Abstract DIDACTICAL BIOMECHANICS: SOURCES AND PROSPECTS A.N. Laputin, professor The Ukraine state university of physical education and sport, Kiev Key words: didactical biomechanics, conceptual principles, process of instructing, biomechanical structure, gravitational influencies. The purpose of this paper was to discuss the results of our study aimed to verify the hypothesis about the possibility and the necessity to use the method and means of gravitational conditions' modelling. The obtained research data had confirmed this hypothesis. In all experiments it had been shown that the elaborated methods and the special gravitational clothes allowed to create artificial gravitational environment for subjects. It helped to improve the biomechanical properties of sceleton muscular system and movements' coordination in natural locomotions and sports exercises. Using the methodology of biomechanical didactics the coaches receive the additional opportunities to direct the psychological performing of an athlete with a help of special forming the certain biomechanical structures of sports technique.
|
ДИДАКТИЧЕСКАЯ БИОМЕХАНИКА: ИСТОКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ Доктор педагогических наук,
профессор А.Н. Лапутин Ключевые слова: дидактическая биомеханика, концептуальные положения, процесс обучения, биомеханическая структура, гравитационные воздействия. Аналитический обзор. Исследования последнего времени дают достаточно оснований для признания того, что в современной науке о двигательной активности сегодня утвердилось новое самостоятельное направление - дидактическая биомеханика [1-6, 12]. Объектом ее изучения является искусственно организованный, осмысленный процесс деятельности человека, направленный на эффективную его подготовку к решению сложных двигательных задач в сфере каких-либо его социальных и профессиональных интересов. Предмет дидактической биомеханики - двигательные действия человека, их целевая ориентация и физические закономерности, процессуальная и содержательная структуры, а также биологические и физические закономерности и условия их выполнения [7, 11-13]. Дидактическая биомеханика возникла и сформировалась лишь только после того, как "... начиная с 1920-х годов были предприняты попытки поднять учение о движениях человека на принципиальную высоту и сформулировать проблемы теории двигательных актов" [2, с. 104]. По мнению Н.А. Бернштейна, достичь этого можно было только благодаря переносу центра тяжести науки о движениях от "биомеханики двигательного аппарата и его отправлений к проблематике активного взаимодействия организма с окружающим миром" [там же]. К настоящему времени сформулированы основные теоретические концептуальные положения дидактической биомеханики как науки. Во многом они базируются на известных постулатах Н.А. Бернштейна о том, что каждое "упражнение есть в сущности не повторение осваиваемого действия, а его построение" [там же, с. 142]. Процесс обучения двигательным действиям в дидактической биомеханике и наших исследованиях идентифицирован как объект программно-целевого управления. Предложены различные его модели, позволяющие алгоритмизировать управление и достаточно эффективно использовать для их реализации в реальном времени компьютерную технику. Разработана структурная схема этого процесса, включающая содержательную часть (цели, функции, направления, дидактические принципы, методы, характеристики моторики обучаемых спортсменов), и процессуальная часть (организационное руководство, виды деятельности, средства, формы деятельности, эффективность процесса), а также закономерности функционирования и развития педагогического процесса (рис. 1).
Рис. 1. Блок-схема дидактического процесса обучения двигательным действиям В результате исследования биомеханических характеристик ряда сложных по своей координационной струтуре двигательных действий нами была апробирована методика построения достаточно удобных в операционном отношении дидактических моделей, дающих возможность успешно решать двигательные задачи и управлять формированием навыков в процессе обучения. На этой основе были изучены закономерности дидактического моделирования, характерные для более широкого класса двигательных действий. Установлено, что дидактическая система таких действий при этом может формироваться на базе многоуровневых моноцелевых древовидных биомеханических структур. Дидактические модели этих действий могут строиться в виде своеобразного "дерева целей", на вершине которого располагается генеральная цель, представляющая собой выраженный в количественной форме результат решения основной двигательной задачи осваиваемого двигательного действия. В середине 70-х годов нами была выдвинута гипотеза о том, что человек может успешно научиться наиболее эффективным способам выполнения сложных двигательных действий, освоить практически любую сложнейшую биомеханическую структуру движений только в том случае, если ему в процессе обучения искусственно создать необходимые условия для адекватного восприятия тех гравитационных взаимодействий с внешней средой, которые характерны для тех или иных условий решения двигательных задач. Данное предложение, в свою очередь, основывалось на фундаментальном постулате о том, что из всех известных физических полей человек способен воспринимать преимущественно только гравитационное поле. Благодаря этому он может сознательно управлять гравитационным взаимодействием своего тела и произвольно строить в пространстве различные биомеханические системы своих движений. Сформулированная таким образом гипотеза открыла определенные новые перспективы для развития дидактической биомеханики. Гравитационное поле, как известно, стимулирует сенсорную систему, благодаря чему у человека создается его определенный внутренний образ. Совокупность сенсорных сигналов от мышц и сухожилий дает человеку возможность ощущать действие сил гравитации на его тело. Это позволяет ему корректировать силовые взаимодействия своего тела со средой. Однако перемещения относительно подвижных масс тела человека в окружающем пространстве при активных и разно-направленных произвольных движениях значительно усложняют его возможности объективного отражения действительности. Это создает известные трудности для эффективного самостоятельного управления формированием тех биомеханических структур движений, которые необходимы его исполнительным системам для решения достаточно сложных двигательных задач. В связи с этим становится понятной актуальность проблем создания обучаемому искусственной гравитационной среды, моделирования тех или иных наперед заданных параметров гравитационных взаимодействий тела человека с целью оказания ему соответствующей дидактической помощи при его обучении и тренировке. Методика. В процессе исследований нами было разработано устройство, конструкция которого выполнена в виде специального комбинезона, надеваемого на все тело человека и позволяющего моделировать для него условия повышенной гравитации. Устройство имеет систему грузов, расположенных таким образом, чтобы у использующего его человека сохранялась естественная геометрия масс тела при том изменении модуля гравитационных взаимодействий, который необходим ему для реализации регламентированной программы наращивания силовых возможностей в обучении и гравитационной тренировке. Использование такого устройства позволяет наиболее полно воспроизвести в дидактическом процессе те условия гравитационных взаимодействий, которые должны быть реализованы обучаемыми в ходе освоения той заданной кинематической и динамической структуры движений, которая необходима им для достижения основной цели обучения [8-Ю].
Рис. 2. Типичные тензодинамограммы, регистрируемые в различных условиях гравитационных взаимодействий тела спортсмена при выполнении прыжка в высоту способом "фосбери-флоп" (испытуемый Б., 20 лет, 1 спортивный разряд): I - тензодинамограмма выполнения прыжка в естественных условиях; II - тензодинамограмма выполнения прыжка в гипергравитационном костюме массой m; III -тензодинамограмма выполнения прыжка в гипергравитационном костюме массой m(m m); F2 - вертикальная составляющая опорной реакции, Н; t - время опорных взаимодействий, с; 1-4 - последовательные фазы прыжка; F1, F3 - важнейшие показатели взаимодействий. В зоне A тензоди-намограмм II и III отсутствуют дополнительные возмущающие силовые моменты (нарушений координационной структуры прыжка не наблюдается) Главный положительный отличительный эффект использования костюма заключается в возможности увеличения силового потенциала и мышечной массы обучаемых при одновременном улучшении качества координации их движений, улучшении психологического состояния и расширении функциональных возможностей их организма. Самое важное то, что такой эффект может достигаться как в рамках привычного двигательного режима человека, так и в специально организованном и целенаправленном тренировочном процессе. Традиционно применяемые