Совершенствование двигательных возможностей человека посредством автоматизированных систем управления тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.08 ВАК РФ

Ни правах р\ копией

Свсчкарев Виталий Геннадьевич

Совершенствование двигательных возможностей человека посредством автоматизированных систем управления

01.02.08 - Биомеханика

13.00.04 - Теория и методика физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной н адаптивной физической культуры

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени доктора педагогических наук

Майкоп, 2008

003453458

PaGoia выполнена в miciniyic физической кулыуры н дзюдо Ады-1 ейского [осударственпого университета и в Майкопском государственном технологическом университете

Научные консультанты: докшр педагогических наук,

профессор, член-корреспондент РАО Кобле и Я куб Камболегович,

доктор педагогических паук, профессор, заслуженный работник физической культуры РФ Попов Григорий Иванович

Официальные оппоненты: доктор биологических и

педагогических паук, профессор Козлов Игорь Михайлович, доктор педагогических паук, профессор Степанов Владимир Сергеевич, доктор педагогических наук, профессор Чернышенко Юрий Константинович

Ведущая организация: Сапкт-1[етербургскип научно-исследовательски. | институт физической культуры

Защита диссертации состоится » ____ 2008 г. в

10.00 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.001.01 в конференц-зале Адыгейского государственного университета, по адресу: 385000, Республика Адыгея, г. Майкоп, ул. Университетская, 208.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Адыгейского государственного университета

Автореферат разослан « }> 0 » РКУпЛ^иЛ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ,

кандидат педагогических наук, доцент \ М.Х. Коджсшау

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальное! ь Физическая кулыура и спорт призваны выподняп, роль важнейшею cj)ai<гора, обеспечивающею полноценную жизнь, раскрыто самых разнообразных задатков и способноеleii человека, достижение мастерства в любом виде профессиональной лея1сльностп, iак как оптимальная заданная физическая ширужа развивает и ноддержива« функциональные резервы opianimia, coomeicroyiouuie хорошему состоянию здоровья (В.К Нальсевич, 1988; НИ Визигой, 1989; 13.11. Лукашенко, 2001).

Однако, как отмечаю! многие ученые (ВМ Зацпорекий, 1961-1969; Ю.В. Всрхошанский, 1966; В.Д Чепик, 1969-1974; И.П. Ратов, 1972; U.M. Амосов, ЯЛ. Бендс!, 1975, Р.М Саевский, 1976; М.А Годик, 1980; В.Н. Платонов, 1982; В.А. Ънорожанов, 1969-1988; B.C. Фарфель, 1965-1989; B.C. Кузнецов, 1984, A.C. Солодкой; 1988; Н.Г. Озолин, 1993; IO.T. Черкесов, 19731996; И.М. Козлов 1984-98 и др.), определение опшмальной нафузки по-нрежнему остается одной из сложных проблем в теории и практике физической культуры и спорта. Необходимое^ такого подхода вызвана значшель-ными индивидуальными и временными вариациями сосшяиия человека, в результате чею использование одинаковой тренировочной нафузки может привести к различной ответной реакции организма, к разному тренировочному '¡ффекту (В.В. Пефовский, 1974; А.Г. Дембо, 1988; А.Н. Лапушн, 1990 и др.).

В видах спорта с преимущественным проявлением выносливости, где результат больше всего зависит oí деятельности bci егашнной системы, управление нагрузкой должно осуществляться по объективно установленным данным непрерывного проявления физиологических параметров по ходу движения. А средства, создающие управляющее воздействие (регулируемые сопротивления), должны работать на основе принципа прямой и обратной связи (И.П. Ратов, 1972; Ю.Т. Черкесов, 1991).

Разработкой и использованием тренажеров с автоматизированной системой управления в физической культуре и спорте занимались В.М. За-цпорский, И.П. Ратов, Ю.Т. Черкесов, Г.И. Попов, Г.11. Иванова, С.Д. Не-веркович, С.П. Евсеев, В.Д. Чепик, В.В. Кузнецов, Н.Г. Сучилпн, В.И. Жуков, A.M. Доронин, B.C. Чурсинов, В.Д. Кряжев, Е.А. Ширковец, JI.B. Чхаидзе, В.В. Иванов, И.О. Мюльберг, А.Н. Фураев, О.В. Жбанков и др., за рубежом фирмы «Ariel Dynamics», «Gybex», «Kettlcr», «Tuntun», «Cateye», «Polar», «Pulse Fitness» и др.

Крупным шагом в развитии методов дозирования тренировочных нагрузок стал метод программированного регулирования частоты сердечных сокращений (ЧСС). Привлечение методов автоматизации к решению проблемы индивидуального дозирования нагрузок оправдано тем, что именно на основе теории автоматического регулирования тга проблема может быть решена наиболее успешно. Практическая же реализация принципов теории регулирования тренировочных нагрузок требует применения специальных технических средс!в, оснащенных современными и универсаль-

мы ми искфонными вычислителями для экспресс-анализа гекущст состояния спортсмена (В.М Зацпорскнй, 1979; В.Д. Ченик, i 995 и др ).

О применении теории peí улнрования и спортивной тренировке творилось еще в работе В. Б Морозова и II. Н. Хломенка (1964), предсказавших создание «самоупран гяемо! о» фенажера. Согласно заре! исгрирован-пой несколько почжс формуле изобретения В. М. Зацнорекого (1967), цель которою состояла в предотвращении случаев перенапряжения сердца при спортивной тренировке, открылась возможное 1Ь управления 1ак называемым «срочным тренировочным эффектом».

Для повышения спортивного мастерства и получения оздоровительною воздействия при занятиях физическими упражнениями и спортом наиважнейшее значение имеют проблемы адаптации и оптимальности задаваемой физической нагрузки. Тоиько оптимальная физическая нафузка развивает и поддерживает функциональные резервы организма, способствующие дальнейшему стабильному росту спор тивного мастере i ва.

Одним из физиологических показателей величины нагрузки является ответная реакция сердечно-сосудистой системы на нее, определяемая по ЧСС. Ого обусловлено тем, что ЧСС тесно связана с нейрогуморальными системами организма и является индикатором адаптивных реакций всего ор-ишизма (P.M. Баевский, 1976-1979; С.Е, Павлов, 1999 и др.). У каждого занимающегося есть индивидуальная зона оптимальных значений ЧСС. Тренировки при ЧСС ниже этой зоны неэффективны, а при ЧСС, превышающей ее верхние значения, - опасны для здоровья. Сам занимающийся не всегда может контролировать себя по ЧСС. Поэтому целесообразно в арсенале тренировочного оборудования иметь средство или комплекс средств, автоматически отслеживающих тренировочный процесс и поддерживающих оптимальное согласование внешней нагрузки и физического состояния спортсмена.

Основная сложность проблемы заключается в том, что оптимум необходимой физической нагрузки у каждого занимающегося сугубо индивидуален и подвержен постоянному изменению (иногда в очень широком диапазоне) - в зависимости от степени восстановления иосис предыдущего тренировочного воздействия, особенностей психоэмоционального состояния и т. д. Оптимальную величину нагрузки определяет все, что имеет место во взаимодействии организма с окружающей средой во всем ее многообразии. Поскольку степень воздействия всех факторов постоянно меняется, у каждого занимающегося индивидуально и адекватно должна меняться и нагрузка.

Другим важным показателем, по которому можно судить о величине физиолог ической нагрузки на организм занимающегося, является ответная реакция его опорно-двигательного аппарата (динамические и кинематические характеристики движения(й)). Поэтому для контроля и автоматизированного управления величиной наг ручки на опорно-двиг ательный аппарат занимающегося необходима.опора па биомеханические критерии, определяющие их индивидуальную оптимальность (Г.И. Попов, 1992-1998; Ю.Т. Черкесов 2001-2002 и др.).

Особо важна адекватное ib величины шпру!кп н заняшях с дсп.ми и подрос iкамп Соцпалыю-полн шческне процессы, произошедшие в нашей с [ране, изменения условий жизни человека (наличие аудио- н видео icxiin-кп, персональных компьютеров (ПК), сотовой связи и др.), интенсификация cío дсятельиосш, слабая физическая подготовленность детей и иодро-с i ков, снижение двпинельной акшвносш, все возрастающее воздействие па их организм небла! оприя тных внешних факюров прямо или косвенно приводят к neiaiiiBiibiM функциональным изменениям в состоянии здоровья молодых россиян (H.H. Беленом, 2000; Г К. Зайцев, 2002).

В настоящее время происходит процесс крш пческого осмысления многих теоретических и пракшческих положений в области физического воспитания подрастающего поколения. Резкое ухудшение здоровья детей, отмечаемое многими авторами (Г.11. Иванова, Е.В. Гамаль, 1907; О.Н. Московченко, 2003; A.B. Шахапова, К.Д. Чсрмит, H.H. Хасанова, 2004 и др.), связано именно со школой и является следствием существующей системы обраюванпя, сегодняшних стандартов обучения и воспитания (МК. Кондрагьева, 1989, А.И. Федоров, 2000; A.B. Шахапова, H.H. Хасанова, К.Д. Чермиг 2001 и др.).

Универсальным средством сохранения и укрепления здоровья является двигательная активность (Г. А. Кураев, 1996; В.И. Лях, 1996; К Д. Чсрмит, 1996 и др.). Занятия физическими упражнениями оказывают положительное воздействие практически на все системы организма и являются весьма -эффективным средством профилактики заболеваний. Однако дети школьною возраста самими условиями школьной жизни ограничены в удовлетворении естественной потребности двигаться столько, сколько нужно для нормального, гармоничного физического развития и здоровья (М.М. Безруких, 2002; A.B. Шаханова, К.Д. Чсрмит, H.H. Хасанова, 2004 и др.).

Анализ двигательной активности детей школьного возраста показал (М.М. Безруких, 2002), что она составляет лишь 35-40% возрастной потребности в движениях.

Детей и подростков в настоящее время увлекают компьютерные игры, интерес к которым постоянно возрастает. Данное обстоятельство явилось побудительным мотивом поиска таких условий участия в компьютерных трах, при которых игровые взаимодействия с профаммой могли бы осуществляться не через нажатие кнопок на клавиатуре и джойстике, а посредством выполнения различных двигательных действий на тренажерных устройствах, преобразующих движения в управляющие сигналы взаимодействия с ПК (И.II. Ратов, В.В. Иванов, Г.И. Попов, 1985-1999; Ю.Т. Черкесов, 1997; Г.П. Иванова, 1998 и др.).

Однако применение современных автоматизированных систем управления (АСУ) тренировочным процессом не получило должного уровня внедрения и недостаточно широко применяется в практике тренировки спортсменов высокой квалификации. В значительной степени тго связано с нсю-говностью самих педагогов (тренеров) применять -ути системы на практике, что объясняется недостатком специальных знаний, «недоверием» к совре-

мспнмм компьютерным [схнолошям (а у некоторых их «боязнью»), надеждами, снизанными с применением друг их меюдик (в том числе и на основе исполыования химических препаратов) н, конечно же, банальным недофинансированием Отсутствие необходимого финансирования и низкий уровень заработной платы не позволяют привлечь к учебно-тренировочному процессу специалистов в области электроники и компьютерных технологий.

Широкое распространение современных компьютерных технологий и АСУ в последние годы способствуем созданию автоматизированных обучающих систем не только в вмсокотехнологических отраслях науки и современного производства, но и в педагогике (например, на базах научно-исследовательской лаборатории биомеханики института физической культуры и дзюдо АГУ и научно-исследовательской лабораюрии «Биотехника» кафедры научных основ физической культуры и спорта КБГУ и некоторых других), что позволяет создават ь эффективные инновационные технологии обучения.

Таким образом, разработка технологии совершенствования двигательных возможностей занимающихся, основанная на применении искусственной управляющей среды, автоматически отслеживающей учебно-тренировочный процесс и поддерживающей оптимальное согласование внешней нагрузки и морфофункционалыюго состояния занимающегося, представляется весьма ашуальной проблемой.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что в настоящее время состояние проблемы разработки и внедрения АСУ в управление физкультурно-спортивной деятельностью характеризуется наличием ряда противоречий, среди которых наиболее значимыми являются следующие:

• Между весьма высоким уровнем развития АСУ, их широким использованием в различных сферах жизнедеятельноеги современного общества, и пока еще недостаточным вниманием к их разработке и применению в управлении физкультурно-спортивной деятельностью.

• Между необходимостью использования широчайших возможностей, предоставляемых современными компьютерными технологиями в деле организации учебно-тренировочного процесса, и недостаточной разработанностью вопросов о цели, содержании, средствах, методах и формах воздействий, призванных обеспечить успешность овладения такими технологиями.

• Между объективной необходимостью высокого уровня компетентности специалистов физической культуры и спорта в области компьютерных технологий и АСУ и явной недостаточностью этого уровня, обусловленной субъективной недооценкой их роли и возможностей специалистами данного профиля в своей повседневной практической деятельности (начиная с управления нагрузкой в каждом конкретном занятии и до управления учебно-тренировочным процессом в целом).

Помимо изложенных аргументов необходимость модернизации системы управления учебно-тренировочным процессом на основе АСУ обусловлена:

• значительным повышением роли АСУ в современном обществе как фундаментальной основы, обеспечивающей его поступательное развитие;

• обьектнвно сущее шукшшм факюм увеличения роли компьютерных гехнолоиш и управленческих умений и навыков в любой профессиональной деятельности, без достаючною овладения коюрымн все друте профессионально значимые ее 'темен [Ы оказыиакнся педос1;почно эффективными;

•осознанием тго, что использование АСУ, основанных на современных коммуникационных технологиях, представляет собой наиболее перспективное направление повышения резулыашвносгп учебно-фени-ровочной деятслыюет и.

Осмысление представленных недостатков и прожворечпй может способствовать более правильному определению пу1ей их преодоления, нахождению действенных способов совершенствования системы управления учебно-тренировочным процессом.

11аучная проблема, решению которой посвящено настоящее исследование, вытекает из необходимости разрешения укашнных противоречий и за-ключаегея в исследовании закономерностей, методологических и методических оснований и условий, являющихся необходимыми и достаточными для разработки современных автоматизированных (в том числе и адаптивных) систем управления тренировочными нагрузками, функционирующими на основе непрерывного учета показателей состояния основных морфофункциональных систем организма, получаемых по каналам обратной связи в условиях искусственной управляющей среды.

В процессе ее разработки основное внимание уделено таким вопросам, как:

• уточнение сущностных характеристик системы базовых понятий;

• разработка методологических оснований для решения проблемы внедрения АСУ в систему управления нагрузкой в процессе учебно-тренировочных занятий различной направленности;

• исследование теоретических и методических основ наиболее целесообразного применения АСУ в учебно-тренировочном процессе с различной направленностью;

• разработка теоретических и методических оснований для осуществления активной и целенаправленной консгрукторско-изобрсгательской деятельности;

• обоснование важнейших теоретических и методических положений дня осуществления практической конструкторско-изобрегательской деятельности, а также соответствующих концептуальных построений;

• осуществление активной практической конструкторской деятельности, основанной на научной редукции основополагающих теорий (адаптации, деятельности, управления и др.), а также сформировавшихся в процессе исследования собственных представлений о наиболее эффективных способах конструкторских решений в создании систем автоматизированного управления физической нагрузкой.

Развиваемые в исследовании представления о роли и сущности АСУ в системе управления физическими нафузками призваны содействовать оформ-

депию весьма многочисленных, но разрозненных, норой дискуссионных ма1е-риалов но )юй проблеме в одну непротиворечивую сис1ему вз[ лядов.

