«Совершенствование двигательных возможностей человека посредством автоматизированных систем управления ...»

На правах рукописи

Свечкарев Виталий Геннадьевич

Совершенствование двигательных возможностей человека

посредством автоматизированных систем управления

01.02.08 – Биомеханика

13.00.04 – Теория и методика физического воспитания, спортивной

тренировки, оздоровительной и адаптивной физической культуры

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Майкоп 2008

Работа выполнена в институте физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета и в Майкопском государственном технологическом университете Научные консультанты: доктор педагогических наук, профессор, член - корреспондент РАО Коблев Якуб Камболетович, доктор педагогических наук, профессор, заслуженный работник физической культуры РФ Попов Григорий Иванович

Официальные оппоненты: доктор биологических и педагогических наук, профессор Козлов Игорь Михайлович, доктор педагогических наук, профессор Степанов Владимир Сергеевич, доктор педагогических наук, профессор Чернышенко Юрий Константинович.

Ведущая организация: Российский государственный университет физической культуры, спорта и туризма

Защита диссертации состоится « 1 » октября 2008 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.001.01 в конференц-зале Адыгейского государственного университета, по адресу: 385000, Республика Адыгея, г. Майкоп, ул. Университетская, 208.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Адыгейского государственного университета

Автореферат разослан «_» _ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат педагогических наук, доцент М.Х. Коджешау

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Физическая культура и спорт призваны выполнять роль важнейшего фактора, обеспечивающего полноценную жизнь, раскрытие самых разнообразных задатков и способностей человека, достижение мастерства в любом виде профессиональной деятельности, так как оптимальная заданная физическая нагрузка развивает и поддерживает функциональные резервы организма, соответствующие хорошему состоянию здоровья (В.К. Бальсевич, 1988; Н.Н. Визитей, 1989; В.П. Лукьяненко, 2001).

Однако, как отмечают многие ученые (В.М. Зациорский, 1961-1969; Ю.В.

Верхошанский, 1966; В.Д. Чепик, 1969-1974; И.П. Ратов, 1972; Н.М. Амосов, Я.Л.

Бендет, 1975; Р.М. Баевский, 1976; М.А. Годик, 1980; В.Н. Платонов, 1982; В.А.

Запорожанов, 1969-1988; В.С. Фарфель, 1965-1989; В.С. Кузнецов, 1984; А.С. Солодков; 1988; Н.Г. Озолин, 1993; Ю.Т. Черкесов, 1973-1996; И.М. Козлов 1984- и др.), определение оптимальной нагрузки по-прежнему остается одной из сложных проблем в теории и практике физической культуры и спорта. Необходимость такого подхода вызвана значительными индивидуальными и временными вариациями состояния человека, в результате чего использование одинаковой тренировочной нагрузки может привести к различной ответной реакции организма, к разному тренировочному эффекту (В.В. Петровский, 1974; А.Г. Дембо, 1988; А.H.

Лапутин, 1990 и др.).

В видах спорта с преимущественным проявлением выносливости, где результат больше всего зависит от деятельности вегетативной системы, управление нагрузкой должно осуществляться по объективно установленным данным непрерывного проявления физиологических параметров по ходу движения. А средства, создающие управляющее воздействие (регулируемые сопротивления), должны работать на основе принципа прямой и обратной связи (И.П. Ратов, 1972; Ю.Т. Черкесов, 1991).

Разработкой и использованием тренажеров с автоматизированной системой управления в физической культуре и спорте занимались В.М. Зациорский, И.П.

Ратов, Ю.Т. Черкесов, Г.И. Попов, Г.П. Иванова, С.Д. Неверкович, С.П. Евсеев, В.Д. Чепик, В.В. Кузнецов, Н.Г. Сучилин, В.И. Жуков, А.М. Доронин, В.С. Чурсинов, В.Д. Кряжев, Е.А. Ширковец, Л.В. Чхаидзе, В.В. Иванов, И.Э. Мюльберг, А.Н. Фураев, О.В. Жбанков и др., за рубежом фирмы «Ariel Dynamics», «Gybex», «Kettler», «Tunturi», «Cateye», «Polar», «Pulse fitness» и др.

Крупным шагом в развитии методов дозирования тренировочных нагрузок стал метод программированного регулирования частоты сердечных сокращений (ЧСС). Привлечение методов автоматизации к решению проблемы индивидуального дозирования нагрузок оправдано тем, что именно на основе теории автоматического регулирования эта проблема может быть решена наиболее успешно.

Практическая же реализация принципов теории регулирования тренировочных нагрузок требует применения специальных технических средств, оснащенных современными и универсальными электронными вычислителями для экспрессанализа текущего состояния спортсмена (В.М. Зациорский, 1979; В.Д. Чепик, и др.).

О применении теории регулирования в спортивной тренировке говорилось еще в работе В. Б. Морозова и П. Н. Хломенка (1964), предсказавших создание «самоуправляемого» тренажера. Согласно зарегистрированной несколько позже формуле изобретения В. М. Зациорского (1967), цель которого состояла в предотвращении случаев перенапряжения сердца при спортивной тренировке, открылась возможность управления так называемым «срочным тренировочным эффектом».

Для повышения спортивного мастерства и получения оздоровительного воздействия при занятиях физическими упражнениями и спортом наиважнейшее значение имеют проблемы адаптации и оптимальности задаваемой физической нагрузки. Только оптимальная физическая нагрузка развивает и поддерживает функциональные резервы организма, способствующие дальнейшему стабильному росту спортивного мастерства.

Одним из физиологических показателей величины нагрузки является ответная реакция сердечно-сосудистой системы на нее, определяемая по ЧСС. Это обусловлено тем, что ЧСС тесно связана с нейрогуморальными системами организма и является индикатором адаптивных реакций всего организма (Р.М. Баевский, 1976-1979; С.Е. Павлов, 1999 и др.). У каждого занимающегося есть индивидуальная зона оптимальных значений ЧСС. Тренировки при ЧСС ниже этой зоны неэффективны, а при ЧСС, превышающей ее верхние значения, – опасны для здоровья. Сам занимающийся не всегда может контролировать себя по ЧСС. Поэтому целесообразно в арсенале тренировочного оборудования иметь средство или комплекс средств, автоматически отслеживающих тренировочный процесс и поддерживающих оптимальное согласование внешней нагрузки и физического состояния спортсмена.

Основная сложность проблемы заключается в том, что оптимум необходимой физической нагрузки у каждого занимающегося сугубо индивидуален и подвержен постоянному изменению (иногда в очень широком диапазоне) – в зависимости от степени восстановления после предыдущего тренировочного воздействия, особенностей психоэмоционального состояния и т. д. Оптимальную величину нагрузки определяет все, что имеет место во взаимодействии организма с окружающей средой во всем ее многообразии. Поскольку степень воздействия всех факторов постоянно меняется, у каждого занимающегося индивидуально и адекватно должна меняться и нагрузка.

Другим важным показателем, по которому можно судить о величине физиологической нагрузки на организм занимающегося, является ответная реакция его опорно-двигательного аппарата (динамические и кинематические характеристики движения(й)). Поэтому для контроля и автоматизированного управления величиной нагрузки на опорно-двигательный аппарат занимающегося необходима опора на биомеханические критерии, определяющие их индивидуальную оптимальность (Г.И. Попов, 1992-1998; Ю.Т. Черкесов 2001-2002 и др.).

Особо важна адекватность величины нагрузки в занятиях с детьми и подростками. Социально-политические процессы, произошедшие в нашей стране, изменения условий жизни человека (наличие аудио- и видеотехники, персональных компьютеров (ПК), сотовой связи и др.), интенсификация его деятельности, слабая физическая подготовленность детей и подростков, снижение двигательной активности, все возрастающее воздействие на их организм неблагоприятных внешних факторов прямо или косвенно приводят к негативным функциональным изменениям в состоянии здоровья молодых россиян (В.Н. Беленов, 2000; Г.К. Зайцев, 2002).

В настоящее время происходит процесс критического осмысления многих теоретических и практических положений в области физического воспитания подрастающего поколения. Резкое ухудшение здоровья детей, отмечаемое многими авторами (Г.П. Иванова, Е.В. Гамаль, 1997; О.Н. Московченко, 2003; А.В. Шаханова, К.Д. Чермит, Н.Н. Хасанова, 2004 и др.), связано именно со школой и является следствием существующей системы образования, сегодняшних стандартов обучения и воспитания (М.К. Кондратьева, 1989; А.И. Федоров, 2000; А.В. Шаханова, Н.Н. Хасанова, К.Д. Чермит 2001 и др.).

Универсальным средством сохранения и укрепления здоровья является двигательная активность (Г.А. Кураев, 1996; В.И. Лях, 1996; К.Д. Чермит, 1996 и др.).

Занятия физическими упражнениями оказывают положительное воздействие практически на все системы организма и являются весьма эффективным средством профилактики заболеваний. Однако дети школьного возраста самими условиями школьной жизни ограничены в удовлетворении естественной потребности двигаться столько, сколько нужно для нормального, гармоничного физического развития и здоровья (М.М. Безруких, 2002; А.В. Шаханова, К.Д. Чермит, Н.Н. Хасанова, 2004 и др.).

Анализ двигательной активности детей школьного возраста показал (М.М.

Безруких, 2002), что она составляет лишь 35-40 % возрастной потребности в движениях.

Детей и подростков в настоящее время увлекают компьютерные игры, интерес к которым постоянно возрастает. Данное обстоятельство явилось побудительным мотивом поиска таких условий участия в компьютерных играх, при которых игровые взаимодействия с программой могли бы осуществляться не через нажатие кнопок на клавиатуре и джойстике, а посредством выполнения различных двигательных действий на тренажерных устройствах, преобразующих движения в управляющие сигналы взаимодействия с ПК (И.П. Ратов, В.В. Иванов, Г.И. Попов, 1985-1999; Ю.Т. Черкесов, 1997; Г.П. Иванова, 1998 и др.).

