Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ теоретических основ оптимизации технологии обучения (литературный обзор) 17-74
1.1. Теория построения движений 17-25
1.2. Теория структурности движений 25-32
1.3. Теория решения двигательной задачи 32-41
1.4. Теоретические основы подготовки теннисистов 41-59
1.5. Исследование двигательных действий с помощью инструментальных
методик 59-74
ГЛАВА II. Задачи, методы и организация исследования 75-86
2.1. Задачи исследования 75-76
2.2. Методы исследования 76-85
2.2.1. Анализ литературных данных 76
2.2.2. Электротензография 78
2.2.3. Акселерография ". 81
2.2.4. Электромиография 81
2.2.5. Стереовидеосъемка 84
2.2.6. Полуавтоматический видеоанализатор 84
2.2.7. Персональный компьютер ...85
2.3. Организация исследования 86
ГЛАВАІІІ. Биокинематические структуры ударных действий... 87-150
3.1.Кинематические характеристики звеньев тела теннисиста при ударном действии 87-104
3.2. Кинематические характеристики головки ракетки при ударном действии.
3.3. Особенности кинематики ударов в различных по высоте точках.. 112-127
3.4. Вариативность кинематических характеристик ударных действий у теннисистов различной квалификации 127-135
3.5. Кинематическая структура ударных действий 135-146
3.6. Факторная структура ударных действий 146-150
ГЛАВА IV. Особенности работы мышц теннисиста при управлении и энергообеспечении ударных действий 151-196
4.1. Работа мышц, участвующих в управлении ракеткой 152-166
4.2. Особенности работы мышц биомеханического аппарата исполнения теннисиста 167-187
4.3. Структура работы мышц биомеханических аппаратов управления и исполнения теннисиста 187-192
4.4. Координация работы мышц теннисиста 192-196
ГЛАВА V. Биодинамические и биоэнергетические структуры ударных действий 197-239
5.1. Взаимодействие теннисиста с опорой при ударах по отскочившему мячу 197-210
5.2 Особенности взаимодействия с опорой ног игрока при ударах с лета в различных по высоте точках 210-223
5.3. Воздействие биомеханического аппарата управления на ручку ракетки 223-228
5.4. Динамическая структура управляющих воздействий кисти на ручку ракетки 228-231
5.5. Определение энергетических характеристик аналитическим и экспериментальным путем 231-239
5.6. Передача и потери энергии при различных видах ударов 240-246
ГЛАВА VI Индивидуализация техники теннисистов с учетом их морфо-функциональных особенностей 247-274
6.1. Техника ударных действий в связи с морфологическим и функциональным статусом теннисистов 247-252
6.2. Влияние морфологических и функциональных особенностей теннисиста на технику выполнения ударного действия 252-258
6.3. Влияние морфологических и функциональных особенностей теннисиста на технику выполнения ударного действия 259-265
6.4. Современные технологии обучения и совершенствования на основе индивидуализации специальной подготовки теннисистов 265-274
ГЛАВА VII. Оптимизация технологии обучения ударным действиям в теннисе 275-322
7.1. Классификация ударов в теннисе на основе биомеханического обоснования их техники 275-281
7.2.Биомеханические основы строения ударных действий в теннисе 281-288
288-295
7.4. Оптимизация технологии обучения ударным действиям 295-307
7.5. Научно-практические рекомендации по применению современной технологии обучения ударам в теннисе 307-322
Выводы 323-335
Список литературы
- Теория структурности движений
- Электротензография
- Кинематические характеристики головки ракетки при ударном действии.
- Структура работы мышц биомеханических аппаратов управления и исполнения теннисиста
Введение к работе
Актуальность исследований. Разработка и внедрение новых технологий повышения эффективности тренировочного процесса является необходимым условием для достижения успехов в современном спорте (В.К Бальсевич, 20; Н.Ж. Булгакова, 46; Н.И. Волков, 54; Д.Д. Донской, 105; Ю.Д. Железняк, 109; Г.П. Иванова, 174; В.Я. Игнатьева, 170; В.М. Игуменов, 171; В.Б. Коренберг, 187; В.В. Кузин, 193; СВ. Малиновский, 208; Л.П. Матвеев, 210; С.Д. Неверкович, 217; Ю.Ф. Подлипняк, 243; Г.И. Попов, 239; Ю.М. Портнов, 241; ИЛ. Ратов, 246; А.П. Скородумова, 264; Н.Г.Сучилин, 278; О.П. Топышев, 283; ВИ. Тхоревский, 288; В.П. Филин, 297; и др.).
В качестве теоретических основ оптимизации технологии обучения следует рассматривать теорию построения движений (Н.А. Бернштейн, 36), теорию структурности двигательных действий (Д.Д. Донской, 102) и теорию двигательной деятельности (П.К. Анохин,; А.А. Ухтомский, 294; Н.А. Бернштейн, 36; Л.С. Выгодский, 62; АН. Леонтьев, 199; А.В. Запорожец, С.Л., 166; П.Я. Гальперин, 64; и др.). Психологическая теория двигательной деятельности легла в основу развития теории решения двигательных задач и обучения двигательным действиям в спорте (М.М. Боген, 42; С.В.Дмитриев, 89; Д.Д.Донской, С.В.Дмитриев, 102-105; Коренберг В.Б.,187; и др.).
