background:#336699;

index

 

1. ПРИМЕНЕНИЕ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УЧЕБНО-ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА

 

В своем развитии отечественная биомеханика физических упражнений последовательно решала проблемы соотношения:

-         механики и биологии в движениях;

-         механики, биологии и психологии в биомеханике человека;

-         общих основ классической биомеханики человека вообще и личностных свойств и возможностей конкретного человека.

То есть совершался переход от механики живого к живому движению, от него к двигательному действию человека и, наконец, к целеустремленным действиям личности (Д.Д. Донской, С.В. Дмитриев, 1996). Однако основной задачей биомеханики физических упражнений по-прежнему остается оценка эффективности приложения сил для более совершенного достижения поставленной цели. Решение этой задачи во многом обусловлено полнотой и корректностью ответов на вопросы: каково строение, свойства и двигательные функции тела спортсмена, какова рациональная спортивная техника, как должен осуществляться процесс технического совершенствования спортсмена?

Ответы на эти вопросы определяют ход учебно-тренировочного процесса, помогают формировать систему соревновательных действий. Представляется, что наиболее содержательные ответы на эти вопросы могут быть получены в рамках биомехатроники. Ее предмет – обоснование, расчет и реализация технологии формирования и осуществления двигательных действий, обеспечивающих достижение запланированных результатов (И.П. Ратов с соавт., 1993). Наиболее важная особенность использования научных знаний при построении таких технологий – наличие «биомеханического подхода», предполагающего построение цепей причинно-следственных зависимостей. При этом в качестве точки отсчета берут планируемый результат и технологии строят исходя из расчетных или зарегистрированных величин скоростей, ускорений, усилий, данных об особенностях мышечной координации (С.С. Добровольский, В.Г. Тютюков, 1997). Такой подход ставит на первое место достижение требуемых совокупностей биомеханических характеристик, а на второе – нахождение и использование психобиомеханических приемов становления всей системы двигательных действий с ориентацией на индивидуальную рекордную результативность.

Отсюда следует, что модель физического упражнения может быть представлена в виде трехсекционного «черного ящика», отражающего биомеханические, физиологические, психологические аспекты, где входом является психика спортсмена, а выходом – биомеханические характеристики его движений. Для выработки адекватных управляющих воздействий эти характеристики необходимо измерить, проанализировать и подать результаты на вход подсистемы «тренер-спортсмен» (Н.Г. Сучилин, 1996).

Содержательные выводы могут быть сделаны на основании надежной достоверной информации. Отсюда следует, что методы и аппаратура, применяемые в биомеханических исследованиях, должны обеспечивать получение достоверных результатов. Это означает, что степень точности измерений должна соответствовать цели исследования, а методы и аппаратура не должны влиять на исследуемый процесс, то есть не должны искажать результат и мешать испытуемому.

На первый взгляд этим требованиям вполне отвечают расчетные методы (косвенные измерения, механико-математическое моделирование), основанные на использовании физических закономерностей и статистических данных о геометрии масс тела человека. И действительно, расчетные методы часто применяются для косвенного определения биомеханических характеристик, которые по разным причинам не могут быть измерены (зарегистрированы) непосредственно, например, в условиях соревнований.

Видные биомеханики Д.Д. Донской и С.В. Дмитриев (1996) констатируют, что «…развитие точной регистрирующей аппаратуры и компьютеризация исследований двигательных актов захватили исследователей построением механико-математических моделей, очень сложных и эффективных в раскрытии тончайших деталей движения (особенно в инженерной и медицинской биомеханике)». Мы не вправе оспаривать это утверждение полностью, но эффективность применения механико-математического моделирования для решения некоторых задач биомеханики спорта подвергается сомнению многими не менее известными исследователями.

В отечественной научно-методической литературе возможности расчетных методов продемонстрированы в единичных работах, подтвердивших общеизвестные истины, например, при определении ведущих элементов техники в спортивной гимнастике (Ю.А. Ипполитов, 1997), выделении факторов, обеспечивающих результат в прыжках на лыжах с трамплина (Н.А. Багин, 1997), выявлении зависимости между кинематикой и динамикой вращений в фигурном катании на коньках (В.И. Виноградова, 1999). Авторы продемонстрировали высочайшую эрудицию, но во всех случаях расчетные результаты значительно отличались от полученных прямым измерением в аналогичных условиях.

Теоретически это объясняется тем, что в основе классических расчетных методов в биомеханике лежит гипотеза эквивалентности неживой и живой массы. Данная гипотеза предполагает, что биологическое тело не меняет своей внутренней структуры под воздействие управляющих сил и моментов, а также пребывает в неизменной позе. Если это условие не выполняется, то методы классической биомеханики становятся неприменимыми.

