Биомеханические закономерности движений спортсмена в условиях опоры и их использование в учебнотренировочном процессе гимнасток 01. 02. 08 Биомеханика

• Название: Биомеханические закономерности движений спортсмена в условиях опоры и их использование в учебнотренировочном процессе гимнасток 01. 02. 08 Биомеханика
• Дата: 24.08.2019
• Размер: 0.57 Mb.
• Имя файла: avtoreferat_lukashkova_0.pdf
• Тип: Документы; #85356

На правах рукописи
Лукашкова Ирина Леонидовна Биомеханические закономерности движений спортсмена в условиях опоры и их использование в учебно-тренировочном процессе гимнасток
01.02.08 – Биомеханика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Москва – 2017

2 Работа выполнена в Учреждении образования Могилевский государственный университет имени А.А. Кулешова» (МГУ имени А.А. Кулешова) Научный руководитель доктор педагогических наук, профессор
Загревский Валерий Иннокентьевич Официальные оппоненты доктор педагогических наук, профессор
Гилев Геннадий Андреевич профессор кафедры спортивных дисциплин и методики их преподавания
ФГБОУ ВО Московский педагогический государственный университет кандидат педагогических наук, профессор
Фураев Александр Николаевич заведующий кафедрой биомеханики и информационных технологий
ФГБОУ ВО Московская государственная академия физической культуры Ведущая организация
ФГБОУ ВО Национальный государственный Университет физической культуры, спорта и здоровья имени ПФ. Лесгафта, Санкт-Петербург» Защита состоится «_____» ________20____ года в ______ часов на заседании диссертационного совета Д 311.003.03 при РГУФКСМиТ по адресу
105122, г. Москва, Сиреневый бульвар, д. 4, ауд. 603. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУФКСМиТ и на сайте Автореферат разослан «_____» ______________ 20____ года Ученый секретарь диссертационного совета
Жийяр МВ

3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования и степень ее разработанности. Для спортивной гимнастики как технико-эстетического вида спорта характерен неуклонный рост сложности композиционного и технического построения упражнений (В.Б. Коренберг, Ю.К. Гавердовский, ЛЯ. Аркаев, Н.Г. Сучилин). При исполнении многочисленных гимнастических упражнений (махи, обороты и т.д.) тело спортсмена совершает вращательные движения вокруг неподвижной оси, которой, в частности, могут являться перекладина или жердь брусьев разной высоты. В основе техники вращательных движений, выполняемых в условиях фиксированной (неподвижной) опоры, лежат объективные биомеханические закономерности, следовательно, их выявление и использование в учебно- тренировочном процессе является важным условием совершенствования технической подготовки гимнастов МЛ. Укран,
В.Б. Коренберг,
Ю.К. Гавердовский, В.Л. Уткин, ЛЯ. Аркаев, Н.Г. Сучилин). Биомеханический анализ материалов оптической и инструментальной регистрации спортивных упражнений является методологической основой совершенствования двигательных действий человека ЕМ. Аксенов,
Ю.К. Гавердовский, С.П. Евсеев, В.В. Анцыперов). Однако данный подход не позволяет прогнозировать формы движений с заданными свойствами. Решить проблему построения спортивного движения с требуемым кинематическими динамическим состоянием биомеханической системы позволяет компьютерный синтез движений человека (С.Ю. Алешинский, В.М. Зациорский, Г.В. Коренев, ВТ. Назаров, В.И. Загревский, О.И. Загревский, ДА. Лавшук). Его реализация в вычислительном эксперименте предполагает использование математических моделей синтеза движений биомеханических систем и расчетных моделей анализа движений, так как по синтезированной траектории биомеханической системы, в дальнейшем, на основе расчетных моделей анализа движений определяются кинематические и динамические характеристики моделируемого двигательного действия. Актуальность исследования заключается в том, что компьютерный синтез движений человека позволяет выявить биомеханические закономерности вращательных движений гимнаста в условиях фиксированной опоры, которые не определяются на основе анализа видеосъемки упражнений, но являются теоретическим фундаментом совершенствования техники и методики освоения

4 многочисленных гимнастических упражнений. Объект исследования совершенствование процесса обучения гимнастическим упражнениям, выполняемым в условиях фиксированной опоры, на основе изменения параметров управляющих действий. Предмет исследования биомеханические закономерности вращательных движений гимнаста в условиях фиксированной опоры. Гипотеза исследования. Предполагается, что применение компьютерного синтеза движений человека позволит дополнить существующие сведения о биомеханических закономерностях вращательных движений спортсмена в условиях фиксированной опоры, использование которых в учебно-тренировочном процессе по спортивной гимнастике будет способствовать объективному прогнозированию результата двигательного действия, совершенствованию его кинематической и динамической структуры. Цель исследования – обосновать биомеханические закономерности вращательных движений спортсмена в условиях фиксированной (неподвижной) опоры и их использование в учебно-тренировочном процессе по спортивной гимнастике. Задачи исследования
1. Установить факторы, определяющие биомеханические условия постановки двигательной задачи в компьютерном синтезе движения.
2. Разработать алгоритмы решения двигательной задачи в компьютерном синтезе движения посредством автоматизированного построения программного управления суставными движениями спортсмена с заданными свойствами.
3. Выявить биомеханические закономерности вращательных движений спортсмена в условиях фиксированной опоры в вычислительных экспериментах компьютерного синтеза движений человека.
4. Разработать и экспериментально проверить эффективность методики обучения дифференцированному варьированию параметров управляющих действий в суставах гимнаста, реализующих целевое упражнение
Теоретико-методологическую основу исследования составляют системный подход, обосновывающий возможность исследования большого класса объектов как систем (Л. Фон Берталанфи; П.К. Анохин; В.Ф. Берков); концепции ведущих элементов двигательных действий (ВТ. Назаров, построения целенаправленных движений человека
(Г.В. Коренев), формирования

