Биомеханические основы индивидуализации профессионального обучения физическим упражнениям: На примере фигурного катания на коньках

Актуальность темы

Диссертация посвящена разработке биомеханических основ индивидуализации профессионального обучения физическим упражнениям на примере фигурного катания на коньках.

Профессиональное образование направлено на специальную подготовку человека к конкретной деятельности, становящейся основной в его трудовой и спортивной работе. Физическая культура и спорт как ее составляющая являются обязательным компонентом профессионального образования в российских ВУЗах. Достижение высоких результатов в обучении исполнению физических упражнений возможно только при скоординированной деятельности преподавателя (тренера) и учащегося (спортсмена) на основе учета индивидуальных биомеханических особенностей учащегося.

Объектом исследования является совместная деятельность преподавателя (тренера) и учащегося (спортсмена), направленная на построение индивидуализированных образовательных, учебно-тренировочных и соревновательных программ, а также на выбор и использование технических средств повышения их эффективности в фигурном катании на коньках на основе биомеханики двигательных действий.

Предметом исследования являются построенные автором механико-математические модели спортсмена и его двигательных действий как теоретическое средство передачи знаний учащимся, которое используется для построения научно обоснованного индивидуально специализированного процесса обучения эффективному исполнению профессиональных физических упражнений, в том числе и в спорте высших достижений.

Методологией исследования являются принципы, законы и теоремы классической теоретической биомеханики, теория Н. А. Бернштейна о построении движений и теория А. Н. Крестовникова о двигательном навыке.

Концепцией выполненных исследований и разработки биомеханических основ индивидуализации обучения профессиональным физическим упражнениям являются.

— выбор из бесконечного числа профессиональных физических упражнений только тех, по которым, главным образом, судят о мастерстве их исполнителя, например, о мастерстве спортсмена в рассматриваемом виде спорта,.

— построение антропоморфных механизмов для изучения выбранных физических упражнений,.

— построение математических моделей движений антропоморфных механизмов для выбранных физических упражнений,.

— анализ количественного влияния антропометрических характеристик человека и параметров его двигательных действий на индивидуализацию профессионального обучения физическим упражнениям.

Некоторые авторы (например, Экхард Майнберг и др.) педагогику физической культуры называют наукой о действии. При этом синонимом науки является теория, а действие — иное определение практики.

В.Н.Селуянов и Аиед Берхман в учебном пособии для студентов и слушателей РГАФК (Москва-1997) указывают, что наука о действии получила существенное ускорение развития в работах Брауне и Фишера, Н. А. Бернштейна, Д. Д. Донского, Д.Хейя. Брауне и Фишер оценили действующие силы при движении человека на основе ньютоновской механики (1889, 1906). Н. А. Бернштейн один из первых поставил вопрос об управлении опорно-двигательным аппаратом человека как основы теории двигательных действий. Д. Д. Донской и его последователи Х. Х. Гросс, В. Б. Коренберг, С. В. Дмитриев внесли свой вклад в теорию двигательных действий на основе педагогических наблюдений. Так пишут авторы указанного учебного пособия РГАФКа.

Наибольших успехов в создании теоретических основ науки о действии достигли С. Ю. Алешинский, Д. Г. Арсеньев, А. В. Зинковский, В. А. Шолуха и другие. Они построили математические модели движений антропоморфных механизмов в дифференциальной форме. Модели оказались сложными и результат удалось получить численным интегрированием только для движений спортсменов в сагиттальной плоскости.

Общий фундаментальный подход при построении теории обучения профессиональным физическим упражнениям, позволяющий формулировать педагогические рекомендации с количественным обоснованием для бесконечного числа движений, реализовать до настоящего времени не удалось. До сих пор в биомеханике не существует общей теории управления движениями.

Можно утверждать, что результаты изучения движений человека, в том числе и в фигурном катании на коньках, получены на огромном опыте педагогических наблюдений, и экспериментальных исследований.

Однако, качественные количественно не обоснованные результаты не дают полного представления о путях дальнейшего развития профессиональных физических упражнений, в том числе и в фигурном катании на коньках, из-за субъективизма выводов на основе наблюдений почти мгновенно протекающих двигательных действий, и из-за ограниченности экспериментальных исследований в силу их технической сложности, трудоемкости и, как следствие, высокой стоимости.

Таким образом, построение биомеханической теории исполнения прыжков и одноопорного скольжения по дуге, как важнейших элементов фигурного катания, по исполнению которых судят о мастерстве фигуристов, может стать основой педагогической теории в этом виде спорта.

В широком смысле можно утверждать, что качественные методы профессионального обучения, традиционно раскрывающие совокупность свойств с помощью описания признаков, развиваются успешно. Однако пока нет другой части, характеризующей развитую науку, — математической. Дополняя качественные представления формализованными обобщениями, педагогическая теория приобретает необходимую строгость.

