Содержание к диссертации
СТР.
г * ВВЕДЕНИЕ 6
Глава 1. ТЕОРЕТИКО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И ПРОБЛЕМА
ИССЛЕДОВАНИЯ (аналитический обзор литературы) 16
Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ КОНЦЕПЦРШ И АНАЛИЗ
ПРАКТИКИ СПОРТИВНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 39
Основные особенности технологии измерений в физической культуре и спорте 39
Основные метрологические требования к измерительным процедурам, выполняемым на живом объекте 40
Понятийная сущность искусственной измерительно-информационной среды 50
^ Глава 3. РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ СРЕДСТВ
ИЗМЕРЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИЙ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В
ПРАКТИКЕ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА 53
3.1. Структура, принципы построения и методические приемы
использования стационарных тренажерно-измерительных стендов
53
Разработка мобильных (передвижных) лабораторий для измерений в полевых условиях 60
Технология использования нового класса компьютерных игр для измерения и оценки показателей двигательных способностей 63
Глава 4. РАЗРАБОТКА И АПРОБАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ И
А ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ДЛЯ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОГО
'. УПОРЯДОЧЕНИЯ РЕЖИМОВ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЙ И КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЕЕ
ЭФФЕКТИВНОСТИ 77
Устройства и системы для контролируемого управления процессом взаимодействия с внешними опорами и спортивными снарядами 77
Методические приемы и устройства для контроля и программированного формирования ритмо-скоростных режимов в различных видах спорта 86
Технические средства, выполняющие функции дополнительных (искусственных) мышц 90
Способы и устройства для оценки упруго-вязких свойств покрытий плоскостных спортивных сооружений 96
Технические средства биоэлектрического сопряжения человека с компьютером 102
Глава 5. РАЗРАБОТКА МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ СТЕНДОВ,
ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ
ТОЧНОСТИ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 108
Метрологический стенд для определения погрешности средств измерения силы, развиваемой спортсменом 109
Стенд поверки и метрологической аттестации динамометров 115
Метрологический стенд для поверки и аттестации средств измерения скорости и ускорений звеньев тела человека и спортивных снарядов 120
Тест-объект для метрологической аттестации и поверки различных средств фото-, кино- и видеоанализа биомеханических параметров спортивной техники 125
Глава 6. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ
УРОВНЯ ПОДГОТОВЛЕННОСТИ СПОРТСМЕНОВ ПО
КОМПЛЕКСУ ИЗМЕРЯЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ РАЗЛИЧНОЙ
ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ И РАЗМЕРНОСТИ 128
Метролого-методическое обоснование технологии и алгоритма определения интегральной оценки 128
Экспериментальная проверка информативности методики определения интегральной оценки 139
Глава 7. ВЫЯВЛЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕНДЕНЦИЙ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ
НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ
В СПОРТИВНОЙ НАУКЕ И ПРАКТИКЕ 153
7.1. Методы и технические средства комплексного контроля в спорте
высших достижений 153
Основные методические и научно-технические принципы комплексного контроля 153
Организационные принципы комплексного контроля 154
Функции технических средств, методов подсистем комплексного контроля 156
Методы и технические средства биомеханического контроля спортивной техники 158
Методы и средства медико-биологического контроля подготовленности спортсменов 163
7.2. Методы и технические средства совершенствования спортивного
мастерства 177
Тренажерные средства для общей и специальной физической подготовки 179
Тренажерные средства для технико-тактической подготовки спортсменов 187
Тренажерные устройства для технической подготовки в видах спорта с циклическим характером деятельности 192
Тренажерные средства для совершенствования техники в скоростно-силовых видах спорта 195
7.2.5. Тренажерные устройства для технической подготовки в
единоборствах 196
^ 7.2.6. Тренажеры для совершенствования техники в игровых видах спорта
Тренажерные устройства для совершенствования техники в сложно-координационных видах спорта 199
Тренажерные устройства для сопряженного совершенствования ОФП и технической подготовки 201
Глава 8. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 202
ВЫВОДЫ 212
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 216
ПРИЛОЖЕНИЕ 241
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Развитие науки и техники всегда было тесно связано с прогрессом в области измерений. В физике, механике и других науках именно измерения позволяли точно установить зависимости, отражающие объективные законы природы.
Вместе с тем и в ряде других наук, таких как физиология, медицина, биомеханика, педагогика, измерения - являются также одним из способов познания закономерностей функционирования биологических объектов, систем организма человека и т.д. Большое значение измерений для науки подчеркивали многие ученые: "Измеряй все доступное измерению и делай доступным все недоступное ему" (Г. Галилей); "Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, точная наука немыслима без меры (Д.И. Менделеев); "Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить" (Дж. Кельвин).
