CC BY
46Б01: 10.12731/2070-7568-2014-6-10 УДК 372.8
ИЗ ОПЫТА СОЗДАНИЯ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ПОСОБИЯ «ФИЗИКА В СПОРТЕ» ДЛЯ СТУДЕНТОВ-СПОРТСМЕНОВ
Камалеева А.Р., Хадиуллина Р.Р.
Небольшое количество аудиторных часов (6 часов лекций и 10 часов практических занятий), предусмотренных для изучения дисциплины «Естественнонаучные основы физической культуры и спорта: Физика» студентами-спортсменами, вынужденных часть занятий пропускать в связи со спортивными сборами и соревнованиями, не всегда достаточно для полного овладения ими соответствующих стандарту компетенций.
Выходом из данной ситуации могут служить использование новейших методологических подходов, дистанционных технологий, оригинальных дидактических средств, таких как, например, «Физика в спорте» - разработанного нами учебно-методического пособия. В основу разработки этого пособия легла идея интеграции модульного, де-ятельностного, компетентностного, концентрированного, исторического, личностного и многомерного подходов. В результате, четкая структура учебного пособия, каждая тема которого включает определенные блоки (поста-
новка проблемы, блок актуализации, исторический блок, теоретический блок, блок обобщения и систематизации, блок расширения и углубления, блок самостоятельных работ, литература), позволяет студентам-спортсменам изучать законы физики применительно к спорту, что позволит применять и трансформировать в области физической культуры законов естественнонаучных дисциплин.
Пособие может быть с успехом использовано для студентов других направлений, например, «Адаптивная физическая культура».
Ключевые слова: физика; спорт; студенты-спортсмены; концентрированное обучение.
FROM THE EXPERIENCES OF TEACHING AIDS «PHYSICS IN SPORTS» FOR STUDENT-ATHLETES
Kamаleyeva A.R., Khadiullina R.R.
A small number of audience hours (6 hours of lectures and 10 hours of practical training), provided for the study of the discipline «Natural scientific basics of physical culture and sports: Physics» student-athletes who are forced not to attend classes because of their participation in sports events and competitions, is not always enough for a complete mastery of their respective standard competencies.
The way out of this situation may be the use of new methodological approaches, remote technologies, innovative teaching tools such as, for example, «Physics in sport» - designed by us as teaching methodical aid. The formulation of this allowance based on the idea of modular integration, the activity, the competency, concentrated, historical, personal and multi-dimensional approaches. As a result, the precise structure of the textbook, each topic which includes specific components (problem, unit upgrades, historical block, the theoretical block, generalization and systematization, block expansion and deepening, block of individual works, literature), allows student-athletes to study the laws physics in relation to the sport that allows you to use and transform the physical culture of the laws of natural science disciplines.
The teaching methodical aid can be used with success for students of other directions, for example, «Adaptive physical education».
Keywords: physics; sports; student athletes; concentrated training.
Введение
Одной из основных компетенций, формируемых у студентов-спортсменов направления подготовки «034300.62 Физическая культура» при изучении курса «Естественнонаучные основы физической культуры и спорта (ЕНОФКиС): Физика», является
«умение использовать законы естественнонаучных дисциплин, методы теоретического и экспериментального исследования
в профессиональной деятельности», что предполагает освоение не только общих фактов и понятий из области физики, но и формирование естественнонаучной картины мира, развитие способности анализировать физические явления окружающего мира, овладение навыками использования физических методов в физкультурно-массовой и спортивной работе, способности применять и трансформировать в области физической культуры законов естественнонаучных дисциплин.
Согласно Федеральному государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) по подготовке бакалавров физической культуры на изучение данной дисциплины предусмотрено аудиторных 6 часов лекций и 10 часов практических занятий. 20 часов отводится на самостоятельную работу. Образовательная деятельность студента-спортсмена связана с длительными спортивными сборами, тренировками, поэтому небольшое количество аудиторных часов не всегда позволяет в полном объеме овладению соответствующих компетенций.