для этих целей средства, как правило, не в состоянии решать такие задачи в комплексе. Например, ряд других известных методик увеличения мышечной массы приводит к неизбежной потере желаемого высокого уровня координационных возможностей обучаемых. Это недопустимо прежде всего при любой профессиональной подготовке спортсменов, космонавтов, летчиков и операторов сложных технических систем. Начиная с 80-х гг. автором с сотрудниками проводятся комплексные биомеханические эксперименты по исследованию возможностей разработанного устройства. Оно было использовано в эксперименте для коррекции гравитационных взаимодействий тела человека с целью восстановления его двигательной функции, освоения и совершенствования биомеханической структуры ряда сложных двигательных действий в спортивной тренировке. Испытуемые выполняли заданные программы движений в гипергравитационном комбинезоне и без него. Для исследования закономерностей динамики формирования требуемых систем осваиваемых действий использовались средства биомеханического контроля. У испытуемых на различных этапах эксперимента при помощи видеокомпьютерных средств контролировались кинематические характеристики движений (комплекс используемой аппаратуры включал видеокамеру, видеокомпьютер IBM-486, видеомагнитофон, интерфейс, принтер и пакет прикладных программ); при помощи методики тензодинамогра-фии контролировались три составляющие опорных реакций (вертикальная, фронтальная и сагиттальная). Комплекс аппаратуры состоял из тензодина-мометрической платформы, сопряженной с компьютером IBM-486. При помощи миотонометри-ческого устройства (включающего ударный механизм, пьезоэлектрические акселерометры, датчик и блок регистрации) контролировалось состояние ряда крупных скелетных мышц (упругость, мышечный тонус, демпферность), участвующих в реализации тренировочных программ движений. Совместно с В. И. Синиговец был проведен эксперимент по моделированию условий гипергравитационных взаимодействий с целью восстановления функции детей, больных различными формами церебрального паралича. В восстановительный курс лечения входила программа из 22 занятий продолжительностью 1 час в течение четырех недель с использованием разработанного устройства моделирования для больных условий гипергравитации. Оперативный и биомеханический контроль осуществлялся до и после занятий, этапный - соответственно после каждой недели восстановительного курса лечения. Исследования показали, что практически у всех обследуемых больных после каждого цикла занятий значительно увеличились показатели тонуса и демпферности свойств всех мышц. В итоге после всего курса гипергравитационной кинезиотерапии значительно улучшились биомеханические характеристики двигательных реакций, наблюдалось также устойчивое повышение мышечного тонуса и улучшение демпферных свойств скелетных мышц.
Рис. 3. Условия опыта те же: 1 - тензодинамограмма выполнения прыжка в естественных условиях; II - тензодинамограмма выполнения прыжка с отягощениями (массой т), размещенными на туловище испытуемого. В зоне Д тензодинамограмм II и III обнаруживаются дополнительные возмущающие силовые моменты, нарушающие структуру двигательного действия Совместно с В.А. Кашубой был проведен эксперимент с участием стрелков из пистолета, которые тренировались в гипергравитационном костюме и в течение четырех недель провели 22 часовых тренировки. Условия опыта были такие же, регистрировались показатели тонуса и демп-ферность мышц - сгибателей пальцев, двуглавых мышц плеча, дельтовидных и икроножных мышц. Исследования показали, что после комплекса тренировок у испытуемых достоверно улучшились показатели устойчивости (уменьшались амплитуда и период колебаний тела и оружия в сагиттальной и фронтальной плоскостях, уменьшилось время прицеливания), увеличились также тонус и демп-ферность всех основных скелетных мышц, обеспечивающих реализацию акта прицеливания. Совместно с В. В. Гамалием и Г. С. Грызуном был проведен эксперимент по моделированию условий гипергравитационных взаимодействий в спортивной тренировке прыгунов в высоту высокой квалификации. Испытуемым было дано задание взять высоту способом "фосбери-флоп". При этом первая попытка выполнялась в обычных условиях, при второй и третьей спортсмены подвешивали на свое тело грузы (поочередно: вначале на туловище, затем на руки, ноги), третья и четвертая попытки для сравнения выполнялись в гипергравитационном костюме с большей и меньшей общей массой. С помощью тензодина-мографической методики при этом регистрировались опорные реакции, объективно отражающие динамику силовых взаимодействий тела спортсмена с опорой. Опыты показали, что прыжки в костюме увеличивают модуль (абсолютное значение) вертикальной составляющей опорной реакции, не изменяя при этом ее направленности - вектора и не нарушая координационной структуры всего двигательного акта (рис. 2). В то же время все другие способы применения отягощении приводят к расстройству двигательного ансамбля прыжка, к появлению в основной фазе движений (благодаря силовым моментам, что отчетливо видно в зоне А на тензодинамограммах, рис. 3). Поскольку это очень сложное упражнение, требующее больших усилий, можно предположить, что и во всех других случаях, при обучении другим упражнениям у спортсменов