УДК 37,025

СОВРЕМЕННАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОМЕХАНИКИ НАПАДАЮЩЕГО УДАРА В ВОЛЕЙБОЛЕ

Воронов Андрей Владимирович1, Усков Владимир Андреевич2, Азевич Алексей Иванович3
1Всероссийский научно-исследовательский институт физической культуры, доктор билогических наук
2Московский городской педагогический университет, доктор педагогических наук, профессор кафедры теории и методики базовых видов физического воспитания
3Московский городской педагогический университет, кандидат педагогических наук, доцент кафедры информатизации образования

Аннотация
В статье рассматривается структура двигательного действия, а также комплексная инструментальная технология регистрации, обработки и оценки биомеханических характеристик спортсменов.

Ключевые слова: биоэлектрическая активность мышц., структура двигательного действия, техника штрафных бросков, тренажерно-исследовательский комплекс


MODERN RESEARCH METHODOLOGY BIOMECHANICS ATTACK HIT VOLLEYBALL

Voronov Andrey Vladimirovich1, Uskov Vladimir Andreevich2, Azevich Alexey Ivanovich3
1All-Russian research Institute of physical culture, doctor of biological Sciences
2Moscow city pedagogical University, doctor of pedagogical Sciences, Professor of Department of theory and methodology of basic physical education
3Moscow city pedagogical University, candidate of pedagogical Sciences, docent of the Department of Informatization of education

Abstract
The article discusses the structure of motor actions, and complex instrumental detection technology, processing and evaluation of the biomechanical characteristics of athletes.

Keywords: the electrical activity of muscles., the structure of motor actions, the technique of free throws, training & research complex


Рубрика: 13.00.00 ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Воронов А.В., Усков В.А., Азевич А.И. Современная методология исследования биомеханики нападающего удара в волейболе // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 5. Ч. 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/05/51418 (дата обращения: 30.09.2017).

Общеизвестно, что под методологией понимают «совокупность методов, применяемых в какой-либо науке». Рассмотрим методологию биомеханики нападающего удара волейболиста.

Для этого приведем серию измерений, связанных с показателями техники выполнения нападающих ударов.  Они регистрировались с помощью ниже описанных методов:

1) метод трехканальной динамометрической платформы фирмы «Kastler» для регистрации и анализа опорных взаимодействий спортсмена в 3-х плоскостях (рис.1);

2) метод многоканальной (8 каналов) электрокимографический системы «Медикор», предназначенный для регистрации и анализа параметров мышечной координации спортсмена в процессе выполнения игрового двигательного действия;

3) метод видеосистемы, разработанный в лаборатории биомеханики ВНИИФК, предназначенный для биомеханического анализа игровых двигательных действий (кинематических и динамических характеристик);

4) метод оптикоэлектронной системы «Сел-спот» для регистрации и анализа кинематики игровых двигательных действий спортсмена;

5) метод интегральных датчиков для измерения фаз двигательного акта, состоящий из специальных контактных, емкостных тензодатчиков.

Для обработки полученных результатов исследования  использовались: блок интерфейсов, служащих для конструктивной, энергетической и логической стыковки вышеописанных измерительных блоков и компьютера; компьютер модели IBM-486, предназначенный для обработки результатов измерений и выдачи интегральных характеристик игровых двигательных действий; принтер, служащий для цифровой и графической регистрации (отображения) биомеханических параметров игровых двигательных действий; монитор (дисплей) для визуального контроля и анализа биомеханических параметров двигательного акта.

Рис. 1   Блок-схема тренажерно-исследовательского комплекса регистрации биомеханических характеристик спортсменов

Тренажерно-исследовательский комплекс (стенд) включает в себя пакет специально разработанных компьютерных программ для измерения, регистрации и интерпретации результатов экспериментальных исследований.

В ходе наблюдений за движениями спортсменов регистрировались следующие показатели: реакции опоры, электромиограмм, углов, угловых скоростей и ускорений. В эксперименте использовалась электротензометрическая платформа «Кислер» размером 600×400 мм. Это позволяло регистрировать усилия левой и правой ноги спортсменов в процессе выполнения игровых приемов.

