CC BY
33СПОРТ И ОБРАЗОВАНИЕ
ПСИХОБИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИМ УПРАЖНЕНИЯМ
Е.С. Бойко
В многочисленных моделях, предложенных для формализации движений человека, описываются рассмотренные Н. А. Бернштейном феномены (образ, программа, движение, действие), и в которых еще не найден, а только ищется адекватный сложной исследуемой реальности язык описания. Пока этот язык в большей степени описательный, чем объяснительный, поскольку исследователям открывается огромная новая область, соизмеримая по сложности с тем, что классическая наука назвала психикой, оставляя на периферии своего внимания моторику. Последняя интерпретировалась как само собой понятная механическая часть жизни, которая, однако, сама является исключительно сложной системой, и, что самое главное, находится в неразрывной, диалектической взаимосвязи с психикой: эти две стороны деятельности человека взаимно изменяются и развиваются, и здесь требуется выявление их взаимовлияния и взаимопроникновения, ибо познав закономерности их взаимодействия, можно говорить и отдельно о построении организации этих двух компонентов жизнедеятельности организма человека.
Мы предполагали, что использование новейших компьютерных технологий, позволяющих регистрировать мельчайшие отклонения (разбросы) в характеристиках двигательных действий и специального компьютерно-математического анализа получающихся в этом случае огромных массивов информации позволят внести некоторые уточнения и дополнения в модель двигательного действия.
Целью проведенных исследований было выявление количественно-качественных характеристик внешней и внутренней структуры организации и управления нервно - мышечным аппаратом человека при формировании двигательных умений в процессе обучения движениям. Объектом исследования являлись двигательные режимы физических упражнений. Новизна подхода к объекту исследования заключалась в том, что двигательные действия рассматривались как психические акты с физическими проявлениями, которые представляли собой системы со сложной иерархией соподчинения элементов, способные к самоорганизации (адаптации) и вероятностным характером их взаимодействия с окружающей средой. Так как только в функциях «разброса», то есть, в незначительных по величине отклонениях параметров взаимодействия с окружающей средой, скрыта деятельность механизмов центрального управления и саморегуляции (включая высший уровень управления - психику человека), то для выявления особенностей двигательных действий и их учете при организации процесса обучения движениям требуется создание принципиально нового обеспечения их диагностики (методологического, методического и аппаратурного).
Методологической основой может стать новое научное направление - антропоцентрическая вариационная психобиомеханика, сущность которой состоит в изучении вероятностных свойств динамических рядов характеристик двигательной активности человека как случайным образом разворачивающихся во времени и пространстве психибиомеханических процессов, представляющих собой способы решения двигательных задач, формируемых в сознании личности. Причём возникающие «разбросы» в параметрах движений рассматриваются как характеристики процессов построения и удержания образа движения, разработки плана двигательного действия, детальной программы его выполнения и процесса непосредственного взаимодействия двигательного аппарата с внешней средой.
Разработано новое средство для изучения двигательных действий - метод биокибернетического микросинтеза и системного анализа характеристик движений, который основан на
118
Спорт и образование
выделении, анализе, качественной и количественной оценках факторов, отражающих эффективность функционирования механизмов центрального управления движениями в различных условиях выполнения упражнений.
Для того чтобы выделить и оценить составляющие колебательных контуров параметров движений, создан исследовательский комплекс компьютерно-инструментального получения, синтеза и экспресс-анализа характеристик движений.
Компьютерно-математический анализ полученных в проведенных исследованиях характеристик движений в беговых и прыжковых упражнениях, в метаниях, в психомоторных тестах, в деятельности сердечной мышцы показал:
I. Характер изменения исследуемых параметров и их статистические данные действительно характеризуют динамические ряды биомеханических характеристик как случайный процесс.
II. В этих случайных процессах заключены две категории процессов - стационарные и нестационарные.
Стационарные процессы проявляются в параметрах движений как процессы, ряды характеристик которых приближаются к гармоническим колебательным контурам: гистограммы распределения значений параметров стремятся принять вид кривых нормального распределения, графики спектров характеристик «прижимаются» к оси абсцисс, характеризуя незначительные «мощностные» и «энергетические» затраты в этой зоне движений, кривые их автокорреляционных функций быстро «затухают».