О&ьекг исследования - современные авгомаппированные системы управления учебно-тренировочным процессом в сфере физической куль-1уры и спорта, их актуальные и потенциальные возможности в условиях создания искусственной управляющей среды.

Предмет исследовании - теоретико-мстодоло! ические аспекты разработки автоматизированных систем управления физической нагрузкой, биомеханические и педагогические условия и закономерности, обусловливающие высокую эффективность изобретательской, конструкторской и учебно-воспитательной деятельности но созданию и внедрению таких систем в учебно-тренировочный процесс с различной направленностью.

Цель исследования заключается в теоретико-мсгодоло1 ическом обосновании биомеханических и педагогических условий, правил, закономерностей содержательного и процессуального обеспечения 'жсперимен гальной, изобретательской и конструкторской деятельности по созданию систем автоматизированного управления физической нагрузкой в условиях искусственной управляющей среды, функционирующих на основе информации о динамике состояния организма, а также экспериментальной проверке эффективности таких систем в условиях реального учебно-тренировочного процесса.

Гипотеза исследования заключается в предположении о том, что перспективы повышения эффективности учебно-тренировочного процесса, достижение социально значимых результатов в физическом воспитании учащейся молодежи и наивысших показателей в спорте без риска для здоровья спортсменов возможны только при условии использования достижений в сфере современных компьютерных технологий, электроники и разработки на их основе тренажерных комплексов, обеспечивающих автоматизированное управление физической нагрузкой на основе непрерывного контроля за динамикой состояния основных морфофункциональных систем орг анизма в условиях искусственной управляющей среды.

Реализации такой возможности может способствовать теоретико-методологическое, биомеханическое и экспериментальное обоснование систем автоматизированного управления физической нагрузкой в процессе физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки в различных видах спорта, основанных на получении и учете информации о динамике основных морфофункциональных систем организма занимающихся, поступающей по каналам обратной связи в условиях создания искусственной управляющей среды.

Задачи исследования:

1. Изучить и обобщить отечественный и зарубежный опыт в осуществлении попыток изобретательской и конструкторской деятельности, направленных на решение проблем разработки автоматизированных систем управления физической нагрузкой в процессе решения задач физического

В

воспитания и спорiа высших достижений, дан. биомеханическую и соци-ально-иеда1 Ol ическую оценку состояния рассматриваемой проблемы.

2.Выявить причины и дать теоретико-логическое и биомеханическое обоснование недостаточной эффективности существующих традиционных систем управления физической нагрузкой в физическом воспитании учащейся молодежи и специализированном учебно-тренировочном процессе;

3. Исследовать понятийно-терминологические аспекты проблемы разработки и внедрения автоматизированных систем управления в теории и практике физкулыурно-сноршиной деятельности.

4.Исследовать генезис происхождения и развития различных идей, изобретательских и конструкторских подходов к решению проблемы автоматизации управления физической нагрузкой в сфере физического воспитания и спорта.

5.Разработать практические рекомендации по содержагелыюму и процессуальному обеспечению изобретательского и конструкторского видов деятельности, направленных на создание современных систем автоматизированного управления физической нагрузкой в учебно-тренировочном процессе, на основе приоритетного внимания к реализации адаптивного управления.

6 Экспериментально апробировать и обосновать с биомеханических и педагогических позиций эффективность разработанных тренажерных устройств и систем автоматизированною управления физической натрузкой в процессе физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки на основе результатов собственной изобретательской и конструкторской дея тельности.

Методологическую базу исследования составили положения диалектической теории познания о всеобщей связи, взаимодействии и взаимообусловленности явлений; концептуальном единстве, целостности научного знания; единстве теории и практики.

К основным методологическим положениям отнесены;

о фундаментальные положения философии, педагогики, теории физического воспитания о взаимодействии человека и окружающей среды (Г.В. Гегель, В.Г. Афанасьев, В.В. Давыдов, Ю.К. Бабанский, В.В. Краевский,

A.Д. Новиков, В.И. Столяров, Л.Г1. Матвеев, В.К. Бальссвич, H.H. Визигей);

о современные представления о функциональной системе (U.K. Анохин), о многоуровневом построении системы управления двигательными действиями (H.A. Бернштейн), о доминирующей роли деятельности в становлении человека как личности (Б.Г. Ананьев, J1.C. Выготский), о человеке как биосоциальном существе (Н.П. Дубинин, Б.А. Никитюк), о системно-структурном подходе к познанию физических упражнений (Д.Д. Донской,

B.М. Зацнорский, В.Б. Коренбсрг, В.Н. Курысь и др.), связи физической и технической подготовки спортсменов (В.В. Кузнецов, В.Н. Платонов, В.М. Дьячков, Ю.В. Верхошанский), о механизмах управления движениями в спорте (B.C. Фарфель. И.М. Козлов).

Георешческой основой исследовании послужили: о концешуальные положения теории информации и управления сложными динамическими еисюмами (II. Винер, У.Р. г)шби, A.B. Зпнков-ский), к ко юры м относится двигательная деятельность человека, а также теории оишмшации (Р. Розен, И.Ф. Образцов, М.Л. Ханин), имеющей основополагающее значение в трактовке закономерностей формирования биомеханической структуры движений;

о теории адаптации, раскрытые в [рудах H.A. Бсрншгсйна, В.Е. Бо-рилкевича, Ф.З. Мсерсона, С'.Е. Павлова, В.В. Петровского, В.Н. Платонова, В.В. Парипа, P.M. Баевского, А.П. Берсеневой;

о юория и методика физического воспитания и спорта, а также ее частные направления, отраженные в paöoiax B.K. Бальсевича, H.A. Берн-штейна, Ю.В. Верхошанского, И.М. Козлова, В.Б. Коренбсрга, JLII. Матвеева, Н.Г Озолина;

о положения об автоматизированном управлении тренировочным процессом, раскрытые в грудах В.М. Зацпорского;

о положения, представленные в работах И.П. Ратова об «искусственной управляющей среде», Ю.Т. Черкесова о «возможностях обеспечения непрерывного регулируемого взаимодействия спор ['смена и предметной среды», Г.И. Попова об «использовании предметной среды». Новизна исследования состоит:

В разработке содержательного и процессуально! о (биомеханического) обеспечения процесса внедрения в теорию и практику физического воспитания и спорта АСУ величиной физической нагрузки на основе использования обратной связи, информирующей о динамике состояния основных функциональных систем организма;

Работа является, по существу, первой попыткой системного подхода к проблеме разработки и внедрения в практику физической культуры и спорта АСУ физической нагрузкой на основе информации о динамике состояния основных функциональных систем организма;

Осуществлен детальный содержательный анализ теоретических взглядов, изобретательских и конструкторских подходов к решению проблемы разработки и внедрения АСУ величиной физической нагрузки в процессе физкультурно-спортивной деятельности, позволивший систематизировать представления о современном состоянии данной проблемы в России;

На основе теоретико-логического анализа, целенаправленной изобретательской и конструкторской деятельности определены перспективные пути решения проблемы разработки и внедрения АСУ физической нагрузкой в процессе физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки, имеющих значение ключевых факторов в определении стратегии совершенствования учебно-тренировочной деятельности в области физической культуры и спорта на современном этапе.

Теоретическая значимость. На теоретическом и экспериментальном уровнях определены контуры гуманистически ориентированной модели совершенствования системы физического воспитания и снсциализиро-

ванной спортивной тренировки, основанной на тчном н непрерывном учете результатов индивидуально!о восприятия нагрузки п отстой реакции организма занимающихся на нее.

• Обоснована объективная необходимость повышения внимания к проблеме использования современных средств управления физической шнрузкой в системе физкулыурно-споргнвной деятсльноет. Дано теоретическое, биомеханическое и экспериментальное обоснованно условии, конструктивных особенностей, программного обеспечения, благодаря которым внедрение АСУ в практику физкультурно-сиортивной деятельности может реально представляй. собой органическую, неотъемлемую чисть системы общего физкультурного образования и специализированной спортивной тренировки.

• Сформированы теоретические и представлены экспериментальные основания для разработки оригинального направления в развитии изобретательской и конструкторской мысли, направленной не только на повышение результативности учебно-тренировочного процесса, но и позволяющей с оптимизмом оценивать перспективы ответа на уже довольно давно поставленный и пока остающийся без ответа вопрос: «Как обезвредить спорт?».

Исследованные в работе аспекты имеют прогностическое значение, определяют ориен тиры и создают условия для целенаправленной и эффективной работы по дальнейшему развитию изобретательской и конструкторской деятельности, способствующей более широкому и эффективному применению АСУ в физкультурно-сиортивной практике, коренному реформированию системы управления сю как в содержательном, так и в процессуальном планах.

Прогностический потенциал проведенного исследования обусловлен принципиальной возможностью организации на его теоретической базе дальнейшей научно-исследовательской работы но экспериментальному изучению путей разработки и совершенствования систем автоматизированного управления физическими нафузками в процессе учебно-тренировочной деятельности на основе ее гуманизации, повышения оздоровительного эффекта, создания более благоприятных условий для исключения повреждающего влияния повышенных физических нагрузок, неадекватных текущему состоянию функциональных систем организма занимающихся.

Практическая значимость исследования определяется тем, что содержащиеся в нем теоретические положения и выводы создают предпосылки научного обеспечения процесса разработки и внедрения АСУ в практику управления учебно-тренировочным процессом различной направленности, что обеспечит коренное преобразование содержания практической учебно-тренировочной деятельности и значительное повышение ее эффективности.

Содержащееся в работе теоретико-логическое решение проблемы, результаты исследования и обоснования семантической сущности системы основных понятий способствуют совершенствованию понятийно-терминологического аппарата теории и практики физического воспитания и спортивной тренировки, мо1-ут служить повышению целенаправленности и качества исследовательской деятельности в этой сфере.

Выявленные в процессе эксперимешалыюй работы биомеханические »акономерности и сформулированные на их основе меюдпческие рекомендации, а также осуществленные исследовательские подходы к решению конеч-рукюрских задач и рафабогке программного обеспечения представляют собой базовую основу для дальнейшего успешного решения задач по разрабоп<е и внедрению в практику учебно-тренировочной деятельности ЛС'У.

В ходе исследования выявлена необходимость усовершенствования процесса подттовки и повышения квалификации преподавательских и тренерских кадров, включения в учебные планы переподготовки специалистов раздела по теории и пракшке разработки и внедрения средств АСУ в их повседневную профессиональную деятельность.

В работе показано, что модели организации учебно-тренировочной работы но физическому воспитанию учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировке, основанные на использовании АСУ, в наибольшей мере отвечают задачам и требованиям современной практики физкультурно-спортпвнон дся телыюсти.

Представленные в работе примеры практической изобретательской и конструкторской деятельности по разработке и внедрению средств АСУ в практику учебно-тренировочной деятельности способствует более точному определению конкретных задач, более правильному выбору наиболее эффективных средств, методов и форм организации учебно-тренировочной работы, и на -этой основе, существенному повышению ее эффективности.

Представленные в работе результаты могут быть использованы в качестве основы в практической деятельности по совершенствованию системы физического воспитания и спортивной тренировки.

Теоретический и фактический материал диссертации может быть положен в основу учебных курсов, использован при создании учебников, учебных пособий, научно-методических рекомендаций для учителей школ и тренеров, преподавателей вузов физкультурного профиля и системы повышения квалификации работников физической культуры, а также при разработке концепций развития физической культуры и спорта в России.

На защиту выносятся:

• Теоретическое, биомеханическое и экспериментальное обоснование конструктивных особенностей разработанных в процессе исследования тренажерных устройств, позволяющих осуществить решение проблемы автоматизированного управления параметрами физической нагрузки на основе информации об индивидуальных особенностях ответной реакции организма, поступающих по каналам обратной связи в условиях создания искусственной среды управляющего воздействия.

• Теоретическое и экспериментальное обоснование профаммного обеспечения, позволяющего решить задачу автоматизированного управления параметрами физической нагрузки на основе информации об особенностях ответной реакции организма, поступающих по каналам обратной связи в условиях создания искусственной среды управляющего воздействия.

• Совокупность концептуальных положений, обеспечивающих успешную разработку и внедрение в практику учебно-треннровочното процесса АСУ параметрами физической нагрузки, обеспечивающей сбалансированное воздействие на двигательный аппарат п основные функциональные сиаемы организма в зависимости 01 нх текущею индивидуальною состояния у каждого отдельного занимающегося.

• Система взглядов на сущность проблемы разработки и внедрения АСУ в практику учебно-фенироиочното процесса и сфере физической культуры и спорта, предполагающая необходимость преодоления узости существующего понимания смысла и назначения таких систем в качестве лишь одного из вспомогательных средств повышения эффективности этого процесса и способствующая формированию представлений об этой проблеме как о наиболее перспективном и решающем факторе повышения результативности н безопасности воздействия повышенными физическими пафузками на оршипзм человека, более полное раскрытие на этой основе индивидуальных двит а тельных возможностей каждого занимающегося физическими упражнениями.

• Теоретико-методологический подход к решению проблемы внедрения а теорию п практику физкультурно-епоршвной деятельности АСУ индивидуальными параметрами физической нафузкп, позволяющий представить существующие альтернативные точки зрения по данной проблеме не с позиций абсолютизации и противопоставления, а из диалектически организованного, взаимообусловленного и иерархически усфоенного взаимоотношения, предполагающего необходимость решения как минимум трех взаимосвязанных аспектов проблемы: теоретико-методологического, конструкторского и материально- технического.

• Система взглядов, отражающих авторскую позицию по отношению к ряду утвердившихся положений в теории и практике разработки и внедрения АСУ индивидуальными параметрами физической нагрузки, среди которых основными являются следующие:

- главным условием, обеспечивающим рассмотрение таких систем в качестве основного фактора в достижении социально значимьгх результатов, повышение эффективности учебно-тренировочного процесса, является их направленность на решение задач этого процесса без ущерба для соблюдения стратегически важного в современном обществе принципа оздоровительной направленности занятий физическими упражнениями;

- широко распространенные в практике физической культуры и спорта представления о конструкции адаптивных тренажеров являются ошибочными;

- успешное решение основных задач физического воспитания учащейся молодежи и специализированного учебно-тренировочного процесса без использования современных систем управления индивидуальными параметрами физической нагрузки не представляется возможным.

Апробация и внедрение результатов работы. Исследование выполнялось в соответствии с координационным планом научных исследований Федерального агентства по образованию «Реабилитация здоровья студентов на основе

ответной реакции ориштма», № государе i венной peí ис грации 01 200.118257, а 1акже в соожсчствии с направленное 1ыо деятельности научно-исследовательской лабораюрии биомеханики Института физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета начиная с 1995 года и до настоящего времени (темы: «Разработка машин управляющего воздействия и технологий их применения в области спорта», «Методические основы и апробация возможностей использования технологии управления бездискрегно!о управляющего во ¡действия», «Изучение механизмов управления движениями»), а также научно-иссдедоваюльской лаборатории «Биотехника» кафедры научных основ физической культуры и спорта КБГУ «Научные основы управления взаимодействием человека и внешней среды».

Основные (еорегические положения диссертации использованы при разработке и издании монографии и учебно-методических пособий, используемых в практике преподавания физической культуры в Адыгее, Ставропольском и Краснодарском краях, Ингушетии, Северной Осетии, Карачаево-Черкесской и Кабардино-Балкарской республиках.

