Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Актуальные педагогические проблемы укрепления и сохранения здоровья в теории и практике физического воспитания 19
1.1. Теоретико-педагогический анализ методов контроля и программирования в современных физкультурно-оздоровительных системах 20
1.2. Научно-теоретические основы программирования двигательных режимов оздоровительной направленности по энергетическим критериям 70
1.3. Выводы по первой главе 111
Глава 2. Определение оптимальных оздоровительных средств физической подготовки на основе имитационного компьютерного моделирования 114
2.1. Имитационное моделирование энергообеспечения мышечной деятельности 116
2.2. Исследование адекватности модели энергообеспечения различных двигательных действий 131
2.3. Выводы по второй главе 147
Глава 3. Моделирование комплексов физкультурно-оздоровительных средств по энергетическим показателям 149
3.1. Энергетические показатели циклических двигательных действий 162
3.2. Разработка физкультурно-оздоровительных комплексов 191
3.3. Выводы по третьей главе 201
Глава 4. Дидактическая система реализации разработанных физкультурно- оздоровительных комплексов 203
4.1. Функциональная педагогическая система обучения двигательным действиям оздоровительной направленности 205
4.2. Динамика уровня физического состояния и здоровья в процессе выполнения педагогического эксперимента 211
4.3. Выводы по четвертой главе 222
Глава 5. Исследование автоматизированных дидактических средств повышения эффективности физкультурно-оздоровительного процесса 225
5.1. Разработка педагогического инструментария автоматизированного контроля за состоянием занимающихся и его экспериментальное обоснование 226
5.2. Определение эффективности разработанных способов контроля в оздоровительной физической культуре 260
5.3. Выводы по пятой главе 266
Заключение ..269
Список литературы 274
- Теоретико-педагогический анализ методов контроля и программирования в современных физкультурно-оздоровительных системах
- Имитационное моделирование энергообеспечения мышечной деятельности
- Энергетические показатели циклических двигательных действий
- Функциональная педагогическая система обучения двигательным действиям оздоровительной направленности
Введение к работе
Актуальность исследования. В современных условиях развития нашего общества наблюдается резкое снижение состояния здоровья населения и продолжительности жизни. По данным различных исследований лишь около 10% молодежи имеют нормальный уровень физического состояния и здоровья, сократилась продолжительность жизни на 7-9 лет, смертность превышает рождаемость, снижается производственный потенциал общества, идет постепенное вымирание нации (Кураев Г.А.).
В настоящее время здоровье человека становится самой актуальной проблемой для многих отраслей знаний, среди которых особое место отводится педагогической науке, призванной через систему образования путем формирования валеологической культуры населения развивать и сохранять здоровье человека.
Тесная связь состояния здоровья и физической работоспособности с образом жизни, объемом и характером повседневной двигательной активности доказана многочисленными исследованиями (Агаджанян Н.А., Амосов Н.М., Апанасенко Г.Л., Бальсевич В.К., Булич Э.Г., Брехман И.Й., Виру А.А., Матвеев Л.П., Мотылянская Р.Е., Муравов И.В., Ива-щенко Л.Я., Astrand L, Wilmore J.N. и многие другие), которые убедительно свидетельствуют о том, что оптимальная физическая нагрузка в сочетании с рациональным питанием и образом жизни является наиболее эффективной в преодолении "коронарной эпидемии", предупреждении многих заболеваний и увеличении продолжительности жизни.
Поэтому поиск и определение наиболее эффективных путей и средств оптимизации физкультурно-оздоровительного процесса являются актуальными проблемами педагогики, в решении которых ведущая роль отводится проектированию различных физкультурно-оздоровительных
систем на основе научно обоснованных и адекватных соотношений внешних и внутренних факторов развития человека.
Теоретический анализ педагогической и специальной литературы по данной проблеме показывает, что наиболее перспективным в ее решении является практико-ориентированный подход, связанный с развитием и совершенствованием физкультурно-оздоровительных систем, включая их функционирование во всеобщем педагогическом образовании (Болотов В.А., Исаев Е.И., Казакова Е.И., Новиков А.М. и другие).
