Abstract ON PROBLEM OF COMPUTERIZING ANALYSIS OF SPORTS EXERCISES' PERFORMING A.N. Furayev, doctor of pedagogy Moscow state academy of physical culture, Malakhovka Key words: automatized system, express-analysis, biomechanical structure of movements, mistake of sports exercise's performing, algorhythm of mistakes' detection and correction. The purpose of this study was to foundate the methodology for elaborating and creation of the automatized systems to control the biomechanical parameters of athlete's movements. The elaborated algorhythm had demonstrated its high efficiency. After one training session the quantaty of revealed mistakes in the technique of snatch in the group of weight-lifters had been lowered in two times (p < 0,01). The created automatized system and the programming insuring gave an opportunity not only to correct athletes' technique, but to trace the dynamics of motoric processes.
|
К ВОПРОСУ О КОМПЬЮТЕРИЗАЦИИ АНАЛИЗА ВЫПОЛНЕНИЯ СПОРТИВНЫХ УПРАЖНЕНИЙ Доктор
педагогических наук А.Н. Фураев Ключевые слова: автоматизированная система, экспресс-анализ, биомеханическая структура движения, ошибка выполнения спортивного упражнения, алгоритм выделения и коррекции ошибок. Введение. Благодаря усилиям специалистов, работающих в области физической культуры и спорта, физиологии труда, космической медицины и т.д., анализ характеристик двигательных актов человека стал общепринятым и широко распространенным методом исследования. Однако расшифровка записей биомеханических характеристик - сложный и трудоемкий процесс, а результаты, как правило, значительно отставлены во времени и зависят от личностных характеристик исследователя, которые и сами также подвержены изменениям. Использование автоматизированных систем на базе микропроцессорной техники позволяет отчасти преодолеть данные трудности. В практике современного спорта подход к оценке техники выполнения спортивного упражнения, как и многих показателей организма спортсмена, остается пока в основном эмпирическим. Поэтому количественные измерения, независимо от того, как они выполнены - вручную или с помощью вычислительной машины, - характеризуются определенной ограниченностью из-за пробелов в наших знаниях, касающихся фундаментальных закономерностей. Исходя из этого, на наш взгляд, необходимо разрабатывать и создавать автоматизированные системы контроля за биомеханическими параметрами движений спортсменов, носящие информационный или информационно-советующий характер, и тем самым переложить на ЭВМ наиболее рутинную и однообразную работу по выявлению и первичному анализу этих параметров. Но поскольку тренер-специалист обладает пока недоступной ЭВМ способностью вырабатывать понятия, оценивать и синтезировать "сырые" и неточные данные, рассматривать каждого спортсмена как индивида со своими функциональными способностями, надо оставить за ним роль принимающего решения [2, 4]. Организация и методика. Предмет исследования - автоматизация биомеханического анализа. Объект исследования - компьютеризация анализа спортивных взаимодействий штангистов. В соответствии с данной точкой зрения разработана и создана автоматизированная система экспресс-контроля биомеханических показателей. В качестве информации о биомеханических характеристиках выполняемого спортсменом упражнения используется сигнал о вертикальной составляющей опорной реакции, получаемый с тензодина-мографической платформы, который через устройство сопряжения вводится в микро-ЭВМ. По специально разработанным алгоритмам, реализованным на ЭВМ, выбранные показатели движений выделяются и анализируются [З]. При создании автоматизированной системы экспресс-контроля биомеханических показателей с целью ее использования в тренировочном процессе перед разработчиками стоят не только технические, но и педагогические проблемы. Возникает необходимость ответить на целый ряд вопросов. Например: какие параметры выбрать для оценки? С какой точностью их необходимо измерять? Насколько они вариативны от одного двигательного действия к другому? Какие абсолютные или относительные величины выбранных показателей принять за нормы? С какой точностью спортсмен может управлять отдельными показателями, если это понадобится? Какое число показателей спортсмен может одновременно успешно корректировать? Нам пришлось отвечать на эти и многие другие попутно возникающие вопросы [З]. Процесс создания и в определенной степени функционирования автоматизированной системы для оценки выполняемого упражнения можно условно разбить на 3 взаимосвязанных блока-этапа. 