при использовании отягощении также будет нарушаться координационная структура движений. Если же спортсмену или космонавту необходимо в ходе дидактического процесса развивать силовые возможности и одновременно совершенствовать координацию движений, без предлагаемого гипергравитационного костюма не обойтись. Выводы. Результаты исследований свидетельствуют о том, что выдвинутая в настоящей работе гипотеза дидактической биомеханики о возможности и необходимости использования в обучении двигательным действиям со сложной биомеханической структурой методики и средств моделирования заданных условий гравитационных взаимодействий, по нашему мнению, находит убедительное подтверждение. Во всех случаях нами экспериментально показано, что разработанные методические приемы и специальный гипергравитационный костюм позволили создать испытуемым адекватную двигательным задачам искусственную гравитационную среду и этим самым предоставили им возможность существенно повысить потенциал, улучшить биомеханические свойства скелетной мускулатуры и координацию движений в естественных локомоциях и в спортивных упражнениях. Заключение. Концепция коррекции гравитационных взаимодействий тела человека открывает обнадеживающие перспективы повышения эффективности и интенсификации дидактического процесса. Благодаря этому сегодня может кардинально измениться не только методология, но и конкретная технология формирования заданных систем движений в двигательной реабилитации, профессиональном обучении и совершенствовании сложных двигательных навыков в спортивной тренировке. По нашему мнению, результаты настоящего исследования наиболее продуктивны в подготовке спортсменов высокой квалификации, которая при таком подходе приобретает более системный, интегративный характер. В первую очередь это относится к проблемам построения и организации их технической подготовки. Сейчас этот вид подготовки выступает как стержневой, системооб-разующий элемент всей многогранной структуры дидактического процесса в спорте. А биомеханические характеристики спортивной техники при этом играют роль ведущих управляемых переменных параметров в системе управления всем этим процессом. Фактически они служат тем рычагом, посредством которого тренер может управлять физической подготовкой, воздействовать как на исполнительные органы, так и на системы, обслуживающие аппарат движений. Развитие функциональных возможностей организма спортсменов в таких условиях не только эффективно стимулируется, но и строго лимитируется проявлением тех или иных биомеханических характеристик двигательных заданий в тренировочном процессе. С учетом того факта, что в ходе технической подготовки спортсмены, как правило, обучаются не механическим движениям, а двигательным действиям, реализация которых невозможна без активного участия сознания, у тренера появляются дополнительные возможности посредством направленного формирования определенных биомеханических структур техники эффективно управлять и сферой психологической подготовки атлетов. Это позволяет системно объединить в дидактическом процессе традиционно обособленные физический, технический и психологический виды подготовки. Таковы в общих чертах отличительные особенности и перспективы предлагаемой стратегии так называемой интегральной подготовки спортсменов высокой квалификации и таковы итоги нашего краткого анализа состояния проблем дидактической биомеханики в целом. Литература 1. Бальсевич В.К. Объективная регистрация движений //Легкая атлетика, 1964, № 5, с. 7-8. 2. Бернштейн Н.А. Очередные проблемы физиологии активности. В сб.: "Проблемы кибернетики" под ред. А.А. Ляпунова. - Москва: Гос. изд. физ.-мат. литературы, 1961, с. 101-160. 3. Боген М.М. Методологические основы теории обучения двигательным действиям. - М.: ГЦОЛИФК, 1985, с. 41. 4. Гросс Х.Х. Педагогическая кинезиология - новое направление в спортивной педагогике и биомеханике //Теория и практика физической культуры, 1979, № 9, с. 7-10. 5. Дмитриев С.В. Основы теории решения двигательных задач. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена, 1988. 6. Донской Д.Д. Законы движений в спорте. - М.: ФиС, 1968. 7. Лапутин А.Н. Устройство для управления двигательными функциями человека в процессе обучения. А.с. СССР № 789987, 1979. 8. Лапутин А.Н. Обучение спортивным движениям. - Киев: Здоровье, 1986. 9. Лапутин А.Н., Попов А.В. Способ тренировки мышечной системы спортсменов. А.с. СССР № 1097350, 1980. Бюл. № 46. 10. Лапутин А.Н., Кругов В.В., Дубров П.В. Комплект спортивно-оздоровительный. Госкомизобретений СССР. Свидетельство на промышленный образец. № 32018 от 26.09.1990 (приоритет с 17.01.90). 11. Лапутин А.Н. Дидактическая биомеханика: проблемы и решения. В журн. "Наука в олимпийском спорте", № 2(3). Киев, 1995, с. 42-51. 12. Ратов И.П. Технические средства для освоения, совершенствования и интенсификации спортивных движений //Вопр. управления процессом совершенствования спортивного мастерства. - М.: ВНИИФК, 1972, с. 92-112. 13. Laputin A.N. Didaktik biomechanics: problems and solutions. Ukrainian State Univ. of Phys. Education and Sports. Budapest, 1994, p. 49. Поступила в редакцию 15.08.96
При любом использовании данного материала ссылка на журнал обязательна! |
На главную
В библиотеку
Обсудить в форуме