Преобразующим средством педагогических исследований становится моделирование. Моделирование — это метод создания и исследования моделей. Главное преимущество моделирования — целостность представления информации. Сотни лет педагогика развивалась главным образом за счет анализа — расчленения целостного на частисинтезом как таковым пренебрегали. Моделирование основывается на синтезе, когда вычленяются целые системы и исследуется их функционирование.

В работе развивается научное направление, актуальность которого определяется Приказом 578 от 30.03.02 г. В. Путина «Перечень критических технологий РФ». Раздел «Компьютерное моделирование» :

— теоретические основы и инструментарий для проведения математического моделирования и вычислительного эксперимента, включая новые математические модели для естественных и гуманитарных наук.

Целью работы являются разработка биомеханических основ индивидуализации профессионального обучения физическим упражнениям на примере фигурного катания на коньках с использованием механико-математического моделирования фигуриста и его двигательных действий при одноопорном скольжении и в прыжках, с использованием количественной оценки влияния антропометрических параметров фигуриста, параметров его двигательных действий и с использованием технических параметров коньков для повышения эффективности одноопорного скольжения и увеличения многооборотности прыжков.

Научная гипотеза. Предполагалось, что классическая теоретическая механика позволит разработать биомеханические основы индивидуализации профессионального обучения физическим упражнениям на примере фигурного катания на коньках и с использованием простейших и многозвенных систем позволит построить биомеханические модели фигуриста и математические модели их двигательных действий, которые связывают антропометрические и динамические параметры единой зависимостью, позволит определить количественное влияние этих параметров на одноопорное скольжение по дуге и создание начального вращения в прыжках и станет основой индивидуализации обучения одноопорному скольжению и прыжкам с поворотами, по которым судят о мастерстве в спорте высших достижений.

Научную новизну составляют:

— концепция разработки биомеханических основ индивидуализации обучения профессиональным физическим упражнениям, которая заключается в выборе из бесконечного числа только части физических упражнений, определяющих, например, мастерство спортсменав построении для выбранных физических упражнений антропоморфных механизмов и математических моделей их двигательных действийв анализе количественного влияния антропометрических параметров человека и параметров его двигательных действий на эффективность обучения физическим упражнениям;

— построении технологии обучения спортсмена двигательным действиям в фигурном катании на коньках на основе принципов, законов и теорем классической теоретической механики;

— профессиональные средства повышения квалификации преподавателя и обучения ученика для индивидуализации тренировочного процесса и построения соревновательных программ с использованием математических моделей двигательных действий при исполнении основных физических упражнений в фигурном катании на коньках;

— количественная оценка влияния антропометрических параметров фигуриста и динамических параметров его двигательных действий на одноопорное скольжение по дуге;

— количественная оценка влияния антропометрических параметров фигуриста и параметров его двигательных действий на создание начального вращения во всех известных прыжках всеми известными способами, которая используется для индивидуализации обучения с учетом возрастных изменений масс-инерционных характеристик спортсмена;

— определение роли настильной траектории полета фигуриста в создании художественного эффекта при исполнении прыжков;

— разработка методик совершенствования кинематической структуры од-ноопорного скольжения и прыжков с оборотами;

— обоснование эффективности использования упругих элементов в коньках для увеличения многооборотности прыжков;

— теоретическое обоснование педагогического резерва обучения фигуриста увеличению многооборотности прыжков в фигурном катании на коньках;

— механико-математические модели человека и его двигательных действий и количественные результаты параметрического анализа для построения научно обоснованных индивидуально специализированных программ обучения фигуриста технике исполнения сложнейших физических упражнений и для построения соревновательных программ.

Практическая значимость. Педагогическая польза построенных биомеханических основ исполнения профессиональных физических упражнений на примере фигурного катания на коньках состоит в возможности индивидуализации обучения потому, что.

— определены скрытые от наблюдения биомеханические силы инерции, которые являются причиной срыва исполнения прыжка «Сальхов», и определены оптимальные двигательные действия с учетом сил инерции во время исполнения одноопорного скольжения по дуге и многооборотных прыжков;

— даны объективные оценки количественного влияния антропометрических параметров человека и параметров его двигательных действий на одноопорное скольжение и увеличение многооборотности прыжков, которые позволяют управлять индивидуальным процессом обучения мастерству катания во время тренировок путем отбора и установления очередности исполнения прыжков в зависимости от возрастных изменений масс-инерционных характеристик ученика;

— полученные математические модели одноопорного скольжения по дуге и исполнения всех известных прыжков всеми известными способами и их сочетаниями, которые просты и доступны для повышения квалификации преподавателей и для образования и самообразования учащихся;

— предложены конструкции коньков с упругими элементами, которые можно эффективно использовать для совершенствования техники исполнения основных физических упражнений в фигурном катании на коньках;

— результаты работы в совокупности позволяют индивидуализировать процесс обучения физическим упражнениям с учетом возрастных изменений масс-инерционных характеристик человека по научно обоснованным индивидуально специализированным тренировочным программам и позволяют строить соревновательные программы с оптимально подобранным числом и составом многооборотных прыжков.

