CC BY
46
УДК 196
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ УГЛА В КОЛЕННОМ СУСТАВЕ,
КАК ОЦЕНКА СПОСОБНОСТИ К РЕГУЛИРОВАНИЮ КИНЕМАТИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
© Александр Николаевич ФУРАЕВ
Московская государственная академия физической культуры, п. Малаховка, Московская область, Российская Федерация, кандидат педагогических наук, профессор, зав. кафедрой биомеханики и информационных технологий,
e-mail: [email protected] © Григорий Евгеньевич ШУЛЬГИН Московская государственная академия физической культуры, п. Малаховка, Московская область, Российская Федерация, старший преподаватель кафедры биомеханики и информационных технологий, e-mail: [email protected]
Современные системы автоматизированного контроля за техникой выполнения спортивных двигательных действий предполагают получение оперативной информации о значениях биомеханических показателей реализованного спортивного упражнения. В случае коррекции допущенных ошибок предполагается именно регулирование биомеханических показателей. Обсуждается возможность регулирования человеком угловых величин в коленном суставе. Показаны некоторые особенности такого регулирования, которые необходимо учитывать в процессе совершенствования спортивных двигательных действий.
Ключевые слова: автоматизированный контроль за биомеханическими показателями; точность регулирования угловых величин.
Результативная соревновательная двигательная деятельность является основной целью на всех уровнях квалификационной структуры: от начинающих спортсменов до мастеров спорта международного класса. Спортсмены могут достичь высоких результатов, реализуя на практике специфику соревновательного упражнения, с учетом составляющих системы двигательной деятельности.
Эффективность управления двигательными действиями определяется согласованностью работы центральной нервной системы в целом и особенно ее анализаторными, которые непосредственно участвуют в этом процессе.
Совершенствование техники выполнения спортивного двигательного действия немыслимо без выявления допущенных ошибок и последующего их исправления. Как правило, коррекция двигательного действия сводится к управлению определенными биомеханическими показателями. В настоящее время достаточно хорошо изучена возможность человека управлять отдельными характеристиками выполняемого двигательного действия. Особенно активно в области спорта это на-
правления развивалось В.С. Фарфелем и его последователями [1]. Детально изучались возможности спортсменов в управлении временными, силовыми и пространственными характеристиками.
Развитие этого направления позволило на базе современной микропроцессорной техники создать специализированные автоматизированные комплексы для оперативного экспресс-контроля за спортивной двигательной деятельностью. Такой комплекс, включающий в себя информацию о характеристиках выполняемого упражнения, ее обработку и оперативное представление занимающемуся методических рекомендаций, фактически будет представлять собой автоматизированную информационно-советую-щую систему [2].
Развитие этих новых исследовательских направлений представляется чрезвычайно важным для формирования обновленной теории и принципиально новых технологий спортивной тренировки. В методологическом плане здесь можно было бы сосредоточиться на поиске теоретических и проектно-конструкторских походов к разработке систем автоматизированного мультипараметрического
контроля за динамикой состояния разных сторон подготовленности атлета, его здоровья и аналитической обработки его результатов с разной степенью срочности и дискретности получения и анализа информации, вплоть до “on line” режима при мониторинге биомеханических и функциональных параметров в процессе проведения тренировочного занятия. При этом необходимо ориентироваться на использование новейших или находящихся на стадии разработки перспективных компьютерных технологий и методов отведения данных, обеспечивающих реализацию методов их математико-статистического анализа, математического и математико-статистического моделирования и прогнозирования параметров развития систем двигательных действий и их реакций на внешние воздействия как конструктивного, так и деструктивного характера [3].
Обсуждая различные аспекты регистрации, обработки, анализа и представления информации из поля зрения часто выпадает один аспект. Когда мы предлагаем скорректировать спортсмену длительность какой-либо части выполняемого упражнения, изменить угол в коленном или локтевом суставе или же увеличить усилия на некоторую величину, то выполнить эти коррекции, как правило, необходимо на вполне определенную величину. Например, уменьшить длительность фазы на 0,01 с или увеличить угол в коленном суставе на 3°. Однако в спорте при его высоких физических нагрузках и напряженной деятельности человеку приходится решать задачи точностной коррекции на фоне максимальных физических и нервных напряжений, часто под воздействием значительного утомления. Поэтому, вводя в учебно-тренировочный процесс обратную связь для оперативной коррекции биомеханических параметров двигательной деятельности, необходимо четко представлять возможности самого спортсмена по управлению этими параметрами. К тому же необходимо отметить, что в спорте, как правило, движения осуществляются одновременно в нескольких крупных суставах и со значительными усилиями. Таким образом, можно констатировать, что обозначенная проблема в спорте еще далека от решения. В качестве отработки подхода по оценки возможности управления биомеханическими параметрами мы выбрали зна-
чения угла в коленном суставе. Эксперимент проводился следующим образом. Испытуемым, студентам Московской государственной академии физической культуры, предлагалось воспроизвести заданный угол в коленном суставе. Для контроля величины угла использовался электрогониометр, сигнал с которого вводился в компьютер через аналого-цифровой преобразователь USB-6008
фирмы National Instruments. Обработка данных и текущий анализ проводился с помощью специально подготовленной программы в среде LabVIEW [4].
