Содержание к диссертации
Введение
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 4.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
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
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
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
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
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
- Представление о силе како двигательном качестве
- Цель и задачи исследования
- Системный подход в изучении человека как объекта воспитания
- Проблемы программного взаимодействия спортсмена с предметной внешней средой. Внешние силы в формировании структуры движения
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 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 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 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 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 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 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.
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:
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. 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. 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.
Представление о силе како двигательном качестве
«Движение тела тем экономичнее, а, следовательно, и рациональнее, чем в большей мере организм использует для его выполнения реактивные и внешние силы и чем меньше ему приходиться привносить активных мышечных добавок», - Н. А. Бернштейн.
И. П. Ратов: «Тренажеры должны обеспечивать внешние энергосиловые добавки в процессе воспроизведения естественных двигательных заданий».
Эти две цитаты ученых говорят о противоречивости процесса использования внешних и внутренних сил, о неоднозначном толковании роли силы в тренировочной и соревновательной деятельности.
Общеизвестно, что сила человека определяется, как способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных усилий (223, 139). Позднее В.Б Коренберг (175) уточнил и расширил понятие силы: характеристика механического действия одного тела на другое, количественная мера этого действия; характеристика моторики (физическое качество); мера максимально возможного развития силы тяги мышц (группы мышц) в изометрическом режиме (сила мышц, мышечной группы).
Сокращение мышцы, при котором она развивает напряжение, но не изменяет своей длины, называется изометрическим, - это статическая форма сокращения. Силу, проявляемую в этом режиме сокращения, называют статической или изометрической. Если длина мышцы уменьшается, мышца работает в преодолевающем режиме и, наоборот, если длина мышцы увеличивается, - это режим уступающий.
Когда внешняя нагрузка на мышцу меньше, чем напряжение, и при этом мышца сокращается с постоянным напряжением, этот тип сокращения называют изотоническим. Скорость изотонического сокращения мышцы зависит от величины нагрузки: чем она больше, тем меньше скорость сокращения.
В реальных условиях деятельности мышц практически не встречается чисто изометрическое или чисто изотоническое сокращение: при статическом сокращении из-за растяжения последовательных пассивных упругих элементов мышцы длина ее меняется; в динамических режимах с постоянной внешней нагрузкой истинное сопротивление движению меняется в результате изменения действия сил и углов их приложения. В практике спорта часто называют изотоническим режим, при котором мышцы выполняют работу против постоянного внешнего сопротивления, а изометрическим (статическим) - режим мышечного сокращения, не сопровождающийся движением звеньев тела.
Силовые способности зависят от физиологического поперечника мышцы (Вебер), их строения (Бернулли), количества включенных в работу двигательных единиц, соотношения мышечных волокон различных видов, механизмов межмышечной координации, и рассматриваются как собственно силовые, т.е. позволяющие перемещать груз определенного веса, и силовые способности как условие, определяющее скорость движений или перемещений спортсмена (257).
«Выделяют виды силовых способностей: максимальную силу, взрывную силу и силовую выносливость. Под максимальной силой подразумевается наивысшие возможности, которые спортсмен способен проявить при произвольном максимальном мышечном сокращении. Под взрывной силой понимают способность преодолевать сопротивление с высокой скоростью мышечного сокращения. Силовая выносливость - это способность длительное время поддерживать оптимальные силовые характеристики» (257).
К формам силовых проявлений, по мнению Ю.В. Верхошанского, относятся: абсолютная сила, скоростная сила, взрывная сила, силовая выносливость (62). Проблема определения наиболее эффективных методов развития скоростно-силовых качеств интересовала многих ученых (7, 57, 58, 59,60,69, 81, 83, 87,102, 105, 107,108,109, ПО, 119, 121, 129, 139, 142, 145, 147, 153, 181, 192, 193, 220, 225, 236, 242, 244, 249, 257, 258, 260, 261, 265, 271, 293, 312, 316, 326, 334, 335, 346, 366, 370, 371, 372, 373). Исследования показывают, что определяющими факторами развития физических качеств является правильный выбор методов, адекватный подбор средств и рациональная организация занимающихся. В исследованиях С.A. Logan (468) показано, что сила развивается в большей степени в той точке (отрезка пути) движения, где преодолевается наибольшее сопротивление. Целым рядом авторов отмечено, что величина изометрической силы в большей степени зависит от угла в суставе (96, 98,164, 173,189,197, 202, 212). При этом минимальное значение силы, как правило, соответствует экстремальным положениям в суставе - полностью выпрямленное и полностью согнутое. Максимальная же изометрическая сила проявляется при определенном угле, характерном для данного сустава. На величину этого угла оказывает влияние положение смежных суставов (273, 275, 492). Исследования J.S. Petrofsky, С.А. Phillips (477) в которых изучались движения в локтевом суставе, показали, что для каждого испытуемого существует свой оптимальный угол, при котором может быть достигнуто максимальное изометрическое усилие. Экспериментально доказано (273), что эффективность силовых упражнений зависит от положения тела во время тренировки. При этом выявлено, что если наибольшее мышечное усилие проявляется в положении, соответствующем наибольшей длине активных мышц, то перенос силы на другие положения соразмерен.