Стационарный процесс характеризует собой равновесные, устойчивые движения спортсменов, которых они достигли в результате двигательной деятельности за предыдущие периоды обучения. Можно сказать, что в этом случае, в сформированном образе действия, как в интегральном отражении действительности, сформированная предыдущим опытом психическая составляющая (ценносто-смысловые личностные отношения к деятельности, чувства пространства, траектории и формы движений, цель, план и программа выполнения движений) и выработанная в движениях биодинамическая составляющая (мозаика функционирования активных элементов двигательного аппарата - мышц и биодинамика силового взаимодействия двигательной системы человека с внешним силовым полем) находятся в диалектическом динамическом равновесии.
Стационарный процесс - это ядерный элемент системы движения, являющийся главным элементом всей иерархии системы и имеющий управленческую функцию. Главная ее цель -природосообразность, то есть установление такого режима функционирования, при котором достигаются минимальные затраты энергии в единицу времени и обеспечивается максимальная жизнеустойчивость.
Выявлено, что стационарность (гармоничность) движений есть не что иное, как организация движений на таком скоростном уровне, где в результате адаптации достигается возможность максимального движения по инерции - мощностные и энергетические добавки спортсмена по развитию положительного ускорения в одной фазе движения компенсируются инерционной силой при торможении - отрицательном ускорении. Отсюда общая мощность и энергия, требуемые для управления этим режимом, незначительны.
Изменения в биомеханической структуре движения в стационарном процессе можно рассматривать как приближение биомеханических систем по своим внешним свойствам (гармонические колебания) к механическим системам. Действительно, для биологических систем другие, не импульсные режимы просто невыгодны. Живая система не может позволить себе роскошь сжигать энергию постоянно. Эволюция привела к созданию таких рациональных биомашин, деятельность которых основана на импульсных расходах энергии в тех звеньях системы, где необходимо производить наибольшую работу. Иными словами, адаптация биосистемы человека к окружающему силовому полю - это выработка умений согласовывать импульсное переключение акцентов мышечных напряжений с главными моментами выполнения двигательных заданий при эффективном использовании энергетического потенциала внешнего силового поля.
Автономия личности - 2010 - №1(1)
119
И это равновесие - гармоничность (ядро системы) - есть всего лишь срез кривой изменения степени стационарности в случайных режимах обучающихся, а динамика развития заключается в том, что в реальных условиях процесса обучения нервно-мышечная система начинает функционировать в двух режимах: стационарном и переходном (нестационарном).
Характеристики нестационарного процесса - это параметры двигательных действий учащихся, пытающихся «прорваться» в более интенсивную часть силового пространства, где в ответ на их «желание» развить большие скорости и ускорения, среда отвечает адекватным появлением значительных сил, действующих против движения. Для выхода на более высокий уровень характеристик двигательных действий, необходимы поправки в психической составляющей пространственного образа движений, именуемые в практике «настройками», «самоустановками», «волевыми усилиями» и т. д., спортсменов. В высших психических центрах управления движениями происходят изменения чувственной (психической) ткани образа, динамическое равновесие психической и биодинамической составляющих нарушается, и изменения психической составляющей детерминируют конкретные сдвиги в биодинамике взаимодействия двигательного аппарата с окружающей средой. Опыты показали, что в этом случае спортсмен переходит на движения, характер которых можно представить как наложение друг на друга уже изученного стационарного и нового вынуждающего колебательных контуров, которое проявляется в характеристиках двигательных действий как режим вынужденных колебаний. Гистограммы распределения характеристик движений начинают отличаться от нормального распределения, «сдвигаются» по оси параметров в сторону их больших значений, «вытягиваются» вверх (растут амплитуды мод и частоты в интервалах распределения биомеханических показателей), «сужаются» у основания (уменьшаются: число интервалов распределения и среднеквадратические отклонения характеристик). Резко увеличивается выделяемая обучающимися «мощность», которая в спектрах характеристик движений концентрируется в зоне более низких частот изменения параметров движений, кривые автокорреляционных функций параметров долго не «затухают», увеличивается активность мышц, являющихся «ведущими» элементами межмышечной координации, и уменьшается активность мышц, играющих в движениях второстепенную роль.Установлено, что нестационарные двигательные режимы лежат в определенном диапазоне. Левой границей является стационарный двигательный режим, а правой - предельный рекордный режим движений, на который спортсмен выходит при самых удачных стечениях обстоятельств. Этот предельный двигательный режим лимитируется общими законами регулирования, которым подчиняется и адаптивная биосистема человека - законами надежности и устойчивости в управлении. В проведенных исследованиях выявлено, что все выполняемые спортсменами движения располагаются между равновесным стационарным и предельно возможным нестационарным, причем:
1. Двигательные режимы, лежащие в районе стационарного можно охарактеризовать как движения с незначительными «волевыми» установками в психической составляющей образа движений и малыми приростами в биодинамике движений, однако такие стационарные режимы могут достаточно «долго» существовать.