Большой вклад в разработку общих теоретических основ техники тенниса и подготовки игроков внесли как советские, так и зарубежные специалисты (Ф.К. Агашин, 3,4; СП. Белиц-Гейман, 29, 34; И.В.Всеволодов, 61; И. Гем, 66; В.А. Голенко, 72; Я. Гроппель, 82; Жемчужников Ю.А., ПО; О.И. Жихарева, 112; Л.С. Зайцева, 121, 156; Г.П.Иванова, 173, 178; Г.А.Кондратьева и А.И. Шокин, 184; ЕЛ. Корбут, 185; Э.Я.Крее, 191; А.П.
Скородумова, 262, 264; Ш.А. Тарпищев, 279; И.Н. Тучашвили, 286; Р. Шенборн, 304; В.Н. Янчук, 315, 318 и др ).
Техника двигательных действий в теннисе изучалась с помощью биомеханических методик исследования достаточно небольшим количеством авторов. Так в ряде работ использовался анализ материалов киносъемки (356,358-364,385,); видеосъемки (145,8,132,135); акселерография (203,176,82, 352,342,118,8,162,163); тензография (332,163,151,132 ), электромиография (119,146, 8,204,205 ).Задачи, которые решались авторами экспериментальных работ сводились к оценке качественных и количественных характеристик удара.
Среди отечественных работ следует отметить исследования, выполненные с помощью комплексных методик: Г.П. Лукирской (203), Г.П. Ивановой (173,174), В. А. Голенко (72) Л.С.Зайцевой (121,135,151), К. Бартониеца (24), М. Аль Халили (9).
Однако, одной из характерных тенденций развития современного тенниса является постоянная эволюция и совершенствование техники ударных действий. Это обусловлено бурным развитием материально-технической базы тенниса: появились ракетки из синтетических материалов с увеличенной головкой и рассчитанными с помощью компьютерного моделирования аэродинамическими и игровыми свойствами; новые типы покрытий; усовершенствованные струны, мячи. Все это привело к существенному изменению техники ударов, возрастанию темпа игры, к значительному увеличению скорости вылета мяча при исполнении всех технических приемов.
В связи с этим возникает необходимость углубленного исследования биодинамических структур современной техники ударных действий и разработки новых технологий формирования и совершенствования
разработки новых технологий формирования и совершенствования технического арсенала теннисистов. Как известно, разработка современных технологий обучения двигательным действиям является одной из важных педагогических задач трудовой деятельности и современного спорта (М.М. Боген, 42; Х.Х. Гросс, 84; СВ. Дмитриев, 89; Д.Д. Донской,102; Д.Д. Донской, СВ. Дмитриев 104,107; Г.П. Иванова, 173; Г.И. Попов, 234; И.П. Ратов, Г.И. Попов, 250; П.Я. Гальперин, Талызина, 64 и
др.)
В основе двигательной программы тенниса лежат ударные действия и перемещения игрока по площадке. Построение движений при выполнении теннисистом ударного действия отличается значительной сложностью, обусловленной тем, что удар выполняется многозвенной системой «рука-ракетка» по летящему с большой линейной и угловой скоростью мячу, имеющему разные направления, траекторию и длину полета, а также высоту отскока. Поэтому обучение ударным действиям, лежащим в основе главных технических приемов теннисиста является длительным, трудно управляемым и сложным педагогическим процессом.
В связи с этим одной из актуальных проблем современного тенниса является исследование биомеханических основ строения ударного действия и оптимизация технологии их обучения. Исследования в этом направлении имеют важное теоретическое и практическое значение, так как отвечают запросам тренерской практики.
Цель работы - теоретико-методическое обоснование инновационной технологии обучения теннисистов ударным действиям и совершенствования в них в процессе многолетней подготовки.
Рабочая гипотеза исследований: предполагалось, что полученные экспериментальные данные о биомеханических структурах ударных действий и морфо-функциональных предпосылках индивидуализации техники их выполнения, позволят с новых позиций подойти к оптимизации
техники их выполнения, позволят с новых позиций
подойти к оптимизации технологии овладения современной техникой этих ударных действий, исходя из выявленных биомеханических особенностей их строения.
Задачи исследования:
Установить особенности биокинематических структур ударных действий у теннисистов различной квалификации при разнохарактерных и разноуровневых ударах.
Выявить закономерности в работе мышц при управлении и энергообеспечении ударных действий.
Изучить характерные особенности биодинамических структур ударных действий.
Исследовать биоэнергетические структуры ударных действий.
Определить предпосылки индивидуализации техники теннисистов с учетом их морфо - функционального статуса.
Выявить основные направления оптимизации технологии овладения ударными действиями, исходя из конкретных особенностей их строения, установленных в результате биомеханического обоснования и на основе использования смыслового проектирования.
Для решения поставленных задач был использован следующий комплекс биомеханических методик исследования: 1. Теоретический анализ и обобщение данных, имеющихся в литературе; 2. Электромиография (ЭМГ); 3. Акселерография (АГ); 4. Электротензография (ЭТТ); 5. Стереовидеосъемка; 6. Специальная видеосъемка; 7. Антропометрические методики; 8.Биомеханические станки; 9.Методы математической статистики.
