Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблемы физического воспитания студентов и учащихся в современных условиях 34
1.1. Физическая подготовленность студентов в ретроспективном аспекте 35
1.2. Физическая подготовленность студентов (на примере вузов РБ) 38
1.2.1. Мониторинг физической подготовленности 38
1.2.2. Сравнительные исследования физической подготовленности студентов в вузах РБ 49
1.3. Управление процессом физического воспитания и спортивной тренировки 56
1.4. Интегративная роль физической культуры в учебно воспитательном процессе 67
1.5. Средства и методы физического воспитания и спортивной подготовки 77
ГЛАВА 2. Методология применения технических средств в физической культуре и спорте 93
2.1. Философские аспекты антропотехники в физической культуре и спорте 93
2.2. Педагогические и дидактические принципы, определяющие применение спортивных тренажеров 102
2.3. Биомеханическое и эргономическое обоснование спортивной антропотехники 108
ГЛАВА 3. Технологии обучения и тренировки в системе физического воспитания учащейся молодежи 121
3.1. Вопросы построения технологий физического воспитания и спортивной тренировки 85
3.2. Классификация технических средств в физической культуре и спорте 130
3.3. Нетрадиционные технологии в физическом воспитании и спортивной тренировке 140
ГЛАВА 4. STRONG Биомеханическая структура и пульсовые характеристики физических упражнений,
выполняемых на тренажерах STRONG 151
4.1. Частотно-временные параметры движений и пульсовые характеристики при выполнении силовых упражнений на тренажерах 151
4.2. Классификация упражнений на тренажерах (по данным ЧСС) 163
4.3. Исследование тренировочных режимов, выполняемых круговым методом 165
4.4. Исследование биомеханической структуры бега и нагрузки на тредбане и в естественных условиях 174
4.4.1. Исследование опорно-полетной фазы в беге и беговых упражнениях 174
4.4.2. Внутришаговая структура бега спортсменов на тредбане и беговой дорожке 183
4.4.3. Воздействие тренировочной нагрузки в беге на тредбане на организм бегунов (по данным ЧСС) 187
4.4.4. Корреляционный анализ параметров бега и пульсовых характеристик спринтеров на тредбане 189
4.4.5. Тренировочные программы на тредбане 191
4.5. Комплекс упражнений на тренажерах кондиционной направленности 194
4.6. Вибрационная стимуляция в оздоровительных занятиях и спортивной тренировке 207
4.6.1. Общая характеристика вибрационной стимуляции 207
4.6.2. Особенности воздействия механических колебаний на мышечную деятельность 216
4.6.3. Исследование параметров вибромеханической стимуляции мышц 229
4.6.4. Комплекс упражнений на вибрационных тренажерах... 235
ГЛАВА 5. Технологии физического воспитания студентов и учащихся на основе применения технических средств 240
5.1. Обоснование методики применения упражнений на тренажерах и тренировочных устройствах, повышающих физическую подготовленность 240
5.2. Технологии подготовки легкоатлетов с применением тренажеров и тренировочных устройств 250
5.2.1. Применение тредбана в улучшении ритмоскоростной структуры бега 250
5.2.2. Применение тренажеров в специальной подготовке высококвалифицированных бегунов-спринтеров 255
5.2.3. Вектординамографический стартовый тренажер в обучении бегунов 258
5.3. Технологии развития физических качеств вибрационым воздействием на мышцы 262
5.3.1. Вибромеханическая стимуляция в развитии подвижности суставов и гибкости у легкоатлетов 262
5.3.2. Вибромеханическая стимуляция в развитии силовых качеств у легкоатлетов-десятиборцев 265
5.3.3. Вибромеханическая стимуляция в развитии суставной подвижности у легкоатлетов-метателей и пловцов 26$
5.3.4. Вибромеханическая стимуляция в развитии силовых качеств у легкоатлетов-спринтеров 270
5.4. Технология специальной кондиционной подготовки баскетболистов с использованием тренажеров 276
5.4.1. Исследование двигательных способностей молодых баскетболистов 276
5.4.2. Педагогическое обоснование технологии кондиционной подготовки баскетболистов с применением упражнений на тренажерах 283
ГЛАВА 6. Применение тренажеров и устройств в физическом воспитании студентов и учащихся, проживающих на юштаминированных территориях после аварии на ЧАЭС 290
6.1. Особенности применения физических упражнений в условиях радиационного воздействия 290
6.2. Педагогическое обоснование применения тренажеров и устройств в оздоровлении студентов 296
6.3. Физические упражнения на занятиях с детьми, перенесшими радиационное воздействие 307
6.3.1. Применение тренажеров и тренировочных устройств на летних оздоровительных занятиях 308
6.3.2. Педагогическое обоснование применения тренажеров и устройств в физическом воспитании учащихся 315
ГЛАВА 7. Обсуждение результатов исследований 323
Выводы 348
Литература 359
- Физическая подготовленность студентов (на примере вузов РБ)
- Классификация технических средств в физической культуре и спорте
- Исследование биомеханической структуры бега и нагрузки на тредбане и в естественных условиях
- Вибрационная стимуляция в оздоровительных занятиях и спортивной тренировке
Введение к работе
Физическое воспитание учащейся молодежи представляет собой систему, которая постоянно совершенствуется на основе накопления новых данных экспериментальных исследований, передовой практики и научно-технического прогресса. Значение физической культуры и спорта в нашей стране в современных социально-экономических условиях еще больше возрастает в связи с негативными последствиями аварии на Чернобыльской АЭС, ухудшением здоровья и снижением физической подготовленности школьников и студентов [24, 56, 91, 145, 167, 168, 184, 439].