Фактический маюриал исследования нашел отражение в mohoiрафии, учебно-методических пособиях, а также в серии проблемных и обзорно-аналитических статей, опубликованных в центральной печати, в таких журналах (рекомендованных ВАКом), как: «Теория и практика физической культуры», «Физическое воспитание студентов», «Кубанский научный медицинский вестник», «Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта».

Результаты изобретательской деятельности были представлены на выставках:

1. Всероссийский инновационный форум «ИННОВ-2005» - Новочеркасск, 2005 (где отмечен именным дипломом за инновационную научно-техническую разработку «Машины адаптивного воздействия»),

2. Международная выставка «Интеллектуальные и адаптивные РО-БОТЫ-2005» - Москва, Всероссийский выставочный центр - 2005 (где отмечен медалью лауреата ВВЦ за разработку и внедрение «Машин адаптивного управления»).

Защищены тремя патентами: «Устройство для развития силы мышц» (патент RU 2097083 С 1), «Устройство для тренировки велосипедиста» (патент RU 2264246 С 1) и «Устройство для тренировки мышц и для определения и развития кондиционных и координационных способностей человека» (решение о выдаче патента № 2006107063/12(007647) от 19.07.2007 г., приоритет от 06.03.2006 г.) и шестью рационализаторскими предложениями.

Результаты исследований, сформулированные на их основе теоретические позиции и основные положения диссертации представлены на международных конференциях: Нальчик - 1999, 2002, 2007; Майкоп - 1999, 2002, 2006, 2007; Пенза - 2001; Ставрополь - 2003; Воронеж - 2004; Москва - 2006. А также на конференциях Федерального и регионального уровней: Нальчик - 1995; Майкоп - 1996, 2002, 2005; Краснодар - 2000; С-Пстербург - 2000; Ставрополь - 2001; Москва -- 2005; Карачаевск - 2006.

Теоретические и практические результаты научныч исследований апробированы в работе со сборными командами по apMcnopiy Карачаево-Черкесской республики, в вслошколе олимпийскою резерва Кабардино-Балкарской республики, в Майкопском тсударс таенном технологическом университете, в шмназнп № 22 г.Майкопа. Имеемся 7 актов внедрения результатов научных исследований в практику учебно-фенировочной рабосы.

Часть работы выполнена при поддержке фонда «Университеты России» (грант УР: 10.01.060), iранта Российского фонда фундаментальных исследований (ipanr Ks 03-01-96734) и международного фонда ISAR (грант RU_3N_,5).

Cipyicrypa и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка использованной литературы, насчитывающего 672 наименование, в том числе 38 иностранных. Работа изложена на 407 страницах компьютерного набора текста, включает 96 рисунков, 14 таблиц, 23 страницы приложений.

Методы исследовании Дня решения поставленных задач использовались следующие методы исследований: I. Анализ и обобщение научно-методической литературы по проблеме исследования. 2. Патентный поиск. 3. Педагогические наблюдения. 4. Биомеханические методы исследования - регистрация биомеханических характеристик: динамических (сила), кинематических (перемещение, скорость), временных (продолжительность движений и отдельных частей), энергетических (работа, мощность). 5. Медико-биологические, включающие в себя следующие методики: омсга-потенциаломстрия, вариационная иульсометрия, индекс Руфье, индекс функциональных изменений, проба Штанге, тест Купера, оксигемометрия. 6. Педагогическое тестирование. 7. Педагогический эксперимент. 8. Методы математической статистики.

Организация исследования Исследования проводились в период с 1995 по 2006 г. на базе научно-исследовательской лаборатории биомеханики Института физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета, в научно-исследовательской лаборатории «Биотехника» кафедры научных основ физической культуры и спорта Кабардино-Балкарского государственного университета, на спортивной базе Майкопского государственного технологического университета и Карачаево-Черкесского государственного университета, также в компьютерном классе гимназии № 22 г. Майкопа.

1.Для изучения отличительных особенностей биомеханических параметров выполнения циклических упражнений на велоэргометре студентами нефизкультурных вузов была проведена регистрация биомеханических характеристик. В исследовании приняли участие 26 студентов-юношей. Студенты контрольной группы тренировались в традиционных условиях, а студенты экспериментальной группы - с использованием машины автоматизированного управления для циклических упражнений (МАУЦУ) с применением велоэргомегра. На кроссовую подготовку на каждом занятии в обеих группах отводилось 15 мин.

Интенсивность нагрузки в кроссовой подготовке в экспериментальной группе задавалась как оптимальная ЧСС и рассчитывалась по формуле К. Купера.

2.Для выявления особенностей изменения физиологических и биомеханических параметров у велосипедисюв ра¡личной квалификации в условиях непрерывного управления изменением внешней нагрузки по ЧС'С и с применением велосимулятора был проведен поисковый эксперимент. В нем приняли участие 21 спортсмен специализирующиеся в шоссейных гонках. Уровень подготовленности испытуемых - от юношеских разрядов до KMC', возраст - 15-18 лет.

Испытуемым предлагалось выполнить тренировочное задание в течение 30 мин в различных режимах: традиционном и в условиях машины автоматизированного управления для тренировки велосипедистов (МАУТВ) при непрерывном регулировании внешней нагрузки по ответной реакции организма. Для расчета оптимальной ЧСС при выполнении задания в условиях МАУТВ использовалась кривая J. San Gupta.

Для обоснования эффективности методики тренировки велоеинеди-стов-шосссйников в условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки с использованием отрицательной обратной связи был проведен эксперимент, в котором приняли участие спортсмены низкой квалификации. Тренировочные экспериментальные занятия проводились по стандартному рабочему плану, предложенному Ж. Анкетилем (1978) для тренировки юниоров. При этом на каждом занятии контрольная группа занималась на велостанке в течение 30 мин, а экспериментальная - в условиях МАУТВ.

3. Исследование с применением компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия (КИТКАВ) проводилось на базе компьютерного класса гимназии № 22 г. Майкопа. Всего в исследовании приняли уча-ст ие 30 мальчиков не занимающихся спортом, из 6-х классов.

Для экспериментальной группы была разработана специальная индивидуальная программа посещения и занятий на КИТКАВ: два раза в неделю в определенное время. Работа осуществлялась в течение 20 мин.

Во время проведения занятий в экспериментальной группе дети из контрольной группы смотрели телевизор, сидели за ПК или играли на телеприставках.

4. Исследования с применением безынерционного тренажера адаптивного управления (БТАУ) для армспорта проводились в два этапа. Первый этап с - 1.02 по 1.05.2003 г. В нем приняли участие 14 армрестлеров - высшего уровня мастерства. Второй этап с 10.05 по 10.08 2003 г. В нем приняли участия те же 14 армрестлеров высшего уровня мастерства. На первом и втором этапе занятия в группе проходили по плану подготовительного этапа. План тренировочных занятий был одинаков, с той лишь разницей, что на втором этапе работа на машине безынерционного управляющего воздействия для армспорта в условиях комплексного вариативного использования переменных сопротивлений, разработанный М.М. Эбзеевым (1999), была заменена тренировкой на сконструированной нами БТАУ для армспорта.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ В теории физического воспитания еще нет общепринятою определения понятия «управление». В большинстве случаев иод управлением понимается перевод какого-то объекта или системы из одного состояния в другое. Перевод объекта в желаемое состояние осуществляется с помощью определенных воздействий (В.Б. Коренберг, 1979; В.М. Зацнорский, 1982; М.А. Годик, 1988 и др.).

С позиций кибернетики обьекгами управления могут быть живые организмы, социальные группы, машины. Управление любым процессом представляет собой управляемый, го есть закономерный процесс с заранее известными целями, постоянным сбором информации о наиболее важных контролируемых характеристиках, со сличением их значений с заданными и с внесением необходимых управляющих коррекций (У.Р. Эшби, 1969).

Кибернетика рассматривает систему как относительно замкнутую часть какой-либо среды. Эта внешняя среда увязана с данной системой входами, посредством которых среда оказывает влияние на состояние системы, и выходами, с помощью которых система влияет на внешнюю среду. Таким образом, входы и выходы - это пути, по которым среда воздействует на систему, а система на среду, что обеспечивает их взаимодействие (К. Шеннон, 1963). С позиций кибернетики процесс тренировки можно рассматривать как сложную динамическую систему, так как основным обьек-том управления являются двигательные действия человека.

Сложность структур и функций живых систем (человека) крайне затрудняет процесс управления как самими действиями, так и развитием этих систем, поскольку их элементы находятся под влиянием значительного числа воздействий. Управление такого вида системами требует знаний основных вероятностных закономерностей их функционирования (Н. Винер, 1983).

Для характеристики состояния системы нет необходимости привлекать значения всех переменных величин, то сеть всех изменяющихся элементов системы. В зависимости от цели исследования рассматривают только изменения существенных переменных, тогда как остальные представляют как несущественные переменные. Если одной из частей системы является человек, то она переходит в разряд очень сложных систем типа «человек-машина». Поскольку частью системы типа «человек-машина» является человек, обычно его задача в составе системы состоит в совершенствовании каких-либо двигательных действий. Следует отметить, что управление двигательным аппаратом человеческого тела - задача многосложная, и даже в наиболее упрощенном подражании едва разрешимая для самой мощной техники (У.Р. Эшби, 1969). Одна из трудностей заключается в преодолении избыточных степеней свободы наших органов движения, то есть превращение их в управляемую систему (H.A. Бсрншгейн, 1966).

Биомеханические системы определяются как особый класс больших систем, представляющих собой совокупность биологических и техничс-

ских элемент», связанных между собой в едином контуре управления (П.К. Анохин, 1968).

Управление - это целенаправленное воздействие на объек!, выбранное из множества возможных воздействий на основании информации о состоянии внешней среды, объекта и программы управления. Управление необходимо для обеспечения требуемого функционирования системы и его направленного развития.

Добиться необходимого двигательного действия от человека и, следовательно, от всей системы можно, многократно воздействуя на систему и корректируя ее реакцию на эти воздействия (Н. Винер 1983), то есть в данном случае можно сказать, что система обучается. Чтобы обучение было наиболее эффективным, необходим контроль за объектом обучения.

Признание кибернетических взглядов на управление движениями привело к тому, что представления об управлении движениями включили в себя понятие «обратная связь». На основании этого неоднократно обосновывались различные схемы организации управления движениями (H.A. Берншгейн, 1947; П.К.Анохин, 1968; Л.В.Чхаидзе, B.C. Фарфель, 1975; В.Б. Коренберг, 1979 и др.).

По мерс поступления информации необходимо сличать реальный ход движений с запланированным, то есть для каждого двигательного действия формировать программу должных ощущений и восприятий, или афферентную программу.

Управление в широком смысле слова представляет собой воздействие на эволюцию (развитие во времени) того или иного процесса с целью придания ему желаемых свойств. Направленные воздействия осуществляет управляющая система, в качестве которой могут выступать человек, естественный или искусственный орган (устройство) и др. Подчеркнем, что в любом случае определение или интерпретация цели управления (желаемых свойств управляемого процесса) являются прерогативой человека.

Создание и совершенствование систем автоматического управления (САУ) - одна ич важных проблем, решение которой во многом определяет уровень развития науки и техники. Поэтому задача создания качественно новых САУ, обеспечивающих высокую точность управления и адаптации, актуальна.

Адаптивные системы в отличие от систем с постоянными параметрами осуществляют автоматическую подстройку параметров корректирующего устройства под переменные параметры датчиков, обеспечивая тем самым выполнение основного условия коррекции в процессе нормального функционирования систем (Б.Н. Петров, В.Ю. Рутковский, С.А. Земляков, 1972). Адаптивные системы от остальных отличает наличие контура управления корректирующим устройством. Он выполняет операции определения характеристик сигналов системы в процессе се нормального функционирования и преобразования получаемых результатов определений в некоторый текущий критерий управления с его последующей реализацией.

Ii настоящее время АСУ адаптивного шпа активно использукися не только в высоко|ехноло1 ическнх отраслях (космонавтика, машиносфое-ние и др.). Многие современных элскфоппые приборы окружаюнгих пае имеют адаптивную АСУ. Примем некоторые и» них обладают искусственным интеллектом. Наиболее перспективным являс!ся меюд «Автономно! о адаптивною управления» разработанный A.A. Ждановым (Институт системного программирования РАН г. Москва). Доля электронной техники построенной на основе нейронных сетей, ciicicm нечеткой лотки, систем с подкрепляющим обучением, экспертных систем и др всс возрастает и активнее входит (и облегчает) в нашу жизнь и профессиональную деятельность. Наиболее активно и эффективно этим пользуется молодежь. Компьютерные АСУ используется в современной педагогике и незначительно в физическом воспитании и спортивной фспировке, что обусловлено ограниченным объемом накопленных знаний и неготовностью самих педагогов (тренеров) применять эти системы на практике.

В спорте, 1де обьекюм обучения является спортсмен различают: этапный, текущий и экспресс-кон фоль. Сложность контроля, особенно при получении срочной оценки, заключается в том, что необходимо иметь быстродействующие технические средства, дающие возможность контролировать большое число параметров.

При всей ценности дополнительной информации о движении, подаваемой тренером, в ней есть один существенный недостаток: ее субъективный характер (И.II. Ратов, В.В. Иванов, 1997). Тренер, наблюдающий за движениями ученика, получает о них лишь ту информацию, которую ему может дать зрительное восприятие, а она касается качественной стороны движения, но не его количественных параметров. Какими бы знаниями ни обладал тренер, он может ошибиться в своих зрительных наблюдениях.

По нашему мнению, обучение двигательным действиям с помощью адаптивных обучающих машин вполне возможно, так как движения, выполняемые в пространстве, могут быть зарегистрированы по различным параметрам, а затем и контролироваться. Задача теперь заключается в том, чтобы управлять величиной этих парамефов в требуемом для конечного результата режиме. Сложность заключается в большой функциональной подвижности двигательного аппарата спортсмена и упражнения выполняются в относительно большой зоне просфанства, и чтобы наладить «управляющие связи» (по Г.В. Кореневу, 1980), приходится разрабатывать технически и программно сложные устройства, которые моделируют адекватную техническую Сфуктуру упражнения в условиях, приближающихся к реальным. Практика обучения теоретическим курсам показала высокую эффективность адаптивных систем обучения и, думается, спортивная педагогика не останется в стороне. Будущее педагогики, как отметили академики А.И. Берг и И.И. Тихонов (1968), именно за адаптивными обучающими машинами.

Наиболее перспективным направлением развития тренажеростроения является их сопряжение с компьютерными технологиями. С каждым

годом появляются новые разработки, которые эффективно используются в подготовке спортсменов и физкультурников

Анализ тренажеров, в названии которых авторы использую! определение «адаптивный», показало недостаточную обоснованность применения этого термина. Это обусловлено рядом причин, мы приведем лишь основные:

о Этот термин чаще всего встречается в учебниках но САУ, в которых людям без технического или физико-математического образования сложно разобраться. Вот один из вариантов определения понятия «адаптивный»: «Адаптивными системами называют такие системы, в которых параметры регулятора меняются вслед за изменением параметров обьекта таким образом, чтобы поведение системы в целом оставалось неизменным и соответствовало желаемому» (А.Н. Гусев, В.А. Выожанин, В.Д. Закаблуковский, 1996). Однако дальше приводятся пояснения с помощью рисунков, как должны выглядеть адаптивные АСУ (в них несколько контуров управления рис. 1 и 2).