Комплекс биомеханических методик включал: две тензометрические платформи, позволявшие фиксировать усилия, прикладжваемме правой и
левой ногой теннисиста к опоре при различных ударах; трехкомпо- нентный акселерометрический датчик, стоявший на головке ракетки; малогабаритный усилитель биопотенциалов, усиливавший электрическую активность от шести до двенадцати поверхностных мышц теннисиста; две видеокамеры, синхронно снимавшие движения теннисиста с двух точек. Проекции основных суставов тела игрока отмечались светоотражающими маркерами. Координаты маркированных суставов тела теннисиста с двух видеопленок через полуавтоматический видеоанализатор заносились в оперативную память ЭВМ. Персональный компьютер рассчитывал текущие значения скоростей для каждой изучаемой точки тела игрока. Экспериментальные исследования проводились на аппаратуре лаборатории «Биомеханики» ВНИИФК и обрабатывались по программам,
разработанным заведующим этой лаборатории старшим научным сотрудником к.п.н. Вороновым А.В.
Морфо-функциональные особенности теннисистов изучались с помощью общепринятых антропометрических методик.
Объектом исследования являлись биокинематические, биодинамические, биоэнергетические структуры ударных действий при разнохарактерных и разноуровневых ударах у теннисистов разной квалификации с учетом морфо-функциональных предпосылок индивидуализации.
Предметом исследования были биомеханические основы строения ударных действий и определение путей овладения ими (оптимизация технологии обучения ударным действиям) в теннисе.
Научная новизна исследования заключается в том, что впервые при изучении ударных действий теннисистов использование в качестве методологической основы теории построения движений, теории стуктурности движений, теории решения двигательной задачи, теоретических основ подготовки спортсменов, а также применение
( комплекса биомеханических методик с компьютерной обработкой
экспериментального материала в режиме реального времени позволило получить новые научные данные:
определенабиокинематическая организация ударных действий у теннисистов разной квалификации, выполняющих современные разнохарактерные и разноуровневые удары;
выявлены закономерности динамики электрической активности
и структурных отношений в работе мышц аппарата управления и исполнения теннисиста. На основе этих данных определены и сформулированы задачи управления и энергообеспечения, решаемые в
каждой фазе ударных действий;
установлены биодинамические структуры дифференцированного взаимодействия ног игрока с опорой в трех взаимно перпендикулярных направлениях и благодаря этому определены и описаны современные варианты техники выполнения ударов по отскочившему мячу и с лета;
разработан способ получения аналитическим путем энергетических характеристик и на этой основе изучены биоэнергетические структуры ударных действий при разнохарактерных и разноуровневых ударах у теннисистов разной квалификации;
установлены морфо-функциональные предпосылки индивидуализации техники теннисистов, основывающиеся на изменении соотношения вкладов кинетической энергии ракетки и потенциальной энергии напряженных мышц у игроков с разным типом строения тела;
разработана и экспериментально проверена технология оптимизации обучения ударным действиям на основе биомеханического и дидактического моделирования, базирующегося на осмысленном
ы представлении игроками строения ударных действий, а также использования
искусственной управляющей среды (волновых тренажеров).
Теоретическое значение исследований состоит, прежде
всего, в том, что были впервые изучены и научно обоснованы:
необходимость и эффективность применения современного комплекса инструментальных методик для выявления и изучения основных механизмов ударных действий теннисиста при разнохарактерных и разноуровневых ударах и у игроков разной квалификации;
особенности дифференцированного взаимодействия ног теннисиста с опорной (в трёх взаимно перпендикулярных направлениях) при разнохарактерных и разноуровневых ударах и у теннисистов разной квалификации;
взаимосвязь и взаимодействие различных звеньев биокинематических цепях в трех взаимно перпендикулярных направлениях при выполнении ударного действия теннисистами различной квалификации;
задачи управления и энергообеспечения, решаемые в пяти фазах ударного действия и требования к движениям теннисистов в этих фазах, обуславливающих эффективность ударных действий;
возможности использование волнового метода для формирования специфики динамической структуры ударного действия и структурно -функциональной специализацию работы мышц биомеханического аппарата управления (БАУ) и биомеханического аппарата исполнения (БАИ) теннисиста;
особенности оптимизации технологии обучения ударным действиям на основе разработанных биомеханических, дидактических моделей, включающих: цель действия, подцели фаз, целевые требования в фазах ударных действий, факторы оптимизации, которые позволяют лучше понимать и разрабатывать совокупность основополагающих механизмов действия, блоки решения двигательной задачи при реализации ударных действий. Также минимизации во времени периода формирования необходимой программы по управлению и энергообеспечению ударного
действия за счет повышения интенсивности специальной
нагрузки на мышцы БАУ и БАИ.
Практическая значимость исследований заключается в том, что основные положения и выводы диссертации могут быть использованы при подготовке теннисистов в следующих основных направлениях.