Анализ специальных исследований по данной проблеме указывает на отсутствие общепринятой методики построения физкультурно-оздоровительных систем, на имеющиеся различия в определении оптимальных физических нагрузок оздоровительной направленности, на существующие противоречия между многообразием индивидуально-личностных особенностей функционирования систем энергообеспечения, с одной стороны, и ограниченными возможностями учитывать эти особенности при построении физкультурно-оздоровительных систем, с другой стороны (Белов В.И., Вайнбаум Я.С., Гриненко М.Ф., Ефимова Т.Н., Иващенко Л.Я., Калинин В.И., Пирогова Е.А., Ратов И.П.).
Таким образом, актуальность разрабатываемой проблемы определяется необходимостью дальнейшего теоретического и экспериментального изучения физкультурно-оздоровительных систем, обеспечивающих укрепление и сохранение здоровья и устранение существующих противоречий.
Объект исследования - физическое воспитание личности в социально-активном периоде жизнедеятельности.
Предмет исследования - построение и использование физкультурно-оздоровительных систем в процессе физического воспитания.
Цель исследования - разработка педагогических основ построения физкультурно-оздоровительных систем, обеспечивающих укрепление и сохранение здоровья человека.
Гипpтeзla.иccлeдgjвaния заключается в следующем: высокая эффективность создаваемого инструментария построения физкультурно-оздоровительных систем может быть обеспечена на основе следующих предположений:
- Известно, что согласно закону сохранения энергии расход энер
гии должен соответствовать ее притоку, и в связи с этим методологиче
ский принцип природосообразности образования и воспитания, отра
жающий существо этого закона, предполагает создание определенных
физкультурно-оздоровительных систем, способствующих сохранению и
расширению резервных, адаптивных и мобилизационных возможностей
систем энергоснабжения жизнедеятельности организма человека.
Так как каждый человек характеризуется определенными потенциальными возможностями энергетических систем, которые определяются в процессе тестирования и могут быть моделированы, то лично-стно-ориентированные физкультурно-оздоровительные компоненты предопределяют оптимальную энергетическую обеспеченность жизнедеятельности человека.
Педагогическое программирование режимов физкультурно-оздоровительных комплексов будет наиболее эффективным, если оно осуществляется на основе энергетических критериев, отражающих основные источники энергообеспечения жизнедеятельности человека.
Дидактические механизмы реализации физкультурно-оздоровительных комплексов будут оптимальными на основе конструирования педагогических уравнений и их реализации средствами обучения программированным режимам двигательных действий.
- Технология автоматизированного контроля состояний должна быть включена в мониторинг выполнения программированных режимов физкультурно-оздоровительных систем как одно из условий их эффективности.
Все это дает основание предполагать, что целенаправленное программирование физкультурно-оздоровительных систем будет наиболее эффективным, если его осуществлять на базе энергетических критериев. При этом целесообразно использовать современную методологию, основанную на автоматизированном педагогическом контроле за состоянием человека и имитационном компьютерном моделировании его деятельности.
Реализация этих условий должна быть направлена, прежде всего, на повышение уровня физического состояния и на создание благоприятных предпосылок для укрепления здоровья человека.
Задачи исследования:
Определение актуальных тенденций исследований по созданию различных физкультурно-оздоровительных систем на основе теоретического анализа работ и эмпирического изучения проблемы укрепления и сохранения здоровья в процессе физического воспитания.
Теоретическое обоснование и экспериментальная проверка возможности применения метода имитационного компьютерного моделирования энергообеспечения мышечной деятельности в оздоровительной физической культуре.
Разработка, апробация и внедрение в практику педагогического инструментария построения физкультурно-оздоровительных систем, основанных на энергетических критериях эффективности занятий и имитационном компьютерном моделировании процесса выполнения упражнений с проверкой их соответствия энергетическим возможностям
конкретного человека или гомогенной по энергетическим возможностям группы людей.
Разработка и апробация в процессе имитационного моделирования и в естественных условиях комплексов физических упражнений оздоровительной направленности, предназначенных для людей разного возраста и уровня физической подготовленности и занимающихся как в комфортных условиях, так и в усложненных экологических условиях.
Разработка дидактической системы реализации физкультурно-оздоровительных комплексов в практике физического воспитания,
Разработка дидактических средств, основанных на автоматизированном контроле за состоянием занимающихся и тренировочными нагрузками в процессе выполнения физкультурно-оздоровительных комплексов.
Теоретико-методологическую основу исследования составили основополагающие философские положения о человеке, его природной, социальной и культурной сущности, принципы гуманизации и природо-сообразности; системный подход в образовании (Аверьянов А.В., Бабан-ский Ю.К., Бальсевич В.К., Беспалько В.П., Бондаревская Е.В., Гени-цинский В.И., Гусинский Э.Н., Каган М.С., Казакова Е.И., Матвеев Л.П., Новикова Л.И.).
