CC BY
26
УДК 796:572
МНОГОМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕТЕРМИНАЦИИ ВОЗРАСТНОЙ
ДИНАМИКИ ДВИГАТЕЛЬНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ ШКОЛЬНИКОВ
Алексей Александрович Частихин, кандидат педагогических наук, доцент, Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Министерства обороны Российской Федерации; Владимир Николаевич Агафонов, аспирант, Сергей Николаевич Симонов, доктор медицинских наук, профессор, Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина; Ольга Ивановна Коломиец, кандидат биологических наук, доцент, Уральский государственный университет физической культуры, Челябинск
Аннотация
В Тамбовской области создана многоуровневая система мониторинга физического развития и физической подготовленности школьников. Электронная база данных персонального учёта позволяет объективно оценивать уровень физического здоровья школьников и, при необходимости, оперативно принимать меры коррекции. Выявление взаимозависимостей между антропометрическими характеристиками и двигательными способностями требует многомерного непараметрического анализа с выходом на комплексные модели с возможностью последующего прогнозирования процессов роста и развития детей и подростков. Такой подход позволяет обеспечить реализацию принципа дифференциации и индивидуализации в физическом воспитании в школе.
Ключевые слова: многомерное моделирование, возрастная динамика двигательных способностей, рост и развитие детей и подростков, ауксологические исследования, мониторинг физического здоровья школьников.
DOI: 10.5930/issn.1994-4683.2015.12.130.p286-290
MULTIDIMENSIONAL MODELING OF DETERMINATION OF THE AGE DYNAMICS OF MOTOR ABILITIES OF SCHOOLCHILDREN
Alexey Alexandrovich Chastyhyn, the candidate of pedagogical sciences, senior lecturer, Military educational scientific center air force "Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin" (Voronezh); Vladimir Nikolaevich Agafonov, the postgraduate student, Sergey Nikolaevich Simonov, the doctor of medical sciences, professor, Tambov State University named after G.R. Derzhavin; Olga Ivanovna Kolomiyets, the candidate ofpedagogical sciences, senior lecturer, Ural State University of Physical Culture,
Chelyabinsk
Annotation
In the Tambov region has created a multilevel system for monitoring of the physical development and physical preparedness of schoolchildren. Electronic database of the personal account allows to assess objectively the level of physical health of the schoolchildren and, if necessary, to take prompt, corrective action. Identification of the interdependencies between anthropometric characteristics and motor abilities requires non-parametric multidimensional analysis with the complex models with possibility of forecasting the processes of the growth and development of the children and adolescents. Among other things, this approach allows to implement the principle of the differentiation and individualization in physical education at school.
Keywords: multidimensional modeling, age-related changes in motor skills, growth and development of children and adolescents, auxological research, monitoring of physical health of schoolchildren.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование закономерностей формирования и развития двигательных способностей детей и подростков школьного возраста всегда было актуальным в физическом воспитании. Сложность проблемы связана с тем, что двигательные способности школьников определяются, как правило, взаимодействием биологических, экономических, климатических, экологических и других условий жизни, что определяет их зависимость
от региона проживания. Поэтому объективно существует актуальная задача разработки региональных нормативов физической подготовленности детей и подростков школьного возраста для повышения эффективности работы по физическому воспитанию подрастающего поколения.
Для решения этой задачи необходимо разрабатывать методы моделирования возрастной динамики двигательных способностей школьников с учетом особенностей данного региона проживания, которые давали бы возможность вероятностного прогноза средних результатов моторных тестов в любом возрасте школьного периода, а так же в соседних возрастных интервалах, относящихся к дошкольному и юношескому возрасту соответственно.
Возможность математического моделирования возрастной динамики тестов двигательных способностей детей и подростков в период их биологического развития определяется бурным развитием в настоящее время методов нелинейной динамики и их использованием в хронобиологии и других естественных науках, в частности, наличием хорошо разработанных логистических моделей, описывающих различные процессы роста.