Результаты исследований, проведенных с использованием в качестве методологической основы теории построения движений, теории стуктурности движений, теории решения двигательной задачи, теоретических основ подготовки спортсменов, а также с применением комплекса биомеханических методик с компьютерной обработкой экспериментального материала в режиме реального времени позволили детально изучить современную технику ударов на основе выявленных механизмов. Эти данные могут использоваться для формирования у тренеров и спортсменов правильного и углубленного представления о современной технике выполнения сложных теннисных приёмов.
Выявленные механизмы строения ударных действий и наиболее информативные показатели их оптимальности у теннисистов высокой квалификации при разнохарактерных и разноуровневых ударах могут применяться в следующих целях:
контроль и коррекция движений теннисиста как тренером, так и самоконтроль и самооценка при реализации ударных действий и при анализе видеофильмов;
определение локализации ошибок в положениях и движениях отдельных звеньев опорно-двигательного аппарата теннисиста при выполнении ударных действий;
выявление путей исправления ошибок в технических и тактических действиях теннисиста при разнохарактерных и разноуровневых ударах;
выбор путей оптимизации ударных действий у теннисистов разной квалификации.
Предложенная классификация ударов в теннисе, основанная на их биомеханическом обосновании позволяет более целенаправленно планировать техническую подготовку теннисистов.
Разработанные технологии оптимизации обучения современным ударным действиям, основанные на построенных биомеханических и дидактических моделях ударных действий, позволяют непосредственно формировать специфику динамической структуры ударного действия и структурно - функциональную специализацию работы мышц биомеханического аппарата управления и биомеханического аппарата исполнения теннисиста. При этом минимизируется во времени период формирования необходимой программы по управлению и энергообеспечению ударного действия за счет повышения интенсивности специальной нагрузки на мышцы БАУ и БАИ.
Основные положения, выносимые на защиту:
В основе оптимизации обучения ударным действиям лежат разработанные нами биомеханические и дидактические модели. В качестве критериев оптимальности (основной цели) ударных действий следует рассматривать соотношение величины и направления линейной скорости мяча после удара и его угловой скорости (с определенным направлением вращения), которые определяют темп игры и точность попадания мяча в выбранное место площадки.
К подцелям ударных действий отнесены выявленные и сформулированные задачи по управлению и энергообеспечению, решаемые на протяжении пяти фаз ударных действий.
Установлены целевые требования, которые относятся к механизмам и способам выполнения ударных действий.
К факторам оптимизации или основополагающим механизмам ударных действий следует отнести морфо-функциональные, биомеханические и эргономические, которые проявляются в следующем:
-структурно-функциональной специализации моторного потенциала мышц руки и тела у теннисистов с разным типом строения тела, что лежит в основе индивидуализации их техники;
тонкой дифференциации управления ракеткой и ритмом удара;
абсолютных значениях вкладов кинетической и потенциальной энергии напряженных мышц в ударное взаимодействие, которые обуславливаются: типом удара, игровой ситуацией, типом строения тела и моторного потенциала мышц теннисиста;
скорость прилетающего мяча является основным препрограмми-щим фактором, определяющим кинематические и динамические особенности будущего удара;
в решении задачи о встрече двух движений - мяча и струнной поверхности ракетки, которая происходит путем приспособительных изменений в биомеханических структурах движений теннисиста и выражается в значительной вариативности кинематических и динамических характеристиках ударного действия и взаимодействий с опорой;
многозвенная биомеханическая система приближается по своим характеристикам к линейной механической системе;
проявление эмерджентности (превращение нелинейной системы
в линейную) характерно для высшего спортивного мастерства и обеспечивает надежность при выполнении очень сильных и точных ударов
Предложены подготовительные, подводящие и специальные упражнения с широким использованием тренажеров, позволяющие в значительной мере оптимизировать обучение ударным взаимодействиям.
Формирование основных механизмов ударных действий предусматривает применение большого количества разнообразных средств даже в пределах одного тренировочного занятия.
Апробация и внедрение результатов исследования.
Основные положения диссертационной работы докладывались в период 1976 - 1999гг. на международных, всероссийских научно-методических конференциях и семинарах тренеров по теннису, где получили положительную оценку специалистов. Материалы исследования отражены в 63 публикациях автора. Материалы работы нашли отражение в учебном пособии:
Теннис для всех. - М.: Колос, 1998г., 8п.л.;
и в книгах: Основы тенниса. - М.: ФиС, 1980г, 8п.л.«На корт за здоровьем. -М.: Знание, серия «Физкультура и спорт», №5, 1991, 4п.л.
Основные положения разрабатываемой проблемы вошли в содержание ряда учебных курсов институтов физкультуры:
по биомеханике в виде опубликованных 11 брошюр методических указаний к расчетно-графическим работам;
по биомеханическому обоснованию техники ударных действий в теннисе и технологии обучения в виде опубликованных 52 научных и научно-методических работ.
Материалы диссертации включены в учебные программы курсов РГАФК "Теннис" - специализации и курса "Теннис" - минимум.
Достоверность результатов исследований и степень обоснованности научных положений и выводов, содержащихся в диссертации, обеспечивается: использованием современных приборов; адекватного поставленным задачам специального комплекса измерительных методик, отвечающих метрологическим требованиям опытно-экспериментальной работы; значительным объемом экспериментальных исследований; корректной статистической обработкой полученных данных; тщательным аналитическим обзором литературных данных. Комплексы применяемых
исследовательских методик гарантируют достоверность и
валидность результатов исследований.