Теоретическим фундаментом исследования послужили философия и методология педагогического образования (Давыдов В.В., Краевский В.В., Лихачев Б.Т., Сластенин В.А., Щедровицкий П.Г.), акмеологиче-ская теория (Бодалев А.А., Деркач А.А., Орбан Л.Э. и др.), идеи о функциональных системах и их резервных адаптивных возможностях, которые всегда выше в организме, чем их реализация (Анохин П.К.).
Для выполнения намеченных нами задач использованы следующие методы:
Методы педагогического исследования, в том числе: педагогические наблюдения; педагогические тестирования; констатирующий педагогический эксперимент.
Методы библиографического поиска, отбора и анализа литературы.
Эргометрические методы, в том числе: газоаналитические; биохимические; пульсометрические.
4. Методы термометрии.
5. Математико-статистические методы, в том числе: вариаци
онный анализ; корреляционный анализ; регрессионный анализ; диспер
сионный анализ с вычислением внутриклассового коэффициента корре
ляции; методы проверки статистических гипотез; компьютерная техно
логия расчета математико-статистических показателей.
К!?Шк^^МЬ}Ш^.^Ш^^^ ^^^^^яо^3^^- состоит в том, что в нем: 1. Разработано, апробировано и внедрено в практику научно обоснованное программирование физкультурно-оздоровительных систем, включающее:
тестирование энергетических возможностей человека (или группы людей);
определение энергетической стоимости "элементарных" упражнений, из которых составляются физкультурные комплексы;
составление комплексов упражнений, отвечающих конкретным целям физкультурно-оздоровительной деятельности и энергетическим возможностям конкретного человека или группы людей, энергетические возможности которых статистически - значимо не различаются;
имитационное моделирование на диалоговой ЭВМ выполнения составленного комплекса упражнений с проверкой его адекватности энергетическим возможностям человека и, при необходимости, коррекцией состава и структуры комплекса.
- выполнение разработанного комплекса упражнений с педагогическим контролем за величиной нагрузки и срочным тренировочным эффектом.
Разработаны и опробованы в процессе имитационного моделирования и в естественных условиях разнообразные комплексы физических упражнений оздоровительной направленности.
Выявлены особенности энергетики физических упражнений и связанные с ними особенности состава и структуры комплексов физкультурно-оздоровительной направленности у людей разного возраста, занимающихся в нормальных и усложненных экологических условиях.
Выявлены оптимальные по экономичности и механической производительности режимы реализационной двигательной деятельности для людей с различными энергетическими возможностями, включая и физически не тренированных.
Разработаны компьютерные программы, позволяющие автоматизировать поиск оптимальных режимов тренировочной и реализационной двигательной деятельности людей, занимающихся оздоровительной физкультурой.
Разработана дидактическая система реализации физкультурно-оздоровительных комплексов.
Определена эффективность применения методов автоматизированного педагогического контроля в процессе физкультурно-оздоровительных занятий.
Практическая значимость исследования состоит в том, что на основе сформированных теоретических положений и экспериментальной проверки использованных средств, форм и методов педагогического контроля и программирования физических нагрузок оздоровительной направленности разработаны методические рекомендации и программы по валеологическому образованию и физкультурно-оздоровительной ра-
боте. Материалы диссертации могут быть использованы для совершенствования содержания и методики проведения физкультурно-оздоровительных занятий и валеологического образования населения. Разработанные под руководством и при участии соискателя практические рекомендации об эффективных способах и методах педагогического контроля широко применяются для определения уровня физического состояния и здоровья школьников и студентов, а также при составлении экспериментальных программ, разработке учебных и методических пособий по валеологии и теории и методике физического воспитания.
Рекомендации автора применяются и могут найти дальнейшее использование при составлении новых учебных планов, программ, учебников; подготовке методических пособий для педагогов, инструкторов по физическому воспитанию; разработке спецкурсов для студентов факультетов педагогических институтов и университетов, в педагогической практике студентов вузов и учащихся педагогических училищ, колледжей.
Разработанные соискателем научно-практические рекомендации по проведению физкультурно-оздоровительной и образовательно-педагогической работы, программы, методика контроля и программирования физических нагрузок оздоровительной направленности, учебно-методические пособия и изложенные в них теоретические положения и методические приемы могут быть использованы не только в физкультурно-оздоровительной работе, но и при формировании валеологиче-ской культуры среди населения.