Детский и подростковый возрастной период приходится на интенсивный рост человека, поэтому естественно сопоставить результаты тестирования основных двигательных способностей школьников, во-первых, с «универсальными» аналитическими функциями роста, известными из литературы, а во-вторых, с динамикой роста длины тела и различных его частей и тканей. Первое необходимо для исследования возможности предсказания роста средних результатов тестирования, а также возраста максимального среднестатистического результата, а второе - для изучения роли различных частей организма и/или его подсистем в формирование среднего результата тестирования заданной двигательной способности школьника. Достоверность результатов таких исследований определяется тем, что подавляющее большинство школьников не являются спортсменами и не имеют опыта многолетних тренировок в данных видах тестирования, поэтому результаты тестирования, как ожидается, будут определяться, главным образом, стадией биологического развития школьников.
Целью настоящего исследования являлась: используя базу данных мониторинга физической подготовленности школьников г. Тамбова и известные методы обработки временных рядов выбрать оптимальные математические модели для описания возрастной динамики уровня физической подготовленности, а также выявить характерные ритмы двигательных способностей школьников.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве источника первичных данных использовалась электронная база данных о результатах моторных тестов школьников г. Тамбова в возрасте 7-17 лет общей численностью 1874 человека.
Для аппроксимации осредненных трендов результатов тестирования школьников аналитическими функциями применялся пакет компьютерных программ «Ориджин» ("Origin Nonlinear fitting"), который использует метод наименьших квадратов. Исходными семействами функций являлись логистические функции Ферхюльста-Пирла и Колмогорова-Вейбула [1], хорошо описывающие различные процессы роста. Для проведения корреляционного анализа данных тестирования с возрастными изменениями некоторых характеристик организма, например, длины тела, размера стопы и т. д. рассчитывали коэффициент корреляции k с помощью пакета программ «Mathcad».
Для исследования нерегулярной возрастной динамики результатов тестирования использовали методы спектрального анализа. Возрастная динамика представляет собой в общем случае широкополосный «сигнал», который можно разложить в ряд Фурье [5]:
f (t ) = ¿j F (*>)• Л®.
Функция F (а>) часто оказывается комплексной, поэтому в графических представлениях используют ее абсолютную величину ^(ю)|. Когда движение периодично или квазипериодично, функция ^ (®)| имеет ряд узких пиков или спектральных линий, указывающих, что сигнал можно представить дискретным набором гармонических функций. Однако, при приближении к хаотическому режиму, появляется непрерывное распределения частот и в полностью хаотическом режиме непрерывный спектр может преобладать над дискретными пиками [3]. Если измеряемая величина экспериментально задана дискретно (например, данные тестирования школьников, представленные в дискретные моменты времени), то использовали быстрое преобразование Фурье, которое является дискретным аналогом соотношения и определяется как
-2я( I-1)(У-1)
N _
Ту ) = ^ f (1) • e N , где I и У - целые числа [3].
I=1
В настоящем исследовании использовалась компьютерная программа Блэкмана, реализующая быстрое Фурье-преобразование дискретных временных рядов. Эта программа была выбрана из пакета аналогичных программ по результатам калибровочных тестов, использующих гармонические сигналы, сигналы в форме прямоугольника, а также сложных временных рядов с известными из литературы спектрами мощности [3, 5].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Кривые роста различных тканей органов тела, демонстрирующие четыре основных типа роста общеизвестны [3, 5]. Следует заметить, что эти кривые мало напоминают возрастную диаграмму результатов тестирования различных двигательных способностей школьников. Например, объем мозга на 95% формируется уже к 10 годам, а возрастное увеличение мозга от 10 до 17 лет не превышает 5%. Развитие репродуктивной системы и тела в целом имеет ярко выраженный пубертатный скачок в период полового созревания. Одним из качественных результатов настоящей работы является установленное отсутствие скачка данных тестирования в возрастном интервале, соответствующем пубертатному скачку роста (у девочек в 11-12 лет, у мальчиков в 14-15 лет). Поэтому корреляцию возрастной динамики результатов тестирования следует искать с возрастными изменениями отдельных частей тела, не демонстрирующих значительные пубертатные скачки. Это, прежде всего, кисть и стопа и, учитывая эффекты градиентного роста, прилегающие сегменты конечностей: предплечье, плечо и голень, бедро соответственно, а также возрастное увеличение содержания эритроцитов в крови, которое, во-первых, не имеет ярко выраженного пубертатного скачка, и, во-вторых, связано с ростом энергетических возможностей организма.