Цель и задачи исследования
Она состоит в разработке, теоретическом и экспериментальном обосновании интенсивной технологии совершенствования двигательных действий, основанной на использовании адаптивных тренажеров, в которых величина и характер сопротивления приспосабливается под изменяющиеся возможности спортсмена. Задачи исследования: 1. Проанализировать и обобщить содержание отечественной и зарубежной литературы по проблеме нетрадиционных форм достижения изменений в проявлении двигательных функций и особенности силового и скоростного взаимодействия спортсмена с внешней средой в естественных и искусственных условиях. 2. Разработать и обосновать собственную исследовательскую концепцию адаптивности функционирования в физическом воспитании взаимодействия спортсмена с тренажером. 3. Обосновать и доказать положение о том, что наиболее рациональные условия управления движениями человека осуществляются на основе адаптивного взаимодействия управляемой и управляющей систем, связь между которыми осуществляется на основе взаимообмена прямой и непрерывной обратной связи по принципу, названному нами «адаптивный резонанс». 4. Разработать адаптивный тренажерный комплекс, обеспечивающий создание принципиально нового характера сопротивления, позволяющий регулировать условия взаимодействия метателя с внешними силами. 5. Исследовать особенности проявления спортсменами кинематических и динамических характеристик при вьшолнении движений на адаптивном тренажерном комплексе в разных вариантах его использования. 6. Экспериментально обосновать эффективность методики тренировки спортсменов в метательных движениях с использованием адаптивного тренажерного комплекса. 7. Разработать новый класс тренажерных устройств для ациклических видов спорта скоростно-силовой направленности, условия взаимодействия спортсмена с внешними силами, в которых предполагается (резкое по типу динамического срыва) изменение величины нагрузки, получаемой спортсменом в процессе выполнения упражнения, за счет внешнего программируемого сопротивления устройства. Для решения поставленных задач в соответствии с требованиями к научным исследованиям (Ашмарин Б.А Зациорский В.М.) были использованы следующие методы: 1. Общелогические (теоретические) методы познания (Фролов И.Т. 1989), присущие человеческому познанию в целом. К ним относятся анализ и синтез, индукция и дедукция, абстрагирование и обобщение и т.д. 2. Анализ научно-методической литературы, патентный поиск, обобщения собственного педагогического и спортивного опыта. 3. Педагогические наблюдения. 4. Педагогическое тестирование. 5. Педагогический эксперимент. 6. Биомеханические методы - регистрация биомеханических характери- стик: динамических (сила), кинематических (перемещение, скорость), временных (продолжительность движений); электрогониография; энергетических (работа, мощность), 7.Методы математической статистики, элементы математического моделирования и др. Методология науки предполагает существующие системы методов различных уровней, их иерархии. Самый высокий уровень - философская методология науки - задает общую стратегию исследования. Она определяет мировоззренческие позиции исследователя при выборе и конкретизации целей исследования и при интерпретации его результатов. Следующий уровень - методология общенаучных принципов исследования - это системный подход. Еще более низкий уровень - конкретно - научная методология -ограничен теми принципами, которые имеют силу лишь данной конкретной науки (или группы наук). Таков принцип деятельностного подхода. И самый низкий уровень- методика и техника исследования (Юдин Э. Г., 1978).