Однако применение современных автоматизированных систем управления (АСУ) тренировочным процессом не получило должного уровня внедрения и недостаточно широко применяется в практике тренировки спортсменов высокой квалификации. В значительной степени это связано с неготовностью самих педагогов (тренеров) применять эти системы на практике, что объясняется недостатком специальных знаний, «недоверием» к современным компьютерным технологиям (а у некоторых их «боязнью»), надеждами, связанными с применением других методик (в том числе и на основе использования химических препаратов) и, конечно же, банальным недофинансированием. Отсутствие необходимого финансирования и низкий уровень заработной платы не позволяют привлечь к учебнотренировочному процессу специалистов в области электроники и компьютерных технологий.

Широкое распространение современных компьютерных технологий и АСУ в последние годы способствует созданию автоматизированных обучающих систем не только в высокотехнологических отраслях науки и современного производства, но и в педагогике (например, на базах научно-исследовательской лаборатории биомеханики института физической культуры и дзюдо АГУ и научноисследовательской лаборатории «Биотехника» кафедры научных основ физической культуры и спорта КБГУ и некоторых других), что позволяет создавать эффективные инновационные технологии обучения.

Таким образом, разработка технологии совершенствования двигательных возможностей занимающихся, основанная на применении искусственной управляющей среды, автоматически отслеживающей учебно-тренировочный процесс и поддерживающей оптимальное согласование внешней нагрузки и морфофункционального состояния занимающегося, представляется весьма актуальной проблемой.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что в настоящее время состояние проблемы разработки и внедрения АСУ в управление физкультурно-спортивной деятельностью характеризуется наличием ряда противоречий, среди которых наиболее значимыми являются следующие.

• Между весьма высоким уровнем развития АСУ, их широким использованием в различных сферах жизнедеятельности современного общества, и пока еще недостаточным вниманием к их разработке и применению в управлении физкультурно-спортивной деятельностью.

• Между необходимостью использования широчайших возможностей, предоставляемых современными компьютерными технологиями в деле организации учебно-тренировочного процесса, и недостаточной разработанностью вопросов о цели, содержании, средствах, методах и формах воздействий, призванных обеспечить успешность овладения такими технологиями.

• Между объективной необходимостью высокого уровня компетентности специалистов физической культуры и спорта в области компьютерных технологий и АСУ и явной недостаточностью этого уровня, обусловленной субъективной недооценкой их роли и возможностей специалистами данного профиля в своей повседневной практической деятельности (начиная с управления нагрузкой в каждом конкретном занятии и до управления учебно-тренировочным процессом в целом).

Помимо изложенных аргументов необходимость модернизации системы управления учебно-тренировочным процессом на основе АСУ обусловлена:

• значительным повышением роли АСУ в современном обществе как фундаментальной основы, обеспечивающей его поступательное развитие;

• объективно существующим фактом увеличения роли компьютерных технологий и управленческих умений и навыков в любой профессиональной деятельности, без достаточного овладения которыми все другие профессионально значимые ее элементы оказываются недостаточно эффективными;

• осознанием того, что использование АСУ, основанных на современных коммуникационных технологиях, представляет собой наиболее перспективное направление повышения результативности учебно-тренировочной деятельности.

Осмысление представленных недостатков и противоречий может способствовать более правильному определению путей их преодоления, нахождению действенных способов совершенствования системы управления учебнотренировочным процессом.

Научная проблема, решению которой посвящено настоящее исследование, вытекает из необходимости разрешения указанных противоречий и заключается в исследовании закономерностей, методологических и методических оснований и условий, являющихся необходимыми и достаточными для разработки современных автоматизированных (в том числе и адаптивных) систем управления тренировочными нагрузками, функционирующими на основе непрерывного учета показателей состояния основных морфофункциональных систем организма, получаемых по каналам обратной связи в условиях искусственной управляющей среды.

В процессе ее разработки основное внимание уделено таким вопросам, как:

• уточнение сущностных характеристик системы базовых понятий;

• разработка методологических оснований для решения проблемы внедрения АСУ в систему управления нагрузкой в процессе учебно-тренировочных занятий различной направленности;

• исследование теоретических и методических основ наиболее целесообразного применения АСУ в учебно-тренировочном процессе с различной направленностью;

• разработка теоретических и методических оснований для осуществления активной и целенаправленной конструкторско-изобретательской деятельности;

• обоснование важнейших теоретических и методических положений для осуществления практической конструкторско-изобретательской деятельности, а также соответствующих концептуальных построений;

• осуществление активной практической конструкторской деятельности, основанной на научной редукции основополагающих теорий (адаптации, деятельности, управления и др.), а также сформировавшихся в процессе исследования собственных представлений о наиболее эффективных способах конструкторских решений в создании систем автоматизированного управления физической нагрузкой.

Развиваемые в исследовании представления о роли и сущности АСУ в системе управления физическими нагрузками призваны содействовать оформлению весьма многочисленных, но разрозненных, порой дискуссионных материалов по этой проблеме в одну непротиворечивую систему взглядов.

Объект исследования – современные автоматизированные системы управления учебно-тренировочным процессом в сфере физической культуры и спорта, их актуальные и потенциальные возможности в условиях создания искусственной управляющей среды.

Предмет исследования – теоретико-методологические аспекты разработки автоматизированных систем управления физической нагрузкой, биомеханические и педагогические условия и закономерности, обусловливающие высокую эффективность изобретательской, конструкторской и учебно-воспитательной деятельности по созданию и внедрению таких систем в учебно-тренировочный процесс с различной направленностью.

Цель исследования заключается в теоретико-методологическом обосновании биомеханических и педагогических условий, правил, закономерностей содержательного и процессуального обеспечения экспериментальной, изобретательской и конструкторской деятельности по созданию систем автоматизированного управления физической нагрузкой в условиях искусственной управляющей среды, функционирующих на основе информации о динамике состояния организма, а также экспериментальной проверке эффективности таких систем в условиях реального учебно-тренировочного процесса.

Гипотеза исследования заключается в предположении о том, что перспективы повышения эффективности учебно-тренировочного процесса, достижение социально значимых результатов в физическом воспитании учащейся молодежи и наивысших показателей в спорте без риска для здоровья спортсменов возможны только при условии использования достижений в сфере современных компьютерных технологий, электроники и разработки на их основе тренажерных комплексов, обеспечивающих автоматизированное управление физической нагрузкой на основе непрерывного контроля за динамикой состояния основных морфофункциональных систем организма в условиях искусственной управляющей среды.

Реализации такой возможности может способствовать теоретикометодологическое, биомеханическое и экспериментальное обоснование систем автоматизированного управления физической нагрузкой в процессе физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки в различных видах спорта, основанных на получении и учете информации о динамике основных морфофункциональных систем организма занимающихся, поступающей по каналам обратной связи в условиях создания искусственной управляющей среды.

Задачи исследования:

1. Изучить и обобщить отечественный и зарубежный опыт в осуществлении попыток изобретательской и конструкторской деятельности, направленных на решение проблем разработки автоматизированных систем управления физической нагрузкой в процессе решения задач физического воспитания и спорта высших достижений, дать биомеханическую и социально-педагогическую оценку состояния рассматриваемой проблемы.

2. Выявить причины и дать теоретико-логическое и биомеханическое обоснование недостаточной эффективности существующих традиционных систем управления физической нагрузкой в физическом воспитании учащейся молодежи и специализированном учебно-тренировочном процессе;

3. Исследовать понятийно-терминологические аспекты проблемы разработки и внедрения автоматизированных систем управления в теории и практике физкультурно-спортивной деятельности.

4. Исследовать генезис происхождения и развития различных идей, изобретательских и конструкторских подходов к решению проблемы автоматизации управления физической нагрузкой в сфере физического воспитания и спорта.

5. Разработать практические рекомендации по содержательному и процессуальному обеспечению изобретательского и конструкторского видов деятельности, направленных на создание современных систем автоматизированного управления физической нагрузкой в учебно-тренировочном процессе, на основе приоритетного внимания к реализации адаптивного управления.

6. Экспериментально апробировать и обосновать с биомеханических и педагогических позиций эффективность разработанных тренажерных устройств и систем автоматизированного управления физической нагрузкой в процессе физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки на основе результатов собственной изобретательской и конструкторской деятельности.

Методологическую базу исследования составили положения диалектической теории познания о всеобщей связи, взаимодействии и взаимообусловленности явлений; концептуальном единстве, целостности научного знания; единстве теории и практики.

К основным методологическим положениям отнесены:

фундаментальные положения философии, педагогики, теории физичеo ского воспитания о взаимодействии человека и окружающей среды (Г.В. Гегель, В.Г. Афанасьев, В.В. Давыдов, Ю.К. Бабанский, В.В. Краевский, А.Д. Новиков, В.И. Столяров, Л.П. Матвеев, В.К. Бальсевич, Н.Н. Визитей);

современные представления о функциональной системе (П.К. Аноo хин), о многоуровневом построении системы управления двигательными действиями (Н.А. Бернштейн), о доминирующей роли деятельности в становлении человека как личности (Б.Г. Ананьев, Л.С. Выготский), о человеке как биосоциальном существе (Н.П. Дубинин, Б.А. Никитюк), о системно-структурном подходе к познанию физических упражнений (Д.Д. Донской, В.М. Зациорский, В.Б. Коренберг, В.Н. Курысь и др.), связи физической и технической подготовки спортсменов (В.В. Кузнецов, В.Н. Платонов, В.М. Дьячков, Ю.В. Верхошанский), о механизмах управления движениями в спорте (B.C. Фарфель, И.М. Козлов).

Теоретической основой исследования послужили:

концептуальные положения теории информации и управления сложo ными динамическими системами (Н. Винер, У.Р. Эшби, А.. Зинковский), к которым относится двигательная деятельность человека, а также теории оптимизации (Р. Розен, И.Ф. Образцов, М.А. Ханин), имеющей основополагающее значение в трактовке закономерностей формирования биомеханической структуры движений;

теории адаптации, раскрытые в трудах Н.А. Бернштейна, В.Е. Борилo кевича, Ф.З. Меерсона, С.Е. Павлова, В.В. Петровского, В.Н. Платонова, В.В. Парина, Р.М. Баевского, А.П. Берсеневой;

теория и методика физического воспитания и спорта, а также ее частo ные направления, отраженные в работах В.К. Бальсевича, Н.А. Бернштейна, Ю.В.