В настоящее время все более широкое применение измерений отмечается и в спортивной науке и практике. Следует отметить, что значительное возрастание роли разнообразных средств и методов измерений в физическом воспитании и спорте за последние 10-15 лет обусловлено, прежде всего, общими тенденциями развития современной спортивной науки и влиянием на нее научно-технического прогресса. При этом в спортивной науке и практике используются почти все существующие в технике виды и методы измерений (оптико-электронные, радиоэлектронные, биофизические, биохимические, ультразвуковые и другие). Эти многочисленные средства и методы измерений широко используются для решения самых разнообразных задач комплексного контроля и управления процессом подготовки спортсменов высокой квалификации, а также занимающихся массовыми формами физического воспитания и профессионально-прикладной физической подготовкой. К этим задачам, прежде всего, относятся: изучение педагогических и биомеханических закономерностей оп-
тимального выполнения двигательных актов; диагностика состояния здоровья и функционального состояния систем организма спортсмена на различных этапах подготовки; оценка уровня развития антропоморфологических показателей; контроль и коррекция психофизиологических состояний данного (конкретного) спортсмена и спортивного коллектива (команды); обследование соревновательной деятельности спортсменов (оценка эффективности тактико-технических действий спортсменов в условиях ответственных соревнований); реализация судейско-информационной функции (измерение и оценка спортивно-технического результата) и, наконец, - измерение механических параметров спортивных снарядов и инвентаря (масса, габариты, упругость, жесткость, резонансная частота колебаний, твердость, прочность, коэффициент трения-скольжения, лобовое сопротивление и др.).
Вместе с тем именно специфические особенности спортивно-педагогических измерений, осуществляемых на таком сложном биообъекте, каким является спортсмен высшей квалификации в экстремальных динамических условиях его двигательной деятельности, не нашли до настоящего времени должного теоретического обоснования. До последнего времени большинство исследований по теории и практике измерений и методам комплексного контроля, в том числе диссертационные работы по данной тематике базируются на стандартных тестах, созданных для изучения многократно повторяющихся явлений, причем их значительная часть рассчитана для оценки фактологии неживой природы. При этом в ряде исследований и в пособиях по спортивной метрологии (Зациорский В.М., Смирнов Ю.И., Уткин В.Л. и др.) авторы подчеркивают, что они осуществляют перенос классических (технических) приемов измерений в практику физической культуры и спорта.
Лишь в небольшом количестве работ (Ратов И.П., Попов Г.И. и др.) отмечается необходимость выявления и учета специфики проявлений, а соответственно и измерений показателей, характеризующих особенности двигательной
деятельности живых объектов, причем нередко осуществляемых в экстремальных условиях.
В теории и практике спортивно-педагогических измерений не акцентируется положение о необходимости ориентации на измерения не средних, а максимальных результатов. Практически не учитываются различия, присущие координационным структурам упражнений, выполняемых с разной интенсивностью и мотивацией. Все это обусловливает методологическое несовершенство всей системы спортивно-педагогических измерений, приводящее к неоправданному расширению массива малоинформативных по своей сути данных. Не разработаны концептуальные теоретические положения спортивно-педагогических измерений. Совершенно недостаточно внимания уделяется важнейшим вопросам технологии получения комплексной (интегральной) оценки уровня подготовленности спортсменов по комплексу измеряемых параметров различной физической природы и размерности, а также - метрологическому обеспечению достоверности и сопоставимости результатов измерений, осуществляемых непосредственно в процессе выполнения двигательных заданий (упражнений).
Именно эти обстоятельства можно рассматривать как констатацию основных недоработок теории и практики спортивно-педагогических измерений и тех коренных противоречий, необходимость преодоления которых и определила выдвижение задач нашего исследования.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ - совершенствование теории, методических приемов и средств спортивно-педагогических измерений.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ - технология, аппарат и алгоритмы измерений в физическом воспитании и спорте.
ГИПОТЕЗА ИССЛЕДОВАНИЯ - рационализацию технологии и средств спортивно-педагогических измерений наиболее целесообразно осуществлять на основе положения о приоритете проведения измерений в условиях использования тренажерно-измерительных стендов, оснащенных средствами искусствен-
ной измерительно-информационной среды, которые помимо проведения тренировочных занятий в требуемых двигательных режимах, обеспечивающих воспроизведение попыток с запланированным результатом, позволяют осуществлять периодические тестирующие процедуры, раскрывающие в условиях достижения запланированных показателей причины, препятствующие реализации потенциала двигательных возможностей в естественных соревновательных попытках.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исследования по избранной теме проводились по пяти направлениям.