Концепция целенаправленного программирования физических упражнений и результаты экспериментальных исследований позволили рекомендовать комплексы упражнений к использованию в учебном процессе и дать конкретные практические указания по методике их выполнения, направленные на индивидуализацию и оптимизацию двигатель-
ной деятельности, осуществляемой в оздоровительных целях. Эти рекомендации полезны в практике работы физкультурно-оздоровительных школ, групп здоровья и других организаций, успешная деятельность которых неосуществима без решения проблемы оптимального программирования физических упражнений оздоровительной направленности. На их основе удается предотвратить как перенапряжения в результате чрезмерных нагрузок, так и нерациональные затраты времени вследствие недостаточной интенсивности упражнений.
В практическом отношении главное значение данной работы заключается в том, что разработанные рекомендации по контролю и программированию оздоровительных физкультурных занятий направлены непосредственно на сохранение и укрепление здоровья человека.
Научно обоснованные положения работы могут эффективно использоваться в педагогическом процессе подготовки специалистов по физической культуре и валеологии, а также при формировании здорового образа жизни у различных слоев населения.
Достоверность и обоснованность научных результатов подтвер-ждается комплексным подходом к изучению, анализу и обобщению психолого-педагогических трудов, посвященных исследованию проблем педагогического контроля и программирования физических нагрузок оздоровительной направленности, применением научно-обоснованных и доступных психолого-педагогических, физиологических, медико-биологических методов и конкретных методик исследования; достаточной длительностью педагогического эксперимента; большим объемом экспериментальных исследований и необходимым количеством испытуемых; опытно-экспериментальной проверкой эффективности разработанных рекомендаций по контролю и программированию физических нагрузок оздоровительной направленности; математической обработкой
собранного материала и статистической достоверностью полученных результатов исследования. На защиту выносятся:
1. Педагогический инструментарий построения физкультурно-
оздоровительных систем, включающий:
компьютерное моделирование систем энергообеспечения мышечной деятельности;
определение энергетической стоимости "элементарных" двигательных действий, из которых составляются физкультурно-оздоровительные комплексы;
- составление личностно-ориентированных комплексов упражне
ний, отвечающих конкретным целям физкультурно-оздоровительной
деятельности и энергетическим возможностям конкретного человека
или группы людей, энергетические возможности которых статистически
- значимо не различаются;
- имитационное моделирование на диалоговой ЭВМ выполнения
составленного комплекса упражнений с проверкой его адекватности
энергетическим возможностям человека и, при необходимости, коррек
цией состава и структуры комплекса.
Дидактическая система реализации физкультурно-оздоровительных комплексов, основанная на конструировании педагогических уравнений и их реализации посредством функциональной педагогической системы обучения программированным режимам двигательных действий.
Дидактические средства, основанные на автоматизированном контроле за состоянием занимающихся и тренировочными нагрузками в процессе выполнения физкультурно-оздоровительных комплексов.
Методика автоматизированного педагогического контроля в процессе физкультурно-оздоровительных занятий.
Дичньій_вклайавтора в научные результаты состоит:
- в многолетнем самостоятельном исследовании проблемы:
обобщении личного опыта работы учителем средней школы, преподавателем педагогического института, зав. кафедрой педагогического университета, чтении лекций, проведении практических, семинарских и обзорно-методических занятий по теории и методике физического воспитания и валеологии, руководстве педагогической практикой студентов;
в постановке цели, задачи и выборе адекватных методов и конкретных методик для их решения;
разработке теоретических и методических основ педагогического контроля и программирования физических нагрузок оздоровительной направленности;
осуществлении комплексного подхода к использованию средств физической культуры для повышения уровня физического состояния и здоровья населения;
реализации методов и приемов индивидуально-дифференцированного подхода в процессе физкультурно-оздоровительной работы;
разработке оптимального объема физической нагрузки оздоровительной направленности, учитывающей физическое развитие, физическую подготовленность и состояние здоровья;
подготовке монографий, учебно-методических пособий и научно-практических рекомендаций по физическому воспитанию и валеологии для студентов педагогических институтов, университетов, учащихся педагогических училищ, преподавателей вузов;
статистической обработке, теоретическом анализе и обобщении результатов проведенных исследований.