Нами проведено сравнение основных результатов возрастной динамики тестирования двигательных способностей школьников г. Тамбова с литературными данными возрастных изменений указанных сегментов, длины тела и содержания эритроцитов в крови [4].
Силовая способность (тест «подтягивание на высокой перекладине из виса» для юношей и «подтягивание на низкой перекладине из виса лёжа» для девушек). Корреляционный анализ кривых показывает, что самая высокая корреляция результатов подтягивания наблюдается с развитием кисти, плеча и предплечья, а также содержания эритроцитов в крови (все к >0.964), а самая низкая с ростом длины всего тела (к =0,925). Подобные корреляции наблюдаются и у девушек. Коэффициенты корреляции возрастной динамики подтягивания с ростом содержания эритроцитов у юношей еще выше к =0,953. Сравнение данных подтягивания юношей и девушек с возрастными изменениями содержания эритроцитов и силой сжатия рук демонстрируют расщепление этих зависимостей
по половому признаку: по силе сжатия рук - после 14 лет, по содержанию эритроцитов -после 12 лет, а по данным подтягивания - после 8-9 лет.
В период от 7 до 17 лет средняя длина тела юношей увеличивается приблизительно в 1,5 раза (от 115 до 178 см), а средняя масса тела - почти в три раза (от 20 до 60 кг). В тоже время возрастает почти в 6 раз среднее число подтягиваний (от 2 до 12). Сравним работу совершаемую школьниками 7 и 17 лет при подтягивании: A=mghN, где т - масса подростка, N - количество подтягиваний, h - высота подъема тела при подтягивании, £=9,8 м/с2 - ускорение свободного падения. Для оценки примем И^0,751, где I - длина плеча. У семилетнего подростка 17~24 см, т7-20 кг, а у семнадцатилетнего 117~40 см, т17—60 кг [4]. Согласно выше приведённой формуле, получим:
А7~20-9,8-0.75-0.24-2= 72Дж; и А17~60-9,80.750.412=2160Дж.
Если предположить, что на каждое подтягивание в среднем уходит 1 секунда, то средняя мощность движения, приходящаяся на одно подтягивание Р = А¡1 в возрасте 17 лет почти в 5 раз превышает соответствующее значение мощности движения в 7 лет (Р17-180 Вт, Р7 -36 Вт), а такие показатели как общие энергетические затраты отличаются более, чем в 40 раз: А17 /А7 -30. Поэтому подтягивание служит мерой «коэффициента
полезного действия» (к.п.д.) организма. Он в свою очередь зависит от эффективности работы каждой клетки (т.е. «к.п.д. клетки»), который определяется в значительной степени ее кислородным питанием, т. е. содержанием эритроцитов в крови и ряда других факторов (развитием грудной клетки, кровеносной системы и т.д.). Этими обстоятельствами, видимо, объясняется высокая корреляции результатов подтягивания школьников обоего пола не только с возрастным развитием конечностей плечевого пояса, но и с содержанием эритроцитов в крови.
Возрастные зависимости результатов прыжка в длину с места I и длины Ь стопы, голени и бедра, демонстрирующие очень высокую корреляцию к>0,999, которая несколько уменьшается в последовательности: прыжок-стопа (к12=0,9997), прыжок-голень (к13=0,9996), прыжок-бедро (к14=0,9993). Практически такое же соотношение коэффициентов корреляции наблюдается для теста «бег, 30 метров».
В то же время, для теста на общую выносливость «6-минутный бег» - разница между коэффициентами корреляции уменьшается: к12=0,9969, к13=0,9960, к14=0,9945. Это означает, что на длинных дистанциях все сегменты нижних конечностей приблизительно в равной степени «отвечают» за результат тестирования. При беге на короткие дистанции, а также при прыжках в длину роль стопы несколько выше роли голени и бедра. Очевидно, что результат в прыжке с места зависит от подъема стопы, который при нормальном развитии школьника растет пропорционально размеру стопы. Отсюда, по-видимому, и следует несколько повышенная роль стопы при испытаниях в прыжке и спринте.