Системный подход в изучении человека как объекта воспитания
В системе многообразных отношений и связи человека с миром человек изучается наукой то, как продукт биологической эволюции, то как субъект и объект исторического процесса -личность, то, как естественный индивид с присущей ему генетической программой развития и определенным диапазоном изменчивости. Исключительно важное значение имеет исследование человека как предмета воспитания (по мере прогрессивного развития психологии, физиологии, биомеханики и других наук о человеке возрастают возможности их педагогических приложений) (Ананьев Б.Г., 1968).
Подобного многообразия подходов к изучению человека еще никогда не знала история науки. Все возрастающее многообразие аспектов человекоз-нания - специфическое явление современности, связанное со всем прогрессом научного познания и его приложениями к различным отраслям человеческой практики. Одна из особенностей научного развития характеризуется тенденцией к объединению различных наук, аспектов и методов исследования человека в различные комплексные системы, к построению синтетических характеристик человеческого развития. В связи с этими особенностями находится возникновение новых пограничных дисциплин и соединение посредством них многих, ранее далеких одна от другой областей естествознания и истории, гуманитарных наук и техники, медицины и педагогики.
При комплексном изучении человека как индивида нельзя ограничиться суммированием сводных данных, взятых из каждой дисциплины порознь. Основная и самая сложная задача заключается в том, чтобы обнаружить взаимосвязи между первичными природными свойствами. Особенно важно знать, какие из связей (и между какими свойствами) существенны для образования сенситивных состояний развития, благоприятствующих эффективности воспитания и обучения.
Проблемы повышения эффективности процесса обучения движениям, его интенсификации решаются с позиций различных наук: педагогики, психологии, физиологии, кибернетики. Комплексный подход, позволяющий использовать опыт многих наук, способствует решению проблемы на системной основе. При этом возможны следующие основные подходы для ее решения: дидактический, где рассматривается проблема интенсификации с позиций специфических принципов, основных аспектов подготовки, построения прогрессивных педагогических систем, использование различных методов и методик обучения; кибернетический, обеспечивающий динамическое взаимодействие общей теории управления с процессом использования технических средств; психофизиологический, позволяющий определить потенциальные возможности человека при обучении и совершенствовании двигательной деятельности.
Подход к решению проблемы соотношения психологии и физиологии, который стал возможен на основе теории функциональных систем, связан с изучением общих принципов целостной деятельности организма. Работами П.К. Анохина и его учеников было показано, что любая целостная деятельность организма осуществляется только при избирательной интеграции многих частных физиологических механизмов в функциональную единую систему. Было показано, что системообразующим фактором, определяющим избирательное вовлечение в систему содействующих друг другу частных механизмов, является полезный результат деятельности системы. В целостной системе протекают качественно своеобразные процессы, имеющие более высокий уровень организации несводимые к частным механизмам (Швырков В.Б., 1978). Функциональные системы, их двусторонняя связь со средой определяется специфическими системными процессами имеющими «операционную архитектонику» и именно через эти процессы. Включающая опережающее отражение действительности внешняя среда детерминирует поведение системы.
Таким образом, теория функциональных систем устраняет казавшееся неразрешимым противоречие между причинностью и целенаправленностью поведения биологических объектов.
Отношения между элементами в функциональной системе имеют характер взаимодействия. Результаты функционирования этих элементов запрограммированы как компоненты результата всей системы. Это обстоятельство обязывает при изучении частных физиологических процессов учитывать не просто влияние одних процессов на другие, а их включенность в системные процессы высшего уровня, в функциональную систему всего поведения.
В процессе взаимодействия с внешними силами или предметной средой человек реагирует на воздействие извне заранее обусловленными ответными реакциями, в которых участвуют необходимые системы организма. Тренировочная деятельность заключается в том, чтобы эти взаимодействия с внешней средой происходили и протекали с учетом ответной реакции тех систем организма спортсмена, от которых зависит запланированный спортивный результат. Систематические занятия позволяют совершенствовать отдельные системы организма их взаимодействие, достигая более высокой их согласованности и эффективности.