В условиях научно-технического прогресса важное значение приобретает адаптация человека к изменяющимся условиям внешней среды и производства. В ходе социально-экономических и технических преобразований человек воссоздает «вторую среду» — искусственную жизненную среду, существенно отличающуюся от естественной. Можно сказать, что развитие техники идет более быстрыми темпами, чем развитие духовного мира человека.
Возникает проблема принятия человеком безошибочных решений, связанных с современными производственными условиями, — оперативная оценка ситуации, быстрота реакции. При автоматизации производственных процессов изменяется система движений работника, повышаются требования к двигательному потенциалу человека, существенно усиливается роль координационного компонента в его движениях.
Для улучшения своей деятельности в быту, в рекреационных занятиях и на производстве человек издавна создавал и применял различные технические средства (ТС). В ходе эволюции человека, технических преобразований эти средства непрерывно усложнялись и совершенствовались. То же самое происходило и с созданием спортивного инвентаря и тренажеров. На определенных этапах развития физической культуры (ФК) и спорта имев шиеся тренировочные средства сыграли свою положительную роль, но в дальнейшем они мало способствовали улучшению физической подготовленности и росту спортивных достижений. Происходил диалектический поиск новых более совершенных средств и методов с применением технических устройств на основе эмпирических данных, а в настоящее время с целью оптимизации условий тренировочных занятий. При конструировании устройств и тренажеров привлекаются новые знания из эргономики, биомеханики, инженерной психологии, дизайна. В настоящее время созрела необходимость в формировании новых научных направлений, которые бы изучали человека и его деятельность в условиях выполнения физических упражнений с применением технических средств. Развитие таких научных направлений может обеспечить обширный спектр логико-вычислительных и управленческих функций в повышении уровня кондиционных качеств и овладении двигательными навыками. Современное спортивное оборудование и технические средства являются компонентой в системе «окружающая среда — человек», и подчиняется эта система единым механизмам управления и взаимодействия для достижения желаемого результата в спортивной тренировке и поддержании работоспособности человека при работе в космосе, под водой, в экстремальных географических регионах и в обычной трудовой деятельности.
Особенность феномена теории и практики ФК в отличие от других сфер в том, что она самым естественным образом соединяет социальное и биологическое в человеке — и на основе общефилософской методологии интегрирующим началом в ее развитии должны быть специально разработанные физкультурные знания и технологии [36,202, 295, 385—392].
Еще в доисторические времена в физической культуре народов присутствовали игры, гимнастические упражнения, метание копья, прыжки и другие упражнения. Потребность в занятиях физическими упражнениями, подготовка к охоте на животных, военное воспитание стимулировали у людей изготовление оснащения, приспособлений и прототипов современных тренажеров.
В период новой истории в крупнейших и развитых странах мира формировались национальные системы физического воспитания с применением гимнастических снарядов, шестов, канатов, различных лестниц, каруселей.
В Германии И. X. Гутс-Мутс большое внимание уделял разработке технике упражнений, в том числе на гимнастическом оборудовании. Применялись своеобразные тренажеры — деревянный качающийся конь, качели, веревочные устройства для лазания и подтягивания, гимнастические брусья. В шведской системе физического воспитания, разработанной П. Лин-гом, получили распространение и применяются сейчас во многих странах шведская стенка, шведская скамейка, двойной бум, канаты и др.
Еще несколько столетий назад ученые, врачи, педагоги конструировали различные тренировочные устройства. Прообразом облегчающих современных тренажеров можно считать устройства, которые служили обучению гимнастическим упражнениям и плаванию [347, 484].
Комплекс тренажеров (Fitness-Centers fand: in Н. A. Ramdohr: Die Heilgymnastyk, gemeinverstandlich dargestellt. — Leipzig, 1893) в зале лечебной физкультуры включал в себя десять устройств и тренажеров для развития и реабилитации различных мышечных групп и суставов. Следует отметить, что по принципу устройства эти тренажеры соответствуют современным, но отличие в дизайне и конструктивном исполнении. Например, некоторые устройства предназначены для локальных упражнений на мышцы стопы, применялись рычажно-блочные устройства, упражнения с амортизаторами. Уже тогда внимание специалистов было обращено на борьбу с «механической неподвижностью», которую сейчас называют гиподинамией [347, 507].
Французский ученый аббат Сен Пьер в 1734 г. сконструировал вибрационное кресло [100] для людей, ведущих малоподвижный образ жизни. Вибрации и механические колебания в таком кресле повышают мышечный тонус и, естественно, улучшают циркуляцию крови. В России в начале XX в. профессор военно-медицинской академии А. Е. Щербак исследовал влияние вибрационного массажа. Он показал, что умеренная вибрация улучшает питание тканей и ускоряет заживление ран. В начале XX в. вибротерапия применялась в лечении многих болезней, но отсутствие научно обоснованных методик и имевшие место отдельные отрицательные последствия послужили тому, что вибротерапию исключили из арсенала медицинских средств [100]. В настоящее время вибромассаж, вибромеханические стимуляционные тренажеры получили широкое распространение в реабилитационной физической культуре и спорте [5, 155—157, 225, 232— 236, 242, 243].
Исторический анализ эволюции технических средств имеет наряду с методологическими и дидактическими аспектами также большое социальное, культурное и философское значение. Создание различных тренировочных устройств отражало уровень развития техники и культуры исторических формаций. В то же время изучение конструкций спортивной техники служит передачей знаний от поколения к поколению, т.к. конструирование любых технических устройств, в том числе и физкультурно-спортивных, основывается на естественнонаучном познании и технической рациональности.
Вполне обоснованно можно предположить, что и в предыдущие столетия люди нуждались в совершенствовании своих двигательных навыков и качеств, и, естественно, выход в этом стремлении они находили в физических упражнениях. Растущие производственные отношения, появление сложной техники требовали развития точности движений, ловкости и других физических качеств, необходимых в производстве и военном деле.
Возникали технические решения там, где отсутствовали необходимые средства для обучения спортивным движениям. Появились тренировочные устройства и прототипы современных тренажеров. Таким образом реали-зовывалась проблема типа «цель-средство».
Когда именно человек изготовил первые простейшие спортивные устройства, наука еще не установила. Во всяком случае с появлением соревновательности в различных видах движений, еще во время античных Олимпиад делались попытки конструировать тренажеры, облегчающие спортсменам осваивать технику спортивных движений. Затем специфика видов спорта способствовала созданию многообразия устройств и тренажеров. Оценивая развитие спортивной техники, следует отметить, что оно имело только положительные социальные последствия и служило совершенствованию личности и общества. Возникала необходимость в создании имитирующих устройств, моделирования более сложных игровых и гимнастических упражнений. Наряду с генезисом человека — его технической деятельностью и философским обоснованием формировалась структура физической культуры людей, составной частью которой является конструирование спортивного оборудования и разработка комплексов упражнений на спортивных устройствах и тренажерах.
Спортивная антропотехника (см. 2.1) не является альтернативой традиционным тренировочным средствам, не отрицает их и в этом проявляется потребность людей в новых видах двигательной активности для управления физическим развитием как в спорте, так и в рекреации и самореализации отдельного человека. Двигательная активность становится необходимым элементом способа и стиля жизни человека на всем периоде его жизни.
Прежде всего требуется улучшение материально-технической базы физического воспитания, потому что наяву несовершенство, а порой и очень слабое оснащение занятий по физическому воспитанию в учебных заведениях. Это приводит к тому, что педагогам сложно применять ниях. Это приводит к тому, что педагогам сложно применять индивидуальные методы обучения и обеспечить запросы в занятиях физическими упражнениями учащихся различной физической подготовленности. Отсюда традиционализм и неприятие современных организационных форм и технологий в школьном и вузовском физическом воспитании. Современность понимается в том, чтобы при достаточном техническом оснащении на практике применять достижения теории, дидактики и педагогики и осуществлять непрерывность физического воспитания, интеллектуализацию занятий и формировать мотивацию к ним через осознание учеником необходимости занятий физической культурой.
Поэтому рассматривая здоровье и физическую работоспособность студентов и учащихся, одним из условий их успешной учебы и дальнейшего применения полученных знаний в профессиональной деятельности будущих специалистов, нами выбрана настоящая тема диссертации.
Физическая подготовленность студентов (на примере вузов РБ)
Исследование уровня физической подготовленности студентов Белорусской государственной политехнической академии (БГПА) первого и последующего курсов проводилось на основании тестирования. В дальнейшем проводились анализ средств и методов, которые применялись ме жду тестированием, и педагогическое обоснование рациональной структуры занятий на основании экспериментов. Поэтапное тестирование проводилось с помощью «мотор-фитнес-тест» [483, 537] по четырем упражнениям: 12 мин. — бег (Sj), прыжок с места (S2), подтягивание на перекладине для мужчин — кол-во раз (S3), а для женщин — удержание в висе на время, подтянувшись до плеч (с); поднимание и опускание туловища из положения лежа на спине за 2 мин. — кол-во раз (S4). Результаты испытуемых оцениваются по 10-балльной шкале, и определяется интегральный показатель по сумме баллов, но при этом оценка в беге на 12 мин. берется с коэффициентом 2 (табл. 1). Значение интегрального показателя В = 2Sj+ S2 + S3+ S4 соответствует следующим оценкам: отлично — 36 баллов и выше, хорошо — 29—35 баллов, удовлетворительно — 21—28 баллов, плохо — 20 и менее баллов. Обработка данных выполнялась по специально разработанной программе (А. Скрипко, А. Павлович, 1993) на ПЭВМ.