Материалы и методы
Выходом из данной ситуации может служить использование наряду с дистанционными технологиями новейших методологических подходов, специальных дидактических средств, учебно-методических материалов, оргинальных приемов обучения. Так, например, в основу разработанного нами учебно-методические пособия «Физика в спорте» легла идея интеграции модульного, деятельностного, компетентностного, конценрированного, исто-
рического, личностного и многомерного подходов, что позволит объяснять многие явления в спорте на основе законов физики.
Данная идея, позаимствованная у авторов учебника «Теория обучения» [2], определила структуру учебного пособия, каждая тема которой включает следующие блоки: постановка проблемы, блок актуализации, исторический блок, теоретический блок, блок обобщения и систематизации, блок расширения и углубления, блок самостоятельных работ, литература.
Результаты и их обсуждение
Приведем примеры представления законов физики через объяснение явлений в спорте. В пособии предлагаются следующие темы:
1. Кинематика движения. Прыжки в высоту и в длину.
2. Колебательные движения. Резонанс. Прыжок с шестом.
3. Статика. Виды равновесия. Звенья тела как рычаги.
4. Виды деформаций. Механические свойства костей, суставов, мышц.
5. Сила трения и теория скольжения. Сила сопротивления воздуха.
6. Законы сохранения импульса и энергии в механике.
7. Законы механики абсолютно твердого тела. Закон сохранения момента импульса.
8. Вращение снаряда: эффект Магнуса.
1) Так, например, понятие центра тяжести и законы кинематики движения тела под углом к горизонту, рассматриваются применительно к различным видам прыжков: в высоту и в длину [1].
Рис. 1. Кинематика прыжка в длину
Сложное движение спортсмена в полете определяется такими понятиями: как поступательное движение с осью вращения и вращательное движение вокруг этой оси.
2) Звенья тела человека рассмотрены как механические маятники - маховые движения рук и ног человека во время бега, ходьбы, плавания, различных гимнастических упражнений совершают колебательные движения. В качестве примера системы двух маятников рассмотрена биомеханика прыжка с шестом, определены условия наилучшего результата его выполнения.
Рис. 2. Звенья тела как маятники
При определенных условиях маятники могут испытывать явление резонанса, что находит широкое применение в спорте (при
прыжках на батуте, в лыжном спорте, в легкой атлетике, в плавании, при гребле на байдарках и каноэ и др.) и, в определенных случаях, оно способствует улучшению спортивных результатов при оптимальной энергетической нагрузке спортсмена.
3) Законы статики, виды и условия равновесия позволяют объяснить многие явления в спорте: метатель копья, ядра при совершении броска сгибает руку в локтевом суставе; гимнаст перед выполнением упражнения приподнимает стопы на полупальцы. Так проявляются законы рычагов различного рода, при этом звенья человека, рассмотрены как с точки зрения простых рычагов, так и составных: кинематических цепей, обеспечивающих передачу и преобразование механических движений.
Рис. 3. Звенья тела как рычаги
4) Закон Гука, механическое напряжение, такие деформации, как сжатие, растяжение, изгиб и кручение рассмотрены применительно к механическим свойствам костей, суставов и мышц. Такого рода деформации проявляются в каждом виде спорта: гимнаст выполняет упражнения на кольцах; штангист поднимает штангу; наклоны туловищем при выполнении прыжков в длину,
с трамплина; вращение гимнаста, фигуриста, пловца. Неудачные движения или слишком высокие нагрузки могут приводить к растяжениям, травмам и переломам. Поэтому очень важно знать биомеханические свойства своего организма и, конечно же, соблюдать технику выполнения упражнений, чтобы не допускать подобных травм.
5) Сила трения рассмотрена с точки зрения положительного и отрицательного проявления ее в спорте. Так, в одних случаях она должна быть как можно большей (наличие шипов у обуви спринтеров для уменьшения проскальзывания, лыжная смазка для лучшего сцепления с беговой дорожкой и др.), а в других, наоборот, как можно меньшей (та же лыжная смазка и правильная заточка конька для лучшего скольжения, специальные щетки в керлинге, которые делают лед более гладким, корректируя, таким образом, траекторию движения снаряда и др.).
