Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Моделирование в спорте (анализ современного состояния проблемы) 9
1.1. Общие основы моделирования 9
1.2. Системный подход и модели, применяемые в спорте 15
1.3. Моделирование в спортивных играх 20
1.3.1. Основания классификации игр.; 21
1.3.2. Анализ соревновательной деятельности в спортивных играх...27
1.3.3. Модели, применяемые в спортивных играх 30
1.3.3.1. Моделирование в гандболе 33
ГЛАВА II. Цель, задачи, методы и организация исследования 37
ГЛАВА III. Методологические предпосылки моделирования спортивных игр (Обоснование предлагаемого подхода) 51
3.1. Границы моделируемой системы и естественнонаучные обоснования 52
3.2. Принцип иерархичности 67
3.3. Принцип марковости 70
3.4. Принцип однонаправленности игрового процесса 74
3.5. Принцип структурного программирования игрового процесса при имитационном моделировании 77
3.6. Принцип взаимосвязи алгоритмизирования с декларативным описанием имитационной модели 81
ГЛАВА 4. Структура и функционирование имитационной модели гандбола
4.1 Введение 86
4.2. Игрок и его представление в модели 87
4.3. Состояния субъектов игрового процесса и их представление в имитационной модели 96
4.4. Отображение в имитационной модели гандбола действий выполняемых игроками в защите и нападении 103
4.5. Алгоритмы поведения игрока на площадке 121
4.6. Описание процесса функционирования имитационной модели гандбола. 129
4.7. Проверка адекватности имитационной модели гандбола 132
4.7.1. Сравнительный анализ модельных характеристик гандбола с характеристиками, полученными в модели 133
4.7.2. Экспертный визуальный анализ адекватности 137
4.7.3. Проверка зеркальности и линейности имитационной модели гандбола 140
4.7.4. Проверка надёжности имитационной модели гандбола 148
ГЛАВА 5. Факторы влияющие на процесс игрового взаимодействия в гандболе 152
5.1. Динамика эффективности общекомандных действий под влиянием изменения технико-тактических параметров нападения игроков одной из команд.. 154
5.2. Влияние параметров нападения игроков различного амплуа на результативность нападающих и защищающихся команд в гандболе 161
5.2.1. Влияние параметров нападения крайних игроков на результативность атакующих и защитных действий противоборствующих команд 162
5.2.2. Исследование влияния параметров нападения полусредних игроков на результативность атакующих и защитных действий в гандболе 168
5.2.3. Исследование влияния параметров нападения центральных игроков на результативность атакующих и защитных действий в гандболе 173
5.2.4. Сравнительный анализ вклада игроков различных игровых функций в нападении в общекомандный результат 180
5.3. Исследование влияния параметров защитных действий игроков на результативность игровой деятельности в гандболе 187
5.3.1. Влияние защитных параметров гандболистов на результативность игровой деятельности 188
5.3.2. Влияние параметров защиты крайних игроков одной из команд на эффективность игровой деятельности 194
5.3.3. Исследование влияния параметров защиты полусредних игроков на результативность игровой деятельности в гандболе 200
5.3.4. Исследование взаимосвязи параметров защитных действий цен тральных игроков с результативностью игровых действий команды в целом.205
5.4. Экспериментальное исследование влияния скоростных качеств игроков на успешность игровой деятельности 209
5.5 Моделирование влияния психологической подготовленности игроков на результативность игровой деятельности команды 215
5.6 Влияние морфофункциональных данных игроков на результативность игровой деятельности 221
ГЛАВА 6. Имитационное моделирование в подготовке гандболистов различной квалификации 228
6.1. Проблема комплектования состава гандбольной команды (педагогический эксперимент 1) 229
6.2. Проблема комплектования состава сборной команды в гандболе (педагогический эксперимент 2) 241
6.3. Прогнозирование результата игры гандбольной команды против конкретного противника при помощи имитационного моделирования (педагогический эксперимент 3) 249
Выводы 257
Практические рекомендации 260
Литература 263
Приложения 272
- Общие основы моделирования
- Цель, задачи, методы и организация исследования
- Границы моделируемой системы и естественнонаучные обоснования
- Игрок и его представление в модели
Введение к работе
Актуальность. Интенсивная компьютеризация нашего общества ведёт к пересмотру многих теоретических и практических положений и норм, которые раньше казались незыблемыми и единственно верными. Это касается теории и практики спорта и физической культуры. В настоящее время наблюдается определённый застой в методике и методологии исследований спорта высших достижений. В спортивно-педагогической литературе практически отсутствуют работы по математическому, в частности, по имитационному моделированию игровой деятельности. В связи с этим применение методов имитационного моделирования, а также разработка компьютерных программ, позволяющих имитировать процесс игровой деятельности в гандболе, представляется весьма актуальным.