Пользуясь этой программой, можно вводить в ПЭВМ исходные данные в различных сочетаниях, одновременно наблюдать за изменением расчетных параметров и анализировать полученные результаты. Соотношение моторного развития испытуемых определяется по формуле: где г — коэффициент корреляции между каждой парой из четырех тес ху тов; (S ) — квадрат разницы между каждой парой из четырех тестов, г определяется по табл. 2. они рассчитываются по разнице баллов, а интегральный показатель В дает представление об общей физической подготовленности. Мониторинг ФП студентов БГПА проводился в условиях занятий учебных групп на протяжении 1989—1998 гг., в котором приняли участие 6827 студентов 1—3-х курсов. 12-минутный бег проводился на дорожке стадиона. Дистанция, которую преодолевали испытуемые, измерялась с точностью до ±3 м. Прыжок в длину с места замерялся рулеткой с точностью до ±1 см. Подтягивание на перекладине у мужчин подсчитывал ось с преодолением подбородком уровня перекладины, удержание в висе у женщин замерялось хронометром в секундах после однократного подтягивания и удержания туловища на руках, подбородок — на уровне перекладины. Поднимание туловища касанием грудью коленей начиналось из положения лежа на спине, руки за головой, ноги согнуты под углом 90. Данные тестирования вносились в приведенный ниже специально разработанный протокол. Полученный фактический материал о мониторинге подготовленности (ФП) студентов БГПА за 10-летний период дает возможность провести анализ и выявить пути совершенствования и организации структуры средств и методов физического воспитания студентов (табл. 3,4). Данные этих таблиц свидетельствуют о том, что показатели физической подготовленности студентов-первокурсников снижаются, особенно у де вушек. Некоторое улучшение интегрального показателя (В) в 1997 г. характеризует лишь выборку испытуемых. Если учесть, что в тестировании участвовали студенты основного отделения, а у студентов спецмедгруппы оно не проводилось, то тенденция к снижению показателей ФП оказалась бы еще более выраженной.
Существует также тенденция роста числа студентов, которые по состоянию здоровья отнесены в спецмедгруппу. Так, в БГПА в 1994 г. таких студентов было 11%, в 1995 г. — 17%, в 1996 г. — 20% от числа поступивших в вуз (Л. Г. Лаврова, 1996). Исследования, проведенные на кафедре физического воспитания и спорта БГПА [347—351] на иных выборках студентов, подтверждают наши наблюдения о том, что уровень ФП многих студентов-первокурсников (30% и более) недостаточный. На последующих курсах физвоспитание в вузе способствует улучшению ФП. Опыт показывает, что это происходит при высокой организации и моторной плотности занятий. При поточном методе проведения занятий этого добиться сложно. Например, при проведении исследований среди студентов 2-го курса машиностроительного факультета БГПА (« = 239) в третьем семестре (осень 1991 г.) после года занятий в вузе не было выявлено существенного улучшения показателей [410]. У 78% студентов была удовлетворительная подготовленность, у 17,3% — хорошая и только у 3% — отличная. Если обратиться к данным табл. 3 и графической интерпретации этих данных (рис. 8), то по интегральному показателю ФП — (В) — среднестатистический первокурсник из числа обследованных имеет удовлетворительную подготовленность с показателем, составляющим 29 баллов. У женщин он значительно ниже и в среднем за все годы составил 23,8 балла. По оценке «мотор-фитнес-тест» этот показатель находится на нижней грани удовлетворительной оценки и отражает невысокий уровень ФП, что характерно для студенток технического вуза. Анализ результатов каждого теста выявил, что у мужчин средние показатели в подтягивании и поднимании туловища на хорошем уровне: 5—7 баллов по 10-балльной системе. Ниже результаты в беге на выносливость и прыжке в длину с места: 4—5 баллов — удовлетворительная оценка. У женщин такая же тенденция, но уровень показателей еще ниже, особенно в беге на выносливость и удержании в висе. О том, что существует значительный разброс данных, видно из значений стандартного отклонения и коэффициента вариации: Если в беге и прыжках коэффициент вариации находится на уровне 10% (что говорит об однородности результатов испытуемых), то в тестах — удержание в висе у девушек и поднимание туловища — этот показатель превышает в ряде случаев 20%. Проанализировав индивидуальные значения испытуемых, можно сказать, что средние значения удовлетворительных оценок в каждом из тестов получены за счет более высоких результа
Классификация технических средств в физической культуре и спорте
Исследования функций физической культуры применительно к сферам жизнедеятельности человека определили ее структуру и основные компоненты. По Л.П. Матвееву, она включает: — базовую физическую культуру (исходное физическое образование и ОФП); —профессионально-прикладную физическую культуру (ППФК); —гигиеническую и рекреационную ФК; —оздоровительно-реабилитационную ФК; —спорт как предмет состязания. В настоящее время в связи с развитием физической культуры и спорта среди инвалидов, а также важностью занятий физическими упражнениями в послечернобыльский период, следует включить, по нашему мнению, в структуру компонентов ФК: —инваспорт как предмет состязаний среди людей, имеющих инвалидность; —оздоровительно-реабилитационную ФК для лиц с ослабленным здоровьем и пострадавших от техногенных катастроф. Создание эффективных современных технологий учебно-тренировочного процесса спортсменов и массово-оздоровительных физкультурных занятий по всем перечисленным выше структурным направлениям объективно зависит от использования новых технологий, тренажер ных устройств, биотехнических средств с обратной связью, а также различных приборов, аппаратов и приспособлений.
