Биомеханические основы строения ударных действий и оптимизация технологии обучения : На примере тенниса

2
• СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
стр.
Общая характеристика работы.....................................5-16
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
V 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
ГЛАВАШ.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
»> 104-112
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 IY. 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 Y. 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
*•
4
5.6. Передача и потери энергии при различных видах ударов.......240-246
ГЛАВА У1. Индивидуализация техники теннисистов с учетом их морфофункциональных 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
7.3. Критерии оптимальности и факторы оптимизации ударных действий
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................................................335-372
5
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
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; ГЛ. Иванова, 174; В.Я. Игнатьева, 170; В.М. Игуменов, 171; В.Б. Коренберг, 187; В.В. Кузин, 193; С.В. Малиновский, 208; J1.П. Матвеев, 210; С.Д. Неверкович, 217; Ю.Ф. Подлипняк, 243; Г.И. Попов, 239; Ю.М. Портнов, 241; И.П. Ратов, 246; А.П. Скородумова, 264; Н.Г.Сучилин, 278; О.П. Топышсв, 283; В.И. Тхоревский, 288; В.П. Филин, 297; и др.).
В качестве теоретических основ оптимизации технологии обучения следует рассматривать теорию построения движений (Н.Л. Бернштейн, 36), теорию структурности двигательных действий (Д.Д. Донской, 102) и теорию двигательной деятельности (П.К. Анохин,; A.A. Ухтомский, 294; H.A. Бернштейн, 36; J1.C. Выгодский, 62; А.Н. Леонтьев, 199; A.B. 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; С.П. Белиц-Гейман, 29, 34; И.В.Всеволодов, 61; И. Гем, 66; В.А. Голенко, 72; Я. Гроппель, 82; Жемчужников Ю.А., 110;
О.И. Жихарева, 112; Л.С. Зайцева, 121, 156; Г.П.Иванова, 173, 178, Г.А.Кондратьева и А Н. Шокин, 184; Е.П. Корбут, 185; Э.Я.Крее, 191; А.П.
6
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 Халил и (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 шры, 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
7
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; С.В. Дмитриев, 89; Д.Д. Донской,102; Д.Д. Донской, С.В. 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
8
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:
1. Установить особенности биокинематических структур ударных действий у теннисистов различной квалификации при разнохарактерных и разноуровневых ударах.
2. Выявить закономерности в работе мышц при управлении и энергообеспечении ударных действий.
3. Изучить характерные особенности биодинамических структур ударных действий.
4. Исследовать биоэнергетические структуры ударных действий.
5.Определить предпосылки индивидуализации техники теннисистов с учетом их морфо - функционального статуса.
6. 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 (ЭТГ); 5.
Стереовидеосъемка; 6. Специальная видеосъемка; 7. Антропометрические методики; 8.Биомеханические станки; 9.Методы математической статистики.
Комплекс биомеханических методик включал: две тензометрические платформж, позволявшие фиксировать усилия, прикладмваемме правой и
9
левой ногой теннисиста к опоре при различных ударах; трехкомпонентный 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 A.B.
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 квазификации 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 стукгурности движений, теории решения двигательной задачи, теоретических основ подготовки спортсменов, а также применение
10
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 представлении игроками строения ударных действий, а также использования искусственной управляющей среды (волновых тренажеров).
и
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 биокинемати-ческих 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 (БЛУ) 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
12
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.
1. 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.
2. 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.
13
3. Предложенная классификация ударов в теннисе,
основанная на их биомеханическом обосновании позволяет более целенаправленно планировать техническую подготовку теннисистов.
4. 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 БЛУ и БАИ.
Основные положения, выносимые на защиту:
1) 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.
2) К подцелям ударных действий отнесены выявленные и сформулированные задачи по управлению и энергообеспечению, решаемые на протяжении пяти фаз ударных действий.
3) Установлены целевые требования, которые относятся к механизмам и способам выполнения ударных действий.
4) К факторам оптимизации или основополагающим механизмам ударных действий следует отнести морфо-функциональные, биомеханические и эргономические, которые проявляются в следующем:
14
-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
5) Предложены подготовительные, подводящие и специальные упражнения с широким использованием тренажеров, позволяющие в значительной мере оптимизировать обучение ударным взаимодействиям.