Сигналы с тензометрических датчиков платформы усиливались через многоканальный тензоусилитель, а файл данных регистрировался в памяти ЭВМ. В процессе выполнения игровых приемов в память компьютера фиксировались три составляющих, передаваемых с тензометрической платформы: вертикальное усилие , горизонтальное усилие  и переднее (заднее) усилие. Параллельно с записью усилий с тензометрической платформы записывалось число кадров, отснятых видеокамерами. Метод обработки ЭМГ разработал  А.В. Воронов (2001). При обработке ЭМГ выявлены несколько стадий:

1) низкочастотная фильтрация (отсекали верхнюю ЗДБ точку);

2) выпрямление или инвертирование;

3) пропуск через математическую конструкцию с целью удаления взаимовлияния каналов;

4) интегрировали с временным окном 25 м/секунд;

5) сглаживали низкочастотным 12 Гц фильтром (Баттерворта 2 порядка).

Рассмотрим пункт 3) более подробно. Предполагая, что максимальная амплитуда реального сигнала ЭМГ (Ер) равна 1, а амплитуда шума (Еш) вследствие взаимовлияния каналов усилителя и распространения накожного электрического сигнала ЭМГ и возведении в квадрат предполагаемых амплитуд Ер, Еш получим, что «полезный» сигнал ЭМГ Ер = Ер2 + Еш2 = 1,037 будет изменен не более, чем на 3,7%. Интегрирование проводили с шагом (окном) 25 мс. Определяли максимум интегрированного сигнала ЭМГ (ИЭМГ). Если величина сигнала в окне меньше 3,7% от максимума, то его значение обнуляли. Для получения плавной ИЭМГ сглаживали фильтром Баттерворта 2-ого порядка с частотой отсечки 12 Гц (пример зарегистрированной и обработанной по данной методике ЭМГ).

Для повышения точности расчетов биоэлектрической активности мышц при ходьбе анализировалась не отдельная попытка, а усредненный показатель по методике Soles, включающий пять попыток, а также среднее значение биоэлектрической активности мышцы.

В ходе эксперимента была рассчитана суммарная электрическую активность мышц рук и ног  по усредненной активности ИЭМГ.

Подведем некоторые итоги проведенных исследований с использованием комплексной инструментальной методики регистрации, обработки и оценки биомеханических характеристик спортсменов в ходе выполнения нападающего удара в волейболе. Анализ структуры движений технического приема «нападающий удар» проведен с участием квалифицированных волейболистов, которым было дано задание «попасть в центр мишени».     В эксперименте приняли участие 6 волейболистов, из них МС 1, перворазрядников – 5. Эксперимент проводился в 1998 на базе лаборатории А.В. Воронова (ВНИИФК). Средние данные по всем характеристикам обработаны и представлены ниже. На рис. 2 а, б представлены средние значения (Х) и стандартные отклонения (σ) электрической активности мышцы – синергиста (А), а также вертикальная составляющая реакции (Б) при выполнении   волейболистом нападающего удара. Время выполнения нападающего удара принято за 100%.

Рис.2 а, б.  Электрическая активность мышц и вертикальной составляющей реакции опоры при нападающем ударе

Таблица 1. Динамика показателей времени появления пиков возбуждений на мышцах рук и ног игрока

Мышцы ног и рук Последовательность появления пиков возбуждения на отметках времени цикла движения, с Продолжительность        времени пиков                  возбуждения
Подготовительная   фаза Основная фаза Заключительная фаза Подготовительная фаза Основная

фаза

Заключительная фаза
Икроножная 1,0±0,09 1,48±0,04 0,7±0,07 0,16 0,05
Внутренняя        головка               четырехглавой мышцы бедра 0,98±0,08 1,5±0,04 0,7±0,07 0,14 0,05
Передние пучки дельтовидной мышцы 0,98±0,08 1,5±0,03 0,7±0,07 0,02
Трехглавая 1,5±0,02 0,7±0,07 0,07
Двуглавая 1,5±0,02 0,7±0,07 0,07
Плечелучевая 1,5±0,03 0,7±0,07 0,00

За начало и окончание игрового действия принято положение ОЦМ, совпадающее с минимальным значением вертикальной составляющей реакции опоры. Длительность выполнения нападающего удара равнялась 0,96 сек. при вариативности (V) равной 8,2%. Удар осуществляется в точке 57,2% на отметке времени 0,55 секунды от начала цикла движения с вариативностью 4,4%, что в два раза меньше значения (V) для длительности всего нападающего действия. В точке касания мяча наблюдалась значительная вариативность в электрической активности мышцы-синергиста (21%). Различия в значении вертикальной составляющей реакции опоры между попытками в точке экстремума составляют 20%. В таблице 1 представлены показатели времени появления пиков возбуждения на мышцах рук и ног в процессе выполнения нападающих ударов.