Достоверность результатов работы обеспечивается применением совокупности методов классической теоретической механики, ее принципов, законов и теорем, анализом влияния полученных количественных результатов на эффективность обучения физическим упражнениям и успешной практикой их внедрения в учебные и тренировочные процессы.

Организация исследований.

Педагогические наблюдения, формирование концепции исследований, построение биомеханической теории двигательных действий при исполнении основных физических упражнений в фигурном катании на коньках и использование результатов в педагогической практике проводились в период работы с фигуристами и преподавателем физической культуры и спорта в ВУЗе.

В период работы.

— 1964 — 1966 г. г. тренером сборной команды по фигурному катанию МОС ДСО «Труд» при подготовке спортсменов KMC и МС;

— 1966 — 1967 г. г. старшим тренером ДЮСШ по фигурному катанию треста «Мосстрой 13» с группами начальной подготовки;

— 1975 — 1979 г. г. тренером ДЮСШ по фигурному катанию Балашихинско-го литейно-механического завода с учебно-тренировочными группами спортсменов 2-го и 1-го разрядов;

— 1979 — 1981 г. г. тренером по фигурному катанию ДЮСШ МГС ДСО «Зенит» с учебно-тренировочными группами спортсменов 1-го разряда и KMC на основании педагогических наблюдений сформировалась гипотеза об эффективности оснащения коньков упругими элементами с целью повышения высоты прыжка и, следовательно, эффективности обучения учеников многооборотным прыжкам. Предложенные конструкции коньков с упругими элементами защищены авторскими свидетельствами.

В период работы.

— 1981 — 1987 г. г. тренером по фигурному катанию сборной команды СССР по Центральному Совету ВДФСО «Труд» с олимпийским контингентом на централизованных учебно-тренировочных сборах для кандидатов в основной, молодежный, юношеский и резервный составы сборной команды СССР по ВДФСО «Труд» ;

— 1987 — 1991 г. г. тренером по фигурному катанию МГС ВДФСО профсоюзов с олимпийским резервом и спецгруппой одиночников по разряду KMC и МС со сборными командами страны и ведущими тренерами Г. Змиевской, Т. Москвиной, А. Мишиным, Э. Плинером, Т. Тарасовой и другими наблюдались трудности увеличения многооборотности прыжков. Особенно у женщин. Это был трудный период освоения исполнения прыжков в 3,5 оборота для мужчин и 2.5 оборота для женщин. Для решения возникших задач стала очевидной необходимость индивидуализации учебно-тренировочного процесса обучения с учетом антропометрических параметров спортсмена и его двигательных возможностей.

Задача, которая ставилась практикой учебно-тренировочного процесса, решалась автором работы на основании концепции, вытекающей из опыта педагогической работы с высококвалифицированными спортсменами.

Внедрение результатов работы. Некоторые результаты работы внедрены в:

— индивидуализацию учебно-тренировочного обучения прыжкам учащихся и совершенствования исполнительского мастерства спортсменов ДЮСШ МГС ДСО «Зенит» стадиона «Авангард» ;

— процесс обучения студентов Российской государственной академии физической культуры в виде учебного пособия «Биомеханика. Одноопорное скольжение фигуриста» ;

— процесс обучения студентов Московской государственной академии физической культуры по курсу теории и методики фигурного катания на коньках.

Основные положения, выносимые на защиту:

— концепция исследования, в основе которой лежит принцип выделения и изучения важнейших профессиональных физических упражнений для индивидуализации обучения;

— построение механико-математических моделей фигуриста и его двигательных действий как средство повышения квалификации тренеров и индивидуализации обучения спортсменов технике исполнения профессиональных физических упражнений спорта высших достижений;

— организация учебного процесса на основе индивидуализированных методик, разработанных с учетом антропометрических и морфологических особенностей спортсменов;

— теоретическая биомеханика как основа индивидуализации профессионального обучения физическим упражнениям и индивидуализации построения соревновательных научно обоснованных программ на примере фигурного катания на коньках;

— технические средства для повышения эффективности индивидуального обучения многооборотным прыжкам в фигурном катании на коньках.

Объем и структура диссертации.

Работа изложена на 300 страницах машинописного текста, содержит 60 таблиц и 57 рисунков. Она состоит из введения, 10 глав, обсуждения результатов, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложения. Список аннотированной литературы представлен 221 работами отечественных и 20 работами зарубежных авторов. Приложение содержит акты о внедрении результатов научных исследований в практику и 5 авторских свидетельств на изобретения.

Обзор литературы.

Фигурное катание на коньках, согласно общей классификации движений в спорте В. С. Фарфеля, отнесено к движениям качественного значения — оцениваемых в баллах [156].

Большинство движений фигурного катания — прыжки, вращения, прыжки во вращения классифицированы как ациклические, которые имеют четко выраженное начало и, в особенности, конец. Это — однократные движения. Скольжения и разбега относятся к циклическим движениям, где все фазы, существующие в одном цикле, присутствуют в остальных, причем в той же последовательности [100,112, 113,156].