Верхошанского, И.М. Козлова, В.Б. Коренберга, Л.П. Матвеева, Н.Г Озолина;

положения об автоматизированном управлении тренировочным проo цессом, раскрытые в трудах В.М. Зациорского;

положения, представленные в работах И.П. Ратова об «искусственной управляющей среде», Ю.Т. Черкесова о «возможностях обеспечения непрерывного регулируемого взаимодействия спортсмена и предметной среды», Г.И. Попова об «использовании предметной среды».

Новизна исследования состоит:

В разработке содержательного и процессуального (биомеханического) обеспечения процесса внедрения в теорию и практику физического воспитания и спорта АСУ величиной физической нагрузки на основе использования обратной связи, информирующей о динамике состояния основных функциональных систем организма;

Работа является, по существу, первой попыткой системного подхода к проблеме разработки и внедрения в практику физической культуры и спорта АСУ физической нагрузкой на основе информации о динамике состояния основных функциональных систем организма;

Осуществлен детальный содержательный анализ теоретических взглядов, изобретательских и конструкторских подходов к решению проблемы разработки и внедрения АСУ величиной физической нагрузки в процессе физкультурноспортивной деятельности, позволивший систематизировать представления о современном состоянии данной проблемы в России;

На основе теоретико-логического анализа, целенаправленной изобретательской и конструкторской деятельности определены перспективные пути решения проблемы разработки и внедрения АСУ физической нагрузкой в процессе физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки, имеющих значение ключевых факторов в определении стратегии совершенствования учебно-тренировочной деятельности в области физической культуры и спорта на современном этапе.

Теоретическая значимость. На теоретическом и экспериментальном уровнях определены контуры гуманистически ориентированной модели совершенствования системы физического воспитания и специализированной спортивной тренировки, основанной на точном и непрерывном учете результатов индивидуального восприятия нагрузки и ответной реакции организма занимающихся на нее.

• Обоснована объективная необходимость повышения внимания к проблеме использования современных средств управления физической нагрузкой в системе физкультурно-спортивной деятельности. Дано теоретическое, биомеханическое и экспериментальное обоснование условий, конструктивных особенностей, программного обеспечения, благодаря которым внедрение АСУ в практику физкультурно-спортивной деятельности может реально представлять собой органическую, неотъемлемую часть системы общего физкультурного образования и специализированной спортивной тренировки.

• Сформированы теоретические и представлены экспериментальные основания для разработки оригинального направления в развитии изобретательской и конструкторской мысли, направленной не только на повышение результативности учебно-тренировочного процесса, но и позволяющей с оптимизмом оценивать перспективы ответа на уже довольно давно поставленный и пока остающийся без ответа вопрос: «Как обезвредить спорт?».

Исследованные в работе аспекты имеют прогностическое значение, определяют ориентиры и создают условия для целенаправленной и эффективной работы по дальнейшему развитию изобретательской и конструкторской деятельности, способствующей более широкому и эффективному применению АСУ в физкультурно-спортивной практике, коренному реформированию системы управления ею как в содержательном, так и в процессуальном планах.

Прогностический потенциал проведенного исследования обусловлен принципиальной возможностью организации на его теоретической базе дальнейшей научно-исследовательской работы по экспериментальному изучению путей разработки и совершенствования систем автоматизированного управления физическими нагрузками в процессе учебно-тренировочной деятельности на основе ее гуманизации, повышения оздоровительного эффекта, создания более благоприятных условий для исключения повреждающего влияния повышенных физических нагрузок, неадекватных текущему состоянию функциональных систем организма занимающихся.

Практическая значимость исследования определяется тем, что содержащиеся в нем теоретические положения и выводы создают предпосылки научного обеспечения процесса разработки и внедрения АСУ в практику управления учебно-тренировочным процессом различной направленности, что обеспечит коренное преобразование содержания практической учебно-тренировочной деятельности и значительное повышение ее эффективности.

Содержащееся в работе теоретико-логическое решение проблемы, результаты исследования и обоснования семантической сущности системы основных понятий способствуют совершенствованию понятийно-терминологического аппарата теории и практики физического воспитания и спортивной тренировки, могут служить повышению целенаправленности и качества исследовательской деятельности в этой сфере.

Выявленные в процессе экспериментальной работы биомеханические закономерности и сформулированные на их основе методические рекомендации, а также осуществленные исследовательские подходы к решению конструкторских задач и разработке программного обеспечения представляют собой базовую основу для дальнейшего успешного решения задач по разработке и внедрению в практику учебно-тренировочной деятельности АСУ.

В ходе исследования выявлена необходимость усовершенствования процесса подготовки и повышения квалификации преподавательских и тренерских кадров, включения в учебные планы переподготовки специалистов раздела по теории и практике разработки и внедрения средств АСУ в их повседневную профессиональную деятельность.

В работе показано, что модели организации учебно-тренировочной работы по физическому воспитанию учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировке, основанные на использовании АСУ, в наибольшей мере отвечают задачам и требованиям современной практики физкультурно-спортивной деятельности.

Представленные в работе примеры практической изобретательской и конструкторской деятельности по разработке и внедрению средств АСУ в практику учебно-тренировочной деятельности способствует более точному определению конкретных задач, более правильному выбору наиболее эффективных средств, методов и форм организации учебно-тренировочной работы, и на этой основе, существенному повышению ее эффективности.

Представленные в работе результаты могут быть использованы в качестве основы в практической деятельности по совершенствованию системы физического воспитания и спортивной тренировки.

Теоретический и фактический материал диссертации может быть положен в основу учебных курсов, использован при создании учебников, учебных пособий, научно-методических рекомендаций для учителей школ и тренеров, преподавателей вузов физкультурного профиля и системы повышения квалификации работников физической культуры, а также при разработке концепций развития физической культуры и спорта в России.

На защиту выносятся:

• Теоретическое, биомеханическое и экспериментальное обоснование конструктивных особенностей разработанных в процессе исследования тренажерных устройств, позволяющих осуществить решение проблемы автоматизированного управления параметрами физической нагрузки на основе информации об индивидуальных особенностях ответной реакции организма, поступающих по каналам обратной связи в условиях создания искусственной среды управляющего воздействия.

• Теоретическое и экспериментальное обоснование программного обеспечения, позволяющего решить задачу автоматизированного управления параметрами физической нагрузки на основе информации об особенностях ответной реакции организма, поступающих по каналам обратной связи в условиях создания искусственной среды управляющего воздействия.

• Совокупность концептуальных положений, обеспечивающих успешную разработку и внедрение в практику учебно-тренировочного процесса АСУ параметрами физической нагрузки, обеспечивающей сбалансированное воздействие на двигательный аппарат и основные функциональные системы организма в зависимости от их текущего индивидуального состояния у каждого отдельного занимающегося.

• Система взглядов на сущность проблемы разработки и внедрения АСУ в практику учебно-тренировочного процесса в сфере физической культуры и спорта, предполагающая необходимость преодоления узости существующего понимания смысла и назначения таких систем в качестве лишь одного из вспомогательных средств повышения эффективности этого процесса и способствующая формированию представлений об этой проблеме как о наиболее перспективном и решающем факторе повышения результативности и безопасности воздействия повышенными физическими нагрузками на организм человека, более полное раскрытие на этой основе индивидуальных двигательных возможностей каждого занимающегося физическими упражнениями.

• Теоретико-методологический подход к решению проблемы внедрения в теорию и практику физкультурно-спортивной деятельности АСУ индивидуальными параметрами физической нагрузки, позволяющий представить существующие альтернативные точки зрения по данной проблеме не с позиций абсолютизации и противопоставления, а из диалектически организованного, взаимообусловленного и иерархически устроенного взаимоотношения, предполагающего необходимость решения как минимум трех взаимосвязанных аспектов проблемы: теоретикометодологического, конструкторского и материально-технического.

• Система взглядов, отражающих авторскую позицию по отношению к ряду утвердившихся положений в теории и практике разработки и внедрения АСУ индивидуальными параметрами физической нагрузки, среди которых основными являются следующие:

- главным условием, обеспечивающим рассмотрение таких систем в качестве основного фактора в достижении социально значимых результатов, повышение эффективности учебно-тренировочного процесса, является их направленность на решение задач этого процесса без ущерба для соблюдения стратегически важного в современном обществе принципа оздоровительной направленности занятий физическими упражнениями;

- широко распространенные в практике физической культуры и спорта представления о конструкции адаптивных тренажеров являются ошибочными;

- успешное решение основных задач физического воспитания учащейся молодежи и специализированного учебно-тренировочного процесса без использования современных систем управления индивидуальными параметрами физической нагрузки не представляется возможным.

Апробация и внедрение результатов работы. Исследование выполнялось в соответствии с координационным планом научных исследований Федерального агентства по образованию «Реабилитация здоровья студентов на основе ответной реакции организма», № государственной регистрации 01.200.118257, а также в соответствии с направленностью деятельности научно-исследовательской лаборатории биомеханики Института физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета начиная с 1995 года и до настоящего времени (темы:

«Разработка машин управляющего воздействия и технологий их применения в области спорта», «Методические основы и апробация возможностей использования технологий управления бездискретного управляющего воздействия», «Изучение механизмов управления движениями»), а также научно-исследовательской лаборатории «Биотехника» кафедры научных основ физической культуры и спорта КБГУ «Научные основы управления взаимодействием человека и внешней среды».

Основные теоретические положения диссертации использованы при разработке и издании монографии и учебно-методических пособий, используемых в практике преподавания физической культуры в Адыгее, Ставропольском и Краснодарском краях, Ингушетии, Северной Осетии, Карачаево-Черкесской и Кабардино-Балкарской республиках.

Фактический материал исследования нашел отражение в монографии, учебно-методических пособиях, а также в серии проблемных и обзорно-аналитических статей, опубликованных в центральной печати, в таких журналах (рекомендованных ВАКом), как: «Теория и практика физической культуры», «Физическое воспитание студентов», «Кубанский научный медицинский вестник», «Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта».

Результаты изобретательской деятельности были представлены на выставках:

1. Всероссийский инновационный форум «ИННОВ–2005» – Новочеркасск, 2005 (где отмечен именным дипломом за инновационную научнотехническую разработку «Машины адаптивного воздействия»).

2. Международная выставка «Интеллектуальные и адаптивные РОБОТЫ–2005» – Москва, Всероссийский выставочный центр – 2005 (где отмечен медалью лауреата ВВЦ за разработку и внедрение «Машин адаптивного управления»).