АР

ОУ

АР - адаптивный регулятор ОУ - объект управ чания V - идентификатор Часть, выделенная пунктиром, может быть реализована « цифровом виде

Рис. 1. Функциональная схема адаптивной системы с идентификатором

АР - адаптивный регулятор ОУ - объект управления БА - блок адаптации ЭМ- эталонная модель

Рис. 2. Функциональная схема адаптивной системы с эталонной моделью

о В педагогике адаптивное обучение представляет собой технологическую педагогическую систему форм и методов, способствующую эффективному индивидуальному обучению. Это система лучше других учитывает уровень и структуру начальной подготовленности, оперативно отслеживает результаты текущей подготовки, что позволяет рационально подбирать задания и упражнения для дальнейшего быстрого продвижения (Г. Паск, 1969; А.Б. Тменов, 1997).

Адаптивное обучение строится по принципу индивидуального обучения.

Адаптивное обучение - это дидактический подход к организации процесса обучения, при котором направление дальнейшего обучения (график и интенсивность) определяется по результатам усвоения предыдущих курсов (тем, тестов). Это способ организации учебного процесса с учетом индивидуального уровня подготовки учащегося до начала обучения или в процессе обучения.

В нашем понимании адапшвиые системы -■ по системы, когорые обладают способностью приспосабливаться к изменению внешних условий работы, а также улучшать свою работу по мерс накопления »шла. Адаптивные системы от остальных отличает наличие контура управления корректирующим устройс гвом.

Слсдоваюльно, в адаптивных системах процесс управления должен осуществляться на основе прямой п обратной связи и над первым контуром управления имеется второй, который меняет кошур первою. В адаптивных системах управления должно иметь место запоминающее устройство.

В спортивной тренировке чрезвычайно трудно смоделировать взаимодействие типа «доза-зффект». Для практического использования оздоровительного воздействия занятий спортом проблема адаптации организма к мышечной работе имеет важное значение (Н.М. Амосов, ЯЛ. Бендец 1975; В.11. Казначеев, 1975; Л.Х. Гаркави, Е.Б. Квакина, М.А. Уколов,' 1977; A.A. Виру, 1984; H.A. Фомин, В.П. Филин, 1986; С.Е. Павлов, 1999 и др.), ибо спортивные достижения должны расти именно вследствие улучшения состояния здоровья, а не за счет здоровья (А.Г. Дембо, 1984; В.Н. Платонов, 1988; Ю.Т. Черкесов, 1996 и др.).

Только оптимальная двигательная активность развивает и поддерживает функциональные резервы организма, соответствующие хорошему состоянию здоровья. Определение оптимальной нагрузки по-прежнему остается одной из сложных проблем в теории и методике физической культуры и спорта, в то время как оптимум двигательной активности является необходимым условием достижения высокого уровня здоровья. Основная сложность проблемы заключается в том, что оптимум необходимых движений у каждого человека - сугубо индивидуальный.

Величину нагрузки определяет все, что имеет место во взаимодействии организма с окружающей средой во всем ее многообразии. Поскольку острота действий всех факторов постоянно меняется и у каждого организма индивидуальна, адекватно должна меняться и нагрузка. Границы оптимальности нагрузки определяются максимумом и минимумом двигательной активности, которые являются весьма изменчивыми для каждого организма. Выход за их пределы приобретает отрицательное значение, как при недостаточности нагрузок, так и при ее избыточности. Следует учитывать и тот факт, что увеличение двигательной деятельности до индивидуального максимума переносится организмом без ущерба для здоровья.

Величину нагрузки наиболее целесообразно задавать с помощью тренажеров с АСУ по ответной реакции организма.

Необходимым условием работоспособности ДСУ является их устойчивость. Применение ЭВМ освобождает от трудностей расчета параметров нагрузки. Они также используются в составе САУ для выполнения сложных алгоритмов управления, которые особенно характерны для адаптивных и оптимальных систем, а также систем с прогнозированием конечного результата управления (E.I1. Попов, В.В. Клюев, 1985; И.В. Мирошник, В.О. Никифиров, 2000 и др.).

ТЕХНОЛОГИЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНОЙ НАГРУЗКИ ПО ОТВЕТНОЙ РЕАКЦИИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛ ЬНОГО АППАРАТА В ЗАНЯТИЯХ С ДЕТЬМИ ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА

Целые учителей, тренеров является создание условий, не допускающих снижения уровня здоровья занимающихся, способствующих его восстановлению и укреплению. В основе здоровья лежит активная двигательная деятельность. «Двигательная деятельность организмов - тто главная и почти единственная форма осуществления не только взаимодействия с окружающей средой, но и активного воздействия на эту среду» - писал Н А. Бернштейн (1947).

С появлением работ И.П. Ратова, Г.П. Ивановой, Ю.Т. Черкесова и других наметились тенденции, отражающие попытку использовать ПК в физическом воспитании детей.

При работе ребенка на тренажере надо устанавливать для него оптимальную, индивидуальную нагрузку, т.е. строго дозировать и следить за се уровнем. "Зга задача довольно сложна для специалиста, а тем более для родителя, который желает повысить двигательную активность своего ребенка с использованием тренажерных технологий. Значит, надо разрабатывать тренажеры, интересные детям и с автоматизированной системой управления по ответной реакции организма.

Разработанный нами для решения этой задачи компьютерный игровой тренажерный комплекс адаптивного воздействия (КИТКАВ) с индивидуальной регулировкой нагрузки для каждого ребенка но ответной реакции орг анизма сочетает в себе достоинства игры и занятий на тренажерах.

КИТКАВ (рис. 3) содержит: металлическую платформу, на которой закреплен блок регуляции нагрузки с реверсивным электроприводом (он позволяет изменять величину тренировочной нагрузки) и силовой манипулятор (джойстик). Изменение угла наклона джойстика фиксируется программой как смещение мыши.

Рис. 3 Внешний вид КИТКАВ

Силовой трансформатор и электрическая схема, управляющая электродвигателем, изолированы в специальный железный корпус.

Схематично игровой тренажерный комплекс можно представить в виде двух взаимосвязанных контуров управления первого и второго уровня рис. 4.

блок рС1 улншш «(ПруШ!

Адаптивное управление тренировочной нагрузкой в условиях компьютерной игры могло быт ь реализовано только с применением ПК, потому что было необходимо использовать качест венную трехмерную графику, работать с базами данных и иметь возможность работы с нестандартными внешними

устройствами. 'Эти требования определили выбор системы на базе ПК. I

начальный 1 1, ].Р Г * Устройство создания нагрузка

Подбор начально- уровень 1 1 нагрузки

Игра изображение и звук ОУ (человек)

го уровня ..1 достигнутым] US В смещение

Манипулятор типа «мышь»

* 1 уровень джойстика

Ада гтгивное у правлен и е

Автоматическое управление

Рис. 4. Схема адаптивного управления

Силовой трансформатор питает электродвигатель, помещенный в блоке регуляции нагрузки, при помощи схемы управления двигателем, подключенной к параллельному порту ПК. Компьютер, посылая сигналы управляет подачей напряжения на электродвигатель. Электродвигатель при подаче на него напряжения в зависимости от полярности равномерно перемещает толкатель вверх или вниз. Толкатель, приводимый в движение двигателем, сжимает пружину, которая прижимает тормозную прокладку к шарниру в основании джойстика (рис. 5). При движении вниз пружина разжимается и нагрузка уменьшается.

Для вывода игровой сцены использована трехмерная графика, где в качестве объекта управления выбрана бабочка (рис. 6).

место крепления нитей

шарнир

верхний кон- -ценой датчик бегунок.

нижиин кон-ценой датчик

тяговый

электродвигатель

Рис. 5. Устройство создания нагрузки

Рис. 6. Графика игры

Виртуальный объект управления (бабочка) летит вперед. Направление полета изменяется движением силового манипулятора. В зависимости

<>г уровня сложности игры бабочка меняет внешний вид. поддерживая эмоциональный настрой и интерес к игре.

Перед игроком ешвитея задача в течение заданного промежутка времени провести бабочку через как можно большее число колец, возникающих в случайных местах игровою пространства. При пролете бабочки через него оно исчезает и появляется новое на заданном в настройках расстоянии от предыдущего. Число колец, через которые иг рок проводит бабочку в единицу времени, характеризует скорость прохождения колец. Эта скорость является критерием, но которому ведется оценка психофизического состояния игрока.

Уровень сложности напрямую связан с физической нагрузкой и меняется по результатам игры (скорости прохождения колец), с учетом физической подготовленности и двигательного опыта учащихся. Нагрузку игрок испытывает, управляя игрой посредством силового джойстика.

Цель управления наг рузкой состоит в том, чтобы поддерживать постоянную скорость, задаваемую педагогом. В качестве критерия оптимальности управления выбрано отличие скорости от заданной (чем меньше отличие, тем лучше). Отличие скорости определяется после тренировки численным интегрированием модуля разности скоростей по времени.

Так как результаты каждого выполненного упражнения в подходе сохраняются в базе данных и используются в дальнейшем для управления нагрузкой, эту систему мы отнесли к адаптивным автоматическим системам управлении дуального класса.

В начале занятия из базы данных выбирается фамилия школьника, -который будет тренироваться, и загружается соответствующий его возможностям уровень нагрузки. После запуска основной программы появляется форма со списком игроков по номерам уровней, на которых находятся школьники. Каждому игроку в зависимости от уровня присваивается место. Ребята перед игрой могут посмотреть занимаемые ими места. Это значительно повышает мотивацию к занятиям на тренажере: между игроками возникает соревнование.

Тренировка осуществляется во время игры с графикой и длится установленное в настройках количество минут (по умолчанию - 20).

После занятия появляется форма с результатами игры, из которой играющий узнает, на каком уровне он находится в данный момент. Это важно для повышения мотивации к занятиям на тренажере. У ребенка возникает желание играть лучше и подняться на более высокий уровень.

Исходя из положения о том, что одним из стимулирующих факторов физического самосовершенствования человека является организация обучения и воспитания в условиях игровой, соревновательной деятельности, при которой происходит максимальная мобилизация его физических способностей, игра должна исггользоваться как мотив, стимул, которые способны содействовать развитию физических качеств. Компьютеризация, предполагающая многоцелевое использование ПК в учебном процессе, изменила взгляды на существующие средства обучения.

Особое внимание к проведению учебных игр с помощью компьютера мы, как и многие специалисты (Д. Сыозсл, Д. Рогерей, 1988; В 10. Волков, 2001; О.Н. Московчснко, 2003 и др.), связываем с тремя обстоятельствами:

• во-первых, использование ПК являеюя качественно новым этапом применения в учебном процессе шры, которая традиционно занимала ведущее место среди активных меюдов обучения;

• во-вторых, важнейший результат шры - это радость и эмоциональный подьем. Именно благодаря этому замечательному свойству шра, особенно с элементами соревнования, больше, чем друше формы физического воспитания, адекватна двигательным потребностям молодого организма в движении;

• в-третьих, становление и развитие учебной игры с помощью ПК во многом перекликается с широким распространением электронных п компьютерных щр, которые стали «популярным элементом культуры подрастающего поколения».

Применение КИТКАВ привело к улучшению физической и психофизической подготовленности детей, что обусловлено:

• безопасным увеличением обьема двигательной активности;

• адаптивным регулированием нагрузки каждого ребенка;

• адаптацией комплекса к психофизическому состоянию детей.

Нагрузка, создаваемая КИТКАВ, регулируется с учетом психологической и физической готовности. Обнаружена волнообразноегь изменения нагрузки как на протяжении одного занятия, так и от занятия к занятию с тенденцией увеличения объема нагрузки.

Результаты педагогического воздействия на детей из экспериментальной группы выражаются в следующих биомеханических характеристиках:

• мера вращающего действия силы на джойстик составила на начало исследования 15,8 ± 0,60 Нм, а в конце исследования - 22,9 ± 2,25 Н-м (достоверность статистически значима при р<0,05);

• работа силы, проявленная учащимися на начало исследования, была 3449 ± 30,8 Дж, а после исследования составила 4036 ± 55,1 Дж (р<0,05);

• средняя мощность на третьем занятии развивалась до 2,9 ± 0,02 Вт, а в конце исследования повысилась до 3,36 -к 0,030 Вт (р<0,05).

Выявленные изменения свидетельствуют об увеличении скоростно-силовых качеств (и имения ими управлять), выносливости, точности движений у детей среднего школьного возраста.

Преимущество авторской методики развития физической подготовленности подтверждено результатами, полученными во время педагогического исследования. Достоверный прирост результатов (р<0,05) у школьников экспериментальной группы выявлен в тестах: количество сгибании и разгибании рук в упоре лежа, приседания, прыжок в длину с места, подъем туловища из положения лежа на спине, подъем ног до угла 90° в висе на гимнастической стенке, кистевая динамометрия - левая рука, сгибание и разгибание рук из положения виса лежа, бросок медицинского мяча стоя из-за головы в положении, измерение быстроты реакции.

Проведенные исследования позволили усыновить, чго в экспериментальной группе суммарные медико-биологического показатели продемонстрировали улучшение механизмов адаптации у большинства школьников, что сказалось на улучшении психофизиологической активности дегей (результаты омсга-потенциалометрии (табл. I) и сердечно-сосудистой системы (проба Штанге рис. 7). Задаваемая нами адаптивная нагрузка и улучшение медико-биологических показателей вызвали благотворные функциональные изменения в организме детей.

Таблица 1

Показатели распределения величины омега-потенциала у детей перед началом и после проведения педагогического исследования

Градации величин омега- Контрольная группа Экспериментальная группа

До После До После

потенциала исследования исследования исследования исследования

(мВ) X п X п X п X п

выше 48,5 2 53 2 43 2 43 1

норма (20-40) 31,7 11 32,4 10 26,1 10 25,6 14

ниже 10 1 9 2 15,3 4 19 1

46,2 45,4

-

-

1

Контрольная группа Экспериментальная группа

□ До исследования □ После исследования

----------различия не достоверны "-различия достоверны (р<0,05)

Рис. 7. Проба Штанге

ОПТИМИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПО ОТВЕТНОЙ

РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ Испытуемыми в данном эксперименте были студенты, не занимающиеся спортом.

Один из путей повышения эффективности тренировочного процесса -непрерывное автоматическое управление им на основе отрицательной обратной связи по физиологическим показателям. Наиболее информативным показателем величины нагрузки в циклических видах спорта является ЧСС (В.М. Зациорский, В.Д. Чепик, В.Л. Уткин, 1963; С.Д. Неверкович, 1971 и

26

др.). В последнее десятилетие созданы новые поколения стационарных и телеметрических кардиолидеров (епорттсстсров), позволяющих обрабатывать данные на ПК, но величину нагрузки занимающийся (спортсмен) до сих пор изменяет самостоятельно.

В настоящее время все большую популярность приобретают миниатюрные вычислительные устройства, обладающие большими функциональными возможностями. Разработаны и внедряются универсальные микроконтроллеры, интегрирующие в себе вычислительные, измерительные и коммуникационные блоки. На основе микроконтроллеров можно разрабатывать автономные системы сбора, обработки информации и управления по довольно сложным алгоритмам, реализация которых традиционными средствами потребовала бы мощной технической поддержки. Разработка и использование подобных систем в спортивной тренировке и оздоровительной физической культуре представляются весьма перспективными, так как переводят процесс самосовершенствования на качественно новый уровень.