Объём и структура диссертационной работы. Общий объем диссертации составляет 374 страницы машинописного текста. Работа состоит из введения, семи глав, выводов, научно-практических рекомендаций, списка литературы, который содержит 395 наименований. Иллюстративный материал включает 20 таблиц и 82 рисунка.
Теория структурности движений
Современный этап в развитии теории движений тесно связан с именем заслуженного работника физической культуры РСФСР, профессора Д.Д.Донского. Д.Д. Донской - признанный патриарх современной спортивной биомеханики. С 1958 года он создавал учебный курс биомеханики для физ-культурныхВУЗов страны, разрабатывая для этого его теоретические основы.В этом направении им было разработано ряд программ и пять учебников (1958-1979гг.)(93,95,96,97), изданы очерки по теории структурности движений (98), опубликованы статьи и доклады на международных конгрессах общества биомехаников и многих конференциях. В целом это направление заслуживает наименования теории структурности движений. Естественно, в нее вошли соответствующие идеи и данные современных исследований как в области философии, так и о многих системных проблемах смежных наук, а также и в самой биомеханике. Специфика учебного курса заключается в необходимости отбора данных из бесчисленных частных конкретных исследований для разработки основной теоретической концепции как стройной организации основополагающих идей.
Важное значение для исследователей техники двигательных действий в различных видах спорта имело введение в 1963г Д.Д.Донским (95) представления о характеристиках движений (кинематических и динамических). В дальнейшем учение о биомеханических характеристиках как главном способе анализа и синтеза движений стало основой выявления состава и структуры системы движений.
В «Элементах мысли» (260) И.М.Сеченов (1887г) разработал вопрос о пространственном сочетании и последовании во времени физиологических процессов. В основу было выдвинуто положение о группировании единиц процессов в ряды последовательных и группы одновременных элементов. Расчленение и согласование частей целого процесса обеспечивает сосуществование и последование в пространстве и во времени многих компонентов центростремительных, центральных и центробежных процессов. Так, в движениях складываются одновременные и последовательные их комплексы в форме синергии. "Фазы ходьбы суть группы координирования из элементов движения" (И.М. Сеченов "Очерки рабочих движений человека", 1903, с.353)(260).
Расширение представлений о фазах двигательных действий (95,96) привело к тому, что для выделения фаз движений как комплексов суставных движений стала использоваться регистрация биомеханических характеристик. Показателями границ и содержания фаз было принято назначение движений в каждой фазе в зависимости от условий их протекания внешних и внутренних.
Углублению подходов к анализу спортивных двигательных действий способствовало разработка положения о том, что дифференциация системы движений осуществляется при выделении фаз движений и движений в различных суставах. И что очень важно - в каждой фазе решается частная двигательная задача. Правильное выделение фаз помогает правильно определить эти частные задачи и их смену (93,97).
В разных видах спорта использовались разные характеристики для выделения фаз: в лыжном спорте - скорости перемещения звеньев лыжника и изменение суставных углов нижних конечностей (X. X. Гросс, 84), в теннисе - изменение направления движения ракетки и ее ускорение (Ф. К. Агашин, 3), в волейболе - изменение скорости движения волейболиста (О. П. Топышев, 284) и т.д.
Нужно отметить, что некоторые составные части системы движений (фазы) могут быть относительно независимы. Но, в основном взаимодействие очень тесное. На локальное изменение отдельных составляющих системы в большей или меньшей степени реагируют все компоненты системы в целом. Это положение совершенно четко вытекает из работ российских физиологов (260,272,295,296 и др.) и проявляется во всех переменных, составляющих двигательную деятельность спортсмена (83, 247, 250).
Так было положено начало представлениям о сложном строении двигательного акта. Влияние на развитие этих представлений оказали взгляды А.А.Ухтомского (294, 295) и М.И.Виноградова о двигательных ансамблях, которые, правда, в то время еще не давали конкретных форм построения действия.
Постепенно Д.Д. Донским разрабатывалось положение о структурах движений, тесно связанное с идеями о элементах и структуре в философии (В.И. Свидерский, 255). На смену расплывчатому понятию «структура» равнозначному понятию «система» или же «состав системы», пришло четкое определение её как закона, способа связи в организации системы в целом (99,101). Было подробно развернуто учение о видах структур в двигательных действиях, их роли в развитии действий, в их совершенствовании 002).
Далее в теорию структурности движение им были введены положения об организации суставных движений в единое целое ради достижения цели. Временные подсистемы (периоды и фазы), образованные на основе пространственных подсистем (элементарных действий), в свою очередь объединенных из соответствующих отдельных суставных движений, легли в основу строения упражнения. Этому во многом способствовали исследования в этом направлении техники конкретных видов спорта многими специалистами (Э.А. Вишневский(52), Ю.К. Гавердовский (63), A.M. Докторевич (106) и другие). Необходимость аналитического членения и синтетического воспроизведения стала все более ясной и в понимании предмета обучения, и в построении методики овладения.