5 программного управления на кинематическом и динамическом уровнях в математических моделях синтеза движений человека (В.И. Загревский); основные положения системно-структурного строения (Д.Д. Донской НА. Курьеров) и причинно-следственной каузальной) структуры спортивных движений НС. Гончаров Ю.К. Гавердовский; Н.Г. Сучилин; СВ. Дмитриев. Методы исследования анализ и обобщение научно-методической литературы, видеосъемка упражнений и компьютерная обработка видеоматериалов, аналитические методы построения траектории программного управления в математической модели синтеза движений биомеханических систем,
компьютерный синтез движений человека в вычислительном эксперименте, методы математической статистики, педагогический эксперимент. Организация исследования включала основные этапы работы Первый этап (2004–2006 гг.) исследования включал в себя анализ существующей научно-методической литературы, а также выбор и разработку методов исследования. На втором этапе исследования (2006–2007 гг.) разрабатывались способы задания программного управления движением биомеханической системы в виде аналитических зависимостей, выделялись элементы компонентного состава математической модели движения, формировалась плановая схема проведения вычислительных экспериментов компьютерного синтеза движений человека.
На третьем этапе исследования (2007–2010 гг.) выполнялись серии вычислительных экспериментов компьютерного синтеза движений спортсмена с вариацией факторов, влияющих на формирование траектории биомеханической системы. Устанавливались общие биомеханические закономерности вращательных движений спортсмена в условиях опоры, и разрабатывалась структура и содержание методики обучения гимнастов дифференцированному варьированию параметров управляющих действий. На четвертом этапе исследования (2011–2014 гг.) проводился педагогический эксперимент с целью определения эффективности использования в учебно-тренировочном процессе гимнасток разработанной методики обучения. На пятом этапе исследования (2014–2015 гг.) результаты исследования оформлялись в форме диссертационной работы.
Научная новизна исследования состоит в том, что с помощью компьютерного синтеза движений человека соискателем впервые выявлены и

6 сформулированы в биомеханическом аспекте закономерности формирования траектории вращательного движения спортсмена в условиях фиксированной опоры, не имевшие ранее отражения в специальной научно-методической литературе. Установлены количественные значения влияния кинематики управляющих функций, масс-инерционных характеристик (МИХ) звеньев тела, начальной угловой скорости звеньев, величины внешних моментов сил на построение траектории биомеханической системы. К числу новых научных данных, полученных соискателем на основании результатов вычислительных экспериментов, относятся и выявленные в количественной и интерпретированные в качественную форму зависимости влияния кинематической структуры управляющих функций и условий движений спортсмена на формирование траектории движения. Предложены и обоснованы новые подходы к освоению и отработке дифференцированного параметрического варьирования управляющих действий на основе изменения амплитуды, скорости и времени сгибательно- разгибательных движений в плечевых и тазобедренных суставах гимнаста в различных фазах упражнения. Теоретическая значимость исследования заключается в том, что определен круг нерешенных до настоящего времени вопросов связанных с факторами, определяющими траекторию биомеханической системы. Установлены факторы, определяющие биомеханические условия постановки двигательной задачи синтеза движения. Предложены новые подходы задания программного управления в аналитическом виде, позволяющие формировать разнообразные траектории управляющих функций, на последующем анализе которых базируются закономерности построения двигательных действий. Разработана переходная программа, устанавливающая соответствие между задаваемыми пользователем начальными условиями движения и представленными в аналитической форме управляющими функциями, что обеспечивает корректность результатов вычислительных процедур синтеза движений биомеханических систем. Практическая значимость исследования состоит в том, что выявленные биомеханические закономерности вращательных движений спортсмена в условиях фиксированной опоры позволят осуществлять объективное прогнозирование результата двигательного действия, совершенствование его кинематической и динамической структуры. Разработанная методика обучения дифференцированному варьированию параметров управляющих действий на

7 основе биомеханических закономерностей движений спортсмена в условиях опоры может применяться в учебно-тренировочном процессе, как на этапе формирования двигательного навыка, таки на этапе совершенствования. Основные положения диссертационного исследования могут быть использованы в процессе преподавания биомеханики, теории и методики спортивной тренировки для подготовки специалистов в вузах физкультурного профиля в научно-исследовательской деятельности, направленной на разработку компьютерного синтеза движений человека в учебно-тренировочном процессе детско-юношеских спортивных школ, школ высшего спортивного мастерства, училищ олимпийского резерва. Положения, выносимые на защиту
1. Факторы, определяющие биомеханические условия постановки двигательной задачи синтеза движений, представлены в математической модели отдельными элементами ее компонентного состава (динамические коэффициенты, управление, начальные условия движения, обобщенные силы, моменты мышечных сил.
2. Программное управление сего производными, представленными в аналитической форме, должно соответствовать заданным начальным условиям синтезируемого движения. Переходная программа, в которой на левом конце траектории задаются начальные условия движения, а на правом – программное управление впервой точке интегрирования математической модели, приводит начальные условия движения в соответствие с заданным программным управлением.
3. Основные из биомеханических закономерностей движений спортсмена в условиях опоры выявленных на основе компьютерного синтеза движений человека, содержат утверждение о том, что
– пропорциональное увеличение или уменьшение МИХ звеньев модели по массе и центральному моменту инерции) при одной и той же программе кинематического управления не вызывает изменения траектории биомеханической системы
– одновременное уменьшение суставных углов в проксимальном ив дистальном шарнире требует проявления в 2-4 раза больших мышечных усилий, чем при раздельной работе этих суставов
– двигательная задача увеличения скорости суставного сгибания,

