортсменов. Поэтому важно изначально сформировать у спортсменов не только структуру, но и ритм заданной программы движений основанный на резонансном согласовании соподчиненных движений звеньев тела и всего тела спортсмена в целом, и с движениями трамплина, а также на взаимно согласованных движениях спортсменов в синхронных прыжках.
Оптимальная техника маховых гимнастических упражнений и прыжков в воду характеризуется амплитудно-временным согласованием движений. Принцип амплитудно-временного согласования движений состоит в том, что движения спортсмена в целом, движения звеньев его тела и упругого снаряда рассматриваются как колебательные движения многозвенного маятника на упругой опоре. В маховых гимнастических упражнениях любые изменения основного колебательного движения всего тела в силу особенностей многозвенного маятника органически связаны с ускоренным движением ног. С него начинается выполнение технической основы, и перемещение ног приобретает ведущее значение в структурной и временной организации выполнения упражнения. Ведущая роль ног в первой фазе технической основы двигательного действия обеспечивает увеличение амплитуды основного колебательного движения. Во второй фазе технической основы возможна его смена. Своевременность выполнения ускорения ведущим звеном и оптимальный уровень двигательной активности определяют координационный динамический эффект. В то же время изменение ритма активной фазы технической основы влияет как на двигательный эффект отдельного звена, так и на конечный результат. Такая же закономерность прослеживается и в прыжках в воду. Здесь ведущее звено тела - руки, а соподчиненное -туловище и ноги. Временное согласование экстремальных значений амплитудных характеристик по фазам и направлению ведущего, соподчиненных звеньев тела и упругой опоры при отталкивании от нее определяют координационный динамический эффект как в гимнастике, так и в прыжках в воду.
Результаты естественного педагогического эксперимента свидетельствуют о том, что повышение эффективности технической подготовки достигается за счет использования средств и методов обучения, обеспечивающих реализацию концепции амплитудно-временного согласования движений звеньев тела спортсмена с движениями всего тела и упругого снаряда.