Отмеченная корреляция резко уменьшается при тестировании координационной способности «челночного бега 3*10 метров». Коэффициент корреляции возрастной динамики результатов челночного бега и изменения размеров стопы составляет к12=0,751, а в случае бега на 30 м к12=0,9969. Очевидно, что вклад одного фактора (стопы) в конечный результат более сложного теста («челночный бег») ниже, чем при более простом тесте на развитие скоростных способностей («тест «бег, 30 метров»»). Отсутствие пубертатного скачка при тестировании скоростной способности предположительно связано с тем, что увеличение длины тела в период полового созревания реализуется, в основном, за счет роста туловища, а пубертатный скачок нижних конечностей выражен слабо, особенно у стопы.
ВЫВОДЫ
1. Выявлена высокая степень положительной корреляции между возрастной ди-
намики подтягиваний с возрастным изменением длин сегментов рук (кисти, предплечья и
плеча), а также содержанием эритроцитов в крови. В моторных тестах «прыжок в длину с места», «бег на дистанцию 30 метров с высокого старта» и «6-минутного бега» - с возрастным изменением длин сегментов нижних конечностей (стопы, голени и бедра).
2. Установлено, что возрастные тренды «челночного бега 3*10 м» у юношей и девушек показывают меньшую степень корреляции с изменением длины нижних конечностей (k=0,751), чем в случае «бега на 30 м» (k=0,997).
3. На основе спектрального анализа нерегулярной возрастной динамики тестов школьников на фоне хаотической составляющей выявлены три характерных ритма: 26±4 мес., 812 мес., и около 2.6 мес. Предположительно ритм с периодом 212 мес. обусловлен пиком физической активности детей после школьных каникул, а остальные ритмы возникают вследствие взаимодействия эндогенного года с сезонами зимних и летних каникул.
ЛИТЕРАТУРА
1. Базыкин, А. Д. Нелинейная динамика взаимодействующих популяций / А. Д. Базыкин. -Москва-Ижевск : Изд-во Ин-та компьютерных технологий, 2013. - 368 с.
2. Губа, В.П. Морфологические исследования в спорте / В.П. Губа. - М. : СпортАкадемПресс, 2000. - 120 с.
3. Дженкинз, Г. Спектральный анализ и его приложения / Г. Дженкинз, Д. Ваттс. - М. : Мир, 1972. - 287 с.
4. Доскин, В.А. Биологические ритмы растущего организма / В.А. Доскин, Н.Н. Куинджи. - М. : Медицина, 1989. - 224 с.
5. Колмогоров, А.Н. Исследование уравнения диффузии, соединенной с возрастанием количества вещества, и его применение к одной биологической проблеме / А.Н. Колмогоров, И.Г. Петровский, Н.С. Пискунов // Бюллетень МГУ. - 1937. - Т. 1. - № 6. - С. 1-26.
REFERENCES
1. Bazykin, A.D., (2013), Nonlinear dynamics of interacting populations, Institute of Computer Technology, Moscow-Izhevsk.
2. Guba, V.P. (2000), Morphological studies in the sport, SportAkademPress. Moscow.
3. Jenkins, G. and Watts, D. (1972), Spectral analysis and its applications, Mir, Moscow.
4. Doskin, V.A., and Kuindzhi, N.N. (1989), Biological rhythms of the growing organism, Medicine, Moscow.
5. Kolmogorov, A.N., Petrovsky, I.G. and Piskunov, N.S. (1937), "Research of the equation of the diffusion connected to increase of amount of substance and its application to one biological problem", Bulletin of Moscow State University, Vol. 1. No. 6, pp. 1-26.
Контактная информация: [email protected]
Статья поступила в редакцию 10.12.2015
УДК 796.412
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СИНХРОННОСТИ ИСПОЛНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ СПОРТСМЕНКАМИ В ГРУППОВЫХ ГИМНАСТИЧЕСКИХ
УПРАЖНЕНИЯХ
Наталья Александровна Шевчук, кандидат педагогических наук, доцент, Екатерина Валерьевна Турчина, преподаватель, Волгоградская государственная академия физической культуры (ФГБОУВО «ВГАФК»)
Аннотация
Статья посвящена изучению вопросов оценки исполнительского мастерства участниц групповых упражнений в технико-эстетических видах спорта. Классифицированы виды ошибок, допускаемых в синхронном исполнении групповых двигательных действий, предложена методика их оценки на основе определения коллективного ритма.