Эксперимент состоял из двух этапов.
Основная идея первого этапа - моделирование внутреннего представления двигательных действий. В этой части исследования нас интересовало, насколько точно испытуемые могут воспроизвести свой же угол в коленном суставе, который они принимают во время выполнения прыжка вверх с места. Для этого первоначально каждому испытуемому предлагалось выполнить три раза обычный прыжок с места вверх. Во время выполнения прыжка с помощью электрогониометра проводилась регистрация угла в коленном суставе. После этого перед ним ставилась задача воспроизвести позу подседа, которую, по его мнению, он принимает во время прыжка вверх. Здесь также регистрировался угол в коленном суставе.
Результаты эксперимента показали, что воспроизведение угла в коленном суставе практически всегда больше в среднем на 12°, чем при выполнении обычного прыжка. Различие статистически достоверно.
Таким образом, ощущения в статике не совпадают с ощущениями реализации в динамике. Следовательно, можно предположить, что внешнее действие и внутреннее представление о выполнении этого действия совпадают далеко не всегда.
Второй этап исследования проходил по следующей схеме: вначале испытуемому
предлагалась запомнить определенный угол, а затем воспроизвести его. Для этого на коленный сустав правой ноги испытуемого одевался электрогониометр, информация с которого, попадая в компьютер, обрабатывалась таким образом, что при достижении необходимого значения угла подавался звуковой сигнал и загорался на экране специаль-
ный индикатор. Таких попыток предлагалось выполнить 3-4.
После этого испытуемый пытался воспроизвести этот же угол. Подсев до угла в коленных суставах, значение которого испытуемый считал соответствующим заданному, он сообщал экспериментатору, который и подавал команду компьютеру на запоминание достигнутого значения угла. Зарегистрированный угол и отклонение от заданной величины выводятся на экран.
По результатам воспроизведения заданного угла испытуемый вновь пытался скорректировать величину подседа. Всего предлагалось выполнить 3 попытки. После этого испытуемому вновь давалось задание запомнить новую величину угла и опять попытаться его воспроизвести. Предлагались следующие величины углов: 120° , 110°, 105° и 115°.
Всего в эксперименте приняло участие 19 человек.
В табл. 1 представлены средние величины воспроизводимых углов в зависимости от задаваемых значений по всем трем попыткам.
Полученные материалы позволяют сделать следующие выводы:
- среднее значение воспроизводимых углов во всех трех попытках только при угле 120° больше заданного, а в углах 110°, 105°, 115° - меньше;
- изменения средних величин воспроизводимого угла только при угле в 120° уменьшается от первой попытке к третьей.
Проверка статистической значимости различий между заданной величиной угла и воспроизведенной представлена в табл. 2.
Анализ проводился с помощью одновыборочного /-критерия Стьюдента. Из табл. 3 видно, что во второй и третьей попытках в угле 110° и в третьей попытке в 115° - различия эти статистически достоверны на 5%-м уровне значимости, а в первой попытке при угле в 110° и второй при угле в 105° различия лишь немного не дотягивают до статистически значимых и не превышают р < 0,09. Таким образом, исследование показало, что из проанализированных углов наиболее сложным для воспроизведений оказался угол в коленном суставе в 110°.
В то же время сравнение средних значений отклонения от заданных углов с помощью дисперсионного анализа показало, что различия статистически достоверны только между средними отклонениями в углах 120° и 110° (средние отклонения достоверно отличаются при уровне значимости р < 0,09).
Значительно больше достоверных различий было отмечено при сравнении варьирования воспроизводимых значений от заданных норм. В табл. 3 по всем трем попыткам для каждого угла приведены величины стандартных отклонений.