8 выполняемого на фоне повышения исходной угловой скорости звеньев тела гимнаста, одновременно сопряжена с педагогической задачей повышения силового потенциала исполнителя.
4. Методика обучения дифференцированному варьированию параметров управляющих действий предполагает реализацию трех этапов создание предварительного двигательного представления о кинематической структуре управляющих действий в целевом упражнении формирование умения реализации нормативных параметров биомеханических характеристик управляющих действий в целевом упражнении формирование навыка дифференцированного варьирования параметров биомеханических характеристик управляющих действий в условиях целостного выполнения целевого упражнения. Разработанная методика способствует сокращению времени освоения юными гимнастками изучаемого упражнения и улучшению технического мастерства его исполнения. Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования докладывались на международных (Минск, 2006-2010; Мозырь,
2006, 2012; Гомель, 2007, 2013, 2015; Брест, 2008; Пинск, 2009, 2012; Могилев,
2013, 2015), всероссийских (Томск, 2010; Пермь, 2014; Нижний Новгород, 2015) научно-практических мероприятиях. Результаты диссертационного исследования внедрены в работу Государственного специализированного учебно-спортивного учреждения Могилевская городская специализированная детско-юношеская школа олимпийского резерва «БАГИМА» имени О.Г. Мищенко». Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 41 работе (33 без соавторов. Достоверность и обоснованность положений, выводов и результатов диссертации обусловлена использованием комплексной системы информативных и общепринятых методов исследования, адекватных цели и задачам диссертации, достаточной длительностью педагогического эксперимента, корректной обработкой и анализом полученных материалов. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, практических рекомендаций, списка литературы и трех приложений. Общий объем диссертационной работы составляет 214 страниц, включая 7 таблиц и 46 рисунков. Список использованной литературы включает
222 наименования, из них 41 – иностранных авторов.

9 ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Факторы, определяющие биомеханические условия постановки двигательной задачи синтеза движения. Использованная в вычислительных экспериментах исследования математическая модель движений человека имеет вид формульного выражения (1)
)
cos(
)
sin(
)
cos(
cos
1 1
1
,
1 2
1 2
,
1 1
N
i
i
i
N
i
N
j
N
k
i
k
k
k
i
i
j
j
ij
i
i
A
A
A
Y
M





(1) Здесь
i
,

i
,


i
обобщенные координаты, обобщенная скорость и ускорение го звена М – момент силы трения вместе контакта спортсмена с опорой Y
i
– обобщенные силы А динамические коэфициенты МИХ звеньев модели i номер звена (i=1, 2,..., N); N – количество звеньев модели. Структура математической модели синтеза движений (1) позволяет варьировать не только параметры отдельных элементов ее компонентного состава, но ив первую очередь, изменять количественные значения программного управления (
i
j
), что и обусловливает различные траектории биомеханической системы. Алгоритмы решения двигательной задачи синтеза движения посредством автоматизированного построения программного управления суставными движениями спортсмена с заданными свойствами В диссертационном исследовании программное управление (U) в шарнирах трехзвенной модели опорно-двигательного аппарата тела спортсмена задавалось в виде аналитических зависимостей, которые отражали линейную и нелинейную природу скорости (
U
) и ускорения (
U
) программного управления, представленных в виде выражений (2-4)
t
U
2
t
U
3
t
U
(2)
U
t
U
2

2 3 t
U
(3)
0
U

,
2
U

,
t
U
6


,
(4) где – число пи t – время.

10 Для корректного перевода биомеханической системы изначального заданного состояния в конечное требуемое была разработана компьютерная процедура построения переходной программы, которая представлена полиномом пятой степени с шестью неизвестными коэффициентами, соответственно 6-ти граничным условиям на левом и правом концах траектории управления. Уравнения (5) функции программного управления
)
(
)
(t
U
, первой и второй производной повремени от
0 0
t
до
1
t
h имеют вид
,
5 5
4 4
3 3
2 2
1 0
)
(
t
a
t
a
t
a
t
a
t
a
a
U
t
,
5 4
3 2
4 5
3 4
2 3
2 1
)
(
t
a
t
a
t
a
t
a
a
U
t

,
20 12 6
2 3
5 2
4 3
2
)
(
t
a
t
a
t
a
a
U
t


(5) где h – шаг интегрирования уравнения движения.
Формульные выражения для определения шести неизвестных коэффициентов a
i были определены решением системы уравнений (5). В вычислительных экспериментах была подтверждена корректность использования переходной программы. Биомеханические закономерности движений спортсмена в условиях опоры выявленные на основе варьирования параметров отдельных элементов математической модели синтеза движений. Вариации МИХ. Определено, что пропорциональное увеличение или уменьшение МИХ звеньев модели (по массе и центральному моменту инерции) при одной и той же программе кинематического управления не вызывает изменения траектории биомеханической системы (Рисунок 1). Следовательно, увеличение или уменьшение веса спортсмена не изменяет траектории движения тела, если выполняется с постоянной программой кинематического управления. В тоже время, увеличенный вес гимнаста обусловливает дополнительный силовой потенциал спортсмена, необходимый для реализации требуемой программы кинематического управления, в то время как уменьшение веса атлета снижает потребности в уровне силового обеспечения упражнения (Рисунок 2). Таким образом, пропорциональное увеличение или уменьшение МИХ звеньев тела при одной и той же программе кинематического управления движением вызывает соответствующие пропорциональные изменения значений управляющих моментов мышечных сил в суставах.