6) Формирование основных механизмов ударных действий предусматривает применение большого количества разнообразных средств даже в пределах одного тренировочного занятия.
15
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 РГЛФК "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
16
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.
17
ГЛАВА I. Анализ теоретических основ оптимизации технологии обучения (литературный обзор)
1 Л. Теория построения движений
Создание теоретических основ построения движений и в целом -отечественной школы биомеханики неразрывно связано с именем профессора H.A. Бернштейна. Разработанные в 30-ых годах XX века H.A. Бернштейном методы регистрации и анализа движений (35) и проведенные на их основе исследования позволили ему сформулировать ряд важнейших положений. Главное из них состоит в том, что движения живого организма должны рассматриваться как своего рода органы со свойствами, присущими анатомическим органам. "Во-первых, живое движение реагирует, во-вторых, закономерно эволюционизирует и инволюционирует" (38,с. 178). При изучении реактивности движения он обнаружил ее избирательность. Это привело его к заключению, что "движение не есть цепочка деталей, а структура, дифференцирующаяся на детали,— структура целостная при наличии в то же время высокой дифференциации элементов и разнообразноизбирательных форм взаимоотношений между ними" (там же, с. 179)
Таким образом живое движение по H.A. Бернштейну,— это реактивный, развивающийся функциональный орган, обладающий дифференцирующейся на детали сгруктурой и собственной биодинамической тканью. Столь сложное образование, как живое движение, должно обладать определенными жизненными функциями, для характеристики которых H.A. Бернштейн использовал понятие «двигательная задача». Задача "построения движения" в предметной уникальной ситуации является фантастической по
18
своей сложности. Чтобы решить ее, тело, обладающее психикой, вынуждено
каким-то нерациональным, нерассудочным путем постичь сложнейшую физику (статику, динамику, кинематику) конкретной предметной ситуации и согласовать ее с телесной биомеханикой.
Решение подобных задач действительно требует формирования сложнейших функциональных органов, в ткань которых должны входить не только утилитарные акты исполнения, но и когнитивные, эмоциональнооценочные компоненты, которые, H.A. Бернштейн соотносил с «моделями потребного будущего». Живое движение в концепции H.A. Бернштейна (37) это не реакция, а акция, не ответ на внешнее раздражение, а решение задачи. Характеризуя работы H.A. Бернштейна, известный психолог С.Л. Рубинштейн (254,с.3) писал: ” Таким образом преодолеваются ходячие, традиционные, вульгарно-дуалистические представления, согласно которым психологические моменты ъ человеческой деятельности являются силами, извне управляющими движением, а движение рассматривается как чисто физическое образование...».
Живое движение менее всего похоже на механическое перемещение тела в пространстве. Н А. Бернштейн на основании обобщения всей совокупности топологических и метрических свойств моторики в ее взаимоотношениях с внешним пространством ввел понятие моторного поля. Тщательный анализ рисунка движений, даже хорошо заученных и многократно повторяющихся в одной и той же ситуации, в том числе анализ их задающих, программирующих, собственно фазических и коррекционно -контролирующих компонентов свидетельствует об их уникальности. Биодинамическая ткань моторного акта так же неповторима, как отпечаток
19
пальца. Отсутствие устойчивых идентичных линий в моторном поле, неповторимость движений наводят на мысль о том, что живое движение каждый раз строится заново. Остаточный и неустранимый разброс во времени осуществления движений необходим для построения и удержания образа пространства, для построения собственного моторного ноля, которое строится посредством поисковых, пробующих движений, зондирующих пространство во всех направлениях (36).
Движение имеет не только пространственные и временные координаты, но и смысловые; именно поэтому многие ученые связывали движение с памятью, предвидением, с двигательной задачей. Как показывают многочисленные исследования, в функциональную структуру действия входят два когнитивных компонента: план-:
программа предстоящего действия (т.е. элементы потребного будущего в терминах H.A. Бернштейна), находящаяся перед собственно исполнительным компонентом действия, и контроль, связанный со схемами памяти, находящийся после него и завершающий движение (36).