Данное обстоятельство послужило основанием для разработки нами устройства, представляющего собой носимый миникомпыотер на базе микроконтроллера АТМЕЬ АТ9088535, относящийся к классу «Машин автоматизированного управления» (Ю.Т. Черкесов, В.Г. Свечкарев, 2001). Он включает в себя аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок, устройство управления, две области памяти - для программ и для данных, интерфейсные порты и счетчики/таймеры. Внешние интерфейсы компьютера: алфавитно-цифровой дисплей, двенадцатиклавишная цифровая клавиатура (рис. 8), разъем для головных телефонов, стандартный последовательный интерфейс для передачи данных и разъем для подключения измеряемых цифровых и аналоговых сигналов. Алгоритм работы устройства формируется с помощью языка АТМЕЬ АУЯ авветЫст.

К машине автоматизированного управления для циклических упражнений (МАУЦУ) подключается разработанный нами оптоэлектронный датчик ЧСС.

МАУЦУ постоянно задает тренирующемуся частоту двигательных циклов (темп движения) с помощью звукового (или светового) сигнала. Задав занимающемуся оптимальный уровень нагрузки, аппарат начинает программно корректировать ее интенсивность. Причем чем больше реаль-

Рис. 8. Внешний вид машины автоматизированного управления для циклических упражнений

пая ЧСС (занимающегося) отличается от ЧСС 'заданной, гем сильнее изменяется теми движения по разработанному нами алгоритму, за счет чет циклические движения получаются более равномерными - без резких изменений в скорости. Выполнение циклических упражнений в условиях разработанной нами МАУЦУ, реализующей метод автоматизированного управления физической нагрузкой на основе программирования ЧСС, более эффективно, чем с использованием кардиолидера. Это подтверждается сокращением времени выхода на заданную ЧСС (250,31-7,91 с против 289,2 г9,69 с при использовании кардиолидера, различия достоверно значимы. И уменьшением величины максимального рассогласования реальной ЧСС с заданным уровнем в зоне устойчивого состояния для выбранного нами контингента студентов (4,3 А 0,19 с при использовании МАУЦУ, ггри работе с кардиолидером эта величина составила 5,2 1 0,21 с (рис. 9) различия достоверно значимы).

Рис. 9. График частоты вращения педалей велоэргометра с использованием МАУЦУ и в традиционных условиях (с показаниями ЧСС за прошедшую минуту)

Нами исследованы биомеханические показатели вращения педалей велоэргометра с использованием МАУЦУ и в традиционных условиях. Результаты эксперимента показали большую величину колебаний (разброса) частоты вращения педалей в первой половине занятия в условиях использования МАУЦУ по сравнению с традиционными условиями и достаточно устойчивую ее величину второй половине в обоих случаях. Однако с применением МАУЦУ ЧСС студентов находится в заданной зоне, в традиционных же условиях она может отклоняться от рекомендуемой преподавателем в большом диапазоне. Так, в нашем эксперименте ЧСС в первой трети занятия ниже, а затем начинает возрастать, достигая к концу занятия более высоких значений, чем планировалось.

Студенты исследуемого нами контингента, с выявленным низким адаптационным потенциалом, в стадии напряжения механизмов адаптации (которое классифицируется нами как «третье состояние организма» - состояние предболезни), в подавляющем большинстве случаев в традиционных условиях работы на велотренажере не могут контролировать заданный уровень физиологической нагрузки. Обычно он ниже в начале занятия и

выше в остальное время (иногда наблюдается обратная картина). В условиях тренировки с МАУ1ДУ сохраняется оптимальная нагрузка, способствующая повышению адаптационных возможностей организма.

При использовании МАУЦУ длина пройденной дистанции на каждом занятии индивидуальна, зависит от физиологического состояния организма и характеризует адаптацию организма к физической наIручке на момент занятия рис. 10.

л , . •• •

. • • • »'• '».У

.и

занятия

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Л 32

Рис. 10. График пройденного расстояния с применением МАУЦУ для циклических упражнений

Студенты, участвующие в эксперименте, прошли тестирование и медико-биологическое обследование, результаты которых приведены в табл. 2-5.

Таблица 2

Показатели медико-биологического исследования студентов перед началом и после проведения педагогического эксперимента

Показатель Контрольная группа Экспериментальная группа Достов-ть различий при р<0,()5

До экс. После экс. До экс. После экс.

1 2 3 4

X ±5 X ±6 X ±5 X ±6 1-2 1-3 3-4

Тест Купера (м) 2376 77,6 2378 50,2 2365 78,4 2551 73,8 > > <

Проба Штанге (с) 40,3 3,84 41,9 3,16 38,2 2,46 58,6 5,21 > > <

ИФИ (баллы) 2,04 0,05! 2,05 0,052 2,03 0,061 1,91 0,057 > > <

Индекс Руфье (усл. ед.) 12,21 1,461 12,12 1,326 12,26 0,959 9,53 0,886 > > <

Так, представленные в таблице данные свидетельствуют о том, что результаты теста Купера в контрольной и экспериментальной группах до эксперимента существенно не различаются и соответствуют оценке «удовлетворительно». В экспериментальной группе статистически значимый прирост показателей свидетельствует об улучшении физической работоспособности студентов (по таблице Купера соответствует оценке «хорошо»).

Таблица 3

Показатели распределения величины омега-потенциала у студентов перед началом и после проведения педагогического эксперимента

Градации величин омега-потенциала (мВ) Контрольная группа Экспериментальная группа

До эксп. 11осле эксп. До эксп. После эксп.

X п X п X п X п

выше 45,71 7 57,42 7 48,6 9 43 3

норма (20-40) 21 1 пет 0 нет 0 29 8

ниже 16 5 13,5 6 13,8 4 17 2

Таблица 4

Показатели вариационной пульсометрии перед началом и после проведения педаг огического эксперимента

Показатель Параметры Контрольная группа Эксперимен тальная группа

До эксп. После эксп. До эксп. После эксп.

X п X п X п X п

Ин (усл. ед.) вегетативный гомеостаз выше 237,7 2 221,4 2 357,1 4 233,1 4

норма 46-148 84,7 7 88,4 6 77,7 6 92,4 8

ниже 42,3 4 37,1 5 32,5 3 18,3 1

Мо (с) гуморальные влияния выше пег 0 нет 0 нет 0 нет 0

норма 0,8-1,1 0,926 4 0,923 4 0,901 3 0,91 4

ниже 0,729 9 0,74 9 0,72 И) 0,75 9

АМо (%) симпатические влияние ЦНС выше 60,8 5 65,2 5 61,8 5 59,5 2

норма 31-49 38,8 5 44 3 37 5 43,3 10

ниже 23,33 3 23 5 24 3 17 1

ЙХ (с) парасимпатические влияния выше 0,434 9 0,425 10 0,428 8 0,456 3

норма 0,16-0,3 0,216 3 0,27 2 0,21 2 0,24 8

ниже 0,11 1 0,14 1 0,116 3 0,13 2

Таблица 5

Результаты тестирования студентов перед началом и после проведения педагогического эксперимента

Показатель Контрольная группа | Эксп. группа Достов. различий при р<0,05

До эксп. После эксп. До эксп. После эксп.

1 1 2 3 4

X ±8 X ±5 X ±5 X ±5 1-2 1-3 3-4

Бег 3000 м (с) 799,1 12,57 798,3 14,63 795,7 11,30 754,2 12,34 > > <

Бег 100 м (с) 14,3 0,18 14,4 0,13 14,3 0,14 14,2 0,12 > > >

Сгибание и разгибание рук в висе (раз) 12,38 0,521 12,46 0,596 12,30 0,639 12,92 0,606 > > <

Рсзулыаты пробы Штанге в обеих труппах до эксперимента хорошие и существенно не различаются. В эксперимснгальной фуние произошло достоверное улучшение общего состояния кислородообссиечивающих систем, результат которого оценивается нами по специальной таблице на «отлично».

Удовлетворительной адаптации соответствует индекс функциональных изменений (ИФИ) в контрольной и экспериментальной группах до эксперимента (достоверность различий незначпма). После завершения педагогического эксперимента в кошрольной группе этот показатель претерпел несущественное ухудшение, а в экспериментальной статистически значимое его улучшение соответствует оценке «хорошо» и свидетельству-С1 о повышении адаптационног о потенциала организма занимающихся.

После завершения педагогического эксперимента только в экспериментальной группе произошло статистически достоверное улучшение состояния реактивных свойств сердечно-сосудистой системы; о чем свидетельствует хороший показатель индекса Руфье. До эксперимента этот показатель в обеих группах не имел существенного различия и расценивался как удовлетворительный.

Разработанная нами здоровьесберегающая технолог ия способствовала улучшению механизмов адаптации у большинства студентов экспериментальной группы, что в первую очередь сказалось на улучшении состояния симпатического и парасимпатического отделов нервной системы (результаты вариационной пульсометрии - параметры АМо и с!Х), интегрального показателя уровня метаболических процессов в организме, уровня психофизиологической активности (результаты омега-потенциалометрии) и сердечно-сосудистой системы (тест Купера, проба Штанге, индекс Руфье).

Таким образом, суммарные показатели медико-биологического исследования показали (по большинству параметров) некоторое ухудшение механизмов адаптации у большинства студентов контрольной группы.

По нашему предположению, это может быть связано с несоответствием некоторых нагрузок на занятиях по физическому воспитанию уровню физической подготовленности занимающегося.

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТРЕНИРОВКОЙ ВЕЛОСИПЕДИСТОВ РАЗЛИЧНОЙ КВАЛИФИКАЦИИ ПО ОТВЕТНОЙ РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

Компьютеризованные тренажерные устройства и комплексы наилучшим образом способствуют адаптации и повышению эффективности тренировочного процесса, так как с их применением условия работы мышц максимально приближаются к оптимальному согласованию внешней нафузки с функциональными возможностями организма спортсмена (В.М. Зациорский, 1975; Ю.А. Ипполитов, Б.В. Шмонин, 1986; Е.А. Ширковец, 1995 и др.). При этом более эффективны устройства с отрицательной обратной связью.

Нами разработана, создана и апробирована на практике машина автоматизированного управления для тренировки велосипедистов (МАУТВ), представляющая собой компьютеризованный вслотренажерный комплекс,

31

позволяющий непрерывно регулировать физическую нагрузку по заданной ЧСС на основе отрицательной обратной связи.

Устройство включает в себя (рис. 11): раму 1 для закрепления велосипеда 2, состоящую из узла крепления вилки переднего колеса 3 и узла фиксированной опоры 4 заднего колеса 5 велосипеда 2. 11ри этом заднее колесо 5 фрикционно связано с роликом 6, размещенным на оси 7, установленной на раме 1. На оси 7 с одной стороны от ролика 6 находи гея крыльчатка вен тилятора 8 (рис. 12), а на другой стороне от ролика б - ступенчато изменяемая нагрузка. Она создается с помощью постоянного магнита 9 (рис. 13), ступенчато надвигаемого на вращающийся вместе с колесом 5 медный диск 10. Имеется датчик 11 условного перемещения велосипеда 2, выходной сигнал которого привязан к вращению указанного ролика 6 (рис. 14).

/Л? I

..т

Рис. 11. Общий вид МАУТВ

Рис. 12. Вид регулирующе- Рис. 13. Вид регули- Рис. 14. Видрегули-го устройства со стороны рующего устройства со рующего устройства крыльчатки вентилятора стороны медного диска сзади

Динамическая нагрузка создается в результате взаимодействия вихревых токов, наводимых во вращающемся медном диске 10 регулирующей обмоткой 12. Она намотана на сердечник магнитопровода 13, охватывающего часть поверхности упомянутого диска 10 и подключенного через первый усилитель 14 (ем. рис. 5.4) и первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАД) 15 к системному блоку 16 ПК с дисплеем 17 и клавиатурой

18. Обмшка возбуждения электродвиппеля 19 через второй усилитель 20 и второй ЦАП 21 подключена к системному блоку 16.

Датчик измерения ЧСС 22, измерительный щуп которого, надеваемый на велосипедист во время тренировки, и упомянутый датчик 11 условного перемещения велосипеда 2 подсоединены к системному блоку 16 через первый 24 и второй 25 АЦП соответственно. При этом ось электрического двигателя 19 механически (в данном случае - фрнкционно) связана с задним колесом 5 велосипеда 2. Все узлы и датчики, которым для работы необходимо электрическое питание, подключены к источнику питания 27.

Перед началом тренировки велосипедиста на 11К с помощью клавиатуры 18 задается коридор ЧСС [Р нижний, Р верхний]. Он подбирается индивидуально во время предварительного полного обследования каждого спортсмена и является отображением оптимальной зоны работы его сердца. Также имеется возможность задания эталонного режима тренировки.

Спортсмен садится на велосипед, и на нем закрепляется датчик ЧСС 23. Сигнал этого датчика подключается к системному блоку 16 через первый АЦП 24. Датчик 11 условного перемещения велосипеда 2 подсоединен к системному блоку 16 через второй АЦП 25. Таким образом, на экране дисплея 17 отображаются: текущее значение ЧСС, «пройденное» расстояние, время в «пути», а также воображаемая трасса и местоположение велосипедиста на ней в каждый момент времени.

Нагрузка на педали меняется в зависимости от текущего значения ЧСС спортсмена относительно заданного коридора. При выходе ЧСС за пределы нижнего уровня заданного коридора программа управления по гиперболе повышает напряжение, подаваемое через первый ЦАП 15 и усилитель 14 на регулирующую обмотку 12, увеличивая нагрузку до тех пор, пока ЧСС спортсмена не достигнет заданного коридора. При чрезмерно большой ЧСС, наоборот, указанная программа по гиперболе понижает напряжение пока ЧСС тренирующегося не войдет в заданную зону.

На рис. 15 представлена функциональная схема МАУТВ с автоматизированной системой непрерывного управления (регулирования) двигательными действиями велосипедистов по ответной реакции организма.

с >

Велосипедист

Л Сердце п

У

Датчик ЧСС

АЦП и ЦАП

Велотренажер

Клавиатура

X

Системный блок

про! рамма управления

Регу- 4- Усили- Дисплеи

лятор тель ; пк

Рис. 15. МАУТВ с АСУ двигательными действиями велосипедистов по ответной реакции организма. (Схема функциональная)

И АСУ тренером можег бы ть задана любая ЧСС, а при необходимоеги -различная и на разных отрезках пути. Индивидуально задается и время работы на МАУ'ГВ. При эгом спортсмен получает всю необходимую информацию, обрабатываемую ПК, на экране дисплея компьютера. Все данные сохраняются в базе данных для статистической обработки и дальнейшего анализа. При создании достаточной базы данных за продолжительный отрезок времени и подключении специализированных программ возможна выдача АСУ тренеру (спортсмену) рекомендаций по корректировке тренировочного процесса.

Поэтому в дальнейшем для повышения качества процесса управления возможно использование и других физиоло! ичсских параметров организма спортсмена (частота дыхания, артериальное давление, МПК, температура тела и др.) и биомеханических характеристик выполняемых упражнений. Возможности АСУ могут быть в дальнейшем расширены посредством привлечения последних разработок в программном обеспечении.

Данное устройство позволяет расширить функциональные возможности организма и повысить эффективность тренировки спортсменов благодаря непрерывному отслеживанию ответной реакции организма велосипедиста во время выполнения упражнения и плавному автоматическому регулированию нагрузки в соответствии с изменяющимися параметрами регистрируемых характеристик. Такой подход исключает возможность перетренировки и создает благоприятные условия для протекания процесса адаптации.