 

Экспериментальные исследования, проводившиеся в течение многих лет в лаборатории биомеханики ВНИИФКа, показали, что «…ограниченность классических расчетных методов для получения по перемещениям точек данных о величинах ускорений и сил в двигательных действиях с изменением позы, вытекает из тех обстоятельств, что в настоящее время нет возможностей для объективной оценки направлений смещения внутренних органов, масс крови и лимфы. В рамках алгоритмов расчетов также не учитывается передача сил или энергии от звена к звену или их поглощение и рассеивание» (И.П. Ратов, Г.И. Попов, 1996). Эти же авторы экспериментально подтвердили мысль Н.А. Бернштейна о том, что не существует однозначной связи между мышечным напряжением и механическим движением (так как каждое движение – результат взаимодействия активных и реактивных сил) и показали, что в биомеханических системах функция «сила-ускорение» – нелинейная, то есть значительные ускорения при перемещении масс могут не приводить к появлению усилий. Гетерохронность процессов возбуждения мышц, развития их тяги, перемещения звеньев тела отмечены целым рядом исследователей, в том числе и нами /14/ (рис.1.1).image001

 

Рис. 1.1. Общий вид непрерывной параллельной записи биомеханических и электрофизиологических процессов при выполнении упражнения локального воздействия (подошвенного сгибания стопы). Обозначения: 1 – тензодинамограмма, 2 – интегрированная электромиограмма, 3 – электромеханограмма. Стрелки показывают направление развития процессов. Заштрихованы графики, относящиеся к одному двигательному циклу.

 

Итак, недостатком расчетных методов вообще и особенно механико-математического моделирования является то, что «…разработанные модели движений человека (сомнительно адекватные живому телу человека и его движениям) пытаются «начинить» среднестатистической геометрией масс и реальной кинематикой живых упражнений» (М.Л. Иоффе с соавт., 1995). «Результаты такого подхода плачевны как с научной, так и с практической точек зрения», – подчеркивает Н.Г Сучилин (1998).

Инструментальные методы исследования применяются для прямой регистрации кинематических, динамических, энергетических характеристик движений, а также биоэлектрической активности при выполнении физических упражнений. Выделяют (И.М. Козлов, 1980 и др.) 2 группы инструментальных методов: оптические и оптико-электронные (фото-, кино-, видеосъемка), и механоэлектрические (гонио-, механо-, тензодинамо-, акселерография и т.д.), а также их разновидности и сочетания.

Использование высокоточных информационных технологий в условиях соревнований и тренировок создает новые возможности для оценки эффективности выполнения упражнений, позволяет выделять тонкие взаимосвязи состава двигательных действий, недоступные обычному анализу. Существует много примеров успешного использования инструментальных методов, в том числе и самых простых, для изучения механизмов управления двигательными действиями, совершенствования учебно-трениро-вочного процесса.

Анализ кинематики ходьбы позволил Н.А. Бернштейну (1935) сделать вывод, что даже автоматизированные движения не воспроизводятся, а каждый раз строятся заново («повторение без повторения») – см. рис. 1.1.

Исследование кинематики ударных движений показало, что так называемое «парадоксальное торможение ударной конечности», отмечаемое в момент нанесения удара, не является охранительной реакцией, свойственной новичкам. Напротив, оно вырабатывается как навык для увеличения массы ударника. (Л.В. Чхаидзе, 1998).

Электрофизиологические данные о раздельной активности дистальных и проксимальных участков двухсуставных мышц использовались В.М. Дьячковым при выработке более эффективного варианта отталкивания в прыжках в высоту. Используя эту технику, В. Брумель установил мировой рекорд. Использование вектординамографии для подбора условий выполнения отталкивания в прыжках в длину с разбега позволило найти вариант выполнения последних шагов разбега, при котором отмечались наименьшие потери давления на опору при постановке ноги на место отталкивания. С учетом этого была проведена индивидуальная корректировка техники И. Тер-Ованесяна, и установлен мировой (И.П. Ратов, Г.И. Попов, В.В. Иванов, 1998).

В последние несколько лет на основе анализа результатов прямых измерений кинематики и динамики соревновательных двигательных действий были даны ценные рекомендации:

– по совершенствованию спортивной техники в прыжках в длину с разбега (В.Б. Шпитальный, 1999), в плавании (А.И. Погребной, 1997), в академической гребле (А.Ю. Бингелис, 1997; В. Клешнев, 1995);

– по совершенствованию методики физической подготовки в беге на 400 м (Е.Е. Аракелян, 1997), в легкоатлетических прыжках (В.Б. Попов, 1996), в гандболе (И.В. Петрачев, 1998), баскетболе (Ю.М. Портнов, 1999);

– по формированию технико-тактических действий в настольном теннисе (Г.В. Барчукова, 1997; Л.С. Зайцева, 1999) и бадминтоне (О.В. Жбанков, 1997).