Анализ таблицы 1 показывает, что пики возбуждения (электрической активности) на 3 мышцах в подготовительной фазе игрового действия появляются на 1-й секунде. Коэффициенты вариации изучаемого признака выявлены в пределах от 8,2 до 9,0%. В спортивной практике колебания результатов измерений в зависимости от величины коэффициента вариации считают небольшими в пределах от 0 до 10%. Вариационный разброс показателей на мышцах ног составил 0,02с. Коэффициенты вариации времени пиков возбуждения на мышцах ног установлены в пределах от 12,5 до 14,3%.

В основной фазе выполнения нападающего удара коэффициенты вариации показатели времени пиков возбуждения выявлены в пределах от 1,3 до 2,7%. Вариационный разброс показателей времени пиков возбуждения на всех мышцах рук и ног составил 0,02 секунды. Среднее значение времени пиков возбуждения мышц в подготовительной фазе составляет в 3,7 раза больше, чем в основной фазе выполнения игрового действия.

Таким образом, более продолжительные по времени средние показатели электрической активности мышц в подготовительной фазе по сравнению с основной фазой говорят о том, что игрок в процессе выполнения нападающего удара больше времени тратит на восприятие элементов содержания задач и на их решение, чем на выполнение удара. Кроме того, установлено, что динамическая стереотипия в основной фазе более стабильна, чем в подготовительной фазе. С физиологической точки зрения это объясняется тем, что чем дольше человек выполняет движение, тем больше оно корректируется высшей нервной системой. Об этом свидетельствует последовательное проявление электрической активности на мышцах спортсмена.

У нападающих игроков в подготовительной фазе коэффициенты вариации показателей биоэлектрического тока возбуждения мышц выявлены в пределах от 12,5 до 13,6 %. В основной фазе выполнения у тех же нападающих волейболистов – в пределах от 2,3 до 3,1%.

Показатели биоэлектрического тока мышц при выполнении точного нападающего удара у волейболистов представлены на рис. 3.

 Рис. 3.  Пики электрической активности мышц при выполнении точного нападающего удара

Показатели электрической активности мышц у спортсменов в подготовительной фазе и основной фазе соответственно составили 1,8 и 0,8 мкв. Коэффициенты вариаций показателей электрической активности мышц у спортсменов в подготовительной фазе соответственно значительно лучше, чем в основной фазе. На рис.3 приведена электрическая активность мышц при выполнении точного нападающего удара в волейболе.

В заключительной фазе выполнения нападающего удара пики возбуждения на мышцах рук и ног не появляются. Коэффициент вариаций времени в заключительной фазе выполнения нападающего удара составил 5,7%.

Отметим, что при выполнении точных нападающих ударов наиболее высокие коэффициенты вариаций показателей электрической активности наблюдаются в основной фазе движений. Следовательно, внутренние механизмы когнитивной программы игрового действия формируются в подготовительной фазе, а реализуются в основной фазе через моторную программу под контролем высшей нервной системы.

В процессе исследований выявлены некоторые модельные характеристики выполнения нападающего удара, а именно:

-        время опоры в процессе выполнения нападающего удара – 270±9 мс; V=3,3%;

-        время безопорной фазы полета игрока – 966,0±81,7 мс; V=8,2%;

-        время приземления на опору – 160±81,7 мс; V=3,1%;

-        вертикальное усилие (Fz) на опору при отталкивании от нее – 2402,7±480,5 Н; V=2,0%;

-        горизонтальное усилие (Fx) на опору – 22,7±0,8 Н; V=3,5%;

-        переднее и заднее усилие на опору (Fy) – 15,4±0,7 Н; V=4,5;

-        вертикальное усилие (Fz) на опору при приземлении – 1796,0±133 Н; V=7,4%;

-        время пиков возбуждения всех мышц – 680,6±23,4 с; V =3,4%;

-        время нанесения удара по мячу от момента отталкивания – 559,3±14,0 мс; V=2,5%;

-        вариационный размах средних значений пиков возбуждения мышц ног – 30±2,7 мс; V=9%;

-        размах средних значений пиков возбуждения мышц рук – 150±7,8; V=5,2%.

Показатели электрического возбуждения мышц в подготовительной фазе и основной фазе отмечаются в пределах от 0,8 до 1,8 мкВ. Коэффициенты вариации возбуждения мышц в подготовительной фазе значительно выше, чем в основной фазе. На рис.3 приведена электрическая активность мышц при выполнении точного нападающего удара.