Внедрение результатов исследования. Основные теоретические положения и практические рекомендации, полученные в результате исследования, использованы при разработке учебных и методических пособий по физкультурно-оздоровительной работе и валеологии.
Предложенные автором диссертации средства, методы, формы педагогического контроля и программирования физкультурно-оздоровительных занятий, изданные монографии, учебно-методические пособия, научно-практические рекомендации по физическому воспитанию и валеологическому образованию одобрены Министерством высшего и среднего специального образования России. Они внедрены в практику педколледжей, вузов Ростовской области и общеобразовательных школ в различных регионах Российской Федерации.
Опубликованные материалы исследования (монографии, методические пособия и рекомендации) внедрены в учебно-воспитательный процесс вузов Российской Федерации (Московский областной пединститут, Тульский, Карачаево-черкесский педагогические университеты). Преподаватели вузов и педагогических училищ используют их для чтения лекций и проведения семинарских, практических занятий со студентами факультетов всех специальностей пединститутов, университетов и с учащимися педучилищ.
Материалы исследования включены в специальные курсы и семинары по валеологии и теории и методике физкультурно-оздоровительной работы среди населения, проводимые для повышения квалификации преподавателей, инструкторов, руководителей общеобразовательных учреждений и студентов педагогических институтов, уни-
верситетов и педагогических училищ. Для студентов факультетов физического воспитания педуниверситетов и пединститутов разработаны и читаются спецкурсы «Современные оздоровительные системы и программы по улучшению уровня физического состояния и здоровья», «Основы валеологии», «Валеология», «Педагогическая валеология».
С помощью пролонгированных педагогических наблюдений, серии констатирующих и формирующих экспериментов, анкетирования специалистов, родителей, бесед с преподавателями школ и вузов получена обратная информация, подтверждающая эффективное влияние разработанных диссертантом материалов, средств, методов и форм педагогического контроля и программирования физкультурно-оздоровительных занятий по энергетическим критериям.
Апробация, „работы. Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на Международных (г. Москва, 1990; С.Петербург, 1996, 1999), Всероссийских (г. Липецк, 1995; Ростов н/Д, 1993, 1995, 1996; С.-Петербург, 1996) межвузовских научно-практических конференциях (Волгоград, 1995; Краснодар, 1995, 1996, 1997; Майкоп, 1995; Ставрополь, 1997; Новороссийск, 1997, 1998), на съезде физиологов (г. Ростов н/Д, 1998), на научно-практических конференциях юга России (г. Карачаевск, 1996,1997; Туапсе, 1996; Волгоград, 1997; Пятигорск, 1998), на годичных собраниях Южно-Российского отделения РАО (1995- 1999гг.)
Основные результаты исследований обсуждались на методологических семинарах и заседаниях кафедр: биомеханики ПДОЛИФКА (г. Москва, 1991, 1992 гг.); педагогики, теоретических основ физического воспитания и валеологии Ростовского государственного педуниверсите-та (1996, 1997 гг.); педагогики, физиологии человека и животных Ростовского государственного университета (1998 г.).
Оперативное внедрение в практику результатов исследования осуществлено в следующих направлениях: а) в разработке программ и чтений новой учебной дисциплины "Валеология" в Институте повышения квалификации учителей, в Юридическом институте МВД РФ и на всех факультетах Ростовского государственного педагогического университета; б) в разработке научных направлений и программ исследований "Межвузовского валеологического центра" (1996-1999г.г.); в) во внедрении разработанных учебно-методических и практических рекомендаций в учебно-воспитательном процессе различных образовательных учреждений Северо-Кавказского региона.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (672 источника, из них 242 на иностранном языке). Общий объем диссертации 341 с. Основное содержание диссертации иллюстрировано 36 таблицами и 30 рисунками.
Теоретико-педагогический анализ методов контроля и программирования в современных физкультурно-оздоровительных системах
Вопросы контроля при занятиях физкультурой ставились еще в начале XX в. В.В. Гориневским и П.Ф. Лесгафтом. Первые попытки практически организовать систему педагогического контроля в нашей стране связаны с именем И.П. Кулжинского, который еще в 1925 году занимался вопросами воспитательной работы со спортсменами, специализирующимися в спортивных играх. В дальнейшем эта проблема разрабатывается в трудах целого ряда исследователей (10, 23, 25, 29, 55, 72, 73, 87, 90, 93, 104, 105, ПО, 126, 132, 134, 138, 152, 164, 163, 173, 185, 234, 235, 239, 241, 257, 266, 277, 278, 280, 289, 295, 297, 304, 307, 326, 328, 378, 392).