Немецкие тренеры относят фигурное катание к индивидуальной борьбе с косвенным влиянием со стороны противника [163] .

Ряд авторов относят фигурное катание на коньках к группе видов спорта, в которых техника движений является спортивным достижением [70, 148, 160].

Фигурное катание на коньках — один из видов спорта, где высокое спортивное мастерство достигается к 15 — 18 годам. начало занятий этим видом спорта приходится на старший дошкольный и младший школьный возраст [36, 51, 70, 99, 100, 130, 132, 136,156].

Фигуристы по основным тотальным размерам тела относятся к людям среднего роста [42, 49, 5 1]. По данным С. И. Ляссотович [42] критериями, определяющими уровень достижения в одиночном катании, является уровень развития ч мышечной массы, которая составляет в относительных единицах, в процентах к весу тела, у мужчин 52 — 54%, у I женщин — 48−50%, а в парном катании разница в весе тела -20 — 26 кг, в росте — 17 — 32 см у сильнейших спортсменов.

Обзор специальной и научной литературы по фигурному катанию свидетельствует о постоянном стремлении специалистов дать научное об’яснение проблемам подготовки фигуристов для достижения ими высоких спортивных результатов, так, за последние шестьдесят лет в стране защищено более тридцати диссертационных работ в области теории и методики фигурного катания на коньках.

Однако, в' сравнении с такими развитыми в научном плане видами спорта как легкая атлетика и спортвная гимнастика фигурное катание отстает по количеству диссертационных работ, примерно, в двадцать и десять раз соответственно первая книга по фигурному катанию в России вышла в 1838 году в Петербурге под названием «Зимние забавы и искусство бега на коньках с фигурами» [134].

Тематика большинства диссертационных работ посвящена педагогическим> проблемам и небольшая их часть посвящена психолого-педагогическим и биологическим проблемам фигурного катания.

Так, исследованию техники исполнения обязательных фигур одиночного катания посвящены работы ряда авторов [1−7,11, 108, 117, 122], которые в основном базируются на педагогических наблюдениях и личном опыте авторов, и только в работах Н. И. Панина, Д. Д. Донского и Я.А.смушкина [58, 132, 133, 142] компоненты техники обязательных фигур исследованы с количественнрй оценкой. Позднее а.Н.Мишин и а. а. четверу-хин [109, 167] разработали методики количественных оценок основных характеристик обязательных фигур с позиций современного фигурного катания. в настоящее время обязательные фигуры — «школа» выведены из программы соревнований одиночного катания. Однако, научные рекомендации вышеназванных авторов актуальны, поскольку обязательные фигуры лежат в основе большинства элементов катания.

Обзор литературы показывает, что отдельные авторы [20, I.

132] и др. придают большое значение вопросам содержания и построения программ произвольного катания, но не исследовали их и не давали обоснованных рекомендаций по их построению. в 70-х — 80-х годах появляется ряд исследований [38,.

39, 40−45, 50, 51−59, 70−73, 143]. В КОТОРЫХ Прослежены основные тенденции в изменении содержания и структуры произвольной программы фигуристов-одиночников в течение десятилетия и рассматриваются теоретико-методические основы управления тренировочным процессом в фигурном катании.

Анализ программ произвольного катания сильнейших фигуристов мира показал, что их содержание, количество входящих в программу элементов, является надежным критерием оценки уровня техгической подготовленности фигуристов одиночного катания. Основными элементами содержания произвольных программ являются прыжки, соответственно 76−68% у мужчин и женшин. Определен возраст первых выступлений на чемпионатах мира, для женщин — 15 — 2, 1 лет, для мужчин — 16 — 1,9 лет. I зона возможного снижения результатов составляет соответствено 17- 1,8 и 17,7 — 1 лет. зона максимальных результатов — 19 — 1,7 лет у женщин и 20,4- 2,8 лет у мужчин. Средняя скорость прироста результатов у женщин выше, чем у мужчин на 26,5%. выявлена высокая степень связи между об’емом тренировочной нагрузки по общефизической подготовке (офп) и общим количеством элементов в программе, об’емом по офп и количеством прыжков, суммарным объемом тренировочной нагрузки по офп и специальной физической подготовке (сфп) и общим количеством элементов в программе. тренировочную нагрузку предложено определять в следующих количественных показателях: объемом тренировочной работы, выраженным в количестве упражнений в основных группах движений (прыжки, прыжки во вращения) и количеством часов, затраченных на тренировку элементов произвольного катания и программы в целом, а также интенсивностью нагрузки, т. е. количеством элементов в единицу времени.

В восьмидесятые годы появляются книги [123, 124], в I которых авторы дают характеристики программ парного катания, раскрывают требования к их технической и художественной сторонам подготовки, дают рекомендации к сос тавлению, совершенствованию программ и подготовке фигуристов к старту.

Исследования вопросов управления подготовкой фигуристов вообще и тренировочным процессом в частности получили дальнейшее развитие, а результаты обобщены в сборнике научных трудов [48, 49] 1990 года.

Проблемам1 психологической подготовки фигуристов посвящены труды ряда авторов [87. 98, 1 14, 139 ]. в них разработаны приемы самоконтроля на основе самооценки и само коррекции неблагоприятных параметров психологического состояния фигуристов. Разработана система самоконтроля над техническими элементами соревновательных программ, приемы саморегуляции в подготовке к ответственным соревнованиям. Разработан метод стимуляции метафорического мышления, способствующий срочной оптимизации мотивационной установки.

Исследования многих авторов [70, 92−94,115, 116,148 155, 160−162, 172] посвящены проблемам энергетического обеспечения программ катания фигуристов:

— исследованы пути повышения работоспособности фигуристов (по показателям специальной выносливости). Рекомендован метод круговой тренировки, как значительно приближающий характер деятельности к соревновательным упражнениям фигуриста, и способствующий значительному повышению работоспо.

СОбноСТИ;

— исследованы вопросы специальной работоспособности фигуристов-одиночников. Впервые определен уровень развития максимальных аэробных и анаэробных показателей у фигуристов различного возраста, пола, квалификации и степень их проявления в соревновательном упражнении (произвольной прог рамме) ;

— предложен новый принцип определения нагрузочности различных элементов фигурного катан ия по относительным показателям (коэффициентам нагрузочности) на основе пульсомет рической информации,.

— определено влияние различных режимов тренировочных занятий на ведущие функциональные системы организма спрот-сменов в микроциклах этапа непосредственной подготовки к главным стартам сезона,.

— проведено исследование газообмена и частоты сердечных сокращений у фигуристов при выполнении прыжков. Изучены про цессы расхода энергии у фигуристов во время выполнения упражнений произвольной программы и в начальном периоде восстановления. I.

Ряд работ посвящены исследованию хореографической подготовленности фигуристов [20, 5 1, 91, 134] :

Л.А.Пахомова одной из главных проблем фигурного катания определяет взаимоотношение фигурного катания и искусства балета, проблемы сочетания спорта, балета и музыки,.

— Т. С. Клинова отводит существенную роль (от которой зависит результат фигуристов высокой квалификации) художественной стороне подготовленности, органично сочетающей эстетическую культуру исполнения и хореографичес кие возможности, структура этого компонента представлена двумя независимыми факторами: «собственно художественной подготовленностью», характеризующей ценность фигурного катания с точки зрения искусства, и «эстетической реализации технических возможностей» .

Одна из составных частей подготовки спортсмена — разви тие физических качеств. процесс развития основных физических качеств спортсмена обычно называют физической подготовкой. I.

Примерно сто лет назад тренировались с помощью упражне ний только своего вида спорта, затем арсенал тренировки стал пополняться все большим числом физических упражнений. К началу пятидесятых годов стала обосновываться необходимость хорошего физического развития спортсменов применительно к требованиям избранного вида спорта. постепенно менялось понятие о физической подготовке как общей для всех, так и специальной. Для повышения эффективности такой подготовки все больше используются ¦ упражнения, соответствующие особенностям вида спорта.

Исследования семидесятых годов подтверждают значительную роль ОФП, дополняющей специальную тренировку [166].

В основе современного планирования физической подготов ки в большей степени лежит анализ соревновательной деятельности фигуриста, выявление причин неудачных выступлений, связанных с недостаточным уровнем того или иного раздела об щей или специальной физической подготовки [113].

В целом для выполнения основных групп движений фигурис там необходимы прежде всего высокая степень развития силы. скоростных качеств, координации, гибкости и подвижности в суставах.

Исследованиям физических качеств фигуристов посвящено МНОГО работ [10,18,19,50,52−55,83,84,95,103,113,125,145,148 162].

Качество выполнения движений в фигурном катании характеризуется способностью управления различными сторонами дви гательного действия: силой и скоростью мышечных сокращений, координацией • движений отдельных частей тела, поддержанием равновесия, ориентировкой в пространстве и во времени, гибкостью в суставах, действиями в безопорных условиях и выразительностью движений.

Координация движений в фигурном катании разнообразна от несложных движений одной конечности до сложнейших сочета ч ний движений всех четырех конечностей и туловища.

Сохранение равновесия особенно необходимо в фигурном катании, где опасность его потери возникает при исполнении многих элементов.

Ориентировка в пространстве и во времени — необходимое условие качественного выполнения упражнений в фигурном ката нии. особенно высокие требования к ориентировке в пространстве и во времени пред’являют упражнения, сопровождающиеся вращением тела вокруг его вертикальной и горизонтальной осей, маховыми движениями, отсутствием опоры.

В сложных прыжках и вращениях спортсмен ориентируется главным образом не на ощущение пространства, а на ощущение времени, исключительно точное распределение движений во вре I мени имеет решающее значение для совершенного выполнения всех движений в безопорном положении.

Выразительность движений спортсмена относится к эстетической стороне физических упражнений. Трудно назвать другие виды спорта, в которых демонстрировалось бы столько изящества, красоты, непринужденности, как это имеет место в фигурном катании, для обеспечения большей выразительности движении требуется высокая техника их исполнения. Лишь при совершенном владении навыком, когда исполнение элементов до ведено до автоматизма, движениям можно придать такие оттенки, которые производили бы на зрителя сильное эмоциональное воздействие, способствовали бы эстетическому восприятию дви жений. Все это достигается в результате высокой степени совершенства управления движением, когда сознание спортсмена устремлено не столько на технику выполнения движения, сколь ко на придание ему эстетического образа, создаваемого ч средствами выражения художественной идеи [156].

Обзор работ показывает недостаточное научное обеспечение фигурного катания в той области науки о человеI ке, которая называется биомеханикой.

Выявлению биомеханических закономерностей двигательных действий спортсменов посвящены работы во многих видах спорта.

Одно из направлений в исследованиях по биомеханике исследование технической подготовки спортсменов, изучение функциональных связей «биомеханические параметры — результат». Ему посвящены многие работы [15,33,57,59,60,64,66,88,.

97,125,126,135,138,146]. 1.

Имеющиеся в настоящее время подходы к анализу двигательных действий и прежде всего — техники спортивных упражнений основаны на том, что целостное движение расчленя ется на фрагменты, все изменения в динамике движений, происходящие по мере повышения тренированности или под действием каких-либо возмущающих факторов, затем сравниваются также на этом фрагментарном. уровне [8,15,21,33,35,56,89,101,102,135]. В ЭТИХ работах осуществляется только первая часть системного исследования — анализ. Последующее «сшивание» фрагментов в целостное I движение-синтез не рассматривается. в список литературы нами включены работы [202−244]. в которых ставится задача построения многозвенных антропоморфных механизмов (AM), возможности движений которых адекватны специальным движениям человека и движениям промышленных механизмов. в этих работах качественно обосновывается построение пяти, шести, восьми, пятнадцати и двадцатизвенных AM для выполнения различных физических упражнений, а также для произвольных пространственных I движений человека и механизмов. математические модели движений am в дифференциальной форме строились в работах [202−205, 218−223] с помощью уравнений лагранжа 2-го рода, принципа Даламбера-Лагранжа, вариационных принципов Гаусса, Гамильтона и др. Математическое моделирование движений am в биомеханике и технической механике имеет одинаковые подходы.

Наибольших успехов в механико-математическом моделировании спортсменов и их двигательных действий достигли С. ю. Алешине кий, д. г. Арсеньев, а.в.зин ковский, В. А. Шолуха и др. При построении дифференциальных уравнений движений идеальных am, у которых звенья — абсолютно твердые тела соединены шарнирами без трения, авторами вводятся суставные моменты, которые в.м.зациорский назвал управляющими моментами. Следует отметить, что введенные в рассмотрение суставные моменты не имеют реальных адекватных мышечных построений в суставах человека.

Дифференциальные уравнения, построенные этими авторами, не имеют аналитических решений, а программы для I их численного интегрирования оказались очень сложными.

С одной стороны построение общих и, следовательно, сложных и сверхсложных дифференциальных уравнений для описания произвольных движений am несомненно значительные достижения авторов, с другой стороны именно эта сложность уравнений и сложность их численного интегрирования не позволяет воспользоваться результатами работ большинству тренеров-практиков. Да и самим авторам удалось получить количественные результаты для движений спортсменов лишь в сагиттальной плоскости. предложенные в рассмотренных работах механико-математические модели принципиально не позволяют анализировать движения неидеальных am. Такие модели не позволяют, например, анализировать создание начального вращения в прыжках способом закручивания туловища фигуриста, в этом случае необходимо построение цеидеального am и иное математическое моделирование его движений, так как одно из звеньев AM, туловище фигуриста, нельзя моделировать абсолютно твердым телом во время его закручивания. в работах [206−217] математические модели движений идеальных и неидеальных am позволили получить окончательные результаты в виде формул, доступных тренерам и спортсменам для параметрических исследований биомеханики прыжков.

— 25.

ВЫВОДЫ.

С помощью принципа Даламбера, теорем и законов теоретической механики в диссертации предложен новый подход и разработаны теоретические основы количественной биомеханики фигурного катания на коньках.

Они содержат. механико-математическое моделирование фигуриста и его двигательных действий при одноопорном скольжении по дуге, в прыжках, полете и приземлении. Они содержат теоретическое обоснование перспективности снабжения коньков для фигурного катания упругими элементами и способ определения качества поверхности льда.

Количественная оценка влияния антропометрических параметров фигуриста и динамических параметров его двигательных действий, которая выполнена в диссертации, завершается рекомендациями, составляющими основу индивидуализации учебI но-тренировочного процесса обучения одиночному фигурному катанию и достижения рекордных результатов в соревнованиях.