В заключительной фазе выполнения нападающего удара пики возбуждения на мышцах рук и ног не появляются. Коэффициент вариаций времени в заключительной фазе выполнения нападающего удара составил 5,7%. Отметим, что при выполнении точных нападающих ударов наиболее высокие коэффициенты вариаций показателей электрической активности наблюдаются в основной фазе движений. Следовательно, внутренние механизмы когнитивной программы игрового действия формируются в подготовительной фазе, а реализуются в основной фазе через моторную программу под контролем высшей нервной системы.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. Восприятие условий игровой деятельности при решении оперативно-тактических задач определяется фиксированием внимания спортсменов на объектах в процессе поиска и осознания содержания задачи; при этом выделяется приоритетное направление оси симметрии, вокруг которой осуществляется поиск цели.

2. Процедура поиска объектов среды, составляющих содержание оперативно-тактической задачи, определяется типом мышления и квалификацией спортсмена: так, спортсмены высокой квалификации используют чаще всего наглядно-образный способ мышления (Р=0,560), спортсмены средней квалификации – логический способ мышления (Р=0,744), спортсмены низкой квалификации – угадывание (Р=0,750).

3. Правильность выбора направления и точность выполнения мяча при реализации оперативно – тактических решений зависит от восприятия числа элементов содержания задачи. При этом с увеличением количества фиксированных элементов содержания вероятность правильного решения задачи и точность выполнения мяча повышается от квалификации спортсмена.

4. У квалифицированных спортсменов при решении оперативно-тактических задач в процессе игровой деятельности наблюдается так называемое «свертывание решения», исключение «лишних ходов», основанное на прогнозировании развития событий.

5.  Между показателем правильного тактического решения игровых задач и восприятием объектов среды действует неразрывная прямая связь.

6. Выполнение технических приемов в спортивных играх, связанных с точным выполнением мяча в цель, наблюдается синхронизация в последовательном включении в движение «рабочих» мышц, обеспечивающих реализацию целевой функции, а также относительная стабильность показателей работы этих мышц по амплитуде, времени и порядку их включения в работу; относительная стабильность кинематических характеристик движения –  время и значения составляющих реакции опоры, угловых величин, угловых скоростей звеньев тела и т. д.

7. Выполнение технических приемов в спортивных играх, не обеспечивающих точного выполнением мяча в цель, характеризуется:

отсутствием синхронизации в последовательном включении «рабочих» мышц (позднее включение, рассогласование в порядке включения и т.д.), а также

высокой вариативностью показателей работы этих мышц по амплитуде, времени и порядку включения; высокой вариативностью кинематических характеристик движения по всем показателям реакции опоры и угловых значений; увеличением времени реакции опоры по всем составляющим (Fx, Fy, Fz) и увеличением значений показателей горизонтальной и передней и задней составляющих реакции опоры до 12% (относительно точных попыток).

8. Показатель технико-тактического мастерства спортсмена в спортивных играх, связан с успешной реализацией оперативно-тактических решений. Он может служить для более точного выполнение технических приемов при оптимальном значении стабильности кинематических характеристик (формы движения), а также определенной последовательности включения в работу необходимых мышц и стабильность их показателей (механизм движения).

9. Факторы, регулирующие точное движение в спортивных играх, являются:

- оптимальное принятие решения выполнить движение и т.д.;

- время конечного движения перемещающих мяч звеньев тела (руки, ноги) в направлении цели, определяющее точность выполнения передачи мяча при реализации оперативно-тактического решения;

- сокращение количества операций действия в основной части по сравнению с подготовительной;

- увеличение времени подготовительной фазы выполнения игрового действия;

- оптимальное время выполнения точных движений, которое всегда меньше времени неточных движений.

10. В ходе глубоких и длительных научных исследований выявлено фундаментальное положение о междисциплинарной интеграции комплекса биологических, медицинских и педагогических наук, имеющих общую методологическую структуру: цель, предмет и результат исследования.


Библиографический список
  1. Воронов А.В., Усков В А. Методика оценки точных и неточных действий в игровых видах спорта на примере штрафных бросков в баскетболе.// Моделирование спортивной деятельности человека в искусственно созданной среде (стенды, тренажеры, имитаторы): Сб. тезисов научно-практической конференции. – М.: Физкультура, образование и наука, 1999. – С.7-9.
  2. Усков В А. Педагогическая технология программированной тактико-технической подготовки спортсменов в игровых видах спорта. // Автореферат диссертации доктора педагогических наук. – М.: РГУФК, 2004. – 56 с.
  3. Усков В.А. Методология исследования психологической и методической деятельности в спорте. – М.: МГПУ, 2010. – 192 с.


Все статьи автора «Азевич Алексей Иванович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: