Методические основы совершенствования спортивных упражнений посредством оптимизации их характеристик
Доктор педагогических наук Ю.А. Ипполитов, Кандидат педагогических наук В.С. Чебураев
Результат спортивных упражнений всегда тесно связан с их основными характеристиками [1, 2]. Так, например, результат прыжка в длину с разбега при прочих равных условиях находится в тесной взаимосвязи со скоростью разбега в момент отталкивания от планки. Обычно эта взаимосвязь нелинейна. При малой скорости разбега длина прыжка невелика. С повышением скорости длина прыжка растет до тех пор, пока скорость не достигнет оптимального значения, при котором длина прыжка будет максимальной. При дальнейшем увеличении скорости разбега длина прыжка уменьшается. Сказанное выше в основном относится к выполнению двигательных действий при использовании потенциальных возможностей спортсмена, близком к предельному. При выполнении спортивных упражнений вполсилы эта закономерность может не прослеживаться.
Взаимосвязь результатов спортивных упражнений с основными характеристиками движений можно аппроксимировать математическим выражением [3]. Такое представление опытных данных формулой часто дает возможность путем математических преобразований найти оптимальные значения одной или нескольких основных характеристик, индивидуальных для каждого спортсмена, при которых он при данном уровне скоростно-силовой подготовленности и при прочих равных условиях покажет наилучший спортивный результат.
Подобная оптимизация основных характеристик движений возможна в различных видах спорта, в разных спортивных упражнениях любой трудности, начиная от элементарных суставных движений и кончая сложнейшими двигательными действиями.
Совершенствование спортивных упражнений на основе оптимизации их характеристик производится в такой последовательности:
- выбираются анализируемые упражнения;
- выявляется основной механизм изучаемых движений;
- находятся основные характеристики, которые детерминируют оценку упражнения, и способы их определения;
- составляются уравнения множественной регрессии, характеризующие количественную связь параметров движений с результатом спортивных упражнений;
- на основе экспериментальных данных определяются коэффициенты множественной регрессии и находятся оптимальные значения основных искомых характеристик;
- проводится педагогический эксперимент, при котором обучаемые стремятся выполнить совершенствуемое упражнение с оптимальными параметрами.
Разучиваемые упражнения подбираются отдельно для каждого спортсмена (или для группы спортсменов). Это могут быть элементы и соединения, которые предполагается включить в упражнение, движения, которые спортсмен начал разучивать, или упражнения, требующие дальнейшего совершенствования. В упражнениях высококвалифицированных гимнастов это будут элементы и соединения, обусловливающие основную трудность произвольных упражнений данного спортсмена, а также часто включаемые в комбинации сильнейших гимнастов мира элементы и соединения.
Основной механизм изучаемых движений выявляется на основе использования законов механики и посредством моделирования двигательных действий.
Основные характеристики определяются следующим образом:
- посредством изучения основного механизма движений;
- путем модельных исследований анализируемых элементов и соединений;
- с помощью выявления статистической связи между основными характеристиками и результатом двигательного действия.
К основным характеристикам могут относиться биомеханические параметры движений [4, 5], характеристики состояния сердечно-сосудистой системы [6] и др.
Способы определения основных характеристик выявляются на основе анализа научно-методической литературы и путем разработки новых методов и устройств.
Покажем применение разработанного нами метода совершенствования спортивных упражнений посредством оптимизации их характеристик на примере гимнастических упражнений и локомоций.
Анализ работ по теоретической механике [7] показывает, что основными характеристиками фазы полета после толчка руками в опорных прыжках в гимнастике являются: модуль вектора скорости центра масс тела спортсмена в момент перехода в безопорное положение и угол между вектором скорости и горизонталью. Зная эти параметры, можно рассчитать все основные характеристики полетной фазы: высоту и длину полета, оптимальный угол вылета, при котором достигается наибольшая дальность полета, и др.
В спортивной гимнастике основные параметры полетных фаз опорных прыжков, которые обусловливают оценку прыжка, обычно не определяются. В связи с этим представляется целесообразным разработать методику, позволяющую найти указанные выше параметры инструментальными методами.