Применение инструментальных методов исследования в ходе учебно-тренировочного процесса, а тем белее в условиях соревнований, обычно связано с большими организационными и методическими трудностями. Но к настоящему времени методически и экспериментально обосновано положение о том, что на «двигательное настоящее» данного испытуемого следует смотреть из искусственно созданного состояния его «двигательного будущего» (то есть следует проводить биомеханические исследования в условиях искусственной управляющей среды, тренажера и т.п.), так как при этом достаточно четко видны и осознаваемы причины, мешающие реализации потенциальных возможностей спортсмена (В.Н. Курысь, 1991; С.С. Добровольский, В.Г. Тютюков, 1997).

Уменьшить трудности получения объективной информации в естественных условиях учебно-тренировочного процесса можно путем стационарного оснащения аппаратурой биомеханического контроля мест проведения тренировок и соревнований. Так в 1980-х годах в легкоатлетическом манеже Кубанской академии физической культуры (г. Краснодар) был создан уникальный измерительно-диагностический и тренировочный полигон, оснащенный несколькими комплексами средств регистрации и анализа техники легкоатлетических упражнений, размещенными непосредственно на дорожках и в секторах. Это позволило проводить там сборы национальных команд разных стран и качественно улучшить НИР вуза (В.А. Якобашвили, 1999).

В настоящее время разработка систем для улучшения качества учебно-тренировочного процесса ведется в направлении создания программно-аппаратных комплексов, позволяющих автоматизировать ввод информации в ЭВМ и ее обработку. Такой комплекс включает в себя, как правило, видеомагнитофон, динамографическое устройство, электромиограф.

При создании автоматизированной системы экспресс-контроля биомеханических показателей для использования ее в тренировочном процессе возникают не только технические, но и педагогические проблемы (А.Н. Фураев, 1996; Н.Г. Сучилин, Л.Я. Аркаев, В.С. Савельев, 1996; и др.):

      какие показатели выбрать для оценки;

      с какой точностью их надо измерять;

      насколько они вариативны;

      какие величины показателей принять за норму;

      с какой точностью спортсмен может управлять отдельными показателями, если это понадобится;

      какое число показателей спортсмен может корректировать одновременно;

      как изменится результат (или основные показатели техники) конкретного спортсмена при изменении некоторых показателей техники.

Материалы инструментальных исследований, то есть записи биомеханических процессов при выполнении двигательных действий, могут быть представлены в виде фотоснимков, кинопленки и т.п., а также в виде графиков, начерченных различного рода самописцами. Первые требуют расшифровки (оцифровки), вторые содержат информацию в практически готовом виде. В любом случае возникает вопрос – что делать с обилием точных цифр? Ведь информативная избыточность так же вредна, как и недостаточность. Н.Г. Сучилин (1996) считает, что «…целесообразно сначала выполнять качественный анализ техники, а потом количественный – с определением биомеханических характеристик успешных и ошибочных действий. В итоге будет получен ответ на вопросы «чем» и «насколько» одна техника исполнителя отличается от другой. При этом качественный анализ техники выполняется с использованием четырех пар определения ошибок:

      «раньше-позже» – начало и конец фазы;

      «дольше-короче» – длительность фазы;

      «сильнее-слабее» – развиваемые усилия;

      «недостаточно-чрезмерно» – граничные положения и суставные углы».

Количественный анализ спортивной техники выполняется с точки зрения механики управляемого тела. При этом последовательно определяются программы поступательного и вращательного движения всего тела, управляющие силы и моменты сил, необходимые взаимные перемещения масс, главные и корректирующие управляющие движения, элементы динамической осанки (В.Т. Назаров, 1984)

Итак, биомеханика физических упражнений – естественная наука, опирающаяся на данные, полученные опытным и расчетным путем. Анализ этих данных позволяет уточнить закономерности совершенствования движений человека.

Необходимым условием изучения закономерностей управления движениями человека является комплексная регистрация биологических и механических характеристик движения.

Общепринятая процедура анализа двигательного действия чаще всего соответствует ходу решения прямой задачи динамики , но не ограничивается выяснением причин, вызывающих и изменяющих движение объекта, а включает также определение топографии работающих мышц, определение энергетических затрат, выявление оптимальных двигательных

режимов.

 


Оформить заказ оригинальной работы

Поля со знаком (*) обязательны для заполнения.
Имя (*)
Заполните корректно поле
Страна (*)
Заполните корректно поле
Город (*)
Заполните корректно поле
Телефон
Неверный Ввод
E-mail (*)
Некорректный адрес
Сообщение
Неверный Ввод
Когда с Вами лучше связаться? (*)
Введите дату
Отправить заказ