11 А В С А –
i
m
,
i
j
; В –
i
m
5
,
1
,
i
j
5
,
1
; С –
i
m
5
,
0
, Рисунок 1 – Кинетограммы синтезированных траекторий движения биомеханической системы с различной величиной МИХ звеньев А В С
– плечевые суставы
– тазобедренные суставы А –
i
m
,
i
j
; В –
i
m
5
,
1
,
i
j
5
,
1
; С –
i
m
5
,
0
, Рисунок 2 – Управляющие моменты сил (f) в шарнирах модели при синтезе движения с различной величиной МИХ звеньев Вариации программы кинематического управления. Уменьшение времени выполнения кинематической программы сгибания приводит к увеличению скорости поворота радиус-вектора ОЦМ тела спортсмена (Рисунок
3). Следовательно, процесс обучения вращательным гимнастическим упражнениям в условиях фиксированной опоры должен предусматривать возможность регулирования угловой скорости поворота ОЦМ тела спортсмена за счет изменения времени выполнения кинематической программы сгибательно- разгибательных движений в суставах гимнаста

12 УМЕНЬШЕНИЕ УГЛА В ДИСТАЛЬНОМ ШАРНИРЕ УМЕНЬШЕНИЕ УГЛА В ПРОКСИМАЛЬНОМ ШАРНИРЕ ОДНОВРЕМЕННОЕ УМЕНЬШЕНИЕ УГЛА В ПРОКСИМАЛЬНОМ И ДИСТАЛЬНОМ ШАРНИРАХ
–
U
t
;
–
2
U
t
;
– Рисунок 3 – Время поворота ОЦМ модели при различной скорости уменьшения углов в шарнирах модели с начальной угловой скоростью звеньев 6 рад/с Вариации временного включения суставов в синергетическую деятельность В условиях отрицательного действия моментов внешних сил время преодоления равного углового пути радиус-вектором ОЦМ биомеханической системы, на фоне одинаковой угловой начальной скорости звеньев тела, зависит от удаленности суставов от опоры, реализующих сгибательные движения. Например, при выполнении сгибания в тазобедренных суставах (дистальные суставы, поворот ОЦМ биомеханической системы на 180 0
осуществляется за 0,70 с, при сгибании в плечевых суставах (проксимальные суставы) – за 0,68 с, а при одновременном сгибании в плечевых и тазобедренных суставах - за 0,60 с Рисунок 3). Исходя из этого, во вращательных гимнастических упражнениях в условиях фиксированной опоры, в той фазе упражнения, в которой перемещение
ОЦМ выполняется против действия момента силы тяжести и где требуется поддержание или увеличение скорости звеньев тела, наиболее эффективными являются одновременные сгибательные движения в суставах. Совместные одновременные сгибательные движения в суставах обеспечивают наибольший прирост скорости радиус-вектора ОЦМ модели, нов тоже время для их реализации требуется повышенный уровень силового обеспечения упражнения Рисунок 4).

13 УМЕНЬШЕНИЕ УГЛА В ДИСТАЛЬНОМ ШАРНИРЕ УМЕНЬШЕНИЕ УГЛА В ПРОКСИМАЛЬНОМ ШАРНИРЕ ОДНОВРЕМЕННОЕ УМЕНЬШЕНИЕ УГЛА В ПРОКСИМАЛЬНОМ И ДИСТАЛЬНОМ ШАРНИРАХ
– плечевые суставы
– тазобедренные суставы
,
– начальная угловая скорость звеньев модели 6 рад/с;
,
– начальная угловая скорость звеньев модели 9 рад/с.
Рисунок 4 – Управляющие моменты сил (f) в шарнирах модели при синтезе движения с различной начальной угловой скоростью звеньев Раздельные сгибательные движения в суставах обеспечивают меньший прирост скорости радиус-вектора ОЦМ, нов тоже время для их реализации требуется пониженный уровень силового обеспечения упражнения. Поэтому при недостаточном уровне силовой подготовленности гимнаста целесообразно первоначально осваивать упражнение с использованием раздельных сгибательных движений в суставах, а лишь затем, по мере роста силового потенциала спортсмена, добиваться одновременного сгибания в суставах. Вариации начальной угловой скорости звеньев биомеханической системы. Время преодоления радиус-вектором ОЦМ биомеханической системы равного углового пути находится в обратной зависимости от начальной угловой скорости звеньев модели. Установлено, что с увеличением начальной угловой скорости звеньев модели нас рад/с до 9 рад/с), при сгибании в тазобедренных суставах, время необходимое для осуществления поворота ОЦМ на 180 0
сокращается на 40%, при сгибании в плечевых суставах – на 38%, а при одновременном сгибании в плечевых ив тазобедренных суставах – на 30%. Данную закономерность необходимо учитывать при обучении упражнениям, требующим от спортсмена решения двигательной задачи с установкой на

14 приобретение максимальных значений вращательного импульса (кинетического момента. Поддержание и увеличение скорости поворота радиус-вектора ОЦМ тела спортсмена в фазе сгибательных движений в суставах против действия момента силы тяжести, эффективно выполнять на фоне достижения наибольшей начальной скорости звеньев тела. Этот момент времени обычно совпадает с моментом пересечения ОЦМ тела спортсмена вертикального положения под опорой. Зависимость величины моментов управляющих сил от параметров кинематического управления, моментов сил и биомеханического состояния моделируемой системы в начальный момент времени Реализованная в вычислительных экспериментах количественная оценка величины моментов управляющих сил в шарнирах модели позволила установить их требуемые величины в зависимости от кинематического и динамического состояния биомеханической системы. В частности определено, что в условиях действия моментов внешних сил и угловой начальной скорости звеньев тела равной нулю величина моментов управляющих сил, реализующих уменьшение угла в суставах, находится в прямой зависимости от скорости суставного сгибания (Рисунок 5). А В С
– плечевые суставы
– тазобедренные суставы
–
U
t
,
2
U
t
,
3
U
t
;
–
2
U
t
,
2 2
U
t
,
3 2
U
t
;
–
0,5
U
t
,
2 0,5
U
t
,
3 А –
U
t
; В –
2
U
t
; С – Рисунок 5 – Управляющие моменты сил (f) в шарнирах модели при различной скорости уменьшении угла в дистальном шарнире