1) выделение нужных показателей и определение их значений; 2) определение на основании полученных результатов, допущены ли спортсменом ошибки, и если да - то какие; 3) определение педагогических воздействий (методические рекомендации) с целью коррекции имеющихся ошибок. Здесь будут затронуты только некоторые аспекты, относящиеся ко второму и третьему блокам. Реализация втрого блока - разработка технологии выделения ошибок в выполнении упражнения - была одной из центральных при создании автоматизированной системы. Дело в том, что в литературе под ошибкой часто подразумевают совсем разные вещи, не говоря уже о том, что разные специалисты для одних и тех же показателей рекомендуют в качестве ориентиров сильно различающиеся значения. Поэтому после предварительной проработки литературных источников было решено принять в качестве ориентиров лишь те показатели, в отношении которых у специали-сов, как правило, взгляды более или менее совпадают. При этом значения были взяты с определенным допуском (были установлены приемлемые диапазоны значений). Это составляет первый уровень анализа на наличие ошибок. Но человек - сложная самоорганизующаяся система. Загнать такую систему в прокрустово ложе жестких ограничений - значит заранее обречь ее (систему, т.е. человека) на недостаточно полное использование своих потенциальных возможностей. Для того чтобы учесть индивидуальные особенности спортсмена, был введен второй уровень анализа. Он базируется на известных положениях о том, что в скоростно-силовых упражнениях, к которым относится выполнение рывка классического, при прочих равных условиях, чем выше развиваемые спортсменом усилия и быстрее осуществляется переключение с уступающего режима работы на преодолевающий, тем эффективнее выполнение упражнения [1]. Поэтому превышение допустимых значений максимумов усилий (судя по динамограмме рывка) и сокращение по времени фазы переключения не интерпретировалось как ошибка, если такие сдвиги не влекли за собой негативных изменений в других связанных с данными параметрами элементах системы движений. Чтобы реализовать такой подход, были проанализированы вероятности наблюдения различных сочетаний отклонений параметров выполнения рывка от общепринятых норм (на уровне различения "ошибка - норма"), и на этой основе рассчитаны коэффициенты корреляции. Только затем можно было закончить построение алгоритма диагностики ошибок. Предложенный алгоритм позволяет выявлять 20 различных ошибок. Методические рекомендации по их исправлению выводятся в форме кратких инструкций с количественными указаниями. Например: "Поднимайте снаряд до уровня коленей быстрее на 0,05 с". Такого рода информацию спортсмен получал после каждого подъема штанги. Результаты. Разработанный алгоритм показал свою высокую эффективность. За одну тренировку количество проявляющихся ошибок в технике выполнения рывка у группы тяжелоатлетов сократилось более чем в два раза (t = 7,08 при р < 0,01). Созданные автоматизированная система и программное обеспечение к ней позволили не только корректировать технику спортсменов, но и проследить динамику протекающих при этом процессов. Проведенный анализ позволил констатировать, что исправление ошибок не сводится к простой нормализации параметров, а является значительно более сложным процессом. Ниже представлены некоторые результаты, полученные на тяжелоатлетах при реализации и работе с данной автоматизированной системой и, по-видимому, имеющие значение и для других видов спорта. Обращает на себя внимание различие отношений между ошибками в выполняемом упражнении у спортсменов, использующих автоматизированную систему для их коррекции, по сравнению с теми, кто ее не использовал. Попарное сравнение коэффициентов корреляции с применением Z-преобразования показало, что у значительной части сочетаний параметров коэффициенты корреляции различаются существенно: 26,9% всех пар различаются при уровне значимости р < 0,05, а 33,15% - прир < 0,01. Отсюда следует, что нельзя механически переносить полученные при обычном способе тренировки значения корреляции связей на режим с оперативным регулированием техники выполнения упражнений. В то же время корреляционные параметры, отраженные в алгоритме выявления ошибок, не претерпели принципиальных изменений, что указывает на возможность дальнейшего эффективного использования этого алгоритма. Получение экспресс-информации о выполнении упражнения и проведение с помощью автоматизированных систем оперативных коррекций позволяет проследить динамику изменения состояний системы движений. При оперативном регулировании выполнения упражнений нередко приходится применять нетрадиционные для анализа спортивной техники приемы. После методической проработки был, в частности, предложен подход, основанный на учете знака взаимосвязей ошибок в технике выполнения упражнения. Все значимые отношения между ошибками делятся на две группы: на положительные и отрицательные