По выражению проф. Н.Д.Гордеевой (79, с.38): «...действие без предвидения ,т.е. без цели, не может начаться, без памяти оно не может закончиться. Без оценки и контроля оно лишь случайно может быть эффективным».
Развернутые во времени предметные исполнительные и ориентировочные действия и операции приводят впоследствии к формированию целого и воспринимаемого одномоментно пространственного образа предмета.
По представлениям профессора H.A. Бернштейна (38): «Образ — это целостное, интегральное отражение действительности, в котором
20
одновременно представлены основные перцептивные категории
(пространство, движение, цвет, форма и т.д) и важнейшей функцией которого является регуляция исполнительных актов. Пространственная структура обрата складывается в результате предметных действий субъекта благодаря преобразованию биодинамической ткани движения в чувственную ткань пространственного образа. По мере формирования образ наполняется предметным содержанием, в сформированном образе биодинамическая и чувственная ткань представляют как бы две стороны одного целого. При формировании пространственного образа ведущую роль играет биодинамическая ткань движения, действия». По мнению известного психолога A.B.Запорожца (166): «В сформированном образе ведущее
положение занимает чувственная ткань, а при построении движения осуществляется обратный перевод, т.е. чувственная ткань образа трансформируется в биодинамическую ткань движения»(с.28).
Любое действие не повторяется, а строится. Согласно НА. Бернштейну (38): «Упражнение - это повторение без повторения. Иными словами при построении действия всегда можно наблюдать соревнование или конкуренцию его консервативных свойств, определяемых сложившимися программами и мнемическими схемами, и его динамических свойств, определяемых новизной ситуации, новизной целей и смыслов возникшей двигательной задачи»(с.85).
« Для человека, усваивающего действие, оно выступает в качестве цели, а для человека усвоившего действие, его исполнение может выступать в качестве потребности и мотива. Все это необходимо учитывать и специально использовать при организации учебной деятельности» - считает Зинченко В.П. (169).
21
Достаточно полно и последовательно процессы
регулирования до-
вольно большого класса движений описывает теория, развитая H.A. Бернштейном [38,39]. Она создана на основе оригинальных исследований, выполненных автором при изучении различных видов трудовых действий, спортивных упражнений, циклографического анализа игры выдающихся пианистов.
H.A. Бернштейн предложил обобщенную схему замкнутою кольцевого координированного управления сформированного двигательного акта. Он убедительно показал, что управление сложным двигательным аппаратом человека и животных невозможно без постоянного притока в центральную нервную систему афферентных сигналов о состоянии кинематической цепи. Хотя принцип сенсорных коррекций рассматривался H.A. Бернштейном в качестве ведущего в координации движений, однако, он не менее важное значение придавал образу, функция которого состоит в осмысливании двигательной задачи и предвосхищении результата ее решения. Образ или представление результата рассматриваются H.A. Бернштейном в качестве инварианта, который определяет программу реализации и корригирования действия.(38,39)
В модели кольцевого управления H.A. Бернштейна программа иЯ^ггифицирована с задающим элементом, который является «командным постом всей кольцевой системы» (38, с. 237), в нем H.A.. Бернштейн выделяет два уровня. Определяющим фактором макро уровня программы двигательного акта в целом является "образ или представление того результата действия (концевого или поэтапного), на который это действие нацеливается осмыслением возникшей двигательной задачи" (там же, с. 240 ), Иначе говоря,
22
на этом уровне намечается решение поставленной задачи и определяется та
или иная программа, которая будет реализовываться задающим элементом. На микроуровне происходит перешифровка обобщенных образных представлений о результатах действия в детализированные команды по скорости, силе, направлению и т.д. каждого "предельно малого отрезка движения". H.A. Бернштейн (38) пишет: ". . . неоспоримо, что в низовые инстанции задающего комплекса поступают именно раздетализированные подобным микроскопическим образом регулируемые параметры" [там же, с. 241]. Здесь H.A. Бернштейн не случайно называет задающий элемент «задающим комплексом», который помимо содержания двигательной задачи получает и рецепторную информацию. Эта информация, сигнализируя об отработке какого-либо отрезка движения, активизирует и запускает очередной микроэлемент программы.
Механизмом, способным осуществлять коррекционные процессы, служит прибор сличения. В его функции входит сличение, оценка, восприятие расхождения между «текущей рецепцией и представленным в какой-то форме в центральной нервной системе внутренним руководящим элементом» (38, с.243). И ещё одна функция прибора сличения - это предваряющая антиципирующая коррекция баллистических движений, в которой, нет коррекции следящего типа. Суть антиципирующей коррекции состоит в сличении ожидаемого, требуемого результата с фактическим результатом, полученным от движения, которое уже произошло и которое уже невозможно исправить, однако сигнал рассогласования может быть использован при организации программы следующего движения. Из сказанного следует, что
23
также как и задающий элемент, прибор сличения имеет уровневую организацию в силу многообразия выполняемых им задач.
Фундаментальную роль в модели H.A. Бернштейна играет сенсорный синтез. Состав образующих его афферентаций, т.е. прямых и обратных связей, и принцип их объединения служит главным критерием, отличающим один уровень построения движений от другого. Каждая двигательная задача находит себе, в зависимости от содержания и смысловой структуры, тот или иной ведущий уровень. Уровни различаются между собой не только видом сенсорного синтеза, но и анатомическим субстратом, т.е. совокупностью органов нервной системы, без которых функция этого уровня невозможна (36).
Первый уровень (А) регуляции движений называется уровнем палсокинетических регуляций. С его помощью осуществляются простейшие, чисто рефлекторные движения. Сенсорным звеном этого рефлекторного кольца служат мышечно-суставные компоненты проприоцепции, замыкающиеся в спинном мозге и в стволе головного мозга. Второй уровень (В) синергий, т.е. стереотипных движений, в которых участвуют большие группы мышц (например, гимнастические упражнения, улыбка и т.д.), требуют сенсорных коррекций со стороны суставно-пространственных компонентов проприоцепции и контактной экстероцепции.
Для выполнения движений следующего в иерархии уровня (С) пространственного поля необходимы вестибулярная афферентация, осязание, зрение и слух. Это движения, приспособленные к внешнему пространству, такие, как метание мяча или печатание на машинке. Значительно более сложные движения выполняются на уровне (Д) предметного действия. Основным регулятором движения здесь выступает
24
сам предмет, в соответствии с логикой употребления которого и строится действие. Движения этого уровня представляют собой смысловые акты, решающие определенную задачу. В подобном цепном процессе вырабатываются ведущие и вспомогательные движения. Вариативность здесь выражается в широкой заменяемости одних элементарных операций другими при условии выполнения конечной цели всего акта. Выше уровня предметного действия лежит уровень (Е) — уровень высших символических координаций, к которому относятся координации письма, речи, музыкальных фраз.
Целенаправленные движения человека являются движениями высших уровней. Низшие уровни играют подчиненную роль, выполняя при этом фоновые координации. В зависимости от цели и смыслового содержания двигательного акта один из уровней берет на себя роль ведущего, который координирует действия нижележащих фоновых уровней. В движении осознаётся только ведущий уровень. Выработка двигательного навыка - это процесс формирования в ходе обучения и тренировки уровнего состава движения. Выделение ведущего уровня и координация между собой всех вовлеченных в упражнение уровней.
Последующие этапы в развитии теории движений связаны с работами ряда исследователей отечественной школы биомеханики. Проблему построения движения, выдвинутую и теоретически обоснованную H.A. Бернштейном (1947), рассматривали и разрабатывают многие авторы ( Д.Д. Донской, 93,105"; Ф.К. Агашин, 3,4; В.К. Бальссвич В.К. ,20,22; С.В. Дмитриев, 88,89; В.Б. Коренберг, 186 ; Г.П. Иванова, 173,178; Г.И. Попов, 234; И.П. Ратов,248,250; Селуянов В.H., 259; Сучилин Н.Г.,277; О.П. Топышев, 284 и др.)
на основании изложенного можно сделан» следующее заключение,
I сории иосчроепии движений п.Л. Берштейна, в первую очередь, ВВМВИ1 «1С1СМ определяющим ииило! Ичс1к<1>1 нмиВНоен», мадеIроеннам на основе Мелани К И н Над пек), 11а.иг11к МиДеш Но1 реБта V./ а}Д)|Д1Ди, ДиештсМи! о
р^'иеИЖ-«! доп! а1 С.1ЬП0Н х1,д>г1||. >><■ 1«См11»СС ■ «О. к>/1\С|1 »1С О м\.\>А* 10 Ли1!м ЮС » ••
11с|«1<I!к)>\/ и\!П\ Л!<ч.ч II Д||11/1\С||11Я, ■ .р»1 Г.о, ».Л 51 ЮС • » I | /Ч. *1 I* I к • »«
команд. " условиях динамически?: коли, непредсказуемых :* слон: т.:?:
бИОКИНемйТИЧеСКНХ ЦеЛЯХ, обуСЛОВЛСННЫС ЭТИМ ССНСОрНЫС КОррСКЩ!!! НИ РАЗНЫХ уровнях 1»емтрЯЛЬНОм мереной системы И обеспечемие бпОДММЯМЧчеСКМ полносвязаиных механизмов, динамическая устойчивость создаваемая силами имении и звеньев тепа Особенно существенны провозглашенные системность и осознаваемость двигательных действий человека, пазвитие двигательных актов и целостность их выполнения. Последующие этапы теооии потроения движений целиком исходят из перечисленных положений, их включают и служат их дальнейшим развитием.
1 Л.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 пя ть учебников (1958-1979гг.)(93,95,96,97), изданы очерки но теории структурности движений (98),
26
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 сисгемных 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 синергий. "Фазы ходьбы суть группы координирования из элементов движения" (И.М. Сеченов "Очерки рабочих движений человека", 1903, с.353X260).
27
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).
28
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 (102).
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 сгроения упражнения. Этому во многом способствовали исследования в этом направлении техники конкретных видов спорта многими специалистами (Э.А. Вишневский(52), Ю.К. Гавердовский (63), А.М. Докторевич (106) и другие). Необходимость аналитического членения и синтетического воспроизведения стала все более ясной и в понимании предмета обучения, и в построении методики овладения.
В учебнике по биомеханике (93) вошли принципы теории структурности движений. Принципы структурности, целостности и сознательной целенаправленности переводили представления
29
преимущественно анатомо- механические на уровень сложной
организации движений с их внутренним закономерным ("блочным") строением. Идеи H.A.. Бернштейна о модели потребного будущего (38) воплотились в конкретные формы строения действия из строго закономерно, а не произвольно выделяемых компонентов. Таким образом, получило реальное воплощение понятие "детали" движений. Были разработаны конкретные формы_структурных связей связывающих части в целое и определяющих появление новых системных (эмерджентных) свойств. В модель потребного будущего было введено иерархическое строение компонентов системы движений. Наконец, смысловое содержание действия приобрело также определенное строение, чему немало способствовали разработки педагогической кинезиологии Х.Х.Гросса (84), осуществлявшиеся вместе с разработкой теории структурности движений.
В рамках развиваемого им направления - педагогической кинезиологии, профессор X. X. Гросс (84) предложил выделять следующие элементы смыслового содержания любой системы движений в спорте:
- цель двигательного действия в целом;
- подцели или двигательные задачи подсистем, или фаз двигательного действия;
- оптимизирующие задачи - направления, в которых каждая подсистема совершенствуется, становится оптимальной к требованиям всей системы;
- требования к средствам решения задачи, их определяют, когда есть подцели и оптимизирующие задачи их достижения.
Углубление на основании этого представления у тренеров и спортсменов о смысле конкретных двигательных действий в данном виде спорта имело, несомненно, важное практическое значение.
30
Новое современное направление - антропоцентрическая биомеханика (термин предложен профессором С.В.Дмитриевым, ) развивается в настоящее время Д.Д. Донским и С.В.Дмитриевым. Дело в том, что осмысливание всего действия и его компонентов имеет значение не только для педагога-тренера как* основа его_творчсского процесса, но и для ученика. Ведь он сознательно сфоит сам свой двигательный акт, а не просто пассивно исполняет предложенные инструкции и команды. Можно сказать, что был начат путь от механического бездумного исполнения инструкции к творческому сознательному овладению действием. Своего рода уклон в сторону "психобиомеханики" человека (термин был предложен Д Д. Донским, 1967) стал нее более реальным и ^тим стал больше приближать ее к педагогической практике
После учебника 1979 гола (93) профессор Д.Д. Донской занимается постановкой и решением последующих проблем теории движений человека (94,99). Это не означало, что некоторые теоретические положения устарели, перестали соответствовать новым факлам. Речь идет об углублении основ именно теории строения действий, приведения их в логический ряд, включающий все более сложные уровни: механический, биологический и психологический. Профессор Д.Д. Донской предложил перейти от изучения в курсе биомеханики просто движений, к изучению именно строения и именно действий человека, сформированных из блоков движений (94,99,102). На смену сугубо аналитическому методу «анализа движений» он ввел метод «биомеханического обоснования строения действий», с акцентом на сознательное синтезирование целостного действия. Этот метод базируется на выделенных Д.Д. Донским грех группах основ строения действия
31
(механических» биологических и психологических), логически как бы вытекающих одна из другой обусловливающие каждую последующую (1993) Подчеркивая ведущую роль сознания в двигательной активности человека Д. Д. Донской (102) пишет: « Человек в предметных действиях ставит перед собой цель как предвидимый результат. Для достижения этой цели формируется двигательная задача, мобилизуются психические возможности, развертывается сложный процесс организации всех физических, биологических и психологических процессов.»(,с.35)
И далее уточняет: «Чтобы раскрыть конкретные особенности
физического упражнения как двигательного действия необходим синтез основ его строениям (механических, биологических, психологических). В единое представление входит вероятностный детерминизм как неопределенность результатов и непредсказуемость эффекта всех приложенных сил; неоднозначность одних лишь эффскторных команд; целенаправленность, вариативность и адаптация движений. К ним присоединены органично мотивация деятельности, целеполагание, моделирование будущего, построение задачи действия, пути овладения действием как решением двигательной задачи»(1()5,с.36)
Подводя итог сказанному можно сделать следующее заключение. Теория структурности движений, развивавшаяся Донским Д.Д. вводит главное представление о действии, состоящем из комплексов движений, структурных связях внутри этих компонентов и между ними, многоструктурносги движения как их многоуровневости и многосторонности, двуединое строение комплексов, их иерархия, правила членения единой системы движений, координацию движений нс только как выбор траекторий, но и режимов следования и размаха движений; организация двигательного
32
акта по горизонтали и вертикали на основе цели; принципы
структурности, целостности и сознательности, отличающие человеческие движения и тенденции развития систем движений.
«Дальнейшая разработка теории структурности движений», - по мнению Донского Д.Д. (10?) - « перерастающей уже в теорию строения двигательных действий, кроме всех перечисленных основ, включает ряд новых положений, связанных с мотивацией деятельности, целсполаганием, моделированием будущего, построением задачи действия, путями овладения действием как решением двигательной задачи»(с.36).
В связи с тем, что разработанный профессором Д.Д. Донским системно-структурный подход не нашел еще достаточного использования при биомеханическом обосновании двигательных действий теннисистов представляется актуальным и перспективным применение его в этом направлении.
1.3. Теория решения двигательной задачи
При решении сложной проблемы: как мозг преодолевает
избыточные степени свободы двигательной системы профессор НА. Бернштейн уже в середине 30-х годов ввел в биомеханику понятие "двигательная задача". Исследования показали, что в процессе решения этой задачи в мозг человека постоянно поступают сенсорные сведения об уже достигнутом промежуточном результате, которые сопоставляются с конечной целью движения. Возможные рассогласования между складывающейся ситуацией и целью движения непрерывно корригируются, т.е. преодолеваются с помощью дополнительных сенсорных импульсов. Итак, в основу
33
координации движений был положен принцип сенсорных коррекций. Но вместе с тем использование этого принципа потребовало от II.A.Бернштейна введения в психофизиологию еще одного нового понятия. Это было понятие ’’модели потребного будущего", фиксирующего необходимость
существования в мозгу в какой-то ’’закодированной" форме предвосхищения требуемого конечного результата
движения. Все это позволило H.A. Бернштейну рассматривать управление движениями как процесс реализации программ, находящихся в закодированной форме (в форме энграмм) в центральной нервной системе. "Мы можем утверждать, — писал он по этому поводу, — что в тот момент, когда движение началось, в центральной нервной системе имеется в наличности уже вся совокупность энграмм, необходимых для доведения этого движения до конца. Существование таких энграмм доказывается, впрочем, уже самим фактом существования двигательных навыков и автоматизированных движений" [36, с. 23\]. Н. Бернштейн начинает употреблять термины "моторный образ", "проект движения".