Значительный прогресс в области педагогического контроля в спорте и оздоровительной физкультуре наблюдается в последнее десятилетие. Этому способствуют оснащение исследовательских лабораторий методиками для сбора и обработки информации, включая и средства вычислительной техники, и формирующаяся традиция паспортизации тестов, согласно которой ни один тест не может быть рекомендован для практического использования до тех пор, пока не доказано, что его информативность, надежность и объективность достаточно высоки (59, 110,151,174,389).
Сегодня уже имеются предпосылки для создания комплексных систем педагогического контроля. Их элементами являются, с одной стороны, методы оценки эффективности соревновательной (а для не занимающихся спортом - реализационной) деятельности, а с другой - специально подобранные тесты, позволяющие объективно контролировать тренировочные нагрузки и уровень отдельных факторов физического состояния и здоровья. Теоретические и практические вопросы педагогического контроля рассматриваются в настоящей работе в связи с тем, что без метрологически-корректного контроля нельзя прийти к оптимальному программированию физкультурно-оздоровительных занятий.
Проведенный анализ результатов фундаментальных исследований данной проблемы свидетельствует об отсутствии научно-обоснованной концепции здоровья (418), его точного определения (68). Уточнению понятия "здоровье" посвящены сотни публикаций. Приведем несколько определений, которые проиллюстрируют, насколько разноречивы взгляды на здоровье и факторы, его определяющие,
"Здоровье - такое состояние организма человека, когда функции всех его органов и систем уравновешены с внешней средой и отсутствуют какие-либо болезненные изменения. В понятие здоровья вкладываются не только качественные, но и количественные признаки, поскольку существует понятие о степени здоровья. В понятие здоровья входит и социальная полноценность человека" (230).
Согласно определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), "здоровье является состоянием полного физического, духовного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней и физических дефектов".
Н.М. Амосов определяет здоровье человека как сумму "резервных мощностей" основных "функциональных систем" (11).
В.П. Казначеев считает здоровьем комплекс резервных возможностей организма, обеспечивающих социальную активность при максимальной продолжительности жизни (166).
"Здоровье - один из важнейших показателей "качества" человека и популяции людей", - к такому определению приходит П.Л. Капица (171).
АЛ. Иванюшкин (цит. по 68) рассматривает здоровье с точки зрения ценностного смысла на 3 уровнях: биологическом, социальном и личностно-психологическом.
Заметим, что большинство из этих определений являются сугубо качественными и не позволяют оценить уровень здоровья конкретного человека, а тем более выявить степень влияния на здоровье различных факторов образа жизни, деятельности, внешней среды, наследственности и тому подобного. Таким образом, вопрос о факторах здоровья лишь на первый взгляд представляется достаточно изученным. Важно учитывать, что современный уровень методологии научных исследований требует не только выявления качественных связей, но и четкой количественной оценки влияния тех или иных факторов на уровень здоровья и физической подготовленности.
Имитационное моделирование энергообеспечения мышечной деятельности
В процессе педагогических исследований традиционно используются визуальные наблюдения, киносъемки, видеосъемки, анкетирование и, следовательно, роль субъективного фактора в оценке полученных результатов велика. Как писал Н.А. Бернштейн (41), " ... в мышлении человека всегда существует несознаваемый произвол, при наличии которого горячая внутренняя убежденность автора способна побудить принять желаемое за действительное. Но уж модель, оформленная как программа для вычислительной машины или как электронный аналог, не поддается никаким попыткам уговорить или переубедить ее в чем-либо таком, что не согласно с ее структурой. Модель неукоснительно работает по объективным законам природы или столь же прочно установленным законам математических отношений и потому служит требовательным и непреоборимым критерием того, может данная предлагаемая концепция правильно отобразить прототип или нет".
Безусловно, математическая модель - одно из самых интересных направлений в развитии педагогики, однако прежде чем приступить к математическому, а затем и имитационному моделированию деятельности, необходимо разработать математические модели основных физиологических процессов, обеспечивающих двигательную деятельность человека.
Рассмотрим этот вопрос на примере моделирования энергетического обеспечения движений.
Успех в деле математического моделирования энергетики двигательной деятельности человека был бы невозможен без опыта исследователей, осуществивших механико-математическое моделирование движений. Наиболее важные из этих моделей рассмотрены в настоящей главе.