Рекомендации открывают новые возможности увеличения многооборотности.прыжков.

1.Механико-математическое моделирование фигуриста материальной точкой, однородным стержнем, цилиндром, конусом, трехэвенной системой с выделением головы, рук и туловища и четырехзвенной системой с выделением головы, рук, ноги и туловища с его цилиндрической и конической формами для каждой из систем’выполнено со строго сформулированными допущениями для обоснования теоретических основ одиночного фигурного катания.

2.моделирование фигуриста материальной точкой позволило определить закон скольжения по дуге.

3.моделирование фигуриста однородным стержнем при скольжении по дуге и при создании начального вращения скольжением по дуге позволило получить нелинейное уравнение, связывающее угловую скорость скольжения и начальную скорость вращения в прыжках с динамическими параметрами. получена простая формула связи этих параметров, погрешность в результатах которой при счете не превышает 57. по сравнению с соответствующими результатами, вытекающими из нелинейной зависимости, если угол отклонения фигуриста от нормали к поверхности льда не превышает 20°. с увеличением кривизны дуги скольжения перед отрывом ото льда в прыжке растет опасность его срыва, так как происходит быстрое изменение угловой скорости скольжения фигуриста. А изменение угловой скорости скольжения фигуриста всего на 3% вызывает изменение угла отклонения его от нормали к поверхности льда на 20°.

Увеличение кривизны дуги скольжения ограничено неизбежным падением, если ось вращения при скольжении отсекает треть и более роста фигуриста со стороны головы.

4.получены зависимости угловой скорости скольжения от антропометрических параметров и формы туловища фигуриста и динамических параметров его двигательных действий на основе трехзвенной и четырехзвенной моделей. ч.

Показано большое изменение угловой скорости скольжения в зависимости от значений динамических параметров. Оно может быть многократным (до 4,5 раза) и должно использоваться для создания художественного эффекта.

В зависимости от формы туловища угловая скорость скольжения изменяется на зо7. — 407., что должно учитываться при определении «двигательного будущего» начинающих спортсменов.

5.группировка и разгруппировка фигуриста при скольжении по дуге для реальных значений динамических параметров его двигательных действий изменяют угловую скорость скольжения по дуге на 327. и могут использоваться для создания художественного эффекта. Это в большей степени будет удаваться фигуристу с формой туловища, приближающейся к цилиндрической.

6. моделирование фигуриста однородным стержнем позволяет просто и достаточно точно определить влияние динамических параметров на создание начального вращения в прыжках скольжением по дуге.

7. трехзвенные и четырехзвенные модели фигуриста позволяют исследовать влияние не только динамических параметров двигательных действии фигуриста, но и формы его туловища и антропометрических параметров на создание начального вращения в прыжках скольжением по дуге. цилиндрическая форма туловища оказалась предпочтительнее для создания начального вращения, так как при прочих равных условиях можно получить большую начальную скорость вращения по сравнению с соответствующей для конической формы туловища. ч.

8. Моделирование фигуриста цилиндром и конусом при создании.-начального вращения закручиванием тела показало, что фигурист с конической формой туловища обладает возможностью создавать скорость вращения в полете в 1,7 раза большую, чем фигурист с цилиндрической формой туловища, а влияние на скорость вращения условного радиуса последнего и изменения длины рук составляет 23% - 357.

9. Увеличение скорости вращения фигуриста в полете, которая создается закручиванием тела, достигается увеличением I скорости вращения его плеч в момент отрыва ото льда. ю. для четырехзвенной модели фигуриста с конической формой его туловища в первом приближении получена формула для определения начальной скорости вращения в прыжках, которая создается основным способом-скольжением по дуге и вспомогательным способом-закручиванием тела. Для уточнения результатов предлагается итерационный процесс с ограничением по задаваемой погрешности результатов. показано, что вспомогательный способ позволяет более чем в полтора tpa3a увеличить многооборотность прыжков. и. получена формула для определения начальной скорости вращения в прыжках, когда основной способ-закручивание тела и вспомогательный-скольжение по дуге.

Показано, что вспомогательный способ позволяет увеличить начальную скорость вращения в прыжках приблизительно в 2 раза.

12.Моделирование фигуриста цилиндром при создании начального вращения стопорящим действием конька показало, что поворот фигуриста за время стопорящего действия перед 4 отрывом ото льда на 90° незначительно снижает начальную ч скорость вращения и позволяет оптимизировать процесс тренировки в связи с ростом мастерства фигуриста.

13.для четырехзвенной модели фигуриста с конической формой его туловища получены формулы для определения начальной скорости вращения в прыжках стопорящим действием конька, а также стопорящим действием конька-основным способом и закручиванием тела-вспомогательным способом. подтверждены закономерности влияния угла поворота фигуриста за время стопорящего действия конька и длины следа его действия, которые получены при моделировании фигуриста цилиндром.