Такой подход имеет большое значение, особенно в программировании режимов выполнения упражнений с целью достижения заранее намеченной результативности в обучении двигательным навыкам, восстановлении двигательных функций, в развитии физических качеств. Благодаря достижениям научно-технического прогресса в физической культуре и спорте широкое распространение получили тренажерные устройства и другие технические средства, которые обеспечивают в условиях роста дефицита естественных движений ускоренное овладение двигательными умениями, целенаправленную физическую нагрузку и восстановление утраченных двигательных навыков. Конструирование спортивного оборудования, тренажеров и других технических средств в последние годы получило разветвленную сеть по ряду признаков и может быть определенным образом классифицировано. Этот вопрос рассматривался рядом авторов (Н. А. Нельга, А. Г. Фалалеев, 1973; Т. П. Юшкевич, 2001; И. П. Ратов, 1976; А. Н. Лапутин, В. Л. Уткин, 1990; А. Д. Скрипко, 1981,1990,1995,2000 и др.). Говоря о классификации технических средств в физической культуре и спорте (ТСФКС), следует рассматривать этот вопрос в широком спектре, предусматривающем основные направления в конструировании, а также методологическом и дидактическом обосновании их применения.
Анализ и обобщение ТСФКС позволяют определить основные направления в их разработке; приборы для биомеханических, психолого-педагогических и медико-биологических исследований, автоматизированные системы управления, тренажерно-исследовательские стенды, тренажеры и устройства для обучения и тренировки, комплексы тренировочных устройств для массовых занятий, компьютерные тренажерные и игровые системы, аппаратура и устройства для рекреационно-реабилитационных целей, судейско-информационные системы. Перечисленные направления идентифицируются с компонентами физической культуры и спорта. Такой подход можно видеть в работах (И. П. Ратов, 1976, 1990; Н. А. Нельга, А. Г. Фалалеев, 1973; А. Н. Лапутин, В. Л. Уткин, 1990; А. Д. Скрипко, 1981, 1985). В многочисленных публикациях по проблеме применения технических средств авторы большое внимание уделяют тренажерам и тренировочным устройствам, которые используются непосредственно для выполнения физических упражнений [5, 6, 8, 50, 55, 67, 74, 75, 90, 97, 105, 111—115, 117, 120, 199]. Это объясняется тем, что в общей структуре ТСФКС эта группа технических средств имеет большое практическое значение и направлена непосредственно для учебно-тренировочного процесса. В некоторых публикациях авторы, давая классификацию ТСФКС, ограничиваются лишь тренажерами и тренировочными устройствами [42Щрежде чем дать общую классификацию ТСФКС, остановимся на основных понятиях и определениях. Технические средства в физической культуре и спорте (ТСФКС) — это приборы, аппаратура, биотехнические и тренировочные устройства и тренажеры, а также измерительные и диагностические системы, предназначенные для оценки и развития двигательных и интеллектуальных качеств и умений. Рассматривая тренировочные устройства и тренажеры в физической культуре и спорте [9], даны (А. Д. Скрипко, 1979) следующие определения: «тренировочное устройство — техническое средство, обеспечивающее выполнение спортивных упражнений в заданной структуре движений без контролируемого взаимодействия» и «тренажер — техническое средство с обратной связью, позволяющее ускоренно формировать и совершенствовать двигательные навыки и качества» в регламентируемой структуре движений. По мнению основоположника в области спортивных тренажеров И. П. Ратова, «тренажер — комплекс устройств, обеспечивающий возможность для воспроизведения (при инструментальном контроле) осваиваемого упражнения или же его элементов в искусственно созданных и регламентированных условиях». Впоследствии в уточненной им формулировке — «под тренажером понимается комплекс устройств, позволяющих воспроизводить целостные упражнения или их основные элементы в специально созданных для этого искусственных условиях, обеспечивающих возможности регламентировать режимы выполняемых движений и их целесообразное изменение». Какую спортивную технику, оборудование и инвентарь считать техническими средствами в подготовке и состязаниях? Наши многолетние исследования, дидактический и конструкторский опыт показывают, что следует разделить вспомогательные средства, используемые в физкультурно-спортивной деятельности, от ТСФКС.