Защищены тремя патентами: «Устройство для развития силы мышц» (патент RU 2097083 С 1), «Устройство для тренировки велосипедиста» (патент RU 2264246 С 1) и «Устройство для тренировки мышц и для определения и развития кондиционных и координационных способностей человека» (решение о выдаче патента № 2006107063/12(007647) от 19.07.2007 г., приоритет от 06.03.2006 г.) и шестью рационализаторскими предложениями.

Результаты исследований, сформулированные на их основе теоретические позиции и основные положения диссертации представлены на международных конференциях: Нальчик – 1999, 2002, 2007; Майкоп – 1999, 2002, 2006, 2007; Пенза – 2001; Ставрополь – 2003; Воронеж – 2004; Москва – 2006. А также на конференциях Федерального и регионального уровней: Нальчик – 1995; Майкоп – 1996, 2002, 2005; Краснодар – 2000; С-Петербург – 2000; Ставрополь – 2001; Москва – 2005; Карачаевск – 2006.

Теоретические и практические результаты научных исследований апробированы в работе со сборными командами по армспорту Карачаево-Черкесской республики, в велошколе олимпийского резерва Кабардино-Балкарской республики, в Майкопском государственном технологическом университете, в гимназии № 22 г. Майкопа. Имеется 7 актов внедрения результатов научных исследований в практику учебно-тренировочной работы.

Часть работы выполнена при поддержке фонда «Университеты России»

(грант УР: 10.01.060), гранта Российского фонда фундаментальных исследований (грант №: 03–01–96734) и международного фонда ISAR (грант RU_3N_5).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка использованной литературы, насчитывающего 672 наименование, в том числе 38 иностранных. Работа изложена на 407 страницах компьютерного набора текста, включает 96 рисунков, 14 таблиц, 23 страницы приложений.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследований: 1. Анализ и обобщение научно-методической литературы по проблеме исследования. 2. Патентный поиск. 3. Педагогические наблюдения. 4. Биомеханические методы исследования – регистрация биомеханических характеристик:

динамических (сила), кинематических (перемещение, скорость), временных (продолжительность движений и отдельных частей), энергетических (работа, мощность). 5. Медико-биологические, включающие в себя следующие методики: омега-потенциалометрия, вариационная пульсометрия, индекс Руфье, индекс функциональных изменений, проба Штанге, тест Купера, оксигемометрия. 6. Педагогическое тестирование. 7. Педагогический эксперимент. 8. Методы математической статистики.

Исследования проводились в период с 1995 по 2006 г. на базе научноисследовательской лаборатории биомеханики Института физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета, в научно-исследовательской лаборатории «Биотехника» кафедры научных основ физической культуры и спорта Кабардино-Балкарского государственного университета, на спортивной базе Майкопского государственного технологического университета и КарачаевоЧеркесского государственного университета, также в компьютерном классе гимназии № 22 г. Майкопа.

1. Для изучения отличительных особенностей биомеханических параметров выполнения циклических упражнений на велоэргометре студентами нефизкультурных вузов была проведена регистрация биомеханических характеристик. В исследовании приняли участие 26 студентов-юношей. Студенты контрольной группы тренировались в традиционных условиях, а студенты экспериментальной группы – с использованием машины автоматизированного управления для циклических упражнений (МАУЦУ) с применением велоэргометра. На кроссовую подготовку на каждом занятии в обеих группах отводилось 15 мин.

Интенсивность нагрузки в кроссовой подготовке в экспериментальной группе задавалась как оптимальная ЧСС и рассчитывалась по формуле К. Купера.

2. Для выявления особенностей изменения физиологических и биомеханических параметров у велосипедистов различной квалификации в условиях непрерывного управления изменением внешней нагрузки по ЧСС и с применением велосимулятора был проведен поисковый эксперимент. В нем приняли участие спортсмен специализирующиеся в шоссейных гонках. Уровень подготовленности испытуемых – от юношеских разрядов до КМС, возраст – 15-18 лет.

Испытуемым предлагалось выполнить тренировочное задание в течение мин в различных режимах: традиционном и в условиях машины автоматизированного управления для тренировки велосипедистов (МАУТВ) при непрерывном регулировании внешней нагрузки по ответной реакции организма. Для расчета оптимальной ЧСС при выполнении задания в условиях МАУТВ использовалась кривая J. San Gupta.

Для обоснования эффективности методики тренировки велосипедистовшоссейников в условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки с использованием отрицательной обратной связи был проведен эксперимент, в котором приняли участие спортсмены низкой квалификации. Тренировочные экспериментальные занятия проводились по стандартному рабочему плану, предложенному Ж. Анкетилем (1978) для тренировки юниоров. При этом на каждом занятии контрольная группа занималась на велостанке в течение 30 мин, а экспериментальная – в условиях МАУТВ.

3. Исследование с применением компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия (КИТКАВ) проводилось на базе компьютерного класса гимназии № 22 г. Майкопа. Всего в исследовании приняли участие мальчиков не занимающихся спортом, из 6-х классов.

Для экспериментальной группы была разработана специальная индивидуальная программа посещения и занятий на КИТКАВ: два раза в неделю в определенное время. Работа осуществлялась в течение 20 мин.

Во время проведения занятий в экспериментальной группе дети из контрольной группы смотрели телевизор, сидели за ПК или играли на телеприставках.

4. Исследования с применением безынерционного тренажера адаптивного управления (БТАУ) для армспорта проводились в два этапа. Первый этап с – 1.02 по 1.05.2003 г. В нем приняли участие 14 армрестлеров – высшего уровня мастерства. Второй этап с 10.05 по 10.08 2003 г. В нем приняли участия те же армрестлеров высшего уровня мастерства. На первом и втором этапе занятия в группе проходили по плану подготовительного этапа. План тренировочных занятий был одинаков, с той лишь разницей, что на втором этапе работа на машине безынерционного управляющего воздействия для армспорта в условиях комплексного вариативного использования переменных сопротивлений, разработанный М.М.

Эбзеевым (1999), была заменена тренировкой на сконструированной нами БТАУ для армспорта.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ

В теории физического воспитания еще нет общепринятого определения понятия «управление». В большинстве случаев под управлением понимается перевод какого-то объекта или системы из одного состояния в другое. Перевод объекта в желаемое состояние осуществляется с помощью определенных воздействий (В.Б. Коренберг, 1979; В.М. Зациорский, 1982; М.А. Годик, 1988 и др.).

С позиций кибернетики объектами управления могут быть живые организмы, социальные группы, машины. Управление любым процессом представляет собой управляемый, то есть закономерный процесс с заранее известными целями, постоянным сбором информации о наиболее важных контролируемых характеристиках, со сличением их значений с заданными и с внесением необходимых управляющих коррекций (У.Р. Эшби, 1969).

Кибернетика рассматривает систему как относительно замкнутую часть какой-либо среды. Эта внешняя среда увязана с данной системой входами, посредством которых среда оказывает влияние на состояние системы, и выходами, с помощью которых система влияет на внешнюю среду. Таким образом, входы и выходы – это пути, по которым среда воздействует на систему, а система на среду, что обеспечивает их взаимодействие (К. Шеннон, 1963). С позиций кибернетики процесс тренировки можно рассматривать как сложную динамическую систему, так как основным объектом управления являются двигательные действия человека.

Сложность структур и функций живых систем (человека) крайне затрудняет процесс управления как самими действиями, так и развитием этих систем, поскольку их элементы находятся под влиянием значительного числа воздействий.

Управление такого вида системами требует знаний основных вероятностных закономерностей их функционирования (Н. Винер, 1983).

Для характеристики состояния системы нет необходимости привлекать значения всех переменных величин, то есть всех изменяющихся элементов системы.

В зависимости от цели исследования рассматривают только изменения существенных переменных, тогда как остальные представляют как несущественные переменные. Если одной из частей системы является человек, то она переходит в разряд очень сложных систем типа «человек-машина». Поскольку частью системы типа «человек-машина» является человек, обычно его задача в составе системы состоит в совершенствовании каких-либо двигательных действий. Следует отметить, что управление двигательным аппаратом человеческого тела – задача многосложная, и даже в наиболее упрощенном подражании едва разрешимая для самой мощной техники (У.Р. Эшби, 1969). Одна из трудностей заключается в преодолении избыточных степеней свободы наших органов движения, то есть превращение их в управляемую систему (Н.А. Бернштейн, 1966).

Биомеханические системы определяются как особый класс больших систем, представляющих собой совокупность биологических и технических элементов, связанных между собой в едином контуре управления (П.К. Анохин, 1968).

Управление – это целенаправленное воздействие на объект, выбранное из множества возможных воздействий на основании информации о состоянии внешней среды, объекта и программы управления. Управление необходимо для обеспечения требуемого функционирования системы и его направленного развития.

Добиться необходимого двигательного действия от человека и, следовательно, от всей системы можно, многократно воздействуя на систему и корректируя ее реакцию на эти воздействия (Н. Винер 1983), то есть в данном случае можно сказать, что система обучается. Чтобы обучение было наиболее эффективным, необходим контроль за объектом обучения.

Признание кибернетических взглядов на управление движениями привело к тому, что представления об управлении движениями включили в себя понятие «обратная связь». На основании этого неоднократно обосновывались различные схемы организации управления движениями (Н.А. Бернштейн, 1947; П.К. Анохин, 1968; Л.В. Чхаидзе, В.С. Фарфель, 1975; В.Б. Коренберг, 1979 и др.).

По мере поступления информации необходимо сличать реальный ход движений с запланированным, то есть для каждого двигательного действия формировать программу должных ощущений и восприятий, или афферентную программу.

Управление в широком смысле слова представляет собой воздействие на эволюцию (развитие во времени) того или иного процесса с целью придания ему желаемых свойств. Направленные воздействия осуществляет управляющая система, в качестве которой могут выступать человек, естественный или искусственный орган (устройство) и др. Подчеркнем, что в любом случае определение или интерпретация цели управления (желаемых свойств управляемого процесса) являются прерогативой человека.

Создание и совершенствование систем автоматического управления (САУ) – одна из важных проблем, решение которой во многом определяет уровень развития науки и техники. Поэтому задача создания качественно новых САУ, обеспечивающих высокую точность управления и адаптации, актуальна.

Адаптивные системы в отличие от систем с постоянными параметрами осуществляют автоматическую подстройку параметров корректирующего устройства под переменные параметры датчиков, обеспечивая тем самым выполнение основного условия коррекции в процессе нормального функционирования систем (Б.Н.

Петров, В.Ю. Рутковский, С.А. Земляков, 1972). Адаптивные системы от остальных отличает наличие контура управления корректирующим устройством. Он выполняет операции определения характеристик сигналов системы в процессе ее нормального функционирования и преобразования получаемых результатов определений в некоторый текущий критерий управления с его последующей реализацией.

В настоящее время АСУ адаптивного типа активно используются не только в высокотехнологических отраслях (космонавтика, машиностроение и др.). Многие современных электронные приборы окружающих нас имеют адаптивную АСУ. Причем некоторые из них обладают искусственным интеллектом. Наиболее перспективным является метод «Автономного адаптивного управления» разработанный А.А. Ждановым (Институт системного программирования РАН г. Москва). Доля электронной техники построенной на основе нейронных сетей, систем нечеткой логики, систем с подкрепляющим обучением, экспертных систем и др.

все возрастает и активнее входит (и облегчает) в нашу жизнь и профессиональную деятельность. Наиболее активно и эффективно этим пользуется молодежь. Компьютерные АСУ используется в современной педагогике и незначительно в физическом воспитании и спортивной тренировке, что обусловлено ограниченным объемом накопленных знаний и неготовностью самих педагогов (тренеров) применять эти системы на практике.

В спорте, где объектом обучения является спортсмен различают: этапный, текущий и экспресс-контроль. Сложность контроля, особенно при получении срочной оценки, заключается в том, что необходимо иметь быстродействующие технические средства, дающие возможность контролировать большое число параметров.

При всей ценности дополнительной информации о движении, подаваемой тренером, в ней есть один существенный недостаток: ее субъективный характер (И.П. Ратов, В.В. Иванов, 1997). Тренер, наблюдающий за движениями ученика, получает о них лишь ту информацию, которую ему может дать зрительное восприятие, а она касается качественной стороны движения, но не его количественных параметров. Какими бы знаниями ни обладал тренер, он может ошибиться в своих зрительных наблюдениях.

По нашему мнению, обучение двигательным действиям с помощью адаптивных обучающих машин вполне возможно, так как движения, выполняемые в пространстве, могут быть зарегистрированы по различным параметрам, а затем и контролироваться. Задача теперь заключается в том, чтобы управлять величиной этих параметров в требуемом для конечного результата режиме. Сложность заключается в большой функциональной подвижности двигательного аппарата спортсмена и упражнения выполняются в относительно большой зоне пространства, и чтобы наладить «управляющие связи» (по Г.В. Кореневу, 1980), приходится разрабатывать технически и программно сложные устройства, которые моделируют адекватную техническую структуру упражнения в условиях, приближающихся к реальным. Практика обучения теоретическим курсам показала высокую эффективность адаптивных систем обучения и, думается, спортивная педагогика не останется в стороне. Будущее педагогики, как отметили академики А.И. Берг и И.И. Тихонов (1968), именно за адаптивными обучающими машинами.

Наиболее перспективным направлением развития тренажеростроения является их сопряжение с компьютерными технологиями. С каждым годом появляются новые разработки, которые эффективно используются в подготовке спортсменов и физкультурников.

Анализ тренажеров, в названии которых авторы используют определение «адаптивный», показало недостаточную обоснованность применения этого термина. Это обусловлено рядом причин, мы приведем лишь основные:

Этот термин чаще всего встречается в учебниках по САУ, в которых людям без технического или физико-математического образования сложно разобраться. Вот один из вариантов определения понятия «адаптивный»: «Адаптивными системами называют такие системы, в которых параметры регулятора меняются вслед за изменением параметров объекта таким образом, чтобы поведение системы в целом оставалось неизменным и соответствовало желаемому» (А.Н. Гусев, В.А. Вьюжанин, В.Д. Закаблуковский, 1996). Однако дальше приводятся пояснения с помощью рисунков, как должны выглядеть адаптивные АСУ (в них несколько контуров управления рис. 1 и 2).

Рис. 1. Функциональная схема адаптивной системы с идентификатором Рис. 2. Функциональная схема адаптивной системы с эталонной моделью В педагогике адаптивное обучение представляет собой технологичеo скую педагогическую систему форм и методов, способствующую эффективному индивидуальному обучению. Это система лучше других учитывает уровень и структуру начальной подготовленности, оперативно отслеживает результаты текущей подготовки, что позволяет рационально подбирать задания и упражнения для дальнейшего быстрого продвижения (Г. Паск, 1969; А.Б. Тменов, 1997).

Адаптивное обучение строится по принципу индивидуального обучения.

Адаптивное обучение – это дидактический подход к организации процесса обучения, при котором направление дальнейшего обучения (график и интенсивность) определяется по результатам усвоения предыдущих курсов (тем, тестов).

Это способ организации учебного процесса с учетом индивидуального уровня подготовки учащегося до начала обучения или в процессе обучения.

В нашем понимании адаптивные системы – это системы, которые обладают способностью приспосабливаться к изменению внешних условий работы, а также улучшать свою работу по мере накопления опыта. Адаптивные системы от остальных отличает наличие контура управления корректирующим устройством.

Следовательно, в адаптивных системах процесс управления должен осуществляться на основе прямой и обратной связи и над первым контуром управления имеется второй, который меняет контур первого. В адаптивных системах управления должно иметь место запоминающее устройство.

В спортивной тренировке чрезвычайно трудно смоделировать взаимодействие типа «доза-эффект». Для практического использования оздоровительного воздействия занятий спортом проблема адаптации организма к мышечной работе имеет важное значение (Н.М. Амосов, Я.Л. Бендет, 1975; В.П. Казначеев, 1975;

Л.Х. Гаркави, Е.Б. Квакина, М.А. Уколов, 1977; А.А. Виру, 1984; H.А. Фомин, В.П. Филин, 1986; С.Е. Павлов, 1999 и др.), ибо спортивные достижения должны расти именно вследствие улучшения состояния здоровья, а не за счет здоровья (А.Г. Дембо, 1984; В.Н. Платонов, 1988; Ю.Т. Черкесов, 1996 и др.).

Только оптимальная двигательная активность развивает и поддерживает функциональные резервы организма, соответствующие хорошему состоянию здоровья. Определение оптимальной нагрузки по-прежнему остается одной из сложных проблем в теории и методике физической культуры и спорта, в то время как оптимум двигательной активности является необходимым условием достижения высокого уровня здоровья. Основная сложность проблемы заключается в том, что оптимум необходимых движений у каждого человека – сугубо индивидуальный.

Величину нагрузки определяет все, что имеет место во взаимодействии организма с окружающей средой во всем ее многообразии. Поскольку острота действий всех факторов постоянно меняется и у каждого организма индивидуальна, адекватно должна меняться и нагрузка. Границы оптимальности нагрузки определяются максимумом и минимумом двигательной активности, которые являются весьма изменчивыми для каждого организма. Выход за их пределы приобретает отрицательное значение, как при недостаточности нагрузок, так и при ее избыточности. Следует учитывать и тот факт, что увеличение двигательной деятельности до индивидуального максимума переносится организмом без ущерба для здоровья.

Величину нагрузки наиболее целесообразно задавать с помощью тренажеров с АСУ по ответной реакции организма.

Необходимым условием работоспособности АСУ является их устойчивость.

Применение ЭВМ освобождает от трудностей расчета параметров нагрузки. Они также используются в составе САУ для выполнения сложных алгоритмов управления, которые особенно характерны для адаптивных и оптимальных систем, а также систем с прогнозированием конечного результата управления (Е.П. Попов, В.В. Клюев, 1985; И.В. Мирошник, В.О. Никифиров, 2000 и др.).

ТЕХНОЛОГИЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНОЙ НАГРУЗКИ ПО

ОТВЕТНОЙ РЕАКЦИИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В

ЗАНЯТИЯХ С ДЕТЬМИ ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА

Целью учителей, тренеров является создание условий, не допускающих снижения уровня здоровья занимающихся, способствующих его восстановлению и укреплению. В основе здоровья лежит активная двигательная деятельность. «Двигательная деятельность организмов – это главная и почти единственная форма осуществления не только взаимодействия с окружающей средой, но и активного воздействия на эту среду» – писал Н А. Бернштейн (1947).

С появлением работ И.П. Ратова, Г.П. Ивановой, Ю.Т. Черкесова и других наметились тенденции, отражающие попытку использовать ПК в физическом воспитании детей.

При работе ребенка на тренажере надо устанавливать для него оптимальную, индивидуальную нагрузку, т.е. строго дозировать и следить за ее уровнем.

Эта задача довольно сложна для специалиста, а тем более для родителя, который желает повысить двигательную активность своего ребенка с использованием тренажерных технологий. Значит, надо разрабатывать тренажеры, интересные детям и с автоматизированной системой управления по ответной реакции организма.

Разработанный нами для решения этой задачи компьютерный игровой тренажерный комплекс адаптивного воздействия (КИТКАВ) с индивидуальной регулировкой нагрузки для каждого ребенка по ответной реакции организма сочетает в себе достоинства игры и занятий на тренажерах.

КИТКАВ (рис. 3) содержит: металлическую платформу, на которой закреплен блок регуляции нагрузки с реверсивным электроприводом (он позволяет изменять величину тренировочной нагрузки) и силовой манипулятор (джойстик).

Изменение угла наклона джойстика фиксируется программой как смещение мыши.

Адаптивное управление тренировочной нагрузкой в условиях компьютерной игры могло быть реализовано только с применением ПК, потому что было необходимо использовать качественную трехмерную графику, работать с базами данных и иметь возможность работы с нестандартными внешними устройствами.

Эти требования определили выбор системы на базе ПК.

Адаптивное управление Автоматическое управление Силовой трансформатор питает электродвигатель, помещенный в блоке регуляции нагрузки, при помощи схемы управления двигателем, подключенной к параллельному порту ПК. Компьютер, посылая сигналы управляет подачей напряжения на электродвигатель. Электродвигатель при подаче на него напряжения в зависимости от полярности равномерно перемещает толкатель вверх или вниз.