Электротензография
Тензометрические датчики, смонтированные на платформах, соединялись в две системы по суммационным схемам. Сигналы с тензоплатформ усиливались с помощью многоканального тензоусилителя и файл данных записывался в памяти ЭВМ. В ЭВМ также записывались, при каждом ударе, по три составляющие опорной реакции с каждой платформы: вертикальная Fz, горизонтальная Fy и передне-задняя Fx. Одновременно с усилиями записывалось число кадров, отснятых видеокамерами.
Перед экспериментом и после него осуществлялась тарировка тензометрических платформ с помощью 10 кг блинов от штанги и записывались на компьютере тарировочные кривые.
Акселерография. Трехкомпонентный акселерометрический датчик крепился к \ и 2 струне на головке теннисной ракетки. После усиления сигналы с датчика записывались в памяти ЭВМ. Фиксировались акселерограммы головки ракетки (рис.3) по трем составляющим: перпендикулярно струнной поверхности Az, вдоль продольных струн ракетки Ау, вдоль поперечных струн ракетки Ах. По этим данным определялось начало фазы ударного взаимодействия и ускорения ракетки в фазе ударного взаимодействия.
Электромиография. Этот метод использовался для выяснения координационных отношений в работе мышц при выполнении теннисистом ударного действия, а также для косвенной оценки степени мышечного напряжения в различных фазах ударного действия (рис.4).
Установка для регистрации ЭМГ- мм включала: электроды, электродные провода, усилители биопотенциалов и ЭВМ.
Для снятия электрической активности (ЭА) мышц использовались электроды диаметром 5 мм, межэлектродное расстояние составляло 20 мм. Электроды накладывались по ходу волокон на мышцу там, где контурировалось её брюшко. Для получения хорошего электрического контакта между электродами и телом испытуемого обеспечивалась надежная фиксация электродов на коже сначала пластырем, а затем растягивающимися медицинскими бинтами. Для создания малого межэлектродного сопротивления чашечки электродов заполнялись электропроводящей пастой. С этой же целью проводилась обработка кожи: сбривался волосяной покров, удалялась ороговевшая часть эпителия, кожа обезжиривалась спиртом.
Электроды соединялись с усилителем биопотенциалов, с помощью экранированных проводов. В качестве предварительного усилителя, расположенного на поясном ремне испытуемого использовался малогабаритный 8-ми канальный усилитель биотоков, разработанный в лаборатории "Моделирования двигательной деятельности" ВНИИФК. Прибор усиливал сигнал в большом диапазоне частот от 30 до 2000 гц, позволяя регистрировать биопотенциалы с амплитудой от 10 до 300 млВ (1 млВ = 0,001 в).
Блок "пациент" соединялся кабелем длиной 20 м с двумя 4-х канальными мониторами с возможностью выведения сигнала ЭА мышц на экран осциллографа для подбора оптимального усиления сигнала.
Провода, идущие от электродов, фиксирующих ЭА мышц, закреплялись вдоль звеньев тела испытуемого особо прочным скотчем и медицинскими сетчатыми бинтами, что позволяло, с одной стороны, обеспечить более плотное прилегание электродов к телу, с другой стороны, гарантировало от сдвижек электродов при резких движениях спортсменов. Были приняты все меры, чтобы провода не стесняли движений теннисиста.
В работе исследовалась ЭА 12-ти и 6-ти поверхностных мышц, проявляющих активность при ударах теннисиста:
При анализе ЭМГ-мм определялась последовательность включения мышц в работу и длительность периода их работы и "молчания" на протяжении всех фаз ударного действия, а также сумма положительных частей амплитуд ЭА каждой мышцы - интегрированная ЭА мышц на протяжении всего удара, в виде графика и его суммарной площади в условных единицах.
Видеосъемка движений теннисиста осуществлялась двумя видеокамерами "Panasonic М7", расположенными на расстоянии 7 м друг от друга и включавшимися синхронно. Со стороны каждой видеокамеры испытуемого освещали мощные (300 Вт) электрические лампы, включавшиеся одновременно с видеокамерами (частота съемки =25 кадр/с; t выд. кадра =1/1000с ) (рис. 1).
Основные суставы тела теннисиста, макушка и центр его головы, носок и пятка на стопе (как правой, так и левой ноги) маркировались пенопластовыми маркерами (размером 2 см на 1,5 см), оклеенными светоотражающей бумагой. На передний конец, а также на боковые части обода ракетки наклеивались полоски светоотражающей бумаги. На видеопленке маркеры воспринимаются как яркие светящиеся точки. Съемка осуществлялась на фоне масштабных реек. Масштаб изображения 1:10.
Полуавтоматический видеоанализатор. Отснятая видеопленка помещалась в полуавтоматический видеоанализатор. На каждом кадре оператор наводил визир на каждую из точек, отмечающих положение основных суставов тела испытуемого, и нажимал кнопку. Координаты отмеченной точки заносились в оперативную память ЭВМ и далее копировались на жесткие магнитные носители типа винчестер. Затем той же процедуре подвергалась пленка, отснятая второй видеокамерой. Отмеченные координаты поступали на запоминающее устройство ЭВМ.