До 1974 г. объектами моделирования служили опорно-двигательный аппарат человека и техника двигательных действий.
Достигнутый за последние годы прогресс в области механико-математического моделирования движений нашел отражение в нескольких сериях публикаций. Рассмотрим их в хронологической последовательности.
В.М. Зациорский с сотрудниками (152) разработали метод определения управляющих моментов в основных суставах опорно-двигательного аппарата, а также биомеханических характеристиках произвольных пространственных движений. Использована 17-звеневая модель опорно-двигательного аппарата, состоящая из абсолютно твердых звеньев, соединенных идеальными шарнирами. Масс- инерционные характеристики сегментов тела определялись индивидуально для каждого испытуемого при помощи радиоизотопной методики. Кинематика движений регистрировалась путем билатеральной стереофотограмметриче-ской съемки. Практическим результатом работы явилось решение задачи обратной динамики для ходьбы и бега. Модель не предназначалась для решения оптимизационных задач; такое ее применение, по-видимому, в принципе возможно, но ввиду сложности модели связано с известными трудностями.
Группой авторов во главе с А.В. Зинковским (154) разработана обобщенная модель техники спортивных движений. Здесь кинематические цепи могут состоять из любого числа звеньев произвольной формы; связь между ними представлена цилиндрическими парами. Такой подход позволяет учитывать деформацию в звеньях тела при движениях.
Использование модели с программой для ЭВМ позволяет решать как прямую, так и обратную задачи динамики. Варьируя величиной суставных моментов, можно вычислять возможные траектории движений и наблюдать их на экране дисплея. Возможность диалога с ЭВМ делает реальным применение модели для выявления оптимальных движений. Затем, что обсуждаемые результаты - один их доводов в пользу визуализации движений как перспективного средства их изучения и, возможно, -оптимизации.
Неизменным интересом пользуется задача построения походки двуногого шагающего аппарата. В качестве примера упомянем: 1) модель, построенную на основе "принципа комфортабельности" (2), соблюдение которого обеспечивает минимизацию ускорения общего центра масс; 2) модель, выполненную на основе энергетического анализа ходьбы и бега двуногих робототехнических устройств (34); в модели использовано "число Фруда" (отношение средней скорости горизонтального передвижения к скорости свободного падания с высоты, равной половине высоты центра масс устройства) и показано, что, если число Фруда меньше единицы, то энергетически более выгодная ходьба, а в остальных случаях - бег. По расчетам автора, критическому значению числа Фруда (единице) у человека соответствует скорость 11 км/час; 3) несколько более сложную модель (50), минимизирующую величину средней механической работы на единицу пути и использующую предположение об автономности движения общего центра масс и движения сегментов тела относительно общего центра масс.
Энергетические показатели циклических двигательных действий
Разработка физкультурно-оздоровительных комплексов осуществлялась на основе энергетических показателей с помощью имитационного моделирования: 1) для четырех эталонных комплексов физических упражнений; 2) для четырех комплексов оздоровительной направленности, предлагаемых автором. Продолжительность упражнений по каждому комплексу - 45 минут.
Моделирование эталонных комплексов для дополнительной проверки адекватности модели осуществлено на примере широкодоступных общеразвивающих упражнений. (Напомним, что ее адекватность при моделировании спортивных упражнений доказана в главе 4). Для этого результаты моделирования сравнивались с результатами педагогического контроля за группой людей, выполнявших упражнения эталонных комплексов.
Эталонные комплексы были составлены их четырех разновидностей упражнений, в том числе ходьба, бег, педалирование на велоэрго-метре и гребля на тренажере "Кавказец". Каждый участник исследования выполнял два комплекса упражнений, соответствующих его возрасту и уровню физической подготовленности. Эти комплексы различались тем, что один из них предназначался для комфортной внешней температуры, а второй - для высокой (около +40 градусов по Цельсию). Особенность "гипертермического" комплекса - в том, что он содержал меньше скоростных упражнений, приводящих к интенсификации анаэробных энергетических систем. Это отличие обусловлено тем, что при гипертермии анаэробный гликолиз активизируется даже в покое, а при стандартной нагрузке его доля в энергообеспечении мышечной работы выше, чем при комфортной температуре.