Проблемы программного взаимодействия спортсмена с предметной внешней средой. Внешние силы в формировании структуры движения
Проблемы повышения эффективности процесса обучения движениям и их организации, его интенсификации решаются с позиций различных наук: педагогики, психологии (12, 13, 77), физиологии и нейрофизиологии (36), кибернетики, биомеханики и других. Комплексный подход, позволяющий использовать опыт многих наук, способствует решению проблемы на системной основе (24, 368, 369). При этом возможны следующие основные подходы для ее решения: дидактический, где рассматривается проблема интенсификации с позиций специфических принципов, основных аспектов подготовки, построения прогрессивных педагогических систем, использование различных методов и методик обучения; кибернетический (37, 66), обеспечивающий динамическое взаимодействие общей теории управления с процессом использования технических средств; психофизиологический, позволяющий определить потенциальные возможности человека при обучении и совершенствовании двигательной деятельности. При изучении литературы и в результате собственных наблюдений обнаружено противоречие между силой и скоростью движения при выполнении упражнений. Так, для начала любого движения человека необходима сила Проявляется сила до начала видимого движения в изометрическом режиме до тех пор, пока сила прикладываемая спортсменом не будет равна либо силе инерции покоя (весу снаряда), либо силе трения, или силе сопротивления и т.д. На начальном этапе движения у спортсмена есть возможность проявить силу и придать скорость снаряду, однако в конце движения проявить силу к разогнанному снаряду для увеличения скорости не всегда удается. Сокращение мышцы (по данным Lenmann, 1962) в значительной степени обусловлено характером внешних сил, против которых совершается работа (рис. 2). Рис. 2. Диаграммы "сила - путь" в зависимости от сопротивления: линия "а" - работа против сил трения; "в", "с", "d", "е" - работа перемещению груза; "Г - работа против упругих сил (Lenmann, 1962). В том случае, когда движение осуществляется с постоянной скоростью против сил трения, характер мышечных усилий при движении будет соответствовать линии "а". В другом случае, когда усилие мышцы направлено на перемещение какого-либо тела, то, в зависимости от его массы и ускорения, работу можно охарактеризовать площадью, ограниченной линиями "а", "в", "с", "е" и "d". Если в начале пути создается достаточный импульс силы, то оставшаяся его часть может быть пройдена по инерции, чему соответствуют кривые "с", V и "d". Такие движения называются баллистическими. Характер преодоления упругих сил отражен на диаграмме кривой "f. С увеличением пути движения звена нарастает сила упругого сопротивления. В зависимости от двигательной задачи перемещение груза может быть достигнуто за счет различных мышечных усилий отличающихся длительностью и характером нарастания или снижения нагрузки. Приспособление к меняющимся условиям достигается не только посредством изменения характера усилий отдельных мышц. При циклических движениях определенным образом сочетается активность мышц сгибателей и разгибателей. На основе электромиографических исследований схему сочетания активности антагонистических мышечных групп в зависимости от характера внешнего сопротивления разработал Вагнер (Wagner, 1925). Им показано, что только в случае преодоления сил трения во время сгибания действуют сгибатели, а во время разгибания — разгибатели. Исследование (Lenmann, 1962) работы в зависимости от того против каких сил направлено мышечное усилие заставило нас направить разработку новых тренажерных устройств в этом направлении. Управлять мышечным сокращением спортсмена можно, используя в конструировании тренажеров разные силы; трения, инерции, упругие, тяжести и другие силы или их различные комбинации. Как уже отмечалось выше, если спортсмен направляет мышечное усилие против разных сил, работа совершаемая при этом будет разной, то и значения силы и скорости мышечного сокращения будут разными. Значит, закладывая в конструкцию тренажера разный режим сопротивления, мы имеем возможность управлять силовыми и скоростными характеристиками движения спортсмена Это один из путей разрешения противоречий между силой и скоростью выполнения упражнения. Вторым направлением разрешения этих противоречий является создание тренажерных устройств, в которых величина сопротивления изменяется в процессе выполнения упражнения. Желательно, чтобы изменения происходили по разным законам физики для создания искусственных условий, в которых создавался бы или рекордный режим скорости, или необходимый силовой резерв на том участке движения, который невозможно осуществить в естественных условиях (3, 82, 83, 84, 124, 126, 128,188,189, 191, 194,195,196, 225,232,261, 263,264,273, 274). Положение о том, что процесс обучения представляет собой большую систему управления, уже неоднократно подчеркивалось, и представлялось аксиоматичным. Согласно кибернетическому подходу, эффективное управление процессом обучения возможно при выполнении следующей системы требований к процессу обучения: определение цели управления; установление истинного состояния управляемого процесса, определение программы действий предусматривающей основные переходные состояния управляемого процесса; обеспечение системных обратных связей, выработка корректирующих (регулирующих) воздействий (184).