Возможность регистрировать биомеханические параметры движения и по ходу тренировки корректировать их по ответной реакции организма на нагрузку - важнейшее условие оптимизации управления тренировочным процессом и повышения мастерства спортсмена при сохранении его здоровья.

При проведении поисковых исследований нами фиксировались динамика насыщения гемоглобина кислородом методом трансмиссионной пульсоксиметрии у велосипедистов различной квалификации при непрерывном регулировании внешней нагрузки по ЧСС (в условиях применения МАУТВ) и в традиционных условиях. Ниже на рисунках 16-18 приведены оксигемограммы, характеризующие общие тенденции изменения насыщения гемоглобина кислородом у велосипедистов различной квалификации. В табл. 6 представлены средние значения регистрируемого показателя.

Традиционные условия - - - - МАУТВ

Рис. 16. График изменения насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом у спортсменов высокого уровня мастерства в условиях применения МАУТВ и в традиционных условиях 34

100 <>'<).",

чх ■ % -

<4 02 -40

*х 8(> -,44

-

30

7 Я Ч II) II 12 и |4 15 !<| 17 18 14 20 21

■ 1 ра;ппшош|мс условия

2 2* 2 1 25 26 27 28 29 50

МЛ У11)

Рис 17. График изменения насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом у спортсменов среднего уровня, мастерства в условиях применения МАУТВ и в традиционных условиях '

7 8') 10 II 12 I.! 14 15 16 17 18 I') 20 21 12 2' 24 25 26 27 28 29 30 -Градшшиншле условия - - МЛУТВ ( мпн

Рис. 18. График изменения насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом у спортсменов низкого уровня мастерства в условиях применения МАУТВ и в традиционных условиях

Как видно на графиках, у спортсменов, занимавшихся в условиях МАУТВ, колебание напряжения кислорода в крови значительно ниже, чем у тренирующихся в традиционных условиях. При этом средний уровень количества кислорода в крови (табл. б) выше у занимавшихся в условиях нашего тренажерного комплекса. Обращает на себя внимание особенность изменения количества кислорода в крови, наблюдаемая в течение выполнения работы спортсменами различной квалификации в исследуемых условиях. Так, в условиях МАУТВ наблюдается большая согласованность анимальных и вегетативных систем организма, в более короткие сроки наступает устойчивое состояние,.что приводит к увеличению функциональных возможностей мышечного аппарата спортсменов (см. рис. 18). При этом динамика изменений насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом сопровождается увеличением работоспособности и уменьшением времени восстановления.

Данная методика применения МАУТВ наиболее актуальна для начинающих спортсменов, так как позволяет на протяжении всей дистанции

сохранять достаточно высокий уровень кислорода в крови. При эгом стресс-реакция организма достаточно высока, а повреждающие эффекты практически о Iсутс г вуют.

Таблица 6

Изменение насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом у велосипедистов различной квалификации в различных условиях тренировки

Уровень мастерства Традиц. условия МАУТВ Дос говериоеть различий при р<0,05

Т±й х ±8

Высокий 93,4 ±1,12 95,5 ±1,13 <

Средний 91,0 ±1,84 92,8 Ы,25 <

Низкий 86,4 ±2,46 93,2 ±2,14 <

Регулирование уровня сопротивления, осуществляемое программой управления по ЧСС, отразилось на параметрах биомеханических характеристик движения, которые мы сравнили с характеристиками упражнения, выполняемого в традиционных условиях, т.е. на велосимуляторе Catcye CS-1000 без автоматического регулирования (таким или подобным тренажером пользуются многие велосипедисты в процессе тренировок). Ниже на рисунках отображены графики изменения параметров различных биомеханических характеристик движений, выполняемых спортсменами различного уровня подготовленности (представлены средние величины выборки).

Из рис. 19, отражающем динамику ЧСС, характерную для велосипедистов высокого уровня подготовленности, при выполнении задания в различных условиях, видно, что уровень исследуемого показателя достаточно быстро возрастает до 160 ударов как в традиционных условиях, так и в условиях, создаваемых МАУТВ. При дальнейшем выполнении упражнения уровень ЧСС с применением предлагаемого нами устройства остается неизменным до конца тренировки, а в традиционных условиях постоянно возрастает и к концу занятий достиг ает 180 ударов.

190 чсс 180 170 • 160 -150 140 130 120 110 -100 -

90

! 9 10 || 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 24 30 -Традиционные условия - -- МАУТВ Гмин

Рис. 19. График изменения ЧСС у спортсменов высокого уровня мастерства в условиях МАУТВ и в традиционных условиях тренировки

Скорость движения, представленная на рисунке 20, при выполнении упражнения в условиях МАУТВ значительно выше но сравнению с традиционными условиями тренировки, при этом наблюдается ее наиболее плавное изменение.

34 -1 \

28 -26 -

24 -22 -

I 2 3 4 * 6 7 К 9 10 П 12 13 14 15 16 17 18 14 20 21 22 23 24 25 26 27 28 24 30 -— Традиционные условия - МЛУТВ

Рис. 20. График изменения скорости у спортсменов высокого уровня мастерства в условиях МАУТВ и в традиционных условиях тренировки

У спортсменов среднего уровня мастерства наблюдается еще большее отличие в динамике ЧСС (рис. 21) между традиционными условиями выполнения упражнения и условиями МАУТВ. При этом ЧСС в традиционных условиях значительно выше и постоянно растет, тогда как в условиях нашего тренажерного комплекса она, достигнув оптимального значения, держится на этом уровне.

Рис. 21. График изменения ЧСС у спортсменов среднего уровня мастерства в различных условиях тренировки

Динамика скорости движения (рис. 22) в условиях МАУТВ носит более плавный характер и остается примерно на одном уровне до конца выполнения упражнения, а в традиционных условиях носит скачкообразный характер - большие значения в начале упражнения и снижение к его окончанию.

до ■

36 ■ 12 2« •

24 ■ ?« -

|ь -12 -8 -4 -

(I ■

Рис

14^6 7 8 9 10 П 12 И 14 |5 |!> 17 1« 14 20 21 22 24 ?7 2» 2') Ч> -Традиционные услония МЧУ) И

22. График изменения скорости у спортсменов среднего уровня мастерства в различных условиях тренировки

График изменения ЧСС у спортсменов низкого уровня подготовленности (рис. 23) показывает такую же картину изменения исследуемых характеристик, что и у спортсменов более высоких разрядов. Это свидетельствует об эффективности применения МАУТВ, которая способна удерживать уровень ЧСС в оптимальных пределах.

190 чсс 180 -170 -16« 150 140 130 -120 ПО 100 90

12 * 4 5 6 7 8 9 10 11 12 В 14 15 16 17 18 14 20 21 22 25 2.4 25 21) 27 28 2') М> -Традиционные условия МАУТВ

Рис. 23. График изменения ЧСС у спортсменов низкого уровня мастерства в условиях МАУТВ и в традиционных условиях тренировки

На рисунке 24 видно, что в условиях МАУТВ спортсмены низкой квалификации способны выполнять двигательное задание с гораздо большей скоростью, при этом происходящие изменения имеют меньшие отклонения, чем при выполнении упражнения в традиционных условиях тренировки.

32 -28 -24 20 16 12 ■ 8 -4 -

12 3 4 5 6 7 8 9 '10 II 12 1? 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 21 25 26 27 28 24 10 -Традиционные условия ----- МАУТ13

Рис 24. График изменения скорости у спортсменов низкого уровня мастерства в различных условиях тренировки

Ниже, и 1абл. 7, приведены средние значения параметров исследуемых биомеханических характеристик движения, полученные нами при проведении жспсримсн та.

Таблица 7

Ишенения биомеханических параметров движения у велосипедистов ра ¡лично/! квалификации в различных условиях тренировки

Традиц. условия Условия МАУТВ Достоверность различий при р<(),05

Уровень мастерства Высокий ЧСС V (км/ч) Ь (км) Т±5 ЧСС У (км/ч) Ь (км)

х ±5 ~х ¿5 х ±й х 15 "х±5

1 161,34 И5,27 2 "31,75" ±1,09 3 4 3 6 1-4 2-5_ < 3-6

15.46 ±0,43 153,27 ±14,53 33,36 ±1,45 17,08 ±0,72 <

Средний 162,9 ±26,12 30,86 ±2,63 15,47 ±0,37 149,7 ±22,17 32,64 ±1,08 16,50 ±0,39 < <

Низкий 171,14 3:20,44 31,18 ±0,56 15,34 ±0,29 154,9 ±12,81 32,55 ±0,96 16,29 ±0,32 < < <

Результаты исследования показали, что АСУ МАУТВ качественно справляется со своей задачей и ЧСС спортсмена находится в заданном коридоре (151 -161 удар в минуту или 152- 162удара в минуту в наших конкретных случаях). И если по каким-то причинам ЧСС все-таки выходит из коридора (чего программа управления старается не допускать), то АСУ приводит значения к норме.

Эффек тивность предлагаемой нами методики тренировки велосипе-дистов-шоссейников определялась также путем сравнения времени восстановления после нагрузки и пройденного расстояния, зарегистрированных на первом и последнем занятиях при выполнении тестового задания «Езда на велостанке в течение 30 мин».

Сравнительный анализ результатов тестирования, проведенного по окончании педагогического эксперимента, представлен в табл. 8.

Таблица 8

Результаты основного педагогического эксперимента

Регистрируемые характеристики До эксперимента После эксперимента Достоверность различий при Р<0,05

контр. 1Т>. экс п. гр. контр, гр. | эксп. гр.

х ±8 Т±5

1 2 3 4 1-2 1-3 2-4 3-4

1 восстановления (с) 124,12 ± 1,13 125,02 ±1,44 85,74 ±1,13 64,21 ± 1,03 > < < <

Ь (км) 15,05 ±1,29 14,82 ±1,29 17,02 ±0,82 19,15 ±1,78 > < < <

Из таблицы видно, что в обеих группах произошло достоверное улучшение результатов регистрируемых характеристик движения.

Результаты исследований динамики физиолошчеекпх показателей организма спортсменов, тренирующихся в стандартных условиях и в условиях МАУ'ГВ, показали, что адаптация к физической на! рузке проходит быстрее и с меньшим повреждающим -эффектом, чем в стандартных условиях Динамика ЧСС, зарегистрированная в результате экспериментов, показывает, что в условиях МАУТВ сердечно сосудистая система спортсмена лучше адаптируется к нагрузке, а ее вариативное изменение позволяет удерживать данный параметр работы сердца в оптимальном «коридоре». Спортсмены, тренировавшиеся в условиях МАУТВ, быстрее восстанавливались и выполняли больший объем работы, что свидетельствует о развитии у них адаптационного синдрома.

ТЕХНОЛО! ИЯ ТРЕНИРОВКИ СИОРТСМЕНОВ-АРМРЕСТДЕРОВ ВЫСШЕЙ КВАЛИФИКАЦИИ В УСЛОВИЯХ АДАПТИВ1Ю1 О УПРАВЛЕНИЯ ВЕЛИЧИ1ЮЙ С011Р0ТИВЛЕ11ИЯ

Актуальность данного исследования обусловлена потребностью спорта в разработке систем управления и сбора данных, способствующих решению проблемы выдачи экспресс - информации о качестве выполнения двигательного действия, формировании управляющих (корректирующих) воздействий на спортсмена. Наряду с этим существуют проблемы адаптивного управления тренировочной нагрузкой на основе индивидуальных особенностей спортсмена. Недостаточно развита индустрия производства тренажерных средств, реализующих возможности современных информационных технологий.

Применительно к спорту разработка АСУ преследует цели улучшения качества тренажерных средств и увеличения спортивных результатов, облегчения работы тренерского состава по учету и контролю за тренировочным процессом спортсменов. Но главным результатом, которого очень трудно добиться без применения новейших разработок в области компьютерной техники и электроники, является раскрытие человеческих возможностей, понимание сути процессов, происходящих в его организме под воздействием физических нагрузок. До сих пор нет научнообоснованной теории, применение которой позволило бы достаточно точно рассчитать тренировочную нагрузку на каждый день, на каждое движение внутри подхода. Поэтому тренировочный процесс, особенно спортсменов высокой квалификации, связан с определенным, порой, весьма значительным риском. Этот риск обусловлен возможностью превышения допустимой для организма физической нагрузки, что часто приводит не только к временному снижению результатов спортсмена, но и к большому ущербу для его здоровья. Порой, преследуя цели достижения все более и более высоких результатов, спортсмен травмируется так, что навсегда выбывает из спортивной жизни. Поэтому тренер несет большую ответственность, планируя каждую тренировку.

Тренировочный процесс спортсменов высокой квалификации отличается увеличением влияния их индивидуальных показателей на расчет параметров тренировочной нагрузки (С.Г. Сухачсв, В.И. Шапошникова, 1988; В.А. Запоро-жанов, 2002 и др.). Использование современных информационных технологий, средств компьютерной вычислительной техники и электроники позволяет решить большинство из существующих проблем автоматизации в спорте. Приме-

ноше АСУ тренировочным процессом исключает! ошибки, присущие еубьек-гишюй оценке тренером обьема физической натрузки споргсмена в процессе выполнения им того или иного упражнения, повышает качество и эффективность тренировки. Поэтому проскшрование подобных систем обусловлено их реальной потребностью в организации учебно-тренировочного процесса.

Необходимо отметить, что существующие в настоящее время в спорте проблемы автоматизации тренировочного процесса, контроля за правильностью выполнения упражнений, автоматизации эксперимента ставят перед разработчиком задачи построения гибкой, легко настраиваемой АСУ, обладающей «дружественным» интерфейсом дня конечного пользователя, которая реально облегчит профессиональную работу тренера. Создаваемая система, по нашему мнению, должна строиться гю блочно-модулыгому принципу с максимальной унификацией входящих в нее узлов и агрегатов. ')то позволит дополнить ее новыми возможностями, а в случае необходимости заменить морально устаревшие блоки технологически новыми. Все это добавляет «плюсы» подходу, основанному на принципе программного управления выполнением измерительно-вычислительных операций, предоставления срочной информации, формированием воздействия в соответствии с конкретными задачами управления.

Современному тренеру чемпионов для свободного ориентирования в новых технологиях, основанных на АСУ, необходимы дополнительные знания в таких областях, как: механика, электроника, теория измерений, теория аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований, метрология, математическая статистика, теория баз данных, теории авт оматического управления.

Конструкция безынерционного тренажера адаптивного управления для армспорта представлена на рис. 25.

Все функциональные компоненты разработанной системы управления можно условно разделить на три группы: механическая часть, аппаратное и программное обеспечение. В свою очередь, программная часть системы реализует функции методического обеспечения и использует математическую модель цифрового фильтра.

В состав разработанной АСУ входит машина адаптивного управления для армспорта, представляющая собой тренажер (см. рис 25), моделирующий спортивное движение. Начальное натяжение пружин регулируется АСУ электромеханическим способом. Датчики 23 и 7, АСУ 14, блок изменения нагрузки (электродомкрат 20) образуют контур адаптивной обратной связи. Настоящая система в качестве АСУ использует ЭВМ, что дает некоторые преимущества перед традиционными тренажерными устройствами, а именно: позволяет не только осуществлять автоматическое регулирование величины нагрузки, но и задавать ее индивидуально каждому спортсмену, помещать в базу данных результаты каждого выполненного упражнения.