15 Изменение скорости уменьшения суставного угла в 2 раза, связано с соответствующим ростом или снижением значений управляющих мышечных усилий в 1,2-1,3 раза. В условиях действия момента силы тяжести увеличение начальной угловой скорости звеньев в 1,5 раза при раздельных или совместных сгибательных движениях приводит к росту управляющих мышечных усилий в 2-4 раза, как суставах, реализующих сгибание, таки в суставах, обеспечивающих сохранение динамической осанки. Одновременное уменьшение суставных углов в проксимальном ив дистальном шарнире требует проявления в 2-4 раза больших мышечных усилий, чем при раздельной работе этих суставов. Таким образом, двигательная задача увеличения скорости суставного сгибания, выполняемого на фоне повышения исходной угловой скорости звеньев тела гимнаста, одновременно сопряжена с педагогической задачей повышения силового потенциала исполнителя. Работа над увеличением силового потенциала исполнителя проводится в зоне кинематического изменения суставных углов соревновательного упражнения. Параллельно этому отрабатываются и другие элементы кинематики и динамики управления (амплитуда скорость продолжительность последовательность величина прилагаемых мышечных усилий, выраженная в моментах мышечных сил. Необходимый уровень силового обеспечения упражнения предварительно вычисляется индивидуально для каждого исполнителя, с учетом МИХ сегментов тела спортсмена и синтезированной в вычислительном эксперименте на компьютере техники моделируемого упражнения. Методика обучения дифференцированному варьированию параметров управляющих действий на основе биомеханических закономерностей движений спортсмена в условиях опоры и ее экспериментальное обоснование Была разработана методика, научно-теоретическую основу которой составили следующие положения
– управляющие действия (рабочие позы и положения, динамическая осанка и управляющие движения) – структурные элементы техники упражнения
– параметрическое варьирование биомеханических характеристик управляющих действий в упражнении обеспечивает формирование надежного и пластичного двигательного навыка (Ю.К. Гавердовский, ММ. Цхведадзе);
– дифференцированное варьирование параметров управляющих действий осуществляется с учетом данных биомеханических закономерностей.

16 Структура методики представлена в спроектированном алгоритме освоения гимнастического упражнения (Рисунок 6). В качестве целевого упражнения, на примере которого формировалось содержание методики и осуществлялась ее апробация в педагогическом эксперименте, был избран оборот назад в стойку на руках на разновысоких брусьях. Рисунок 6 – Алгоритм освоения гимнастического упражнения на основе варьирования параметров управляющих действий в суставах спортсмена СОЗДАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЬНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЕ УПРАВЛЯЮЩИХ ДЕЙСТВИЙ В ЦЕЛЕВОМ УПРАЖНЕНИИ
1. Сообщение теоретических сведений и создание зрительного образа о кинематической структуре управляющих действий в целевом упражнении
– рабочих позах и рабочих положениях
– элементах динамической осанки в различных фазах целевого упражнения
– управляющих движениях, обеспечивающих выполнение двигательной задачи в различных фазах упражнения
2. Воспроизведение пробных форм кинематической структуры управляющих действий в различных фазах целевого упражнения ФОРМИРОВАНИЕ УМЕНИЯ РЕАЛИЗАЦИИ НОРМАТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УПРАВЛЯЮЩИХ ДЕЙСТВИЙ В ЦЕЛЕВОМ УПРАЖНЕНИИ
1. Освоение нормативных параметров управляющих действий
– пространственных характеристик
– временных характеристик
– пространственно-временных характеристик
2. Отработка силового обеспечения реализации нормативных параметров кинематических характеристик управляющих действий
3. Освоение и отработка согласованного сочетания управляющих действий в условиях целостного выполнения упражнения ФОРМИРОВАНИЕ НАВЫКА ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВАРЬИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УПРАВЛЯЮЩИХ ДЕЙСТВИЙ В УСЛОВИЯХ ЦЕЛОСТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ ЦЕЛЕВОГО УПРАЖНЕНИЯ
1. Освоение и отработка дифференцированного варьирования параметров в различных фазах упражнения
– амплитуды управляющих движений
– скорости управляющих действий
– времени начала, окончания и продолжительности управляющих движений
2. Отработка прихода в различные конечные положения из различных исходных положений

17 В разработанной методике предложена совокупность учебных заданий, средств и методических приемов, направленных на последовательное формирование у занимающихся навыка дифференцированного варьирования параметров управляющих действий целевого упражнения. На 1 этапе применяются объяснение и демонстрация рабочих поз и рабочих положений в основных опорных точках (ООТ) упражнения элементов динамической осанки в различных фазах упражнения последовательности, согласованности и амплитуды сгибательно-разгибательных движений в плечевых и тазобедренных суставах демонстрация нормативного исполнение упражнения, видеозаписей упражнения, информационно-биомеханических моделей пробное исполнение. На 2 этапе применяются освоение параметров пространственных и временных характеристик управляющих движений в отдельных фазах упражнения и с учетом программы ориентации в ООТ, отработка силового обеспечения упражнения, как в отдельных суставах, таки в совместных движениях. На 3 этапе применяются освоение и отработка дифференцированного варьирования параметров амплитуды управляющих движений за счет изменения исходного рабочего положения и прихода в различное конечное положение.
Методика была апробирована в педагогическом эксперименте, который проводился на базе Государственного специализированного учебно-спортивного учреждения Могилевская городская специализированная детско-юношеская школа олимпийского резерва «БАГИМА» имени О.Г. Мищенко» с гимнастками в возрасте 13-14 лет. На констатирующем этапе эксперимента определялась готовность испытуемых к овладению целевым упражнением. Экспертной комиссией (1 судья международной категории, 3 судей национальной категории) оценивалась техника выполнения оборота назад в упоре на перекладине, по результатам которой испытуемые были распределены на контрольную (n=12) и экспериментальную (n=12) группы, не имевших статистически достоверных различий (p>0,05) в качестве исполнения упражнения. На этапе формирующего эксперимента с испытуемыми было проведено 22 тренировочных занятия (11 недель, в каждом – 5 подходов с двумя попытками. Обучение испытуемых ЭГ обороту назад в стойку на руках на разновысоких брусьях осуществлялось на основе экспериментальной методики, тогда как с членами КГ занятия проводились по общепринятой методике.

18 Завершающий этап педагогического эксперимента предполагал оценку техники оборота назад в стойку на руках на разновысоких брусьях в исполнении испытуемых (Таблицы 1 и 2). Таблица 1 – Оценки гимнасток ЭГ и КГ за выполнение упражнения Оборот назад в стойку на руках и время его освоения Статистические показатели Баллы Число попыток
ЭГ КГ
ЭГ КГ
X
8,69 7,55 137,50 191,42 0,28 0,77 39,10 29,96
M
0,08 0,22 11,29 8,65
P
t=4,82; P < 0,01
t=3,79; P < 0,01 Таблица 2 – Параметры основных биомеханических характеристик техники оборота назад в стойку на руках в ЭГ и КГ
Г
р
уп
п
ы
Ст
ати
сти
ч
ес
к
и
е
п
ок
азате
ли
Параметры основных биомеханических характеристик Исходное положение, град Конечное положение, град Амплитуда управления, град
Max,
рад/с Моменты мышечных сил (max), Нм
1
j
2
j
3
j
1
j
2
j
3
j
1 2
оцм

M
1
M
2
Max
min
Max
min Э
X
88,3 97,5 104,0 456,5 460,3 462,7 151,3 50,8 10,9 156,0 -198,3 76,5
-181,5 2,50 6,80 7,64 6,37 5,38 4,85 2,63 10,03 0,57 21,3 -14,8 11,6
-15,3
m
0,72 1,96 2,21 1,84 1,55 1,40 0,76 2,90 0,17 6,2
-4,3 3,3
-4,4 К
X
96,3 105,0 113,9 457,9 470,3 470,4 141,2 58,6 10,0 179,8 -217,8 92,5
-204,3 10,86 9,37 10,84 9,13 8,79 8,93 6,13 6,64 0,41 18,2 -16,8 13,5
-13,7
m
3,13 2,71 3,13 2,64 2,54 2,58 1,77 1,92 0,12 5,3
-4,8 3,91
-4,0 ЭК 2,49 2,24 2,59 0,44 3,39 2,64 5,23 2,23 4,50 2,9
-3,0 3,11
-3,8 Р <0,05 <0,05 <0,05 >0,05 <0,01 <0,05 <0,001 <0,05 <0,001 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 Анализ показателей времени освоения и оценки качества техники исполнения упражнения показал, что гимнастки ЭГ по качеству освоения изучаемого упражнения (8,69 балла) и повремени попыток) превзошли показатели спортсменок КГ, в которой средняя оценка за технику упражнения

19 составила 7,55 балла, а количество попыток – 191,4, что подтверждено статистически достоверными различиями (р. Количественные данные параметров основных биомеханических характеристик, полученные на основе анализа материалов видеосъемки контрольных испытаний ЭГ и КГ, также свидетельствуют о том, что испытуемые
ЭГ по качеству освоения оборота назад в стойку на руках превзошли спортсменок КГ (Таблица 2). Таким образом, результаты педагогического эксперимента свидетельствуют о том, что в учебно-тренировочном процессе для эффективного освоения гимнастами новых упражнений целесообразно опираться на сведения и информацию об общих биомеханических закономерностях рационального построения движений и представлять их в форме информационно- биомеханических моделей кинематической и динамической структуры изучаемого упражнения.
ВЫВОДЫ
1. Исследование общих основ техники двигательных действий с использованием биомеханического анализа материалов инструментальной и оптической регистрации движений спортсменов не отвечает в должной мере запросам теории и практики спорта и не позволяет эффективно решать задачи по установлению биомеханических закономерностей вращательных движений спортсмена в условиях фиксированной (неподвижной) опоры.
2. На основе анализа структуры математической модели синтеза движений установлены факторы, которые определяют биомеханические условия постановки двигательной задачи. В математической модели они представлены отдельными элементами ее компонентного состава программным управлением, динамическими коэффициентами, начальными условиями движения, обобщенными силами, моментами мышечных сил. Компьютерный синтез движений, совмещая объективные законы механики и субъективное управление движением, реализует замысел исследователя о различных вариантах построения движений. Последующий анализ синтезированной траектории и величин моментов управляющих сил позволяет выявить биомеханические закономерности движений спортсмена в условиях опоры.
3. Разработанная компьютерная процедура построения переходной

20 программы приводит в соответствие начальные условия движения и задаваемое на всей траектории биомеханической системы программное управление. В серии вычислительных экспериментов показано, что использование переходной программы корректно реализует функционирование математической модели синтеза движений с программным управлением на кинематическом уровне.
4. Варьирование параметров отдельных элементов математической модели синтеза движений в вычислительных экспериментах позволило существенно дополнить и расширить имеющиеся в научно-методической литературе сведения о биомеханических закономерностях движений спортсмена в условиях опоры. В количественной форме определена степень влияния каждого варьируемого элемента на траекторию биомеханической системы кинематической программы изменения суставных углов, величины МИХ звеньев биомеханической системы, начальной угловой скорости звеньев модели. Установлено, что траектория биомеханической системы зависит не только от удаленности сустава, в котором выполняется сгибание, от опоры, но и от кинематики программного управления. Величина отклонения ОЦМ имеет прямую непропорциональную зависимость от скорости и ускорения реализуемого суставного сгибания. Увеличение скорости суставного сгибания в 2 раза способствует дополнительному перемещению ОЦМ биомеханической системы в 0,5–2,3 раза (в зависимости от сустава, в котором выполняется сгибание. Впервые экспериментально доказано, что при одних и тех же антропометрических параметрах длин звеньев модели увеличение либо уменьшение их по массе и центральному моменту инерции не вызывает изменения в траектории звеньев биомеханической системы, если заданы одинаковые начальные условия движения и кинематическая программа управления. Увеличение начальной угловой скорости звеньев биомеханической системы на 50% приводит к уменьшению в 2-3 раза влияния сгибательных движений на время прохождения радиус-вектором ОЦМ одного итого же углового пути.
5. Полученные в вычислительных экспериментах численные данные о величинах управляющих моментов мышечных сил позволили установить ряд зависимостей их значений от различных факторов. Определено, что изменение скорости суставного сгибания в 2 раза обусловлено уменьшением либо увеличением значений моментов управляющих сил в суставах в 1,2–1,3 раза. Увеличение начальной угловой скорости звеньев в 1,5 раза при раздельных или

21 совместных сгибательных движениях приводит к росту управляющих мышечных усилий в суставах в 2–4 раза. При наличии исходной угловой скорости у звеньев модели одновременное уменьшение суставных углов в проксимальном ив дистальном шарнире реализуется управляющими моментами сил в 2–4 раза большей величины, чем при раздельной работе этих суставов. Впервые выявлено, что пропорциональное увеличение или уменьшение звеньев тела по массе и центральному моменту инерции при одной и той же кинематической программе управления вызывает соответствующие прямо пропорциональные изменения значений управляющих моментов мышечных сил в суставах.
6. Разработанная методика на основе биомеханических закономерностей вращательных движений спортсмена в условиях фиксированной (неподвижной) опоры, направленная на обучение дифференцированному варьированию параметров управляющих действий, способствует надежности и высокому качеству исполнения целевого упражнения и реализуется в три этапа. Отличительной особенностью методики является
- целенаправленное освоение и отработка дифференцированного варьирования пространственных и временных параметров управляющих действий, а также их силового обеспечения, необходимого для формирования пластичного и вариативного двигательного навыка.
- использование специально подобранных учебных заданий и методических приемов способствует более точной дифференцировке параметров управляющих действий и обусловливает эффективное совершенствование техники целевого упражнения
- применение специализированных средств обучения дифференцированному варьированию параметров управляющих действий
(информационно-биомеханических моделей, сформированных с учетом закономерностей вращательных движений спортсмена в условиях опоры, установленных на основе компьютерного синтеза в вычислительных экспериментах. Применение разработанной методики обучения обеспечило, во-первых, сокращение времени освоения упражнения гимнастками экспериментальной группы относительно гимнасток контрольной группы на 28%, и, во-вторых, улучшение качества техники исполнения изучаемого гимнастического упражнения на 11,4%.

22 Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях, включенных в реестр ВАК РФ
1. Лукашкова, ИЛ. Методика обучения технике гимнастических упражнений с использованием информационно-биомеханических моделей / ИЛ. Лукашкова // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. Серия Педагогика, психология. – 2012. – № 1 (8). – С. 200-202.
2. Лукашкова, ИЛ. Биомеханические закономерности системно- структурной организации вращательных движений спортсмена в условиях опоры / ИЛ. Лукашкова // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. – 2012. – № 2 (9). – С. 180-184.
3. Загревский, В.И. Влияние управляющих движений в суставах спортсмена на технику гимнастического упражнения перелет Ткачева» на перекладине / В.И. Загревский, В.Г. Шилько, ВО. Загревский, ИЛ. Лукашкова // Вестник Томского государственного университета. – 2012. – № 3. – С. 135-139.
4. Загревский, В.И. Моделирование техники гимнастических упражнений на основе вариаций кинематических параметров рабочих положений и управляющих движений / В.И. Загревский, ИЛ. Лукашкова, П.В. Моисеенко //
Віснік Чернігівського національного педагогічного універсітету. – Вып. 112. Том 4. – Сер. Педагогічні наукі. Фізічне віховання та спорт. – Чернігів, 2013. – С. 115-118. Статьи, тезисы докладов и материалы конференций
5. Лукашкова, ИЛ. Использование компьютерной техники в процессе формирования представления о структуре соревновательного упражнения /
И.Л.
Лукашкова // Веснiк Магiлеускага дзяржаунага унiверсiтэта iмя
А.А. Куляшова. – 2007. – № 2-3 (27). – С. 205-211.
6. Лукашкова, ИЛ. Закономерности формирования представления о биомеханической структуре соревновательных упражнений у спортсменов / ИЛ. Лукашкова // Мир спорта. – 2008. – № 1 (30). – С. 21-25.
7. Лукашкова, ИЛ. Обоснование эффективности эвристической деятельности по конструированию рациональной техники соревновательных упражнений на ПЭВМ / ИЛ. Лукашкова // Веснiк Брэсцкага унiверсiтэта. – 2008.
– № 3 (34). – С. 152-157.
8. Загревский, В.И. Вычислительный эксперимент, его планирование и

23 реализация в имитационном моделировании движений спортсмена на ЭВМ / В.И.
Загревский, ИЛ. Лукашкова, АН. Шахдади, Ф.М. Эльхвари, Р.М. Кааиб Имад / Инновационные решения актуальных проблем физической культуры и спортивной тренировки : сб. науч. ст. / под общ. ред. Е.П. Врублевского. – Смоленск : СГАФКСТ, 2009. – С. 195-202.
9. Лукашкова, ИЛ. Закономерности формирования траектории биомеханической системы в условиях отсутствия момента силы тяжести с различной кинематикой программного управления / ИЛ. Лукашкова // Физическая культура, здравоохранение и образование : материалы Всерос. науч- практ. конф. памяти В.С. Пирусского (Томск, 9-10 нояб. 2010 г) / Томск ТГПУ,
2010. – С. 222-226.
10. Лукашкова, ИЛ. Биомеханика вращательных движений спортсмена в условиях опоры / ИЛ. Лукашкова // Мир спорта. – 2011. – № 1 (42). – С. 25-32.
11. Лукашкова, ИЛ. Содержание и структура информационно- биомеханических моделей основ техники гимнастических упражнений / ИЛ. Лукашкова // Вестник Мозырского государственного педагогического университета им. И.П. Шамякина. – 2011. – № 4 (33). – С. 64-70.
12. Лукашкова, ИЛ. Оценка эффективности применения информационно- биомеханических моделей основ техники оборота назад в стойку на руках в учебно-тренировочном процессе юных гимнасток / ИЛ. Лукашкова // Социально- гуманитарный вестник Юга России. – 2011. – № 11 (19). – С. 57-59.
13. Лукашкова, ИЛ. Обучение гимнастическим упражнениям на основе учета структуры управляющих действий в суставах спортсмена / ИЛ. Лукашкова // Современное образование и воспитание тенденции, технологии, методики : сб. науч. ст. Междунар. науч.-практ. конф, посвящ. 100- летию МГУ имени А. А Кулешова (Могилев, 28 марта 2013 г) – Могилев : МГУ имени А.А Кулешова, 2013. – С. 341-343.
14. Лукашкова, ИЛ. Методика обучения обороту назад в стойку на руках на основе параметрического варьирования управляющих действий / ИЛ. Лукашкова // Вестник Мозырского государственного педагогического университета им. И.П. Шамякина. – 2014. – № 3 (44). – С. 54-59.
15. Лукашкова, ИЛ. Обучение гимнастическим упражнениям на основе варьирования параметров управляющих действий в суставах спортсмена / ИЛ. Лукашкова // Физическая культура, спорт, туризм : научно-методическое

24 сопровождение : сб. матер. Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (Пермь, 15–16 мая 2014 г) / ред. кол. : Е.В. Старкова (глав. ред, ТА. Полякова (науч. ред Перм. гос. гуманит.-пед. унт. – Пермь : Астер, 2014. – С. 189-191.
16. Лукашкова, ИЛ. Профилирующие упражнения как основа базовой технической подготовки в спортивной гимнастике / ИЛ. Лукашкова // Восток –
Беларусь – Запад. Физическая культура, спорт, здоровый образ жизни в XXI веке : сб. науч. ст. XVII Междунар. симпозиума (Могилев, 11-13 дек. 2014 г) – Могилев
: МГУ имени А.А. Кулешова, 2015. – С. 229-231.
17. Лукашкова, ИЛ. Формирование траектории биомеханической системы с различной кинематической программой управления систем / ИЛ. Лукашкова,
В.И. Загревский, О.И. Загревский // Антропные образовательные технологии : сб. науч. ст. I Всероссийской научно-практической конференции «Антропные образовательные технологии в сфере физической культуры (Нижний Новгород,
17 марта 2015 г) – Нижний Новгород, Нижегородский государственный университет им. К. Минина, 2015. – Ч. 2. – С. 175-182.
18. Загревский, В.И. Компьютерное формирование расчетных моделей анализа движений биомеханических систем / В.И. Загревский, ИЛ. Лукашкова,
О.И. Загревский // Антропные образовательные технологии : сб. науч. ст. I Всероссийской научно-практической конференции «Антропные образовательные технологии в сфере физической культуры (Нижний Новгород, 17 марта 2015 г) – Нижний Новгород, Нижегородский государственный университет им. К. Минина,
2015. – Ч. 2. – С. 166-175.
19. Лукашкова, ИЛ. Параметрическое варьирование управляющих действий в обучении гимнасток обороту назад в стойку на руках / ИЛ. Лукашкова
// Проблемы физической культуры населения, проживающего в условиях неблагоприятных факторов окружающей среды : материалы Междунар. науч- практ. конф. Проблемы физической культуры населения, проживающего в условиях неблагоприятных факторов окружающей среды (Гомель, 8–9 окт.
2015 г) / Гомел. гос. унт имени Ф. Скорины ; редкол. : ОМ. Демиденко и др. – Гомель : ГГУ имени Ф. Скорины, 2015. – Ч. 2 – С. 80-82.