Задачи первого направления были направлены на совершенствование концептуально-теоретического аппарата спортивно-педагогических измерений на основе введения искусственной измерительно-информационной среды, предлагаемой в развитие положений теоретической концепции "искусственная управляющая среда". Частные задачи этого направления были сформулированы следующим образом:
выявить основные особенности технологии измерений в физической культуре и спорте;
определить понятийную сущность искусственной измерительно-информационной среды и показать целесообразность ее введения в систему спортивно-педагогических измерений;
обосновать основные метрологические требования к измерительным процедурам, выполняемым на живом объекте.
Задачи второго направления предполагали разработку и испытания различных видов (групп) средств измерений и технологий их использования в практике физической культуры и спорта. По данному направлению предполагалось решение следующих частных задач:
- обосновать структуру, принципы построения и методические приемы
использования стационарных тренажерно-измерительных стендов;
разработать мобильные (передвижные) лаборатории для измерений в полевых условиях;
показать возможности использования нового класса компьютерных игр для измерения и оценки показателей двигательных способностей.
Задачи третьего направления. Разработка и апробация технических устройств и приспособлений для целенаправленного упорядочения режимов двигательной деятельности и ее контролируемых характеристик.
В рамках данного направления предполагалось решение следующих задач:
разработать устройства для управления процессами лидирования в разных видах локомоций;
создать устройства для контролируемого управления средствами взаимодействия с внешними опорами и со спортивными снарядами;
разработать технические средства управления колебательными процессами в биомеханических системах;
разработать устройства для контроля функционирования элементов систем мышц.
Задачи четвертого направления заключались в разработке и испытаниях метрологических стендов, предназначенных для обеспечения требуемой точности спортивно-педагогических измерений. В рамках данного направления решались следующие задачи:
разработать и внедрить в практику образцовый метрологический стенд для определения точности средств измерения силы, развиваемой спортсменом;
создать образцовый метрологический стенд для поверки и аттестации средств измерения ускорений звеньев тела спортсмена;
разработать и внедрить тест-объект для метрологической поверки и аттестации различных средств фото- кино- и видеоанализа спортивной техники.
Задачи пятого направления предполагали разработку и экспериментальную апробацию методики определения интегрального показателя уровня подготовленности спортсменов по комплексу измеряемых параметров различной физической природы и размерности. Задачи этого направления были представлены в следующем виде:
- метрологически и методически обосновать технологию и алгоритм
определения интегральной оценки;
- экспериментально проверить информативность методики.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ - анализ литературных источников, па
тентный поиск, педагогические наблюдения, педагогические эксперименты,
метрологический анализ, динамометрия, акселерометрия, видеомагнитоскопия,
пульсометрия, математическая статистика.
ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Теоретико-экспериментальные, метрологические, конструкторско-методические и педагогические исследования проводились с 1969 по 1998 гг во Всесоюзном (с 1993 г. - во Всероссийском) научно-исследовательском институте физической культуры и спорта, а также на централизованных сборах сборных команд СССР и России. В сборе экспериментальных данных участвовали сотрудники и аспиранты, научным руководителем которых являлся автор данной диссертации.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
Обоснована методология спортивно-педагогических намерений, предложены алгоритмы и методические приемы измерений, базирующиеся на использовании специально созданных условий искусственной измерительно-информационной среды, детерминирующей уменьшение вероятности проявления факторов, препятствующих реализации потенциальных возможностей испытуемых в упражнениях, применяемых в измерительных (тестовых) процедурах.
Впервые рассмотрены перспективы резкого повышения дидактического потенциала процедур спортивно-педагогических измерений, основанные на использовании специально конструируемых искусственных условий для обеспечения наиболее полного раскрытия потенциала естественных двигательных возможностей занимающихся и определения наиболее рациональных путей совершенствования еще не выявленных способностей.
Обоснована методика определения интегральной оценки уровня подготовленности спортсменов по комплексу измеренных параметров, имеющих различную физическую природу и размерность.
Разработаны методы и средства метрологического обеспечения спортивно-педагогических измерений, включающие специальные образцовые стенды и устройства.
Предложен комплекс современных компьютеризированных средств измерений и коррекции биомеханических параметров спортивных упражнений, стационарных и мобильных тренажерно-измерительных стендов, новизна и эффективность которых подтверждены авторскими свидетельствами на изобретения, патентами и медалями ВДНХ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ
Результаты исследования позволяют существенно расширить границы знаний об одном из важнейших элементов системы подготовки спортсменов высокой квалификации, которой является подсистема спортивно-педагогических измерений. Данная подсистема является основным инструментом НИР, комплексного контроля, отбора перспективных юных спортсменов, системы судейства соревнований, оценки эффективности соревновательной и тренировочной деятельности спортсменов на различных этапах их подготовки. Эти результаты нашли отражение в восьми отраслевых изданиях "Методических рекомендаций" на темы: "Методы и средства поверки приборов комплексного контроля в спорте", "Параметры и методы комплексного контроля, уни-
фицированные по группам видов спорта и подсистемам контроля", "Методика применения киносъемки одной неподвижной камерой для определения параметров спортивных движений", "Методика применения динамометрических платформ в научных исследованиях и тренировочном процессе", "Использование приемов искусственной активизации мышц во время выполнения гребко-вых движений при прохождении дистанции (гребля академическая, на байдарках и каноэ)", "Унифицированные параметры, методы и технические средства оперативного контроля в олимпийских видах спорта", "Методика интегральной оценки подготовленности спортсменов", "Методика использования в комплексном контроле спорт-тестеров фирмы Полар-Электро (Финляндия) моделей РЕ-2000, РЕ-2500. РЕ-3000".
Результаты исследований явились основой для разработки специалистами Проектов и Технических заданий по созданию таких крупных учебно-тренировочных центров, как: УТЦ (легкоатлетический манеж) в Краснодаре, УТЦ по гребле академической в Крылатском, по плаванию - на озере "Круглое", тренажерно-исследовательских стендов во ВНИИФК, а также - при создании комплекса передвижных научных лабораторий на базе микроавтобусов РАФ, ПАЗ, УАЗ, ЛАЗ, которые широко использовались в процессе подготовки сборных команд СССР к Олимпийским играм.
Разработанные и внедренные в практику образцовые метрологические стенды явились основой для создания и регистрации в Госстандарте отраслевой метрологической службы, которой официально разрешено проведение метрологической поверки и аттестации технических средств измерений, применяемых в спорте высших достижений и массовой физической культуре.
Практическая значимость результатов исследования подтверждена также 26-тью актами внедрения разработок в практику подготовки спортсменов ряда сборных команд СССР и РФ.
АПРОБАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ Основные результаты исследования получили отражение в монографии и в 207 публикациях. Монография "Комплексный контроль в подготовке спортсменов" отмечена золотой медалью и премией Госкомспорта СССР как лучшая научно-исследовательская работа в 1987 г. Приоритет в создании обоснованных исследованием технических средств и методов измерений защищен 30-тью авторскими свидетельствами на изобретения СССР и 5-тью патентами Российской Федерации.
Основные положения исследования докладывались и обсуждались на следующих научных, научно-методических и научно-технических конференциях: "Электроника и спорт", "Стандартизация измерений в спорте", "Система комплексной оценки подготовленности спортсменов высшей квалификации", "Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение", "Моделирование соревновательной деятельности с учетом резервных возможностей спортсменов", "Высокоскоростная фотография и метрология быстропротекающих процессов", "Проблемы комплексного контроля в спорте высших достижений", "Аппаратура и методы медицинского контроля", "Комплексный контроль в подготовке юных спортсменов", "Средства и методы тренировки", "Научные основы управления подготовкой высококвалифицированных спортсменов", "Проблемы биомеханики в спорте", а также - на ряде международных коллоквиумах, семинарах и симпозиумах, проходивших в Румынии, ГДР, Болгарии, Франции и др.
Автор являлся научным руководителем следующих всесоюзных обобщенных (отраслевых) тем НИР по физической культуре и спорту Сводного плана Спорткомитета СССР:
Тема 2.2.4. "Система комплексного контроля в физической культуре и спорте" (1981-1985 г.г.).
Тема 4.3. "Метрологическое обеспечение в физической культуре и
спорте" (1986-1990 г.г.).
В настоящее время является научным руководителем и исполнителем НИР в области физической культуры и спорта плана Комитета Российской Федерации по физической культуре и туризму на 1991-1999 г.г. по теме: "Управление двигательными действиями человека с ориентацией на запланированные двигательные показатели".
ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
1. Методология, алгоритмы и методические приемы спортивно-
педагогических измерений, основанные на использовании искусственной изме
рительно-информационной среды.
Положение о возможности повышения достоверности измерительных тестирующих процедур, выполняемых с использованием тренажерно-измерительных стендов, оснащенных техническими средствами "искусственной управляющей среды".
Комплекс метрологических образцовых стендов, предназначенных для обеспечения требуемой точности измерений.
Методика определения интегральной оценки подготовленности спортсменов по комплексу измеренных параметров, имеющих различную физическую природу и размерность.