2. Двигательные режимы, приближающиеся к «предельной» границе возможных переходных двигательных действий, характеризуются более высокими «волевыми» (психическими) установками и характеристиками движений, но такие двигательные действия долго не «существуют» - нервно-мышечная система спортсмена «мощнее» стремится вернуться в исходное стационарное состояние; именно поэтому набираемые в отдельные моменты максимальные значения параметров движений удерживаются короткое время.
Выявлено, что двигательные действия спортсменов представляют собой случайные колебательные процессы, в которых на стационарные процессы накладываются действующие «долго» но незначительно интенсивные нестационарные процессы и более «мощные» нестационарные процессы, «существующие» короткое время.
120
Спорт и образование
Опыты показали, что в процессе обучения, благодаря интерференционным процессам, протекающим в вынужденных колебательных контурах характеристик движений (адаптации), меняется в первую очередь биодинамическая составляющая образа движения, которая вновь приближается к стационарным режимам двигательных действий и детерминирует эффективные преобразования в психической составляющей образа. В сформированном в результате активного обучения новом образе движений, психическая и биодинамическая его составляющие вновь находятся в динамическом равновесии, которое трансформируется в новые стационарные двигательные режимы, происходящие с уже большими скоростями, так же при обеспечении минимальных затрат мощностей и энергий. Экспериментальные данные позволяют прийти к выводу о том, что непрерывность обучения есть диалектический процесс, который развивается во времени и пространстве по «спирали».
На низших витках спирали, на начальных стадиях обучения движениям происходит формирование начального стационарного режима выполнения движений. Гистограммы распределений параметров движений характеризуются низкими значениями амплитуд мод, отрицательными величинами эксцессов, большим количеством интервалов, что свидетельствует о большом разбросе и вариативности характеристик движений и о значительном отличии гистограмм от кривых нормального распределения. В спектрах характеристик движений спектральная плотность распределяется хаотично на всех частотах изменения характеристик движений - выделить стационарную составляющую колебательных процессов параметров движений невозможно. Кривые автокорреляционных функций характеризуют двигательные действия как случайный процесс, в котором выделить стационарную составляющую также затруднительно. Через двигательные действия занимающихся, реализующих в движениях соответствующие этим условиям двигательные задания постепенно формируется пространственный образ выполняемых движений и, в первую очередь, его «чувственная», психическая составляющая, которая через все более эффективные управляющие механизмы детерминирует, и более совершенную биодинамику, в которой все больше проявляются и растут показатели стационарных двигательных режимов. Они, в свою очередь, формируют, вероятно, новую стационарную составляющую психической ткани пространственного образа движений. Все более обозначается динамическое равновесное состояние между психической и биодинамической составляющими образа движений. В предложенной модели спирали непрерывного обучения движениям - это завершение определенного ее витка, откуда по той же схеме в динамической борьбе и совместном совершенствовании психики и биодинамики движений в конкретных, выполняемых спортсменом двигательных задачах пойдет новый виток спирали роста спортивного мастерства. И на витке спирали, соответствующем высшему спортивному мастерству, у спортсменов формируется четкий образ выполняемого упражнения, в котором динамическое равновесие психической и биодинамической составляющих проявляется в двигательных действиях как стационарный процесс, но в котором наблюдается более высоко-организованное нормальное распределение двигательных характеристик и, кроме того, гистограммы распределений параметров двигательных действий сдвигаются по оси параметров в сторону их увеличения. Кривые спектров характеристик больше приближаются к оси абсцисс, а графики автокорреляционных функций быстрее «затухают».
Таким образом, непрерывность процесса обучения движениям обеспечивается тем, что в двигательных структурах всегда присутствует определенным образом построенная динамически устойчивая композиция (стационарный процесс) - концентр обучения, который, во-первых, является базисом, на чем строятся все реальные двигательные режимы спортсменов, воспроизводимые ими в процессе обучения и совершенствования, а, во-вторых, эта композиция-концентр непрерывно развивается. Опыты показали, что математические показатели и выражения (интервалы и частоты гистограмм распределения параметров двигательных действий, их эксцессы, асимметрии, среднеквадратические отклонения, моды и их амплитуды, значения спектральной плотности и их распределения, значения автокорреляционных
Автономия личности - 2010 - №1(1)
121
функций и т.д.) в научном сознании и практике становятся количественно-качественными характеристиками внешней и внутренней структуры организации и управления нервномышечным аппаратом человека, эффективности выполняемых двигательных заданий и применяемых при обучении движениям педагогических приемов.