Толкатель, приводимый в движение двигателем, сжимает пружину, которая прижимает тормозную прокладку к шарниру в основании джойстика (рис. 5). При движении вниз пружина разжимается и нагрузка уменьшается.

Для вывода игровой сцены использована трехмерная графика, где в качестве объекта управления выбрана бабочка (рис. 6).

место крепления нитей вой датчик нижний концередуктор вой датчик Рис. 5. Устройство создания нагрузки Рис. 6. Графика игры Виртуальный объект управления (бабочка) летит вперед. Направление полета изменяется движением силового манипулятора. В зависимости от уровня сложности игры бабочка меняет внешний вид, поддерживая эмоциональный настрой и интерес к игре.

Перед игроком ставится задача в течение заданного промежутка времени провести бабочку через как можно большее число колец, возникающих в случайных местах игрового пространства. При пролете бабочки через него оно исчезает и появляется новое на заданном в настройках расстоянии от предыдущего. Число колец, через которые игрок проводит бабочку в единицу времени, характеризует скорость прохождения колец. Эта скорость является критерием, по которому ведется оценка психофизического состояния игрока.

Уровень сложности напрямую связан с физической нагрузкой и меняется по результатам игры (скорости прохождения колец), с учетом физической подготовленности и двигательного опыта учащихся. Нагрузку игрок испытывает, управляя игрой посредством силового джойстика.

Цель управления нагрузкой состоит в том, чтобы поддерживать постоянную скорость, задаваемую педагогом. В качестве критерия оптимальности управления выбрано отличие скорости от заданной (чем меньше отличие, тем лучше). Отличие скорости определяется после тренировки численным интегрированием модуля разности скоростей по времени.

Так как результаты каждого выполненного упражнения в подходе сохраняются в базе данных и используются в дальнейшем для управления нагрузкой, эту систему мы отнесли к адаптивным автоматическим системам управления дуального класса.

В начале занятия из базы данных выбирается фамилия школьника, – который будет тренироваться, и загружается соответствующий его возможностям уровень нагрузки. После запуска основной программы появляется форма со списком игроков по номерам уровней, на которых находятся школьники. Каждому игроку в зависимости от уровня присваивается место. Ребята перед игрой могут посмотреть занимаемые ими места. Это значительно повышает мотивацию к занятиям на тренажере: между игроками возникает соревнование.

Тренировка осуществляется во время игры с графикой и длится установленное в настройках количество минут (по умолчанию – 20).

После занятия появляется форма с результатами игры, из которой играющий узнает, на каком уровне он находится в данный момент. Это важно для повышения мотивации к занятиям на тренажере. У ребенка возникает желание играть лучше и подняться на более высокий уровень.

Исходя из положения о том, что одним из стимулирующих факторов физического самосовершенствования человека является организация обучения и воспитания в условиях игровой, соревновательной деятельности, при которой происходит максимальная мобилизация его физических способностей, игра должна использоваться как мотив, стимул, которые способны содействовать развитию физических качеств. Компьютеризация, предполагающая многоцелевое использование ПК в учебном процессе, изменила взгляды на существующие средства обучения.

Особое внимание к проведению учебных игр с помощью компьютера мы, как и многие специалисты (Д. Сьюзел, Д. Ротерей, 1988; В.Ю. Волков, 2001;

О.Н. Московченко, 2003 и др.), связываем с тремя обстоятельствами:

• во-первых, использование ПК является качественно новым этапом применения в учебном процессе игры, которая традиционно занимала ведущее место среди активных методов обучения;

• во-вторых, важнейший результат игры – это радость и эмоциональный подъем. Именно благодаря этому замечательному свойству игра, особенно с элементами соревнования, больше, чем другие формы физического воспитания, адекватна двигательным потребностям молодого организма в движении;

• в-третьих, становление и развитие учебной игры с помощью ПК во многом перекликается с широким распространением электронных и компьютерных игр, которые стали «популярным элементом культуры подрастающего поколения».

Применение КИТКАВ привело к улучшению физической и психофизической подготовленности детей, что обусловлено:

• безопасным увеличением объема двигательной активности;

• адаптивным регулированием нагрузки каждого ребенка;

• адаптацией комплекса к психофизическому состоянию детей.

Нагрузка, создаваемая КИТКАВ, регулируется с учетом психологической и физической готовности. Обнаружена волнообразность изменения нагрузки как на протяжении одного занятия, так и от занятия к занятию с тенденцией увеличения объема нагрузки.

Результаты педагогического воздействия на детей из экспериментальной группы выражаются в следующих биомеханических характеристиках:

• мера вращающего действия силы на джойстик составила на начало исследования 15,8 ± 0,60 Н·м, а в конце исследования – 22,9 ± 2,25 Н·м (достоверность статистически значима при p < Индекс Руфье 12,21 1,461 12,12 1,326 12,26 0,959 9,53 0,886 > > < Так, представленные в таблице данные свидетельствуют о том, что результаты теста Купера в контрольной и экспериментальной группах до эксперимента существенно не различаются и соответствуют оценке «удовлетворительно». В экспериментальной группе статистически значимый прирост показателей свидетельствует об улучшении физической работоспособности студентов (по таблице Купера соответствует оценке «хорошо»).

Результаты пробы Штанге в обеих группах до эксперимента хорошие и существенно не различаются. В экспериментальной группе произошло достоверное улучшение общего состояния кислородообеспечивающих систем, результат которого оценивается нами по специальной таблице на «отлично».

Удовлетворительной адаптации соответствует индекс функциональных изменений (ИФИ) в контрольной и экспериментальной группах до эксперимента (достоверность различий незначима). После завершения педагогического эксперимента в контрольной группе этот показатель претерпел несущественное ухудшение, а в экспериментальной статистически значимое его улучшение соответствует оценке «хорошо» и свидетельствует о повышении адаптационного потенциала организма занимающихся.

После завершения педагогического эксперимента только в экспериментальной группе произошло статистически достоверное улучшение состояния реактивных свойств сердечно-сосудистой системы, о чем свидетельствует хороший показатель индекса Руфье. До эксперимента этот показатель в обеих группах не имел существенного различия и расценивался как удовлетворительный.

Показатели распределения величины омега-потенциала у студентов перед началом и после проведения педагогического эксперимента Градации ве- Контрольная группа Экспериментальная группа потенциала Показатели вариационной пульсометрии перед началом и после проведения Показатель Пара- Контрольная группа Экспериментальная группа гомеостаз 46- влияние ЦНС 31- ческие влияния 0,16-0, Результаты тестирования студентов перед началом и после проведения Показатель До эксп. После эксп. До эксп. После эксп. различий Бег 100 м (с) 14,3 0,18 14,4 0,13 14,3 0,14 14,2 0,12 > > > Сгибание и разгиба- 12,38 0,521 12,46 0,596 12,30 0,639 12,92 0,606 > > < ние рук в висе (раз) Разработанная нами здоровьесберегающая технология способствовала улучшению механизмов адаптации у большинства студентов экспериментальной группы, что в первую очередь сказалось на улучшении состояния симпатического и парасимпатического отделов нервной системы (результаты вариационной пульсометрии – параметры АМо и dX), интегрального показателя уровня метаболических процессов в организме, уровня психофизиологической активности (результаты омега-потенциалометрии) и сердечно-сосудистой системы (тест Купера, проба Штанге, индекс Руфье).

Таким образом, суммарные показатели медико-биологического исследования показали (по большинству параметров) некоторое ухудшение механизмов адаптации у большинства студентов контрольной группы.

По нашему предположению, это может быть связано с несоответствием некоторых нагрузок на занятиях по физическому воспитанию уровню физической подготовленности занимающегося.

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТРЕНИРОВКОЙ

ВЕЛОСИПЕДИСТОВ РАЗЛИЧНОЙ КВАЛИФИКАЦИИ ПО ОТВЕТНОЙ

РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

Компьютеризованные тренажерные устройства и комплексы наилучшим образом способствуют адаптации и повышению эффективности тренировочного процесса, так как с их применением условия работы мышц максимально приближаются к оптимальному согласованию внешней нагрузки с функциональными возможностями организма спортсмена (В.М. Зациорский, 1975; Ю.А. Ипполитов, Б.В. Шмонин, 1986; Е.А. Ширковец, 1995 и др.). При этом более эффективны устройства с отрицательной обратной связью.

Нами разработана, создана и апробирована на практике машина автоматизированного управления для тренировки велосипедистов (МАУТВ), представляющая собой компьютеризованный велотренажерный комплекс, позволяющий непрерывно регулировать физическую нагрузку по заданной ЧСС на основе отрицательной обратной связи.

Устройство включает в себя (рис. 11): раму 1 для закрепления велосипеда 2, состоящую из узла крепления вилки переднего колеса 3 и узла фиксированной опоры 4 заднего колеса 5 велосипеда 2. При этом заднее колесо 5 фрикционно связано с роликом 6, размещенным на оси 7, установленной на раме 1. На оси 7 с одной стороны от ролика 6 находится крыльчатка вентилятора 8 (рис. 12), а на другой стороне от ролика 6 – ступенчато изменяемая нагрузка. Она создается с помощью постоянного магнита 9 (рис. 13), ступенчато надвигаемого на вращающийся вместе с колесом 5 медный диск 10. Имеется датчик 11 условного перемещения велосипеда 2, выходной сигнал которого привязан к вращению указанного ролика 6 (рис. 14).

Рис. 12. Вид регулирующего Рис. 13. Вид регулирующе- Рис. 14. Вид регуустройства со стороны го устройства со стороны лирующего устройкрыльчатки вентилятора медного диска ства сзади Динамическая нагрузка создается в результате взаимодействия вихревых токов, наводимых во вращающемся медном диске 10 регулирующей обмоткой 12.

Она намотана на сердечник магнитопровода 13, охватывающего часть поверхности упомянутого диска 10 и подключенного через первый усилитель 14 (см. рис.

5.4) и первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 15 к системному блоку 16 ПК с дисплеем 17 и клавиатурой 18. Обмотка возбуждения электродвигателя через второй усилитель 20 и второй ЦАП 21 подключена к системному блоку 16.