Вспомогательные средства включают в себя приспособления и снаряды (инвентарь). К. Ю. Данилов [93] определил структурный состав этих средств. Приспособления делятся на неподвижные (батут, щиты и кольца в баскетболе, гимнастические снаряды, а также ворота, мишени и сетки, ковры, ринг) и подвижные (велосипед, лыжи, коньки, лодки, сани, мотоцикл, автомобиль, самолет и др.). Снаряды (инвентарь) подразделяются на опорно-перемещаемые — ракетки, боксерские перчатки, лук, лыжные палки, шест и т.п. и безопорно-перемещаемые — мячи, шайбы, диск, обруч, копье и др. В определенных условиях вспомогательные средства, если их оснастить дополнительными устройствами и механизмами, датчиками, могут стать техническими средствами — тренажерными устройствами или могут быть блоками обучающих, измерительных и контролирующих систем. Классификация ТС в ФК и спортивной подготовке и методическая направленность их применения представлены в работах (И. Ратов, С. Евсеев,
Исследование биомеханической структуры бега и нагрузки на тредбане и в естественных условиях
Динамические характеристики в момент постановки ноги бегуна на поверхность беговой дорожки и отталкивания изучаются для получения знаний о природе бега человека, а также для того, чтобы на основе полученных данных конструировать технику бега спортсмена, т.е. решать задачу оптимальной организации этих локомоций. Биомеханические исследования движений человека, в частности, такого многозвенного двигательного акта как бег, актуальны не только для системной организации движений спортсмена, но имеют также важное общетехническое значение. Например, в роботостроении, конструировании специальных аппаратов и тренажеров, в подготовке космонавтов и спортсменов. Результаты исследований опорно-полетной фазы в беге на дорожке стадиона (В. Бальсевич, В. Шпитальный, Л. Ойфебах) и в беге по тредбану (А. Скрипко, 1980, 1981) дают представление о пространственно-временных параметрах бегового шага и динамических характеристиках опорно-полетной фазы. В практике тренировки легкоатлетов и в беговой тренировке спортсменов по другим видам спорта применяются специальные беговые упражнения - бег, высоко поднимая бедро, и семенящий бег, которые характеризуются активной постановкой ноги на грунт. Изучалась структура опорной фазы в беге на месте, высоко поднимая бедро, частотно-временные параметры этих локомоций и сравнивались полученные данные с параметрами бега на дорожке стадиона и по тредбану.
Исследования бега проводились в лаборатории биомеханики Венгерского Университета физической культуры в мае 1996 года во время научной стажировки автора в этой лаборатории. Испытуемые — студенты — семеро мужчин в возрасте 20—24 года, имеющие высокую спортивную подготовку в различных видах спорта (легкая атлетика — спринт, триатлон, пятиборье). Для регистрации опорных реакций применялась тензометрическая платформа типа АДАМ — NUESS PLATFORM SISTEM (К. Bretz, Н. Konig, 1991) размером 500 х 500 мм. Измерения на всей поверхности платформы не превышают линейную погрешность 2%. Бег на месте выполнялся подниманием бедра до уровня 90 между туловищем и бедром. Каждый из испытуемых выполнял 30 шагов в субмаксимальном для него темпе. В таблице 15 представлены биомеханические параметры бега, высоко поднимая бедра, в таблице 16 соответствующие параметры в беге по стадиону и тредбану. Параметры бега по тредбану получены при скорости ленты тредбана 7 м/с, что является субмаксимальным беговым режимом в беге на тредбане без подвески для подготовленных спортсменов [336, 338]. Значение времени опорной фазы в беге, высоко поднимая бедро, составляет 193,7 мс, а безопорная фаза составляет 47,7 мс, что существенно отличается от таких же параметров в беге на стадионе по тредбану. Фаза полета длится в два раза меньше, чем в обычном беге. Сила реакции отталкивания (силовой компонент) меньше, чем в обычном беге. В связи с большой амплитудой движений темп не превышает 4 шаг./сек. Беговое упражнение — бег, высоко поднимая бедро, представляет собой прыжкооб-разное движение, что подтверждает тензодинамограмма (рис. 14) Динамо-грамма представляет собой одновершинный импульс, а в беге по стадиону и тредбану — трехвершинный (момент постановки ноги, вертикаль и отталкивание, рис. 15).