В продолжение теории скольжения рассмотрена сила сопротивления воздуха и ее роль на спортивный результат: преимущественное расположение велосипедиста (бегуна), находящегося за спиной впереди едущего (бегущего) спортсмена, который принимает действие воздушного потока на себя; или изогнутая (обтекаемая) форма тела пловца, конькобежца способствующая меньшему сопротивлению воздуха.
6) Большую роль в спорте играют законы сохранения. Броски снарядов в теннисе, гольфе и т.д., динамичная игра спортсменов в хоккее, футболе, в волейболе и т.д. рассмотрены с точки зрения замкнутой системы, к которым применимы законы сохранения импульса и энергии. Определена разница с точки зрения законов
физики в упругом, неупругом, реальном ударах на примере взаимодействия хоккеистов, футбольных мячей, теннисной ракетки и мяча и т.д. Приведен пример закона сохранения энергии при спуске лыжника с горы, когда потенциальная энергия, переходит в кинетическую, а последняя - во внутреннюю. На основе законов сохранения даны объяснения, например, почему слышен удар ракетки по мячу или почему футболист, принимающий мяч на грудь и сбрасывающий его себе под ноги, в момент приема мяча резко подает корпус назад, и в каком случае нога спортсмена при ударе по мячу не играет роль амортизации. Даны расчеты изменения энергии, которые происходят при прыжках спортсмена в высоту с места и с разбега, в длину, при прыжке с шестом.
7) Законы механики абсолютно твердого тела представлены на примере закона сохранения момента импульса, который объясняет, для чего фигурист плотно прижимает руки к туловищу при совершении вращения. Аналогичный закон проявляется при соскоке спортсмена с перекладины в момент группировки или разгруппирования тела, когда скорость вращения его сначала увеличивается, а затем уменьшается. Также приведен пример увеличения крутящего момента (момента сил) при вращении дискобола в момент броска диска.
Таким образом, каждая тема пособия структурирована:
• ставится проблема;
• актуализируются знания, изученные ранее;
• приводятся исторические данные по открытию закона;
• дается объяснение закона (эффекта) на основе имеющихся знаний;
• приводятся задания по применению закона (эффекта) в спорте;
• предлагаются вопросы в качестве рефлексии;
• обобщаются и систематизируются новые знания;
• расширяются и углубляются новые знания на более сложных примерах, приведены примеры решения задач;
• даются задачи для самостоятельного решения и источники литературы для изучения данной темы.
8) На примере темы «Вращение снаряда. Эффект Магнуса» рассмотрим, структуру этой темы пособия.
После названия темы дается либо краткая цитата спортсмена, в данном случае - «Футбол - это не только игра, но и наука...» (Валерий Лобановский), имеющая непосредственное отношение к рассматриваемому явлению, либо выдержка из народной мудрости, пословица, которая точно отражают смысл изучаемого физического закона и т.п..
Далее идет блок «Постановка проблемы», в которой кратко представлено определенное явление в спорте и поставлена задача в ее объяснении с точки зрения законов физики. Например, резкое изменение траектории мяча в футболе, так называемый, удар «сухой лист» и в теннисе «срезанный удар», предлагается объяснить с помощью эффекта Магнуса.
«Блок актуализации» позволяет вспомнить материал, изученный ранее и необходимый для объяснения нового закона (эффекта). Для объяснения эффекта Магнуса в качестве актуализации
знаний предлагается вспомнить понятие статического, гидростатического и динамического давлений, закона Бернулли.
В «Историческом блоке» представлены ключевые даты открытия явлений. Так открытию эффекта Магнуса предшествовали открытие закона Бернулли и исследования Роббинса о причинах отклонения траекторий вращающихся тел.
В «Теоретическом блоке» представлены единицы измерения физических величин, дано объяснение эффекта Магнуса, приведены соответствующие выводы и следствия: при вращении мяча скорость (V) воздушного потока на противоположных его сторонах будет разной; давление (Р) с противоположных сторон также будет различаться: больше с той стороны, где скорость воздушного потока меньше.