Так как результаты выполнения каждого упражнения сохраняются в базе данных и используются в дальнейшем для управления нагрузкой, эту систему можно отнести к адаптивным автоматическим системам управления дуального класса (Н.И. Подлесный, В.Г. Рубанов, 1991 и др.). Преимущества программной обработки очевидны. Во-первых, это универсаль-

нос п.: небольшим изменением насгроек программы из пользовательского интерфейса можно'радиканьно изменить алгориш обработки и критерии принятия решения о формировании уровня нагрузки на испьиуемого, во-вторых, результаты измерений могу! быть записаны и воспроизведены любое количество раз без потери качества; в-трегьпх, записанные данные могут быть использованы в более сложных расистах для получения новых

7. Датчики перемещения Н и 9. Держатели 10. Рукоятка 12 и 13 Блоки. 14. АСУ 15. Отверстия. 16 Трое П. Электродвигатель 18. Ось. 19. Фиксатор 20. Электродомкрат 21 и 22 Специальные ползуны. 23. Датчик силы

Все эти преимущества в конечном счете улучшают результаты тренировок.

Предложенный программно-аппаратный комплекс имеет структуру, представленную на рис. 26. Информация о кинематических, динамических и других параметрах движения преобразуется соответствующими датчиками в электрические сигналы. Затем они усиливаются блоком усилителей до величины (необходимой для регистрации платой сбора данных), которая осуществляет аналого-цифровое преобразование поступивших на нее сигналов. После этого информация о характеристиках движения представ-

ЛИС1СЯ к ЦНфривим виде, н вел ее дальнейший е/ириОО! Кй ОСу'тее те;;

программно.

Подпрограмма сбора и первичной обработки данных считывает с платы сбора данных информацию о движении, представляет се в удобном для дальнейших вычислений виде и заносит в массив данных. Основная программа забирает измеренные данные из массива, вычисляет основные характеристики движения, сравнивает их со значениями, которые задал тренер, и решает вопрос об изменении тренировочной нагрузки.

Далее подпрограмма формирования управляющих сигналов для нагрузочного устройства по результатам работы основной программы выставляет на порт параллельного ввода-вывода сигнал о направлении изменения величины нагрузки. При этом, периодически получая управление через интервал времени, определенный таймером, она каждый раз проверяет соответствие величины нафузки заданной и в случае ее достижения снимает управляющий сигнал.

Следующий блок осуществляет гальваническую развязку сигналов управления с порта ввода-вывода ЭВМ и конечной схемы электропривода, что исключает выход ЭВМ из строя в случае короткого замыкания или перегрузки и поражение электрическим током спортсмена. Схема защиты от сбоев, входящая в этот блок, разработана для исключения ситуаций противоречивости управляющих сигналов (включение электропривода сразу в обе стороны вращения). Таким образом, функционирование электромеханического привода не несет опасности ни для ЭВМ, ни для спортсмена.

В начале тренировки спортсмену дастся нагрузка, зависящая от его индивидуальных характеристик. Это отличает данную систему управления от подобных, которые, как правило, задают в начале выполнения упражнения какой-то определенный уровень нагрузки и лишь затем подстраивают его под индивидуальные возможности тренируемого.

Управление тренировочной нафузкой в данной АСУ осуществляется на основе вычисления скорости выполнения движения. В начале тренировки спортсмену выставляется нагрузка, соответствующая какому-то про-

ценIному значению его максимальных возможностей, хранящихся в базе данных. Далее он выполняет упражнения по заданному (репером плану тренировки. Если спортсмен показывает «хорошие результаты», по проявляется в превышении максимальной скорости выполнения упражнения, задаваемой Iрепером. В этом случае АСУ увеличивает нагрузку пропорционально превышению скорости. Нарастающее в процессе тренировки утомление мышц спортсмена является причиной снижения скоросш. Поэтому АСУ постепенно, от упражнения к упражнению, снижает нагрузку для поддержания заданной скорости выполнения движения. Выполнение подхода прекращается после заданного тренером количества повторений упражнения либо в случае падения скорости выполнения движения до некоторого (программируемого) минимального значения. Спортсмену подается сигнал о прекращении выполнения упражнений и необходимости отдыха.

В состав механической части системы управления входят: тренажер с нагрузочным устройством, электромеханический привод и датчики измерения физических величин.

В АСУ применены три измерительных датчика: два датчика, регистрирующие биомеханические параметры движения спортсмена, силу выполнения движения и перемещение, и один датчик перемещения - для контроля величины создаваемой тренировочной нагрузки.

Разработанная база данных выполняет функции хранения и статистической обработки результатов тренировок, предоставляет тренеру необходимые функции но ведению журнала тренировок и учету спортивных показателей спортсменов.

В регистрационной форме заполняется информация о спортсмене. В форме для выбора режима рабо ты сначала задается тип упражнения, выбирается ФИО испытуемого и период, за который оценивается предыдущий уровень физической подготовленности. После этого тренер запускает программу автоматического управления тренировочной нагрузкой через интерфейс командной строки, задавая ей требуемую силу сопротивления пружин, скорость движения и количество повторов.

В качестве основных компонентов автоматизированных систем сбора, обработки информации и управления исполнительными устройствами должны выступать датчики физических величин, аналого-цифровые преобразователи, электромеханические приводы и сочетание системных и прикладных программных средств, составляющих единый технологический цикл измерения, обработки и выдачи управляющих воздействий. Для наиболее эффективного решения поставленных задач представляется целесообразным применение АСУ адаптивною тина, т.к. объект управления подвержен заведомо не известным воздействиям.

Данный метод управления тренировочной нагрузкой позволяет моделировать работу системы управления, отличающуюся главным образом тем, что изменение нагрузки происходит с учетом индивидуальных возможностей тренируемого. В процессе тренировки данная АСУ не допускает губительного для здоровья спортсмена превышения нагрузки, приводящего к «перетренировке» и соответственно к падению спортивных результатов.

Разработанная памп технолог пя тренировки армрестлеров высокого класса на безынерционном тренажере адаптивною управления для армс-11 о р i a cocí он i в следующем:

• Тренер (или армрееглер) с помощью АСУ устанавливав! на безынерционном фснажсре адаптивного управления сопротивление, равное 95% (или необходимое другое) от максимального (за выбранный промежуток времени пли па данный момент). С таким сопротивлением армресглер высокого класса можс! выполнить рабочее движение около ipex раз. Однако физиологическая нагрузка на его организм будет равна 95 % только при первом выполнении. При повторном выполнении движения она составит уже 9798 %, причем скорость выполнения упражнения несколько уменьшится. При третьем повторении физиологическая нагрузка будет равна 100%, причем скорость выполнения упражнения еще уменьшится. Такой вид нагрузки не всегда оправдан: организм очень быстро к нему привыкает.

• При использовании безынерционного тренажера адаптивного управления картина выполнения подхода меняется подбором АСУ оптимальной (гглавно изменяющейся rio ходу выполнения движения) величины сопротивления мышцам спортсмена на основе зарегистрированной скорости движения. Таким образом, получается, что армрестлер выполняет последующие повторения с физиологической нагрузкой, также равной 95%, за счет изменения (как правило, уменьшения) нагрузки по ходу выполнения подхода.

Повторений в подходе может быть любое количество (три, пять, семь и др.). Оно определяется тренером и заносится в АСУ. После выполнения заданного количества повторений АСУ подаст звуковой сигнал о прекращении выполнения движений, что освобождает спортсмена от необходимости их считать.

Интенсивный, с переходом в экстенсивный, режим нагружения (такое название дано нами методу по рекомендации Л.П. Матвеева), реализованный нами на безынерционном тренажере адаптивного управления для армспорга, по нашему мнению, является естественным для опорно-двигательного аппарата человека. Так, при тренировке армрестлеров в естественных условиях, когда первый спортсмен выполняет (отрабатывает) атакующее действие, а второй создает ему сопротивление (и одновременно отрабатывает действия и развивает двигательные качества в проигрышном положении), происходит утомление мышц как у первого, так и у второго борца. За счет этого уменьшается сила тяги у первого армрестлера и сила противодействия - у второго, что позволяет борцам продолжать выполнение движений.

Так тренировались армрестлеры раньше, так они тренируются и сейчас. Однако у этог о «естественного» метода есть существенный недостаток -необходимое (желанное) сопротивление невозможно удерживать за счет субъективности ощущения величины его силы и различной скорости утомления мышц у обоих армрестлеров. Поэтому величина сопротивления изменяется в большом диапазоне. Кроме того, при этом методе практически невозможно создавать переменные сопротивления.

Все вышеперечисленные недостатки отсутствуют при занятиях на предлагаемом нами тренажере для армспорта. Это достигается за счет ис-

пользования АСУ тренировочным процессом на основе обра 1 нон связи по скорости выполнения движения.

Перед началом и после завершения сравнительного педагогического эксперимента было проведено тестирование армрестлеров по специальной физической подготовленности. О г и данные, а также достоверность их различия приведены в табл. 9.

В процессе сопоставительного анализа результатов, полученных в сравнительном педагогическом эксперименте, установлена эффективность методического приема, основанного на выполнении соревновательного упражнения в тренировочном процессе на безынерционном тренажере адаптивного управления для армспорта за счет подбора автоматизированной системой управления тренажера оптимальной (изменяющейся бездискретно по ходу выполнения движения) величины сопротивления мышцам спортсмена на основе обратной связи по скорости движения.

Таблица 9

Показатели специальной физической подготовленности армрестлеров

до и после проведения сравнительного педагогического эксперимента

№ Вид упражнения Контрольная труппа Эксп. группа Достоверность различий при р<0,05

До эксп. После эксп. До эксп. После экер.

1 2 3 4 1-2 1-3 2-4 3-4

х ±8 х ±8 7 ±8 х ±8

1 Статика, начало движения (Н) 643,92± 18,102 648,64:1т 19,232 648,64± 19,232 683,78± 19,556 > > < <

2 Статика, середина движения (Н) 675,42i 19,231 681,07± 19,387 681,07± 19,387 714,50± 19,913 > > < <

3 Статика, конец движения (Н) 816,07± 9,783 822,21± 10,090 822,21± 10,090 848,92± 9,567 > > < <

4 Время выполнения движения с сопр-ем 95 % (с) 0,44± 0,010 0,43± 0,007 0,43± 0,007 0,4 0± 0,005 > > < <

5 Кол-во выполнения упражнений с сопротивлением 95% (раз) 2,85± 0,183 2,92± 0,170 2,92± 0,170 3,71± 0,130 > > < <

6 Подтягивание на одной руке (раз) 2,71± 0,169 2,78± 0,160 2,78± 0,160 2,92± 0,131 > > > >

Другим фактором результирующего воздействия на повышение специальной физической подготовленности армрестлеров в экспериментальной группе является методика тренировки в условиях адаптивного (индивидуального) формирования нагрузки. Создавая оптимальные условия (исключающие перенапряжения организма) для тренировки армрестлеров высшего уровня мастерства, мы тем самым создаем благоприятные условия для повышения адаптационных возможностей их организма. А это -

одно ¡в фундаментальных фсооваипи для дальнейшего стаоплыют повышения спортивных результатов.

Высокую результативность в ра¡витии екоростно-силовых способностей в экспериментальной группе мы связываем также с эффективностью применения интенсивною режима нагружения с переходом в экстенсивный режим нагружения на безынерционном тренажере адатишюго управления для армепорта за счет использования АСУ.

Анализ проведенных исследований позволяет сделать следующее заключение.

Применение разработанной нами новой технологии тренировки арм-рестлеров высшего уровня мастерства на основе использования тренажёра адаптивного управления для армепорта за счег подбора АСУ оптимальной величины силы сопротивления мышцам спортсмена на основе обратной связи (информации о скорости движения), делает учебно-тренировочный процесс более эффективным.

Перспективным представляется дальнейшее совершенствование АСУ безынерционного тренажера адаптивного управления для армепорта на основе учета нескольких биомеханическим показателей, а также изменения мощности нафузки с учетом ответной реакции вегетативных систем организма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. В работе рассмофсны вопросы применения автоматизированной системы управления величиной нагрузки, причем это сделано в нескольких аспектах:

1. В возрастном диапазоне: дети, подростки, юноши, мужчины.

2. С учетом уровня спортивного мастерства: не занимающиеся спортом, спортсмены массовых разрядов, спортсмены среднего уровня мастерства, спортсмены высокого уровня мастерства, спор тсмены высшего уровня мастерства.

3. С применением автоматизированных систем управления:

^ адаптивных,

с заданным качеством.

При этом, все разработанные нами АСУ имеют принципиально разное техническое исполнение и принцип работы.

4. С управлением по ответной реакции:

^ сердечно-сосудистой системы,

^ опорно-двигательного аппарата.

5. По способам оптимизации двигательных действий: посредством управляющих воздействий,

^ посредством управляющих сигналов.

6. С учётом специфики педагогического процесса:

^ в учебной деятельности,

^ в спортивной деятельности.

По всем вышеперечисленным аспектам получен положительный (педагогический и технический) результат, что подтверждает правильность нашей концепции, ее соответствие цели и гипотезе исследования.

Резулыаш проделанной рабом,! показываю!, что рафабошнная нами АСУ построена на адекватных задачам исследования алгоритмах и мо-жс! быIь эффективно использована в иеда1 огическом процессе для повышения эффективное! и труда тренера (учителя).

Однако педагогу для эффективного использования предложенных нами юхноло!нй необходим целый ряд дополнительных знаний но механике, электронике, теории автоматизированного управления, он должен на хорошем уровне владеть современными компьютерными гехполо1 иями.

Разработанные нами технологии безопасны, что подтверждается медико-биологическими и неихоло! ичсскими исследованиями.

Дальнейшие перспективы развития адаптивных систем управления в спорте и физическом воспитании мы видим:

^ в применении магнито-реологической жидкое 1 и для системы сопротивления тренажёрных устройств;

^ в применении миогокоитурного управления, осуществляемого на основе информации о характере ответной реакции вегетативных функции и опорно-двигательного аппарата человека;

^ в использовании технологий искусственного интеллекта. Однако такой подход требует применения современных технических средств, привлечения ведущих специалистов из различных областей деятельности и вложения значительных денежных средств, усилий и времени.

II. Рассмотрены терминологические аспекты проблемы разработки адаптивных систем управления в тренажеростроении.

Некоторые авторы к интерпретации содержательной сути сугубо технического понятия «адаптивные тренажеры (роботы, машины, системы)» подходят с педагогических позиций, где «адаптивным элементом» является тренер, который и подстраивает (настраивает - адаптирует) АСУ тренажера. Трена-жерно-обучающий комплекс принудительно вовлекает человека в выполнение программно-детерминированного спортивного действия, что позволяет причислить его к новому классу тренажеров с функциями адаптивных роботов.

Необходимо понимать следующее: если при работе на тренажере что-либо изменяется автоматически - это еще не значит, что он становится адаптивным. Обучение, осуществляемое с помощью тренажёра, также не является определяющим фактором, характеризующим тренажерные автоматизированные комплексы адаптивного типа.

При разработке и описании таких комплексов необходимо исходить из технических позиций (и соответственно пользоваться традиционной терминологией, принятой в технических науках), а к процессу обучения и воспи тания - с педагогических, не подменяя одну систему терминологии другой.

Все чаще в физической культуре звучит' словосочетание «адаптивные тренажеры», в которое люди вкладывают значение «тренажеры для занятий инвалидов», аналогично «адаптивной физической культуре», что приводит к путанице. По нашему мнению, чтобы избежать этой путаницы, правильнее говорить «тренажеры для инвалидов» или «тренажеры для людей с ограниченными возможностями».