Персональный компьютер (486, ДХ-4 100/4/540/SVGА) записывал плоскостные координаты каждой точки с двух видеокассет, а затем по программе, разработанной к.п.н. А. В. Вороновым, данные пересчитывались в пространственную систему координат.
Кинематические характеристики головки ракетки при ударном действии.
Специальная видеосъёмка выполнялась видеокамерой "Hitachi" с частотой -25 кад/с, перпендикулярно направлению выполняемого удара, с расстояния 7 м от испытуемого. Видеоплёнка помещалась в видеоанализатор. По видеоплёнке определялись координаты интересующих нас точек на теннисной ракетке и мяче, а затем рассчитывались их кинематические характеристики: перемещения, линейные скорости и углы наклона траектории выноса ракетки на мяч до и после удара, угол вылета мяча, расстояние от стопы опорной ноги до проекции точки удара по мячу на горизонтальную плоскость.
Все антропометрические исследования проводились по методике, принятой НИИ антропологии и описанной В.В. Бунаком в 1941г.
Полученные экспериментальные данные (электротензографии, электромиографии, стереовидеосъемки, специальной видеосъемки, антропометрии, динамометрии) были обработаны общепринятыми методами математической статистики. При этом рассчитывались основные показатели центральной тенденции и показатели вариативности (среднее арифметическое, минимальное и максимальное значения, стандартное отклонение и коэффициентт вариации с ошибками). Математическая обработка экспериментальных данных производилась на ПК " Compag" с использованием стандартных статистических программ. Кроме того использовались корреляционный и факторный анализ.
Исследования проводились в несколько этапов. Первый этап исследования проводился в период с 1968 по 1975г. Второй этап с 1980 - 83гг и третий с 1994 по 1999г. В 1968-75гт исследование проводилось в спорткомплексе ЦСКА на теннисной площадке. С помощью комплексной биомеханической методики исследования изучались удары справа по отскочившему мячу, с лета и прием подачи (25 человек). На втором этапе 1980 - 83гт исследовались морфо-функциональные особенности теннисистов - участников первенств Советского Союза и данные по подбору ими теннисного инвентаря (40 человек). В спортивном комплексе Академии Физической культуры в 1994 - 99 годах, на аппаратуре лаборатории "Моделирования двигательной деятельности" ВНИИФК (заведующий лаборатории - к.п.н. А. В. Воронов), исследовалась техника различных ударов, в различных по высоте точках и у теннисистов различной квалификации с помощью комплексной биомеханической методики исследования. В качестве испытуемых в эксперименте приняли участие теннисисты, входящие по классификации 1997 года в двадцатку сильнейших теннисистов России, а также с ёпортсмены второго разряда. По программе эксперимента каждый теннисист выполнял по 20 ударов с отскока, с лета и по приему подачи.
Во время проведения международных соревнований «Кубок Кремля» и « Кубок Девиса» осуществлялась также специальная видеосъемка ведущих теннисистов мира (20 человек) с последующим биомеханическим обоснованием внешней картины движений и описанием кинематической структуры ударов.
Полученные в работе видеозаписи (с помощью двух видеокамер) движений теннисиста при ударах подверглись дальнейшей обработке. Пленки помещались в полуавтоматический стереокомпаратор, где определялись координаты всех маркированных точек (основных суставов) тела спортсмена (для каждого из 30-35 положений тела игрока при одном ударе). Аналогичная операция проводилась со второй пленкой. Координаты (х, у) каждой точки записывались на жесткий диск ПЭВМ. Затем по программе, разработанной к.п.н. Вороновым А.В. рассчитывались пространственные координаты для каждой из 17 точек, а также строились графики перемещений, скоростей и ускорений, относительно осей Z, Y, X.
На графиках (рис.5, 6, 7) представлены изменения перемещений, скоростей и ускорений в горизонтальном (Y) направлении для тазобедренного, коленного, голеностопного суставов, пятки и носка правой ноги теннисиста, выполняющего удар справа. При ударе справа в полуоткрытой стойке вначале при замахе спортсмен переносит вес тела на правую ногу, а затем отталкиваясь ею, на левую ногу. На графиках 5, 6, 7 заметно, что теннисист начинает отталкивание сразу же при постановке правой ноги на опору.
На рис. 8 изображено изменение координат суставов ноги в вертикальном направлении. Интересно то, что не происходит существенного увеличения координат тазобедренного и коленного суставов правой ноги теннисиста в вертикальном направлении. Незначительно изменяется скорость и ускорение этих суставов в вертикальном направлении в фазе замаха (1 фаза) и разгона (2 фаза).
Структура работы мышц биомеханических аппаратов управления и исполнения теннисиста
Как правило, в теннисной литературе приводят кинематические характеристики головки ракетки, полученные для плоскостного варианта. Использованная методика позволила нам получить для трех взаимно перпендикулярных направлений передне-заднего (X), горизонтального (Y ) и вертикального (Z) графики координат Sx, Sy, Sz; скоростей Vx, Vy, Vz; и ускорений Ax, Ay, Az для трех точек, расположенных на головке ракетки: в точке перегиба обода головки ракетки, а также справа и слева в наиболее широкой части обода.