Испытуемые выполняли каждый комплекс дважды, с перерывом в 1-2 дня. Комплексы упражнений выполнялись летом, в жаркую погоду (рано утром - при комфортной температуре и днем - при высокой); термокамерой не пользовались. Средняя температура воздуха в тени составляла: при нормотермии от 19 -ти до 23 -х, а при гипертермии от 35 -ти до 42 -х градусов по Цельсию.
От начала и до конца упражнения радиотелеметрически регистрировалась пульсограмма, которая затем сравнивалась с пульсограммой, полученной в итоге имитационного моделирования выполнения тех же комплексов упражнений теми же людьми.
В таблицах 22 - 25 и на рисунках 26 - 29 представлены хронограммы эталонных комплексов упражнений, результаты предсказания потребления кислорода в конце комплекса и частоты пульса от его начала и до конца, а также усредненные результаты педагогического контроля, выполненного методом пульсометрии.
На рисунках 26 - 29 сплошной линией дана экспериментально полученная пульсограмма, а пунктиром - расчетная. Сравнивая их, нельзя не отметить сходства: график, полученный путем моделирования, в основном, укладывается в зону, перекрываемую 5 % доверительным интервалом для измеренных величин частоты пульса. Различия между ними приближаются к статистически значимому уровню лишь в последние 10-15 минут занятий.
Функциональная педагогическая система обучения двигательным действиям оздоровительной направленности
Современный этап развития физкультурно-оздоровительного образования все еще находится на затянувшейся эмпирической стадии создания УМК (учебно-методического комплекса), характеризующейся конструированием учебно-методической документации на основе опыта и инструкции, без опоры на четкие положения педагогики (133). В частности, в теории и методике физического воспитания уже поставлен вопрос о необходимости создания дидактической модели формирования двигательных навыков, представляющей собой комплекс дидактических элементов, объединенных общей целью функционирования и единством управления (316). Речь фактически идет о создании прикладной теории операционального и инструментального характера с точки зрения целей педагогической деятельности, построенной на научных данных комплекса наук (педагогики, психологии, биомеханики, кибернетики, биологии и др.) и реализованной в обучении легкоатлетических навыков (133). Что может касаться создания других моделей и особенно обучения программированным режимам выполнения двигательных действий оздоровительного характера для повышения резистентности к заболеваниям, то такого рода исследований нами не обнаружено. Хотя данная проблематика весьма актуальна. Осуществляя научный поиск в этом направлении, мы пришли к выводу, что дидактическая система обучения программированному режиму двигательной деятельности должна представлять собой процесс решения педагогических задач различной субъект объективной сложности (130), а построение ее системы - осуществляется в рамках научной логики организации и сочетания последовательных процессуальных уровней учения (восприятия, осмысления, закрепления, применения информации) с характером усложняющейся учебной деятельности (исполнительской, активно-исполнительской, активно-самостоятельной, творчески самостоятельной).
Функциональная педагогическая система обучения программированному режиму двигательных действий - операциональный состав деятельности педагога в условиях функционирования оперативной и обратной связи с занимающимися.
Разработанная нами ФПСОПРДД (рис.30) представляет собой последовательный ряд операций деятельности педагога, в рамках которых регламентируется весь комплекс научно обоснованных учебных мероприятий. Ее составляющими элементами являются :
1 - определение цели обучения (конструктивных и оперативных); 2 - определение частных задач обучения относительно установленного критерия овладения с учетом готовности к обучению и его условий; 2а - выявление готовности к обучению, включающей мотивации к занятиям оздоровительной физической культурой, к освоению конкретного режима двигательного действия, двигательного опыта, кондиционных возможностей (уровня физической подготовленности), самоконтроля, межличностной приемлемости в группе; 26 - определение условий обучения (место проведения занятий, их оборудование, инвентарь, методические пособия, условия среды); 2в - определение критерия овладения (умение первого порядка способности в течение 3-х месяцев занятий сформировать соблю дать запрограммированные по пульсу режимы различных двигательных действий; умение второго порядка - способности после 12 месяцев занятий сформировать навык правильно осуществлять различные режимы двигательных действий без визуализации показателей пульсометрии); 3 - установление процессуального уровня овладения (репродуктивного, осознанного); 4 - определение характера учебной деятельности занимающихся (исполнительской, активно-исполнительской, активно-самостоятельной); 5 - определение методов обучения и форм организации занимающихся; 6 - определение средств обучения программированным режимам двигательной деятельности; 7- определение инструментария контроля физического состояния; 8 - определение предполагаемого результата обучения (степени достижения учебных целей и задач группы занимающихся в процентах);