Исследования показали, что на тредбане характер развиваемых усилий в момент постановки ноги на дорожку происходит следующим образом. При беге с субмаксимальной скоростью тип вертикального толчка выглядит, как показано на рис. 15а. Наблюдаются три фазы — в момент постановки ноги на дорожку (передний толчок) происходит максимум усилия, затем при переходе туловища к моменту вертикали усилие снижается и происходит второй пик, а в момент отталкивания мы видим еще один всплеск меньшей амплитуды. Выявленный нами тип вертикального толчка можно назвать по терминологии В.К. Бальсевича «ударным», хотя по внешней форме он несколько отличается от тензограммы, полученной им ранее в беге по дорожке стадиона [29, 31]. При беге со скоростью 5—6 м/с на тредбане тип толчка имеет форму, как показано на рис. 156. При скорости 4 м/с происходит снижение усилий в фазе переднего толчка и увеличение в момент вертикали (рис. 15с). Время опорной фазы при этом в трех случаях было 0,12, 0,13, 0,15 с соответственно. Величина максимального развиваемого усилия — 260 кг на тредбане, а по дорожке стадиона — 280—300 кг. В прыжках с места вверх импульс имеет одновершинную форму (D. Schmidtbleicher, 1994) и аналогичен полученному нами в беге, высоко поднимая бедро. По тем же данным [563] форма динамограмм (импульсов) в прыжке в глубину имеет два-три экстремума, а развиваемая при этом сила реакции достигает 6000 Н (рис. 18) в прыжке в глубину на 100 см. Таким образом, на основании проведенных исследований, можно констатировать, что беговые упражнения — бег, высоко поднимая бедро, и его упрощенный вариант — семенящий бег представляют собой по своей сути прыжковые упражнения, а не собственно бег. Тем не менее, эти упражнения являются эффективным средством для освоения техники бега и совершенствования пространственной и динамической структуры бегового шага. По данным А. Аракеляна [19], имеется сходство динамики вертикальных усилий в беге с различной скоростью и беговых упражнений. Динамо-граммы имеют волновой (трехвершинный) характер — первичное нарастание усилий, спад усилий в фазе амортизации и третий экстремум в момент отталкивания. В. Бальсевич [29] выявил, что в беге с максимальной скоростью у спринтеров высокого класса тип вертикального толчка имеет характер одновершинной кривой.
Для этого типа толчка характерно нарастание усилий до максимума, их высокая концентрация и минимальный контакт с поверхностью дорожки. Следует отметить, что и в беге по тредбану с максимальной скоростью тип толчка приобретает одновершинную форму, что еще раз подтверждает значительное сходство кинематических и динамических параметров бега по тредбану и по дорожке стадиона (рис. 16 и 17). На основании наших данных и динамометрических исследований бега по стадиону и тредбану можно заключить, что при скорости бега в субмаксимальном режиме вертикальная составляющая силы реакции имеет два-три экстремума, а на максимальной скорости (у спринтеров высоких разрядов) динамограмма представляет собой одновершинную кривую. Интересно отметить, что сила реакции при спрыгивании с возвышения на тензоплатформу и отталкивании от тензоплатформы на качельном тренажере [564, 599] имеет похожие тензодинамограммы (рис. 18 и 19). Нами установлено, что бег по стадиону и тредбану имеет значительное сходство по угловым параметрам в безопорной фазе и в момент вертикали, что согласуется с данными других авторов [99, 560, 607]. В кинематической структуре бега на тредбане и в естественных условиях не имеется существенных различий. Так, например, значения углов между бедрами, голенью и дорожкой, угол между бедром и голенью опорной ноги в момент вертикали, а также углы между бедрами, голенью и бедром в безопорном положении отличаются недостоверно (Р 0,05) от соответствующих параметров в беге по дорожке стадиона. Определено, что в беге на тредбане бегуны ставят ногу в момент соприкосновения с дорожкой в одно и то же место с отклонением на 0,1—0,2 м в зависимости от скорости движения ленты. Чем выше скорость движения ленты тредбана, тем меньше способен бегун варьировать по частоте свои собственные движения и перемещения по дорожке. Выявлено также, что в беге на тредбане при скорости движения дорожки, превышающей 8 м/с, бегуны даже высокой квалификации не в состоянии поддерживать заданный темп. Это происходит потому, что бегун вынужден как бы «удерживаться» ногами за дорожку. Поэтому при скорости свыше 8 м/с необходимо проводить бег на тредбане с применением подвески, что обеспечивает бегуну безопасность бега на максимальной и сверхмаксимальной скорости, уменьшает время опорной фазы и увеличивает частоту движений. Последнее является особенно важным для совершенствования скоростных качеств бегунов и спортсменов в различных видах спорта (футбол, баскетбол, гандбол и др.).