Показано, что сокращение длины следа с 0,5 м до о, 1 м позволяет увеличить начальную скорость вращения почти в 2 раза.

Выявленное существенное влияние и других параметров на величину начальной скорости вращения в прыжках открывает реальные возможности использования искусства тренера и мастерства фигуриста в увеличении многооборотности прыжков.

14. сравнительный биомеханический анализ на основе четы рехзвенных и пятизвенных антропоморфных механизмов показал незначительное для практики расхождение в результатах и, следовательно, показал, что дальнейшее совершенствование модели фигуриста не представляет интереса для практики.

15. обосновано использование упругих элементов в коньках для фигурного катания и предложены их конструкции.

16. Предложен способ определения качества поверхности льда перед фигурным катанием на коньках.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ч.

Биодинамические основы исполнения прыжков в фигурном катании для увеличения их многооборотности и развития одиночного фигурного катания позволяют сформулировать конкретные, основанные на количественном анализе, практические рекомендации.

Теория позволила выявить основные параметры влияния на исполнение элементов фигурного катания, которые становятся важнейшими для организации индивидуально-специализированного процесса обучения фигурному катанию.

Становится ясной возможность определения с детского возраста «двигательного будущего» в прыжках начинающих фигуристов. Становится ясным ответ на вопрос об оценке возможностей спортсменов в достижении рекордных результатов по их антропометрическим параметрам, способности к координации движений, чувственного восприятия изменения динамических параметров.

1.Учебно-тренировочный процесс должен включать в себя развитие почти мгновенной автоматической реакции фигуриста на изменение геометрических параметров равновесного скольжения.

2. Для многократного изменения угловой скорости скольжения и тем самым управления художественным эффектом при скольжении по дуге фигурист должен использовать динамические параметры двигательных действий, группировку и раз-группировку.

3. Следует Иметь в виду, что отклонение ноги от оси фигуриста почти не оказывает влияния на изменение угловой скорости скольжения по дуге и на увеличение начальной скорости в прыжках, которая создается скольжением по дуге.

Отклонение ноги должно использоваться для балансировки равновесного скольжения и создания художественного эффекта.

4.тренер и спортсмен должны следить за кривизной дуги скольжения перед отрывом ото льда. для увеличения многооборотности прыжков необходимо увеличивать кривизну дуги и скорость скольжения, не превышая их критических значений, при которых неизбежны срыв прыжка или падение фигуриста.

5.необходима тренировка развития чувственного восприятия моментов достижения максимальной скорости вращения плеч фигуриста при его закручивании и отрыва от поверхности. При обучении прыжкам, в которых начальное вращение создается закручиванием туловиша, необходимо добиваться совпадения этих моментов.

6. Для увеличения многооборотности прыжков, начальное вращение в которых создается стопорящим действием конька о лед, необходимо сокращать длину следа этого стопорящего действия, который хорошо виден на льду.

7.в процессе обучения необходимо постоянно оптимизировать величину поворота фигуриста при стопорящем действии конька в зависимости от роста его мастерства и числа оборотности осваиваемого прыжка.

Следует иметь в виду, что увеличение угла поворота фигуриста усложняет исполнение прыжка, а неполный поворот на 90° мало сказывается на начальную скорость вращения.

8. При освоении прыжков, в которых начальное вращение создается способами скольжения по дуге и закручиванием тела, когда один из них главный, а другой вспомогательный, необходимо учитывать индивидуальные способности спортсмена и дозированно увеличивать вклад вспомогательного способа, имея в виду его существенное влияние на увеличение начальной скорости вращения.

9. при освоении прыжков, в которых начальное вращение создается стопорящим действием конька и вспомогательным ¦ способом — закручиванием тела, также рекомендуется дозированно увеличивать роль вспомогательного способа с ростом мастерства фигуриста и числа оборотности осваиваемых прыжков с целью предотвращения их срывов. ю. многооборотность прыжка увеличивается с увеличением угла отклонения фигуриста от нормали к поверхности льда и угла поворота фигуриста за время стопорящего действия конька, с уменьшением длины следа стопорящего действия, с увеличением скорости вращения плеч в момент отрыва ото льда.

11.Создание начального вращения скольжением по дуге I следует рекомендовать фигуристам с формой туловища, которая приближается к цилиндрической, а закручиванием тела и стопорящим действием конька — фигуристам, форма туловища которых приближается к конической.

12." двигательное будущее" в прыжках рекомендуется определять по способностям начинающего фигуриста к быстроте движений и их координации, форме его туловища и антропометрическим параметрам.

13.с ростом. мастерства фигуриста необходимо переходить I к настильной траектории полета в прыжках с целью повышения художественного эффекта их исполнения.

14.необходимо добиваться совпадения следа конька фигуриста с направлением его движения после приземления, чтобы избежать срыва прыжка или падения фигуриста.

15.Рекомендуется в учебно-тренировочном процессе использовать предложенные в работе коньки и способ определения качества их заточки и поверхности льда. I.