Таблица 1
Средние значения воспроизводимых углов
Попытка Заданные углы
120° 110° 105° 115°
1 121,9 107,3 102,9 114,4
2 121,0 103,7 102,4 114,9
3 120,2 106,5 103,9 111,7
Таблица 2
Достоверность отклонения воспроизводимых углов от заданных
Попытка Заданные углы
120° 110° 105° 115°
Ґ Р Ґ Р Ґ Р Ґ Р
1 0,850 0,406 1,880 0,076 1,400 0,179 0,307 0,762
2 0,517 0,612 2,470 0,023 1,800 0,089 0,051 0,960
3 0,072 0,943 3,260 0,004 1,040 0,310 2,750 0,014
Из представленных данных видно, что наибольшая вариативность наблюдалась во второй попытке при воспроизведении угла в 110° (более 10°). В целом можно отметить некоторую тенденцию уменьшения рассеивания данных от углов в 120° к углу 105°.
От попытки к попытке происходило достоверное уменьшение колеблемости регистрируемых значений. Исключение составляет только угол в 120°. В других же углах в последней попытке по сравнению с первой или второй попыткой происходило статистически достоверное сокращение показателей колеблемости (сравнение проводилось с помощью Б-критерия Фишера, преобразовав предварительно стандартные отклонения в дисперсии).
Проведенный статистический анализ позволил выявить основные закономерности изменения регистрируемого показателя - угла в коленном суставе в процессе воспроизведения его заданного значения. Однако так как нас интересовала не столько сама величина воспроизведенного угла, сколько величина отклонения от заданной нормы, было
решено рассмотреть значения и абсолютных величин отклонения. Средние абсолютные отклонения для каждого из анализируемых углов по всем трем попыткам приведены на рис. 1. Здесь величины воспроизводимых углов приведены в порядке убывания, а не в той последовательности, в которой они предлагались испытуемому.
Приведенные данные позволяют заключить, что по мере уменьшения углов в коленных суставах (увеличения глубины подседа) наблюдается и некоторое уменьшение абсолютной ошибки его воспроизведения. Причем интересно отметить, что эта закономерность четко прослеживается в первой и третьей попытке. Величина же среднего абсолютного отклонения во второй попытке -первая коррекция от угла к углу меняется незначительно и только при самом малом угле в 105° начинает уменьшаться. Сравнение средних абсолютных разностей от попытки к попытке в каждом из углов оказалось статистически недостоверным на 5%-м уровне значимости.
Таблица 3
Стандартные отклонения воспроизведений заданных углов
Попытка Заданные углы
120° 110° 105° 115°
1 9,7 6,0 6,3 8,4
2 8,4 10,8 6,1 9,7
3 8,9 4,5 4,2 5,0
Следовательно, обобщая результаты приведенного исследования можно сделать вывод, что:
- угол в коленном суставе, который принимает человек во время прыжка с места вверх, зачастую не полностью осознается испытуемыми;
- в диапазоне углов в коленном суставе от 105° до 120° наименее точно воспроизводится угол в 110°;
- величина среднего абсолютного отклонения в угле в коленном суставе, воспроизводимого при его имитации, может составлять до 10°.
Отмеченные выше закономерности необходимо учитывать при совершенствовании техники выполнения спортивных двигательных действий и при создании автоматизиро-
ванных систем для оказания помощи в ее коррекции.
1. Фарфель В.С. Управление движениями в спорте. М., 1975.
2. Фураев А.Н. Автоматизированные информа-ционно-советующие системы в оперативной коррекции двигательных действий спортсменов // Теория и практика физической культуры. 2007. № 2. С. 26-29.
3. Бальсевич В.К. Перспективы развития общей теории и технологий спортивной подготовки и физического воспитания (методологический аспект) // Теория и практика физической культуры. 1999. № 4.
4. Трэвис Дж. LabVIEW для всех. М., 2008.
Поступила в редакцию 11.05.2013 г.
UDC 796
REPRODUCTION OF ANGLE OF KNEE JOINT AS ASSESSMENT OF ABILITY TO CONTROL THE KINEMATIC CHARACTERISTICS OF MOTOR ACTIVITY
Aleksander Nikolayevich FURAYEV, Moscow State Academy of Physical Education, Malakhovka, Moscow region, Russian Federation, Candidate of Education, Professor, Head of Biomechanics and Information Technologies of Department, e-mail: [email protected]
Grigoriy Evgenyevich SHULGIN, Moscow State Academy of Physical Education, Malakhovka, Moscow region, Russian Federation, Senior Lecturer of Biomechanics and Information Technologies of Department, e-mail: [email protected]
Modern systems of automated control of sport physical actions execution involve the acquisition of current information for values of biomechanical indices of realized activity. In case of correction of introduced error it is assumed to regulate biomechanical index. The possibility how to control angular values of knee-joint is considered. Particular features, which are necessary to take into account in the process of perfection of physical activities, are described.
Key words: automated control of biomechanical index; accuracy control of angular value.