При положительной взаимосвязи высока вероятность совместного проявления (или непроявления) рассматриваемых ошибок, при отрицательной крайне низка вероятность совместного их наблюдения при выполнении упражнения одним и тем же спортсменом. Были проанализированы тренировки 23 тяжелоатлетов в классическом рывке с использованием оперативной коррекции биомеханических параметров движений с помощью разработанной автоматизированной системы. Результаты эксперимента показали, что спортсменов можно разделить на две группы: 1) тяжелоатлеты, пытавшиеся скорректировать имеющиеся у них ошибки в выполнении рывка воздействием в основном только на те параметры, в которых была зарегистрирована ошибка (11 человек); 2) тяжелоатлеты, пытавшиеся активно изменить не только те параметры, в которых зарегистрирована ошибка, но и другие (12 человек). Сравнение эффективности коррекции ошибок в этих группах показало, что во второй из них ошибки исправлялись значительно более успешно (Р < 0,05). Вторую группу атлетов можно, в свою очередь, разделить на две. Меньшая часть спортсменов (2 человека) при регулировании биомеханических параметров делала акцент на положительных связях между ошибками. Практически во всех их подъемах штанги проявлялись не типичные для них (но положительно связанные с типичными) новые ошибки. Основная же часть спортсменов этой группы (10 человек) при исправлении ошибок активно создавала такое их сочетание, для которого характерна отрицательная корреляционная связь. Эффективность коррекции ошибок у этой части спортсменов оказалась значительно более высокой. Шесть человек (60%) смогли полностью исправить за одну тренировку имевшиеся у них ранее ошибки. Это позволяло сделать вывод: для успешного исправления типичных для спортсмена ошибок он должен искусственно воспроизвести в одном выполнении упражнения ошибки, отрицательно связанные между собой: нарочито введенная ошибка помогает устранить основную, свойственную спортсмену, а искусственно введенная не "прививается". Обсуждение. Опуская обсуждение механизмов управления движениями, лежащими в основе успешности такой коррекции ошибок, можно обобщенно представить себе алгоритм оперативного регулирования биомеханических параметров. 1. Выявить типичные для данного спортсмена ошибки. 2. На основе знания взаимосвязей ошибок определить параметры, влияя на которые можно эффективно корректировать имеющиеся ошибки. 3. Выполнить движение с установкой на такое изменение определенных в пункте 2 парамеров, которое ведет к уменьшению вероятности появления типичных для спортсмена ошибок. Здесь можно выделить две стадии: а) выполнение движений с "искусственным" введением ошибки, связанной отрицательной зависимостью с той ошибкой, которую нужно исправить; б) коррекция выбранного параметра. Возможна ситуация, когда эти две стадии не разделяются: коррекция необходимого параметра происходит одновременно с введением "искус ственной" ошибки. 4. В случае, когда "искусственно" введенная ошибка не исчезает сама собой, скорректировать соответствующие параметры; если это не сразу удается, действовать в соответствии с пунктом 2 данного алгоритма. Успешную реализацию разработанного алго ритма определяют три основных момента: 1) знание отношений между ошибками в параметрах движений; 2) наличие экспресс-информации о проведенной коррекции и возможность ее оперативного использования; 3) оперативный выбор должных параметров для регулирования. Если первое условие реализации алгоритма в принципе выполнимо на базе ранее использованных материалов регистрации и обработки инфор мации (самописцев, шлейфных осциллографов т.д.), то второе и третье не выполнимы без компь ютерных автоматизированных систем. Поэтому использование автоматизированных систем экспресс-анализа биомеханической информации в тренировочном процессе позволяет не только ускорить получение необходимой количественной информации (в данном случае - о структуре движений), но и организовать этот процесс на принципиально новом качественном уровне, резко ускоряя формирование совершенных двигательных навыков. Литература 1. Верхошанский Ю.В. Основы специальной силовой подготовки в спорте. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ФиС, 1977. 2. Винер Н. Кибернетика или управление и связь в живом и машине. 2-е изд. - М.: Наука, 1983. 3. Фураев А.Н. Оперативное регулирование тренировочного процесса тяжелоатлетов с использованием автоматизированной системы контроля биомеханических параметров. Дис. Малаховка, 1987. 4. Эшби У.Р. Введение в кибернетику. /Пер. с англ. - М.: Иностранная литература, 1959. Поступила в редакцию 15.08.96
При любом использовании данного материала ссылка на журнал обязательна! |
На главную
В библиотеку
Обсудить в форуме