Таким образом, проблема исследования заключается в преодолении несоответствия знаний в области теории и методики спортивных игр возросшим требованиям теории и практики спорта, что обусловливает поиск новых, более эффективных путей исследования спортивной тренировочной деятельности.
Гипотеза исследования: адекватная имитационная модель спортивной игры позволит получить новые знания о структуре игры в гандболе и особенностях взаимодействия её элементов, что поможет решать задачи прогноза результатов игры, подбора игроков в состав сборной и др.
Объект исследования: Игровое противодействие команд различной квалификации при игре в гандбол.
Предмет исследования: Структура игрового взаимодействия противоборствующих команд в гандболе.
Контингент испытуемых: взрослые спортсмены-гандболисты, участники Чемпионата России среди команд Супер-лиги и юноши - игроки вышей лиги, а также участники Международных спортивных юношеских игр стран СНГ и Балтии.
Научная новизна диссертации состоит в следующем:
Сформулированы общие принципы имитационного моделирования спортивных игр.
Выделены, формализованы и запрограммированы следующие составляющие игровой деятельности: субъекты процесса игрового противодействия; состояния субъектов игрового процесса; действия субъектов игрового процесса.
Составлены алгоритмы поведения игроков при игре в защите и нападении.
4. Сформулирован, запрограммирован и реализован на ЭВМ внутренний механизм функционирования имитационной модели спортивной игры.
Создана и прошла практическую апробацию действующая имитационная модель гандбола.
Доказана адекватность, надёжность, линейность и «зеркальность» (симметричность) созданной имитационной модели гандбола.
Теоретическая значимость. Сформулированные в работе общие принципы моделирования спортивных игр являются методологическими атрибутами построения имитационных моделей любой спортивной игры. Создана методология формализации и программирования действий и состояний игроков в спортивных играх, а также алгоритмов их поведения. В результате проведения педагогических экспериментов разработаны компьютерные методики для подготовки команд в других игровых видах спорта.
Практическая значимость. На основе разработанной имитационной модели спортивной игры гандбол созданы и практически апробированы автором:
методика формирования оптимального состава гандбольной команды.
методика формирования состава сборной команды посредством имитационного моделирования игровой деятельности игроков-кандидатов.
методика прогнозирования результата игры гандбольной команды против конкретного противника.
Разработанная имитационная модель и методические публикации автора позволяют строить аналогичные модели в других видах спортивных игр. Дальнейшая разработка и доведения модели до промышленного образца позволит использовать её для различных целей:
в практической деятельности тренеров для анализа, планирования, разбора игр, разведки и моделирования тактики игры противника и пр.;
для коммерческого использования;
при создании новых версий компьютерных игр для детей и взрослых.
Методики, созданные на основе имитационной модели игры, внедрены в учебно-тренировочный процесс гандбольных команд: юношеской сборной команды Санкт-Петербурга и мужских команд Супер-лиги России «Степан Разин - Нева» и «Адмиралтеец», что позволило получить положительные результаты при их подготовке.
Результаты исследования доложены на Международных конгрессах, семинарах тренеров России и Санкт-Петербурга и внедрены в учебный процесс студентов Академии физической культуры им. П.Ф.Лесгафта и Санкт-Петербургского Университета Основные положения, выносимые на защиту:
Создание имитационной модели спортивной игры должно опираться на следующие принципы: иерархичности, марковости, однонаправленности игрового процесса, структурного программирования, взаимосвязи алгоритмизирования с декларативным описанием имитационной модели.
В имитационной модели спортивной игры должны быть формализованы и запрограммированы следующие элементы: игрок, его состояние и технико-тактические действия в каждый момент времени, а также алгоритмы поведения игроков обеих команд.
3. Представленная в работе имитационная модель гандбола адекватно отражает суть игрового процесса и обладает высокой степенью надёжности, зеркальности и линейности. Она позволяет формировать оптимальный состав гандбольной команды и прогнозировать результаты игры против конкретного противника.
Общие основы моделирования
В зависимости от целей и предмета исследования существует большое число определений системы на различных уровнях строгости. "Система определяется как группа или совокупность объектов, объединённых некоторой формой регулярного взаимодействия или взаимозависимости для выполнения данной функции" (R. Е. Shannon, 1975). Анализируя большое количество определений системы можно выделить следующие характерные свойства систем: система есть, прежде всего, совокупность элементов (объектов, подсистем, частей и т.п.); между элементами системы (или их свойствами) существуют связи, которые в рамках рассматриваемой системы считаются более значительными, чем связи с элементами, не входящими в систему; система обладает такими качествами, которые присущи только ей и не присущи никакой её подсистеме или элементу. Анализ и синтез систем обычно связаны с построением и изучением их моделей. Многие системы, несмотря на многообразие их связей, удаётся исследовать достаточно простыми средствами. Однако в настоящее время для большинства интересующих человека систем характерен так называемый барьер сложности, когда человек не в состоянии охватить всевозможные переплетения связей и явлений, составляющих поведение системы в целом, не в состоянии правильно оценить динамику системы и спрогнозировать последствия своих решений. Изучение таких сложных систем обычно сводится к следующему. Система расчленяется на конечное множество взаимосвязанных частей, называемых подсистемами; каждая подсистема вновь разбивается на подсистемы и т.д. до получения таких частей, которые на данном уровне (этапе) исследования считаются неделимыми. Эти неделимые части называются элементами системы. При разбиении системы учитываются связи между подсистемами всех уровней. Для каждого элемента строится модель его функционирования. Все полученные модели объединяются в единую модель системы в целом, с помощью которой и производится дальнейшее её исследование. Такой подход составляет сущность системного подхода. Процесс функционирования системы обычно рассматривается как последовательная смена её состояний в некотором интервале времени to - tl. Состояние системы в каждый момент времени характеризуется набором величин Z (tl), .... Z (tn), называемых характеристиками состояния. Выбор характеристик состояния зависит от свойств системы, способа решения задачи и целей исследования. Система функционирует при взаимодействии с внешней средой. Со стороны внешней среды на вход системы могут поступать входные сигналы X (t) = XI (t) ,.. ., Xm (t) , которые влияют на изменение состояния системы. Влияние системы на внешнюю среду учитывается с помощью выходных сигналов Y (t) = Yl (t) ,..., Yk (t) , зависящих от состояния системы и входных сигналов. Входные сигналы могут быть случайными. Кроме того, на состояние системы могут оказывать влияние случайные факторы, возникающие внутри самой системы. Любая система предназначена для выполнения поставленных перед нею задач. Если цели и задачи, стоящие перед системой, чётко определены, то можно говорить о качестве функционирования системы, которое оценивается с помощью показателей эффективности. Под показателем эффективности понимается такая числовая или качественная характеристика системы с помощью, которой оценивают степень приспособленности системы к выполнению поставленных перед нею задач. В общем случае для оценки качества функционирования используют несколько показателей. Тогда говорят о многокритериальной задаче оценки качества. Показатель эффективности зависит от структуры системы, характера воздействий внешней среды, значений параметров самой системы. Системы можно исследовать с помощью различных методов. Практически любое научное исследование можно рассматривать, в определённом отношении, как изучение той или иной системы. Исследование системы и процесса её функционирования с помощью моделирования на компьютерах называется имитационным моделированием. Существует большое число определений имитационного моделирования. Р. Шеннон (1978) даёт такое определение имитационного моделирования: "Имитационное моделирование является экспериментальной и прикладной методологией, имеющей целью: описать поведение систем; построить теории и гипотезы, которые могут объяснить наблюдаемое по- ведение; использовать эти теории для предсказания будущего поведения системы, т.е. тех воздействий, которые могут быть вызваны изменениями в системе или изменениями способов её функционирования". Можно выделить четыре характерные особенности операционного метода (имитационного моделирования) исследования систем (Сушков Ю.А. 1982): 1. При операционном исследовании решаемая задача обычно рассматривается в целом, в комплексе, с учётом всех основных, существенных свойств системы и во взаимодействии с внешней средой. Другими словами, операционный подход является системным подходом.
Цель, задачи, методы и организация исследования
Цель работы — Развитие системы подготовки спортивных команд различной квалификации на основе имитационной модели игровой деятельности в гандболе. Задачи работы: 1. Сформулировать методологические принципы имитационного моделирования игровой деятельности в спорте. 2. Формализовать соревновательную деятельность в гандболе и создать её имитационную (компьютерную) модель. 3. Проверить адекватность созданной модели. 4. Экспериментально исследовать влияние различных составляющих игры на результативность нападающих и защитных действий гандболистов. 5. Экспериментально обосновать эффективность применения имитационного моделирования игровой деятельности в подготовке гандбольных команд различной квалификации. В каждой из этих задач решались свои частные задачи: Задача 1: Определить границы моделируемой имитационной системы. Сформулировать и описать методологические принципы имитационного моделирования игровой деятельности в спорте. Задача 2: Формализовать и адекватно представить в имитационной модели субъекты игрового процесса. Определить, формализовать и представить в имитационной модели перечень основных состояний субъектов спортивной игры. Отобразить в имитационной модели, технико-тактические действия вы- полняемые игроками на площадке. Составить алгоритмы поведения игрока на площадке. Создать компьютерную программу, описывающую процесс соревновательной деятельности в гандболе. Задача 3 Провести проверку адекватности разработанной имитационной модели соревновательной деятельности в гандболе. Определить надёжность модели. Исследовать модель на «зеркальность» (симметричность) и линейность. Задача 4 Изучить взаимосвязь подготовленности игроков в нападении и успешность игровой деятельности команды. Провести исследование вклада игроков различных игровых функций в нападении в общекомандный результат. Исследовать взаимосвязь технико-тактической подготовленности игроков в защите и успешности игровой деятельности команды. Изучить вклад игроков различного амплуа в защите в общекомандный результат. Исследовать влияние скоростных качеств игроков на успешность игровой деятельности команды; Изучить влияние морфофункциональных данных игроков на успешность игровой деятельности команды. Задача 5 Разработать и экспериментально проверить методику применения имитационного моделирования при комплектовании состава гандбольной команды высшей квалификации в начале игрового сезона. Разработать и экспериментально проверить методику применения имитационного моделирования при определении состава юношеской сборной команды по гандболу, при подготовке к Всероссийским комплексным со- ревнованиям. Разработать и экспериментально проверить методику прогнозирования результата гандбольного матча при игре против конкретного противника. В первой главе работы приводится анализ отечественной и зарубежной литературы по теории и методике спортивных игр, моделированию в спорте, теории систем и моделирования (в том числе и имитационного). После анализа специальной литературы приводится классификация спортивных игр построенная по различным основаниям. Педагогические наблюдения Педагогические наблюдения за игровой деятельностью проводились в период проведения педагогических экспериментов. Анализу были подвергнуты, также, действия команд уровня супер-лиги Чемпионата России, сборных России и Санкт-Петербурга, а также команд участниц международных юношеских игр в 2002 году в г. Москве. В процессе проведения педагогических наблюдений за игровой деятельностью команд в специально составленный протокол, для каждого игрока, фиксировались следующие игровые показатели: В нападении: 1. Количество забитых голов; 2. Количество промахов при бросках; 3. Количество потерь мяча при выполнении броска мяча в ворота; 4. Количество потерь мяча при обыгрыше игрока; 5. Количество потерь мяча при выполнении передачи мяча; В защите: Количество перехватов мяча: а) при блокировании броска мяча; б) при обыгрыше; в) при передаче мяча; Из общекомандных показателей фиксировались: 1. Общее количество атак произведённых командой; 2. Количество атак в быстром прорыве; 3. Количество атак в позиционном нападении; 4. Количество атак в быстром прорыве перешедших в позиционное нападение.
Границы моделируемой системы и естественнонаучные обоснования
Прежде чем приступить к созданию любой имитационной модели необходимо чётко определить границы моделируемой системы. В этом разделе описываются теоретические подходы, на основе которых строится имитационная модель спортивной игры, и выделяются верхняя и нижняя границы моделируемой системы.
Спортивная игра, как система, представляет собой сложную многоуровневую структуру. Каждый из этих уровней имеет свою качественную и количественную специфику, которая отличает его от других уровней. Все уровни системы связаны между собой определёнными отношениями. Задача имитационного моделирования, в нашем случае, состоит в том, чтобы адекватно описать моделируемый игровой процесс. Это предполагает необходимость выявления существенных характеристик каждого уровня моделируемой системы и взаимосвязь между ними.
Деление системы на уровни может производиться с различной степенью подробности. Степень подробности деления зависит от количественной и качественной специфики уровней системы и задач, поставленных в исследовании. Возникает проблема определения границ моделируемой системы, т.к. сама игра, как система, является одновременно частью системы более высокого порядка (ограничение сверху), и в то же время игра является системой более высокого порядка для нижележащих уровней.
Существенными характеристиками процесса игровой деятельности являются: тактика, применяемая командами, набор технико-тактических действий и уровень развития физических качеств игроков. Эти составляющие должны быть обязательно учтены в модели для адекватного описания реального игрового процесса. При создании имитационной модели учесть все её составляющие, даже большинство из них, невозможно и не нужно. Необходимо определить лишь наиболее существенные из них.
На рис. 3.1 приведена схема расположения уровней, из которых состоит игровая деятельность. В левом столбце таблицы даются блоки уровней, из которых, состоит система. Далее приводится столбец с номерами уровней, затем их название. В последнем столбце приведены аналогичные уровни по классификации Бернштейна Н.А. (1947).
Уровни рассматриваемой системы расположены, сверху - вниз, в порядке подчинения от верхних к нижним. Вышележащие уровни являются обобщающими для уровней, расположенных ниже. Каждый из уровней имеет свою количественную и качественную специфику, отличающую его от количественных и качественных переменных других уровней.
От вышележащих уровней вниз идут управляющие воздействия и ставятся цели функционирования нижележащим уровням. На основе этих управляющих целевых установок нижележащие уровни осуществляют свою деятельность. Эта деятельность осуществляется, также, в соответствие с качественной спецификой этого нижележащего уровня. Здесь на нижележащем уровне происходит трансформация управляющих воздействий вышележащего уровня в решение задач данного уровня и выработки целевых установок и управляющих воздействий для уровней, которые лежат ещё ниже.
Уровни, которые находятся ещё ниже, по этой же схеме, вырабатывают управляющие воздействия для ещё более низких уровней, и т.д.
Нижележащие уровни, в свою очередь, оказывают определённое, обратное влияние на уровни расположенные выше, которое заключается в том, что они определяют перечень возможных воздействий на них. Этот перечень возможных воздействий детерминирован качественной спецификой и степенью развития нижележащего уровня. Если нижележащие уровни не готовы выполнить требования вышележащих в силу своего недостаточного развития, вышележащий уровень получает информацию об этом. Это ведёт к тому, что системе необходимо менять цели, которые формируются на более высоком уровне т.к. нижележащие уровни не могут реализовать эту цель. Необходимо или менять цель, или приспособиться к тому состоянию нижележащих уровней, которое бы позволяло выполнить стоящую перед системой задачу с большим эффектом.
В случае невозможности на вышележащих уровнях выполнить требования нижних уровней, происходит рассогласование в работе системы и вышележащие уровни, в этом случае, обязаны поменять задачу и спускать вниз руководящие воздействия такого плана, чтобы они могли быть реализованы.
Определение правильности, или не правильности, решения поставленных задач на всех уровнях определяется степенью достижения системой конечного спортивного результата. Это достигается путём многократного повторения деятельности всей системы, путём оценки различных вариантов соотношения уровней при различных конкретных исходах деятельности системы.