Вибрационная стимуляция в оздоровительных занятиях и спортивной тренировке
Повышение двигательного потенциала человека можно достигнуть экстенсивными и эффективными путями. Ростом объемов физических нагрузок двигательный потенциал достигается до определенного уровня и в дальнейшем наступает стабилизация. Эффективные пути предусматривают применение средств и методов, новых технологий, интенсифицирующих развитие двигательных качеств и навыков и качественное выполнение тренировочных упражнений. Воздействие тренировочных средств на человека основывается на том, что он постоянно находится в механическом, энергетическом и информационном взаимодействии с внешней средой, и от организации этого взаимодействия зависит эффективность тренировочных упражнений. Под организацией взаимодействия с внешней средой можно представить многообразие физических упражнений и способы их выполнения на земле, в воздухе, космосе и водной среде в опорном или безопорном положении с преодолением силы земного притяжения (гравитации), сопротивления воды, амортизаторов и стимулирующее воздействие (вибро-, электро-, маг-нито- и другие виды стимуляции). В производственных процессах перед учеными стоит задача избавить работников от отрицательного воздействия утомительных и однообразных трудовых операций. В тренировочном процессе спортсменов и в занятиях оздоровительной физической культурой также необходимы новые технологии, которые бы уменьшили однообразие и трудоемкость тренировочных занятий. Использование различных средств и методов снижает вероятность привыкания организма к одним и тем же упражнениям. Вариативность средств и методов способствует также эффективному предварительному потенцированию работоспособности и дальнейшей реализации функциональных резервов организма спортсмена в соревнованиях или достижению более высокого уровня физической подготовленности.
Применение вибрационной стимуляции мышечно-связочного аппарата человека с целью развития и восстановления двигательных качеств и является новым высокоэффективным нетрадиционным средством [137, 155, 232, 269, 270, 295, 400, 429]. Экспериментальные исследования показали, что благодаря вибромеханической стимуляции интенсифицируется процесс развития специальных физических качеств, прежде всего силовых, скоростно-силовых и подвижности в суставах при меньших энергетических затратах занимающихся [88, 125, 155—157, 193, 232—236, 242, 243, 295, 388, 522]. Вибростимулирование в физкультурно-спортивных занятиях человека способствует также ускорению восстановительных процессов в мышечных тканях и связках, оказывает положительное влияние на работу сосудов и кровообращение в организме. С помощью виброплатформ снимается усталость после утомительного трудового дня у работников, которые много времени проводят на ногах или в статических положениях, например, водители транспорта. Метод вибромеханической стимуляции мышц основан на исследованиях динамики автоколебаний мышечных волокон и влиянии вынужденных колебаний на формирование спортивных движений [5, 232], на результатах исследований Н.И. Аринчина с сотрудниками о микровибрациях мышц, выполняющих насосную функцию [21], а также на результатах исследований, проведенных в начале и в середине XX века [14, 84, 179—181, 291, 408, 409, 445—447] о влиянии вибрационных колебаний на организм человека. При проектировании вибрационных спортивных тренажеров необходимо учитывать собственные вибрационные характеристики человека, полученные на основе научных разработок вибрационной биомеханики. Волновые процессы, протекающие в организме человека, характеризуются тем, что существуют резонансные частоты отдельных частей тела человека, и внешнее вибрационное воздействие на отдельные биомеханические звенья может вызвать явление биомеханического резонанса [5, 315], при котором возрастает амплитуда колебаний активных звеньев биомеханической цепи человека и возрастает уровень двигательных способностей человека.
Вибрационная биомеханика дает экспериментальную основу для разработок волновой и педагогической биомеханики. Влияние вибрационного воздействия на состояние мышц и центральной нервной системы изучалось еще в XIX веке и нашло отражение в трудах Б. Маджарани (1880 г.), X. Марселя (1882 г.), в исследованиях М. Гринвиля (1881 г.). Они установили рефлекторную природу реакции организма на вибрацию. Русский ученый-медик, профессор А.Б. Щербак в 1903 г. и в последующие годы [446,447] показал, что даже локальные вибровоздействия оказывают рефлекторное влияние на организм и отдельные его системы. В одном из своих докладов на заседании Русского медицинского общества в Варшаве А.Е. Щербак сказал: «Сущность явлений, стоящих в связи с вибрационными раздражениями, сводится не к заряжению нервной системы извне новой силой, но к усилению притока ее собственной энергии к определенному месту. При таком взгляде становится понятным влияние пассивных движений, удивительная продолжительность заряда. Под влиянием вибраторных раздражений получается повышение сухожильных рефлексов без изменения мышечного тонуса и никаких других отклонений от нормы в двигательной сфере не замечается. Вибрация имеет важное значение как своеобразный стимул для нерв-ной системы и с клинической точки зрения» (А.Е. Щербак, 1903). Он же показал, что ритмическая фарадизация способствует усилению трофики тканей, росту волос, заживлению ран. Вибромассаж как лечебное средство получил научное обоснование в трудах российских ученых. Е.С. Боришпольский в статье «О лечении дрожанием