В «Блоке применения» даны практические задачи по применению новых знаний. В качестве следствия закона Бернулли определены эффект Вентури, формулы Торричели, а также эффект Магнуса, проявляющийся в различных видах спорта.
В качестве проверки полученных знаний в блоке «Рефлексия» даны вопросы для повторения.
7
Рис. 4. Объяснение эффекта Магнуса
В «Блоке обобщения и систематизации» обобщены и систематизированы различные примеры применения изученного явления (в нашем случае, эффекта Магнуса) в спорте: техника удара по мячу «сухой лист» [3].
«Блок расширения и углубления» позволяет студентам знакомиться с дополнительной информацией. В качестве примера проявления закона Бернулли представлено понятие и формула подъемной силы, которая также находит свое применение в различных видах спорта. Здесь же предлагается решение задач на расчет численного значения подъемной силы. Кроме того, представлены различия в двух режимах полета мяча: ламинарном и турбулентном. Обращается внимание на влияние техники удара на вращение мяча.
В «Блоке самостоятельных работ» представлены задачи для самостоятельного решения.
В блоке «Литература» содержит информацию об основной и дополнительной литературе для самостоятельного чтения и расширения кругозора.
Рис. 5. Эффект Магнуса в футболе
Заключение
Структура рассмотрения и изучения тем подготовленного пособия позволяет студентам-спортсменам изучать законы физики на конкретных спортивных примерах, самостоятельно ставить перед собой задачи и решать их. Такое пособие с успехом может быть использовано при обучении студентов-спортсменов не только направления «Физическая культура», но и «Адаптивная физическая культура», как очной, так и заочной форм обучения; как на аудиторных занятиях, так и дистанционно и при самостоятельном изучении дисциплины «ЕНОФКИС: Физика».
Нестандартная форма подачи информации способствует более глубокому пониманию естественнонаучной картины мира, формированию способности применять и трансформировать законы естественнонаучных дисциплин в область спорта и физической культуры.
Список литературы
1. Дубровский В.И. Федорова В.Н. Биомеханика / Учебник для высших и средних заведений. - М: ВЛАДОС_ПРЕСС, 2003. 672 с.
2. Ибрагимов Г.И., Ибрагимова Е.М., Андрианова Т.М. Теория обучения. - М.: ВЛАДОС, 2011. 383 с.
3. Локтев В.И., Агуреев С.М. Механика и техника «сухого листа» // Молодой ученый. 2013. №2. С. 4-9.
References
1. Dubrovsky V.I, Fedorova V.N. Biomekhanika [Biomechanics]. -M.: VLADOS_PRESS, 2003. 672 p.
2. Ibragimov G.I., Ibragimova E.M., Andrianova T.M. Teoriya obucheniya [Learning theory]. - M.: VLADOS, 2011. 383 p.
3. Loktev V.I., Agureev S.M. Mekhanika i tekhnika «sukhogo lista» [Mechanics and technique of «dry leaf»]. Molodoy uchenyy. 2013, no 2. Pp. 4-9.
ДАННЫЕ ОБ АВТОРАХ
Камалеева Алсу Рауфовна, заведующая лаборатории общепрофессиональной и естественнонаучной подготовки в системе профессионального образования, доктор педагогических наук, профессор Российской академии естествознания
Институт педагогики и психологии профессионального образования Российской академии образования ул. Исаева, д. 12, г. Казань, 420039, Россия e-mail: [email protected]
Хадиуллина Резеда Ринатовна, старший преподаватель кафедры физико-математических дисциплин и информационных технологий
Поволжская государственная академия физической культуры, спорта и туризма
ул. Деревня Универсиады, 35, г. Казань, 420138, Россия e-mail: [email protected]
DATA ABOUT THE AUTHORS Kamаleyeva Alsu Raufovna, Doctor of Education
Institute of Pedagogy and Psychology of Professional Education of the Russian Academy of Education
12, Isayeva Street Kazan, 420039, Russia e-mail: [email protected] Khadiullina Rezeda Rinatovna, Senior Lecturer Volga Region State Academy of Physical Culture Sport and Tourism
35, Village of University Games Street, 420138, Kazan, Russia e-mail: [email protected]