Посредством этих многократных повторений деятельности всей системы выбирается всё более оптимальный вариант взаимодействия её уровней, из которых она должна состоять.
Таким путём идёт диалектический процесс становления, развития и самосовершенствования системы. Долговременный процесс выработки оптимальных взаимоотношений между внутренними уровнями системы и рассматривается нами (в контексте построения имитационной модели), как процесс спортивной тренировки.
Игрок и его представление в модели
Основным элементом и одновременно основной целью любой игры является человек. Любая игра создана для удовлетворения человеческой потребности в ней.
В спортивной игре требования к её участникам очень строги. Каждый игрок должен обладать определённым набором качеств, позволяющих ему успешно осуществлять эту деятельность. Спортивная игра ставит своей целью достижение наивысшего результата. Поэтому каждый игрок должен стараться максимально проявить все необходимые ему в игре физические способности. В теории и практике спорта высших достижений требование максимального проявления качеств в ходе игры достигается двумя путями: системой спортивного отбора наиболее сильных участников игровой деятельности; целенаправленной учебно-тренировочной работой по развитию (воспитанию, совершенствованию, тренировке и так далее.) необходимых для игры качеств.
Ввиду многофункционального воздействия игровой деятельности на организм занимающихся, можно выделить бесконечное множество специальных качеств, необходимых игроку. Всё это множество качеств можно разбить на морфо-функциональные, физические, технические, тактические, психологические (в том числе морально-волевые) и др. качества.
Различные виды спортивных игр требуют разного уровня проявления и различного сочетания качеств игрока, в зависимости от специфики спортивной игры.
В.В Кузнецов., В.В. Петровский, A.M. Шустин (1983), на основе исследования различных видов спорта, выделили, так называемые, модельные характеристики соревновательной деятельности спортсменов. Эти модельные характеристики представляют перечень необходимых (важнейших) качеств и уровень их развития для спортсменов различных видов спорта.
Схематично весь спектр необходимых игроку качеств, в той или иной спортивной игре, можно представить в виде двумерного множества. По одной оси этого множества находится перечень (набор) необходимых игроку качеств. По второй оси - величина (сила) проявления этих качеств необходимых в данном виде игры.
Особенностью элементарных двигательных качеств игрока, используемых при имитационном моделировании, является их независимость друг от друга. Весь математико-статистический аппарат, применяемый для проведения каких-либо количественных исследований этих качеств, исходит из предположения об их независимости. Однако, на практике, эти качества имеют взаимовлияние друг на друга. Даже если эти качества находятся в различных частях всего спектра двигательных качеств, влияние одних качеств на другие может осуществляться опосредовано, через (например) третьи качества, или через такое генерализованное качество, как общая двигательная одарённость и так далее.
Второй особенностью проявления двигательных качеств заключается в том, что в процессе становления спортивного мастерства спортсмена, совокупный спектр проявления качеств всё время меняется. Изменяется их взаимоотношение между собой. Изменение этого взаимоотношения обусловлено, в первую очередь, влиянием учебно-тренировочного процесса. Но на этот процесс оказывает влияние и большое количество привходящих факторов, таких как, особенности онтогенеза спортсмена, социально-бытовые условия и т.п.
Большая часть необходимых игроку качеств тестируется с помощью специальных спортивно-педагогических методик.
Часть необходимых спортивно-педагогических качеств не поддаётся прямому тестированию ввиду их генерализации.
Для адекватного представления (отображения) в имитационной модели любого игрока мы взяли такие особенности, которые можно непосредственно измерить, шкалировать и соответственно, ввести в имитационную модель (рост игрока, скорость его передвижения и др.).
Наряду с этим, каждый игрок обладает качествами, которые не являются элементарными. Они проявляются генерализованно и внешне их можно оценить по успешности или не успешности выполнения тех или иных тактико-технических действий.
В таблице 4.1 представлен базовый блок качеств игрока, которые при отображении их в модели называются параметрами. Все представленные в таблице 4.1 параметры игрока задаются экспериментатором в начале работы.