Датчик измерения ЧСС 22, измерительный щуп которого, надеваемый на велосипедиста во время тренировки, и упомянутый датчик 11 условного перемещения велосипеда 2 подсоединены к системному блоку 16 через первый 24 и второй 25 АЦП соответственно. При этом ось электрического двигателя 19 механически (в данном случае – фрикционно) связана с задним колесом 5 велосипеда 2. Все узлы и датчики, которым для работы необходимо электрическое питание, подключены к источнику питания 27.

Перед началом тренировки велосипедиста на ПК с помощью клавиатуры задается коридор ЧСС [Р нижний, Р верхний]. Он подбирается индивидуально во время предварительного полного обследования каждого спортсмена и является отображением оптимальной зоны работы его сердца. Также имеется возможность задания эталонного режима тренировки.

Спортсмен садится на велосипед, и на нем закрепляется датчик ЧСС 23.

Сигнал этого датчика подключается к системному блоку 16 через первый АЦП 24.

Датчик 11 условного перемещения велосипеда 2 подсоединен к системному блоку 16 через второй АЦП 25. Таким образом, на экране дисплея 17 отображаются: текущее значение ЧСС, «пройденное» расстояние, время в «пути», а также воображаемая трасса и местоположение велосипедиста на ней в каждый момент времени.

Нагрузка на педали меняется в зависимости от текущего значения ЧСС спортсмена относительно заданного коридора. При выходе ЧСС за пределы нижнего уровня заданного коридора программа управления по гиперболе повышает напряжение, подаваемое через первый ЦАП 15 и усилитель 14 на регулирующую обмотку 12, увеличивая нагрузку до тех пор, пока ЧСС спортсмена не достигнет заданного коридора. При чрезмерно большой ЧСС, наоборот, указанная программа по гиперболе понижает напряжение пока ЧСС тренирующегося не войдет в заданную зону.

На рис. 15 представлена функциональная схема МАУТВ c автоматизированной системой непрерывного управления (регулирования) двигательными действиями велосипедистов по ответной реакции организма.

Рис. 15. МАУТВ c АСУ двигательными действиями велосипедистов по ответной реакции организма. (Схема функциональная) В АСУ тренером может быть задана любая ЧСС, а при необходимости – различная и на разных отрезках пути. Индивидуально задается и время работы на МАУТВ. При этом спортсмен получает всю необходимую информацию, обрабатываемую ПК, на экране дисплея компьютера. Все данные сохраняются в базе данных для статистической обработки и дальнейшего анализа. При создании достаточной базы данных за продолжительный отрезок времени и подключении специализированных программ возможна выдача АСУ тренеру (спортсмену) рекомендаций по корректировке тренировочного процесса.

Поэтому в дальнейшем для повышения качества процесса управления возможно использование и других физиологических параметров организма спортсмена (частота дыхания, артериальное давление, МПК, температура тела и др.) и биомеханических характеристик выполняемых упражнений. Возможности АСУ могут быть в дальнейшем расширены посредством привлечения последних разработок в программном обеспечении.

Данное устройство позволяет расширить функциональные возможности организма и повысить эффективность тренировки спортсменов благодаря непрерывному отслеживанию ответной реакции организма велосипедиста во время выполнения упражнения и плавному автоматическому регулированию нагрузки в соответствии с изменяющимися параметрами регистрируемых характеристик. Такой подход исключает возможность перетренировки и создает благоприятные условия для протекания процесса адаптации.

Возможность регистрировать биомеханические параметры движения и по ходу тренировки корректировать их по ответной реакции организма на нагрузку – важнейшее условие оптимизации управления тренировочным процессом и повышения мастерства спортсмена при сохранении его здоровья.

При проведении поисковых исследований нами фиксировались динамика насыщения гемоглобина кислородом методом трансмиссионной пульсоксиметрии у велосипедистов различной квалификации при непрерывном регулировании внешней нагрузки по ЧСС (в условиях применения МАУТВ) и в традиционных условиях. Ниже на рисунках 16 – 18 приведены оксигемограммы, характеризующие общие тенденции изменения насыщения гемоглобина кислородом у велосипедистов различной квалификации. В табл. 6 представлены средние значения регистрируемого показателя.

Рис. 16. График изменения насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом у спортсменов высокого уровня мастерства в условиях применения Рис. 17. График изменения насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом у спортсменов среднего уровня мастерства в условиях применения Рис. 18. График изменения насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом у спортсменов низкого уровня мастерства в условиях применения Как видно на графиках, у спортсменов, занимавшихся в условиях МАУТВ, колебание напряжения кислорода в крови значительно ниже, чем у тренирующихся в традиционных условиях. При этом средний уровень количества кислорода в крови (табл. 6) выше у занимавшихся в условиях нашего тренажерного комплекса.

Обращает на себя внимание особенность изменения количества кислорода в крови, наблюдаемая в течение выполнения работы спортсменами различной квалификации в исследуемых условиях. Так, в условиях МАУТВ наблюдается большая согласованность анимальных и вегетативных систем организма, в более короткие сроки наступает устойчивое состояние, что приводит к увеличению функциональных возможностей мышечного аппарата спортсменов (см. рис. 18). При этом динамика изменений насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом сопровождается увеличением работоспособности и уменьшением времени восстановления.

Данная методика применения МАУТВ наиболее актуальна для начинающих спортсменов, так как позволяет на протяжении всей дистанции сохранять достаточно высокий уровень кислорода в крови. При этом стресс-реакция организма достаточно высока, а повреждающие эффекты практически отсутствуют.

Изменение насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом у велосипедистов различной квалификации в различных условиях тренировки противлением 95 % В процессе сопоставительного анализа результатов, полученных в сравнительном педагогическом эксперименте, установлена эффективность методического приема, основанного на выполнении соревновательного упражнения в тренировочном процессе на безынерционном тренажере адаптивного управления для армспорта за счет подбора автоматизированной системой управления тренажера оптимальной (изменяющейся бездискретно по ходу выполнения движения) величины сопротивления мышцам спортсмена на основе обратной связи по скорости движения.

Другим фактором результирующего воздействия на повышение специальной физической подготовленности армрестлеров в экспериментальной группе является методика тренировки в условиях адаптивного (индивидуального) формирования нагрузки. Создавая оптимальные условия (исключающие перенапряжения организма) для тренировки армрестлеров высшего уровня мастерства, мы тем самым создаем благоприятные условия для повышения адаптационных возможностей их организма. А это – одно из фундаментальных требований для дальнейшего стабильного повышения спортивных результатов.

Высокую результативность в развитии скоростно-силовых способностей в экспериментальной группе мы связываем также с эффективностью применения интенсивного режима нагружения с переходом в экстенсивный режим нагружения на безынерционном тренажере адаптивного управления для армспорта за счет использования АСУ.

Анализ проведенных исследований позволяет сделать следующее заключение.

Применение разработанной нами новой технологии тренировки армрестлеров высшего уровня мастерства на основе использования тренажёра адаптивного управления для армспорта за счет подбора АСУ оптимальной величины силы сопротивления мышцам спортсмена на основе обратной связи (информации о скорости движения), делает учебно-тренировочный процесс более эффективным.

Перспективным представляется дальнейшее совершенствование АСУ безынерционного тренажера адаптивного управления для армспорта на основе учета нескольких биомеханическим показателей, а также изменения мощности нагрузки с учетом ответной реакции вегетативных систем организма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. В работе рассмотрены вопросы применения автоматизированной системы управления величиной нагрузки, причем это сделано в нескольких аспектах:

1. В возрастном диапазоне: дети, подростки, юноши, мужчины.

2. С учетом уровня спортивного мастерства: не занимающиеся спортом, спортсмены массовых разрядов, спортсмены среднего уровня мастерства, спортсмены высокого уровня мастерства, спортсмены высшего уровня 3. С применением автоматизированных систем управления:

При этом, все разработанные нами АСУ имеют принципиально разное техническое исполнение и принцип работы.

4. С управлением по ответной реакции:

сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата.

5. По способам оптимизации двигательных действий:

посредством управляющих воздействий, посредством управляющих сигналов.

6. С учётом специфики педагогического процесса:

По всем вышеперечисленным аспектам получен положительный (педагогический и технический) результат, что подтверждает правильность нашей концепции, ее соответствие цели и гипотезе исследования.

Результаты проделанной работы показывают, что разработанная нами АСУ построена на адекватных задачам исследования алгоритмах и может быть эффективно использована в педагогическом процессе для повышения эффективности труда тренера (учителя).

Однако педагогу для эффективного использования предложенных нами технологий необходим целый ряд дополнительных знаний по механике, электронике, теории автоматизированного управления, он должен на хорошем уровне владеть современными компьютерными технологиями.

Разработанные нами технологии безопасны, что подтверждается медикобиологическими и психологическими исследованиями.

Дальнейшие перспективы развития адаптивных систем управления в спорте и физическом воспитании мы видим:

в применении магнито-реологической жидкости для системы сопротивления тренажёрных устройств;

в применении многоконтурного управления, осуществляемого на основе информации о характере ответной реакции вегетативных функций и опорнодвигательного аппарата человека;

в использовании технологий искусственного интеллекта.

Однако такой подход требует применения современных технических средств, привлечения ведущих специалистов из различных областей деятельности и вложения значительных денежных средств, усилий и времени.

II. Рассмотрены терминологические аспекты проблемы разработки адаптивных систем управления в тренажеростроении.

Некоторые авторы к интерпретации содержательной сути сугубо технического понятия «адаптивные тренажеры (роботы, машины, системы)» подходят с педагогических позиций, где «адаптивным элементом» является тренер, который и подстраивает (настраивает – адаптирует) АСУ тренажера. Тренажернообучающий комплекс принудительно вовлекает человека в выполнение программно-детерминированного спортивного действия, что позволяет причислить его к новому классу тренажеров с функциями адаптивных роботов.

Необходимо понимать следующее: если при работе на тренажере что-либо изменяется автоматически – это еще не значит, что он становится адаптивным.

Обучение, осуществляемое с помощью тренажёра, также не является определяющим фактором, характеризующим тренажерные автоматизированные комплексы адаптивного типа.

При разработке и описании таких комплексов необходимо исходить из технических позиций (и соответственно пользоваться традиционной терминологией, принятой в технических науках), а к процессу обучения и воспитания – с педагогических, не подменяя одну систему терминологии другой.

Все чаще в физической культуре звучит словосочетание «адаптивные тренажеры», в которое люди вкладывают значение «тренажеры для занятий инвалидов», аналогично «адаптивной физической культуре», что приводит к путанице.

По нашему мнению, чтобы избежать этой путаницы, правильнее говорить «тренажеры для инвалидов» или «тренажеры для людей с ограниченными возможностями».

III. В аспекте управления тренировочным процессом.

При любом развитии техники и АСУ ведущая роль в управлении тренировочным процессом останется за тренером (педагогом), поскольку ни одна искусственная система не может учесть все множество различных факторов, которые хороший тренер воспринимает на уровне подсознания. Но АСУ займет достойное место, как помощник и хороший консультант, взяв на себя большую часть работы и освободив тренера от рутинной, нетворческой работы.

ВЫВОДЫ

1. Изучение и обобщение отечественного и зарубежного опыта показало недостаточность обоснования в физическом воспитании и спорте условий автоматизированного управления (регулирования) взаимодействия человека и предметной среды. Это обусловлено ограниченным объемом накопленных знаний в системе физического воспитания и спортивной тренировки, которые могли бы обеспечить успешную разработку современных компьютеризированных технологий повышения эффективности спортивных упражнений на основе управления по ответной реакции организма занимающегося.

2. Решение всего комплекса стратегических задач физического воспитания и специализированной спортивной тренировки может стать реальностью только при условии обеспечения возможностей для разработки и широкого внедрения в практику учебно-тренировочной деятельности автоматизированных систем управления физическими нагрузками, позволяющими каждому занимающемуся достаточно быстро и основательно, без ущерба для здоровья адаптироваться к индивидуально приемлемым (по параметрам необходимости и достаточности) нагрузкам, предъявляемым в строгом соответствии с текущим морфофункциональным состоянием и особенностями ответной реакции организма занимающегося в процессе организации каждого тренирующего воздействия. На наш взгляд, одной из важнейших задач теории и методики физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной физической культуры и биомеханики на современном этапе является обоснование именно такого подхода. Данное положение должно рассматриваться в качестве ключевого при разработке и внедрении современных концепций совершенствования управления физкультурно-спортивной деятельностью.

3. Среди причин недостаточной эффективности решения проблемы внедрения АСУ в учебно-тренировочный процесс можно выделить одну, имеющую, на наш взгляд, первостепенное значение. Это преобладание частнонаучного подхода над общетеоретическим, ведущее к появлению своеобразного концептуального анархизма, не опирающегося на должные методологические основания. Такое положение приводит к попыткам решать частные вопросы по разработке отдельных тренажерных устройств или их комплексов без предварительного решения задач более общего характера, что противоречит принципам диалектики. Одним из примеров реализации такого подхода являются попытки разработки и внедрения в практику учебно-тренировочной деятельности тренажерных устройств без решения проблемы автоматизированного управления параметрами индивидуально приемлемой нагрузки для каждого занимающегося.

4. Полученные в исследовании данные убеждают в недостаточно глубоком осознании большинством практических работников многих истинных причин неудовлетворительной эффективности учебно-тренировочного процесса, где одним из определяющих является вопрос об адаптивном управлении параметрами физической нагрузки. Они порождают необходимость в тщательном обосновании исключительной актуальности вопроса о внедрении АСУ в процесс управления физическими нагрузками, доведении всесторонне обоснованной аргументации по этому поводу до сознания практических работников, разработки научно- и учебнометодического обеспечения процесса их внедрения.

5. Широко распространенная практика учебно-тренировочной работы, предполагающая возможность достаточно успешного решения задач физического воспитания и спортивной тренировки без решения проблемы автоматизированного управления индивидуально приемлемыми для каждого занимающегося параметрами физической нагрузки, в значительной мере ущербна и оказывает дезориентирующее влияние на представления о содержательной сущности процесса организации учебно-тренировочного занятия и управления им. Уникальная функция АСУ – эффективное содействие реализации принципа индивидуализации параметров физической нагрузки в зависимости от текущего состояния основных морфофункциональных систем организма каждого занимающегося и его реакции на конкретную нагрузку, что в других условиях организации учебно-тренировочного процесса оказывается принципиально невозможным.

6. Внедрение АСУ в учебно-тренировочный процесс не означает подмены ими деятельности преподавателя, тренера, их противопоставления. Оно представляет собой мощнейшее средство, содействующее значительному облегчению решения целого ряда принципиальных проблем и противоречий учебнотренировочного процесса, решение которых в других условиях оказывается принципиально невозможным.

Привлекая внимание к проблеме разработки и внедрения АСУ в практику физического воспитания и специализированной спортивной тренировки, мы преследуем цель повышения эффективности воздействий на физическую природу человека без риска нанесения вреда организму неадекватными его текущему состоянию физическими нагрузками. Благодаря этому открываются замечательные возможности для подлинной реализации (не на словах, а на деле) принципа оздоровительной направленности занятий физическими упражнениями, спортом, создаются реальные условия для ответа на сложнейший и важнейший вопрос современности: «Как обезвредить спорт?». Широкое внедрение таких систем способствует практической реализации монистического подхода в понимании взаимодействия, единства психического и физического в человеке, их гармонического взаимообусловленного совершенствования.

7. Реализуемое в исследовании представление о роли АСУ в организации и управлении физкультурно-спортивной деятельностью не только обеспечивает им равноправное положение в ряду других современных средств, направленных на достижение социально значимого эффекта в этой деятельности, но и возводит это средство в ранг одной из фундаментальных основ совершенствования учебнотренировочного процесса, главной и наиболее социально значимой функцией которого является содействие формированию полноценной биологической основы для высокоэффективной психической, интеллектуальной и физической деятельности, успешной социализации личности в жизни современного общества.

8. Результаты исследования позволили прийти к заключению о необходимости расширения представлений о комплексе средств физического воспитания и спортивной тренировки, в составе которого наряду с другими средствами должны рассматриваться автоматизированные системы управления основными параметрами нагрузки. Основанием, обусловливающим необходимость их включения в число средств физического воспитания, является принципиальная невозможность успешного решения без их применения целого ряда проблем и противоречий учебно-тренировочного процесса, главная из которых – индивидуализация, персонализация воздействий физическими нагрузками, без решения которой учебно-тренировочная деятельность во многом теряет смысл.

9. В решении понятийно-терминологической проблемы, связанной с разработкой и внедрением АСУ в практику учебно-тренировочного процесса, приоритетное внимание должно быть сосредоточено не столько на введении новых терминов, сколько на конструктивных попытках, направленных на устранение разночтений в понимании сути уже давно и прочно вошедших в научный обиход, но до сих пор дискутируемых понятий. Нововведения, так же как и отказ от устаревших понятий, должны иметь место, но только при условии очевидной целесообразности и всесторонней обоснованности. Предпринятое в работе исследование понятийно-терминологических аспектов проблемы разработки и внедрения АСУ в практику учебно-тренировочного процесса может способствовать формированию более четких представлений о сути основных понятий этой сферы и более корректному и конструктивному их использованию.

10. Материалы проведенного исследования свидетельствуют о том, что несмотря на еще довольно широко распространенное (особенно в среде практических работников) скептическое отношения к возможным перспективам внедрения АСУ в практику учебно-тренировочного процесса, необходимо с полной ясностью осознавать: другого столь же действенного способа решения проблемы существенного повышения его эффективности в настоящее время фактически не существует.

11. Установлено повышение эффективности освоения и выполнения физических упражнений в циклических видах спорта (на выносливость) происходит в условиях использования:

• автоматизировано-управляемого внешнего сопротивления по ответной реакции сердечно-сосудистой системы при оптимальном «коридоре» значений частоты сердечных сокращений (в условиях использования машины автоматизированного управления для тренировки велосипедистов);

• автоматизировано-изменяемого сигнала, регулирующего темп выполнения движений по ответной реакции сердечно-сосудистой системы при оптимальной частоте сердечных сокращений (в условиях использования машины автоматизированного управления для циклических упражнений).

Обосновано, что улучшение выполнения упражнений преимущественно силового характера происходит с использованием адаптивного управления внешним сопротивлением регулируемого на основе изменений ответной реакции опорно-двигательного аппарата за счет обеспечения рационального и непрерывного регулирования процесса взаимодействия внутренних и внешних сил (в условиях использования безынерционного тренажера адаптивного управления и компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия).

12. Совершенствование биомеханической структуры выполняемых упражнений в условиях АСУ, связано с улучшением работы различных систем организма благодаря «щадящему» режиму функционирования вегетативных систем организма, о чем свидетельствует положительная динамика восстановительных процессов сердечно-сосудистой и других систем, которые развертываются значительно быстрее за счет непрерывного управления двигательными действиями на основе ответной реакции организма, по сравнению с традиционными условиями выполнения движений.

13. Теоретико-методологическое обоснование разработанных в процессе исследования биомеханических и педагогических подходов к разработке и внедрению АСУ в практику учебно-тренировочной деятельности создает условия для более полного учета индивидуальных особенностей и возможностей занимающихся, имеющихся у них в каждый конкретный момент этой деятельности. Ее использование позволяет более рационально управлять основными параметрами нагрузки, устранить диспропорцию тренирующих воздействий и ответной реакции организма, обеспечивает создание и реализацию уникальных возможностей для подлинной индивидуализации учебно-тренировочного процесса.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Свечкарев, В.Г. Управление процессом совершенствования двигательных возможностей человека на основе ответной реакции организма / В.Г. Свечкарёв. – Майкоп: Изд-во МГТУ, 2006. – 160 с. (6,7 п.л.).

2. Эбзеев, М.М. Подготовка армрестлеров с использованием безынерционного тренажера управляющего воздействия / М.М. Эбзеев [и др.]. – М.: ИЦП Маска, 2006. – 64 с. (5,3/1,5 п.л.).

3. Обоснование педагогической технологии физического воспитания, базирующейся на использовании искусственной среды адаптивного воздействия / В.Г.

Свечкарев [и др.]. - Физическое воспитание студентов. - 2004, - № 3. – С. 23-26.

(0,34/0,1 п.л.).

4. Черкесов, Ю.Т. Оздоровительная направленность тренировочного процесса при использовании машин адаптивного воздействия / Ю.Т. Черкесов, В.Г.

Свечкарев // Теория и практика физ. культуры. – 2005. – № 12. – С. 26. (0,08/0, п.л.).