Модельные исследования полетной фазы опорных прыжков в спортивной гимнастике [5] показали, что модуль вектора скорости центра масс тела спортсмена в начале перехода в фазу полета и угол вылета зависят от следующих показателей: расстояния от места опоры руками о коня до места приземления, продолжительности фазы полета и координат центра масс тела гимнаста в момент прекращения связи с опорой и в момент начала приземления, а также постоянных показателей, специфичных для данного вида упражнений, - высоты коня и толщины матов на месте приземления.
Анализ конкретных опорных прыжков в исполнении высококвалифицированных гимнастов показал, что значениями координат центра масс тела спортсмена в начале и в конце фазы полета можно пренебречь. Таким образом, для определения основных параметров полетной фазы опорных прыжков в учебно-тренировочном процессе подготовки гимнастов достаточно измерить лишь две характеристики: продолжительность и длину полета. При использовании видеомагнитофонного устройства в учебно-тренировочном процессе можно, разметив коня и маты на месте приземления, определить эти характеристики при просмотре видеозаписи. Расстояние от толчка руками о коня до места приземления при этом находится по разметке на теле коня и матах, а продолжительность фазы полета определяется посредством умножения числа кадров (с момента окончания толчка руками о коня до момента начала приземления на матах) на 0,04 с или на другую величину, если количество кадров в секунду в данном видеомагнитофоне отличается от 25.
При отсутствии видеомагнитофона можно изготовить и установить контактные площадки на теле коня и на месте приземления и соединить их проводами с электронным миллисекундомером.
Представление связи оценки опорного прыжка с модулем вектора скорости и с углом вылета уравнением множественной регрессии дает возможность после математических преобразований найти оптимальный угол вылета и оптимальную длину полета, при которых оценка будет максимальной.
Применение разработанной нами методики с использованием информации об основных параметрах полетной фазы прыжка в учебно-тренировочном процессе значительно повышает его эффективность, позволяет за короткий срок и с высокой стабильностью совершенствовать опорные прыжки [5], разучивать новые, сложные упражнения.
Предлагаемая нами методика совершенствования опорных прыжков может быть использована в преобразованном виде и при обучении соскокам с гимнастических снарядов.
Рассмотрим применение разработанной нами методики для совершенствования локомоций.
Анализ научно-методической литературы показывает, что результат локомоторных движений тесно связан со скоростями участков дистанции. Так, если разбить дистанцию на два отрезка, то с повышением скорости первого участка результат на дистанции в целом вначале улучшается, затем, при оптимальном значении этой скорости, достигает наилучшей величины и далее ухудшается.
Регламентация скоростей участков дистанции имеет большое значение для теории и практики спортивной педагогики и является предметом изучения многих исследователей. В основном такие исследования проводятся посредством глубокого проникновения в сущность изучаемого явления с использованием биохимических, физиологических, медицинских и других сложных, трудоемких методов. В результате подобных исследований получены данные, хорошо объясняющие основные механизмы регламентации скоростей участков дистанции. Однако методы, применяемые в подобном анализе движений, основаны на проведении сложных, дорогостоящих опытов, кропотливой, длительной обработке результатов исследований, в большинстве случаев малоприемлимы для практики учебно-тренировочного процесса подготовки спортсменов. Поэтому появилась необходимость в разработке сравнительно простой методики, позволяющей на основе несложных измерений (с помощью секундомера, рулетки и т.д.) определить оптимальное соотношение скоростей участков дистанции, обеспечивающее наилучший результат локомоций.
Для этой цели нами использовался метод оптимального планирования экстремальных инженерных экспериментов [8 - 10]. Применительно к исследованию локомоций этот метод реализуется следующим образом.
Результат локомоции рассматривается как функция скоростей участков дистанции. Эта связь аппроксимируется уравнением множественной регрессии - полиномом второй степени, содержащим члены с попарными произведениями. Такая аппроксимация при использовании экспериментальных данных, полученных на конкретном участнике, дает возможность найти посредством метода наименьших квадратов коэффициенты множественной регрессии. Далее находим частные производные от результата по скоростям первого и второго участка пути, приравниваем их к нулю, решаем полученную систему уравнений и получаем оптимальные значения искомых скоростей, детерминирующие наилучший результат прохождения всей дистанции анализируемых локомоций.
Кроме определения оптимальных скоростей участков дистанции появляется также возможность при отклонении от оптимального значения скорости первого участка дистанции планировать новое оптимальное значение скорости второго участка, обеспечивающее наилучшее прохождение дистанции в целом.