Анализ изменения координат, скоростей и ускорений головки ракетки (рис.24-26), в горизонтальном направлении (Sy), показывает, что амплитуда движения головки, по направлению вправо, при замахе составляет 0,42 м к моменту 0,39 с. До этого момента головка ракетки двигалась вправо-вверх. Здесь происходит изменение направления движения, головка ракетки начинает опускаться. Еще некоторое время до момента 0,61с она движется вправо и назад, а затем начинает выноситься вперед-вверх-влево. Максимальная амплитуда движения головки вправо составляет 0,75 м. Затем на протяжении 2, 3 и 4 фазы ракетка проходит влево путь, равный 1,75 м, приобретает положительное линейное ускорение в этом направлении 93,2 м/с2 к моменту времени 0,72с и развивает максимальную скорость, Vy = 10,5 м/с2 к фазе удара. В фазе ударного взаимодействия с момента 0,76с ускорение, направленное влево, уменьшается до нуля. И завершение удара протекает на фоне увеличения отрицательного ускорения до значительных величин - 156,7 м/с , но с уменьшающейся скоростью, т.е. с активным торможением ракетки в направлении влево (рис. 24-26).
Необходимо отметить, что наблюдается увеличение вертикальной скорости (рис.20) суставов правой руки в ±5окр. и в самой фазе ударного взаимодействия. На рис.21 вертикальное ускорение суставов руки имеет значительную положительную величину на протяжении всей фазы удара и только к концу фазы торможения, к моменту времени 0,85с принимает нулевое значение.
Изучение перемещения головки ракетки в вертикальном направлении (рис. 27-29) показывает: к моменту окончания замаха 0.39 с , головка ракетки поднимается с высоты 0,90 м на высоту 1,93 м, то есть на 1,03 м. С этого момента ракетка начинает опускаться и ещё некоторое время отводится назад до момента 0,42с и вправо до момента 0,71 с. Затем она вновь начинает подниматься. К началу разгона в направлении вверх ракетка имеет значительно положительное ускорение 118 м/с2 . Благодаря наличию такого ускорения вертикальная скорость ракетки быстро увеличивается, приобретая к моменту начала взаимодействия с мячом значение 4,7 м/с. К концу же фазы удара скорость ракетки возрастает до 6,8 м/с. Впрочем и после того как мяч улетел, ракетка продолжает разгоняться, приобретая к концу 4 фазы скорость Vz =9,2 м/с. Максимальная амплитуда движения в передне-заднем направлении по направлению назад вправо (рис.30) составляет 1,65 м к моменту 0,61 с. А далее ракетка проходит вперёд путь, равный 2,37 м за 0,27 с. Причём положительное ускорение (рис.32) у ракетки появляется на отметке 0,46с, к моменту 0,61с оно приобретает максимальное значение 110м/с, а скорость ракетки в этот момент равна нулю (рис.31). Затем к началу удара - моменту 0,76 с ускорение уменьшается до нулевого значения и фаза ударного взаимодействия протекает при отрицательном передне-заднем ускорении (рис. 32). К моменту начала взаимодействия с мячом горизонтальная скорость достигает наибольшего значения - 16,3 м/с. В фазе удара скорость ракетки в передне-заднем направлении уменьшается на 0,62 м/с, а затем к концу 4 фазы Vx уменьшается до нуля (рис. 31).
Обращает на себя внимание такой факт, что к началу фазы ударного взаимодействия скорость в передне-заднем направлении ракетки Vx имеет максимальное значение, горизонтальная Vy продолжает увеличиваться до значения 10,5 м/с и вертикальная скорость ракетки Vz продолжает увеличиваться до 9,1 м/с. Таким образом установлено, что фаза удара проистекает при наличии значительного положительного горизонтального 58,2 м/с . и вертикального ускорения 45,5 м/с . Видимо, этот факт и является характерной особенностью механизма, позволяющего игроку придать мячу большую угловую скорость.
После того, как мяч покидает ракетку, происходит резкое уменьшение передне-задней Vx и горизонтальной Vy скоростей ракетки. А вот вертикальная скорость продолжает ещё некоторое время (0,088 с) увеличиваться.
Как известно, удары в теннисе выполняются в различных по высоте точках: низкой точке ( от голеностопного сустава до тазобедренного); средней точке ( от тазобедренного до груди ); высокой точке ( от груди и выше, но при условии, что удар выполняется сбоку - впереди от головы игрока ). Но, к сожалению, нет четких рекомендаций об особенностях выполнения этих ударов. Единственно, что отмечается в учебных пособиях по теннису, что чем ниже точка удара, тем больше нужно сгибать ноги. Таким образом, до настоящего времени достаточно глубоко, с применением инструментальных методик исследования, не изучены особенности современной техники ударов в разных по высоте точках, что и является задачей данного параграфа.
Обработка материалов, полученных с помощью специальной видеосъемки, позволила получить кинематические характеристики ударов у теннисистов высокой квалификации - участников соревнований на «Кубок Кремля». При их анализе, прежде всего обращает на себя внимание характер траектории движения ракетки. Для разных ударов в теннисе выявлено три характерных варианта траектории движения ракетки для разных по высоте точек ударов.