И еще одна интересная идея Н. Бернштейна, касающаяся понимания им процесса формирования навыков. Согласно его теории достижение однозначного соответствия результата движения требованиям цели двигательной задачи осуществляется не путем повторения одних и тех же команд в разных условиях движения, а с помощью - непрерывного сопоставления реального движения с моделью потребного результата. Таким образом, и по реальным условиям достижения результата движения какой-либо единой двигательной задачи нет, так как человек непрерывно решает вариативно разные задачи, добиваясь вместе с тем на основе коррекций преодоления излишних степеней свободы движения и получения требуемого результата.
34
Этот феномен каждый раз заново решаемой двигательной задачи и приобрете-ния соответствующего навыка был назван Н. Бернштейном "повторением без повторения”. Это следует иметь в виду психологам и педагогам и при его практической реализации.
При введении Н. Бернштейном в психофизиологию понятий о двигательной задаче, о модели позребного будущего, о непрерывных сенсорных коррекциях ранее существовавшее в науке представление о разомкнутой рефлекторной дуге замещалось представлением о замкнутом контуре регулирования движениями, о рефлекторном кольце, представлением об обратной связи. Основания этих новых представлений были разработаны в России еще до появления идей кибернетики, которые внутренне связаны именно с ними.
Опираясь на работы П.Л. Анохина (13), A.A. Ухтомского (295) и И.А. Бернштейна (36) по физиологии активности (ее нередко называют психологической физиологией), психологи J1.С. Выгодский (62), А.Н. Леонтьев (J98,199), A.B. Запорожец (165,166), С.Л. Рубинштейн (254) и др. разработали психологическую теорию деятельности. Благодаря их работам стало возможным изучение процесса обучения как деятельности. Структурными (временными) компонентами деятельности выступают действия. Действием называют процесс, подчиненный решению конкретной двигательной задачи, направленной на достижение цели, определяемой характером мотивации. С позиции теории деятельности П.Я. Гальпериным (64) и его сотрудниками была разработана теория поэтапного управления процессом усвоения знаний. В этой теории образ действия и образ среды, в которой оно происходит, сводятся в единую систему, на основе которой происходит управление действием, названное "ориентировочной основой
35
в сознании или (и) в подсознании (субьекта), как в виде теоретического знания о последовательности действий, так и в виде реальной программы (пакета программ) движения. Контроль за качеством решения двигательной задачи может осуществляться как путем проверки теоретических знаний по биомеханике данной техники, 1ак и через двигательную деятельность, посредством которой можно проверить состояние программы в ЦНС.
П.Л. Анохин (13), А. А. Ухтомский (295), II. А. Бернштейн (36), А.В.Запорожец (165) рассматривали движение и действие как свободные динамические системы. Выполненный ими анализ функционирования таких систем намного предвосхитил достижения теории необратимых процессов* которая представляет собой существенный вклад в современное естествознание. И 1960 г А В Запорожец (166^следующим образом резюмировал результаты исследований построения движений Н А. Бернштейна (36) и свои исследования развития произвольных движений:
«никакая, даже самым точным образом дозированная система пусковых эфферентных импульсов не может однозначно определить гребуемое направление и силу выполняемого произвольного движения".
В 1980 г. физик И.Р. Пригожин (242) писал:
". . в неустойчивых динамических системах невозможно задать начальные условия, которые привели бы к одинаковому будущему для всех степеней свободы" (От существующего к возникающему. М., 1985, с. 6).
Сходство этих фундаментальных выводов очевидно. Но далеко не очевиден механизм, посредством которого неустойчивые, свободные, динамические системы становятся на время своего функционирования устойчивыми, даже жесткими и в высшей степени эффективными. От неустойчивости системы остается лишь неустранимый разброс