III. В аспекте управления тренировочным процессом.

При любом развитии [ехникп и АСУ ведущая роль в управлении тренировочным процессом останется за фенером (педагогом), поскольку пп одна искусственная система не может учесть все множество различных факторов, которые хороший тренер воспринимает на уровне подсознания. Но АСУ -займет достойное место, как помощник и хороший копеулыанг, взяв на себя большую часть работы и освободив тренера от рутинной, нетворческой работы.

ВЫВОДЫ

1. Изучение и обобщение отечественного и зарубежного опыта показало недостаточность обоснования в физическом воспитании п спорте условий автоматизированного управления (регулирования) взаимодействия человека и предметной среды. Это обусловлено отратшченным обьемом накопленных знаний в системе физического воспитания и спортивной тренировки, которые могли бы обеспечить успешную разработку современных компьютеризированных технологий повышения эффективноеги спортивных упражнений па основе управления по ответной реакции организма занимающегося.

2. Решение всего комплекса стратегических задач физического воспитания и специализированной спортивной тренировки может стать реальностью только при условии обеспечения возможностей для разработки и широкого внедрения в практику учебно-тренировочной деятельности автоматизированных систем управления физическими нагрузками, позволяющими каждому занимающемуся достаточно быстро и основательно, без ущерба для здоровья адаптироваться к индивидуально приемлемым (по параметрам необходимости и достаточности) нагрузкам, предъявляемым в строгом соответствии с текущим морфофункциональным состоянием и особенностями ответной реакции организма занимающегося в процессе организации каждого тренирующего воздействия. На наш взгляд, одной из важнейших задач теории и методики физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной физической культуры и биомеханики на современном этапе является обоснование именно такого подхода. Данное положение должно рассматриваться в качестве ключевого при разработ ке и внедрении современных концепций совершенствования управления физкультурно-спортивной деятельностью.

3. Среди причин недостаточной эффективности решения проблемы внедрения АСУ в учебно-тренировочный процесс можно выделить одну, имеющую, на наш взгляд, первостепенное значение. Это преобладание ча-стнонаучиого подхода над общетеоретическим, ведущее к появлению своеобразного концептуального анархизма, не опирающегося на должные методологические основания. Такое положение приводит к попыткам решать частные вопросы по разработке отдельных тренажерных устройств или их комплексов без предварительного решения задач более общего характера, что противоречит принципам диалектики. Одним из примеров реализации такого подхода являются попытки разработки и внедрения в практику учебно-тренировочной деятельности тренажерных устройств без

решения проблемы авгоматизированного управления иарамефами индивидуально приемлемой нагрузки для каждого занимающегося.

4. Полученные в исследовании данные убеждают в недостаточно 1лубо-ком осознании большинством практических работников многих иешнных причин неудовлетворительной эффективности учебно-тренировочного процесса, где одним из определяющих является вопрос об адаптивном управлении параметрами физической нафузки. Они порождают необходимость в тншельном обосновании исключительной актуальности вопроса о внедрении АСУ в процесс управления физическими натрузками, доведении всесторонне обоснованной аргументации но лому поводу до сознания практических работников, раз-рабопси научно- и учебно-методического обеспечения процесса их внедрения.

5. Широко распространенная практика учебно-тренировочной работы, предполагающая возможность достаточно успешного решения задач физического воспитания и спортивной тренировки без решения проблемы автоматизированного управления индивидуально приемлемыми для каждого занимающегося иарамефами физической нагрузки, в значительной мер с ущербна и оказывает дезориентирующее влияние на представления о содержательной сущности процесса организации учебно-тренировочного занятия и управления им. Уникальная функция АСУ - эффективное содействие реализации принципа индивидуализации параметров физической нагрузки в зависимости от текущего состояния основных морфофункцно-нальных систем организма каждого занимающегося и его реакции на конкретную нагрузку, что в других условиях организации учебно-тренировочного процесса оказывается принципиально невозможным.

6. Внедрение АСУ в учебно-тренировочный процесс не означает подмены ими деятельности преподавателя, тренера, их противопоставления. Оно представляет собой мощнейшее средство, содействующее значительному облегчению решения целого ряда принципиальных проблем и противоречий учебно-тренировочного процесса, решение которых в других условиях оказывается принципиально невозможным.

Привлекая внимание к проблеме разработки и внедрения АСУ в практику физического воспитания и специализированной спортивной тренировки, мы преследуем цель повышения эффективности воздействий на физическую природу человека без риска нанесения вреда организму неадекватными его текущему состоянию физическими нагрузками. Благодаря этому открываются замечательные возможности для подлинной реализации (не на словах, а на деле) принципа оздоровительной направленности занятий физическими упражнениями, спортом, создаются реальные условия для ответа на сложнейший и важнейший вопрос современности: «Как обезвредить спорт?». Широкое внедрение таких систем способствует практической реализации монистического подхода в понимании взаимодействия, единства психического и физического в человеке, их гармонического взаимообусловленного совершенствования.

7. Реализуемое в исследовании представление о роли АСУ в организации и управлении физкультурно-сиоргивной деятельностью не только обеспечивает им равноправное положение в ряду других современных

средст;; ссцпатшс и "'"Ьс.....

ш>п деяюльносш, но и возводит эю средство в ранг одном из фундаментальных основ совершенствования учебно-тренировочного процесса, главной и наиболее социально значимой функцией которого является содействие формированию полноценной биологической основы для высокоэффск-I инной психической, пнгсллсмуалыюй и физической деятельности, успешной социализации личности в жизни современного общества.

8 Результат исследования позволили прийти к заключению о необходимости расширения представлений о комплексе средств физического воешпания и спортивной тренировки, в составе которого наряду с другими средствами должны рассматриваться автоматизированные системы управления основными параметрами нагрузки. Основанием, обусловливающим необходимость их включения в число средств физическою воспитания, является принципиальная невозможность успешного решения без их применения целого ряда проблем и противоречий учебно-тренировочного процесса, главная из которых - индивидуализация, персонализация воздействий физическими нагрузками, без решения которой учебно-тренировочная деятельность во многом теряет смысл.

9. В решении поняпшно-терминологнчсскон проблемы, связанной с разработкой и внедрением АСУ в практику учебно-тренировочного процесса, приоритетное внимание должно быть сосредоточено не столько на введении новых терминов, сколько на конструктивных попытках, направленных на устранение разночтений в понимании сути уже давно и прочно вошедших в научный обиход, но до сих пор дискутируемых понятий. Нововведения, так же как и отказ от устаревших понятий, должны иметь место, но только при условии очевидной целесообразности и всесторонней обоснованности. Предпринятое в работе исследование понятийно-терминологических аспектов проблемы разработки и внедрения АСУ в практику учебно-тренировочного процесса может способствовать формированию более четких представлений о сути основных понятий этой сферы и более корректному и конструктивному их использованию.

10.Материалы проведенного исследования свидетельствуют о том, что несмотря на еще довольно широко распространенное (особенно в среде практических работников) скептическое отношения к возможным перспективам внедрения АСУ в практику учебно-тренировочного процесса, необходимо с полной ясностью осознавать: другого столь же действенного способа решения проблемы существенного повышения его эффективности в настоящее время фактически не существует.

11 .Установлено повышение эффективности освоения и выполнения физических упражнений в циклических видах спорта (па выносливость) происходит в условиях использования:

• автоматизировано-управляемого внешнего сопротивления по ответной реакции сердечно-сосудистой системы при оптимальном «коридоре» значений частоты сердечных сокращений (в условиях использования машины автоматизированного управления для тренировки велосипедистов);

• автомашзнровано-и (меняемого снимала, регулирующею теми выполнения движении по ответной реакции сердечно-сосудистой сис1емы при оптимальной частою сердечных сокращений (в условиях использования машины автоматизированного управления для циклических упражнений).

Обосновано, чзо улучшение выполнения упражнений преимущественно силового характера происходит с использованием адашивного управления внешним сопротивлением peí улируемого па основе изменений ответной реакции опорно-двиппелыгого аппарат за счет обеспечения рационального и непрерывного регулирования процесса взаимодействия внутренних и внешних сил (в условиях использования безынерционного тренажера адаптивного управления и компьютерного шрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия).

12.Совершенствование биомеханической структуры выполняемых упражнений в условиях АСУ, связано с улучшением работы различных систем организма благодаря «щадящему» режиму функционирования вегетативных систем организма, о чем свидетельствует положительная динамика восстановительных процессов сердечно-сосудистой и других систем, которые развертываются значительно быстрее за счет непрерывного управления двигательными действиями на основе ответной реакции организма, по сравнению с традиционными условиями выполнения движений.

13.Тсорстико-мстодологическос обоснование разработанных в процессе исследования биомеханических и педагогических подходов к разработке и внедрению АСУ в практику учебно-тренировочной деятельности создает условия для более полного учета индивидуальных особенностей и возможностей занимающихся, имеющихся у них в каждый конкретный момент этой деятельности. Ее использование позволяет более рационально управлять основными параметрами нагрузки, устранить диспропорцию тренирующих воздействий и ответной реакции организма, обеспечивает создание и реализацию уникальных возможностей для подлинной индивидуализации учебно-тренировочного процесса.

Список основных работ, опубликованных ио теме диссертации: Монографии:

1.Свечкарев, В.Г. Управление процессом совершенствования двигательных возможностей человека на основе ответной реакции организма / В.Г. Свечкарёв. - Майкоп: Изд-во МГТУ, 2006. - 160 с. (6,7 пл.).

2. Эбзсев, М.М. Подготовка армрестлеров с использованием безынерционного тренажера управляющего воздействия / М.М. Эбзеев [и др.]. -М.: ИЦГ1 Маска, 2006. - 64 с. (5,3/1,5 пл.).

Статьи в журналах, входящих в список ВАК:

3. Обоснование педагогической технологии физического воспитания, базирующейся на использовании искусственной среды адаптивного воздействия / В.Г. Свсчкарев [и др.]. - Физическое воспитание студентов. -2004, - № 3. - С. 23-26. (0,34/0,1 пл.).

4. Черкесов, Ю.Т. Оздоровительная направленность тренировочного процесса при использовании машин адаптивного воздействия / Ю.Т. Черке-

сов, В.Г Свечкарев // Теория п практика фш. культуры. - 2005. - № 12 ■ С. 26. (0,08/0,04 и..1 ).

5 Свечкарсв, В.Г. Использование машин адаптивною воздействия в практике оздоровительной фишческон кулыуры / В.Г. Свечкарсв, В.В. Турин // Кубанский научный медицинский вес шик. - 2006. - №11. - С. 76-79 (0,33/0,2 пл.).

6. Математическая модель узла переменного сопротивления машины безынерционною управляющего воздействия для арменорга / В.Г. Свечкарсв [п др.]. // Теория и практика физ. культуры. - 2007. - № 3. - С. 78-79. (0,17/0,05 пл.).

7. Свечкарсв, В.Г. Совершенствование двипиельных возможностей человека посредством автоматизированных систем управления / В.Г. Свечкарсв. // Теория и практика физ. культуры,- 2007.-№5.-С 41-43.(0,21 пл.).

8. Коблев, Я.К. Машина автоматизированного управления в практике физической культуры / Я.К. Коблев, В.Г. Свечкарев, В.Н. Хачагуров // Ученые записки университета имени 11.Ф. Лесгафта. -■ 2008. № 2. - С. 4751. (0,625/0,22 пл.)

9. Технология тренировки спортсмснов-армрсстлсров высшей квалификации в условиях адаптивного управления величиной сопротивления /

B.Г. Свечкарев [и др.]. П Ученые записки университета имени 11.Ф. Лесгафта. - 2008. № 3. - С. 79-83. (0,625/0,4 пл.).

Сгагьн в сборниках научных трудов:

10. Черкесов, Ю.Т. Методика тренировки армрестлингистов / Ю.Т. Черкесов, В.И. Жуков, В.Г. Свечкарсв // Мат. 1 науч. конф. аеиирашов и соискателей. - АГУ Майкоп, 1996. - С 104-106. (0,125/0,04 пл.).

11.Патент RU 2097083 С 1. Устройство для тренировки мышц / Ю.Т. Черкесов, В.И. Жуков, В.Г. Свечкарев, Т.Ю. Черкесов, A.A. Кожемов. Опубл. 27.11.1997, Б юл. № 33. (0,5/0,1 пл.).

12.Кон троль и управление физическим состоянием организма человека / Ю.Т. Черкесов [и др.]. - Современные проблемы развития физической культуры и биомеханики спорта: мат. Междунар. науч.-конф. - Май-кон, 1999.-С. 401-404. (0,17/0,04 пл.).

13.Тренировка велосипедистов в условиях машины адаптивного воздействия и адекватно-раздельного питания / Н.Ю. Хажилисв [и др.]. - Биомеханика и новые концепции физкультурного образования и системы спортивной подготовки: тез. докл. Междунар. науч. конф. - Нальчик, 1999. -

C. 100-102. (0,125/0,03 пл.).

14.Свечкарев, В.Г. Тренировочное устройство для развития силы мышц армрестлингистов / В.Г. Свечкарев, С.В. Поляков // Тез. 27 науч. конф. студентов и молодых ученых вузов юга России. - Краснодар, 2000. -С. 179.(0,08/0,027 пл.).

15.Свечкарев, В.Г. Некоторые аспекты тренировки армрестлингистов высокого класса с использованием МБУВ / В.Г. Свечкарев, М.М. Эб-

teen л Физическая культура и cnopi на рубеже шсячелешя. Mai. Всерос пауч.-нрак1. конф. -С-116. 2000 - С. 283. (0,08/0,04 пл.).

16.Черкесов, 10.Т. Машина алаш никого воздейепшя / 1С)'Г Черкесов, П.К). Хажилиев, В Г. Свечкарев // Современные проблемы развшия физической культуры и биомеханики спорта: маг. Междунар. науч. копф. -Майкоп, 2001. - С. 120-122. (0,125/0,04 п.л.).

17.Машина безынерционного управляющего воздействия / Ю.Т. Черкесов [и др.]. Теория и практика имитационного моделирования п создания тренажеров: мат. Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза, 2001. -С. 83-85. (0,125/0,03 п.л.).

18. Машина адаптивного воздействия для армспорга / В.Г. Свечкарен [и др.]. Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров: мат. Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза, 2001,- С. 90-91.(0,08/0,04 п.л.).

^.Компьютеризированный вело тренажерный комплекс с биологической отрицательной обратной связью / Ю.Т. Черкесов [и др.]. - Актуальные проблемы валеологии, воспитания учащихся в условиях новой концепции физкультурного образования: мат. Междунар. науч.-практ. конф. -Нальчик, 2002.-С. 153-155.(0,125/0,03 пл.).

20.Черкесов, Ю.Т. Машина адаптивного воздействия для беговых упражнений / Ю.Т. Черкесов, В.Г. Свечкарев, Е.Д. Ломакина // Педагопка, психолопя, та медико-бюлопчет проблеми ф1зичного виховання i спорту: мат. Междунар. сб. - Харю в, 2002. - № 17. - С. 89-93. (0,21/0,07 пл.).

21 .Свечкарев, В.Г. MAB для циклических упражнений / В.Г. Свечкарев, Е.Д. Ломакина // Наука - XXI веку: мат. 3 per. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых. - Майкоп, 2002. -С. 203 -204. (0,16/0,1 пл.).

22. Свечкарев, В.Г. Устройство MAB для беговых упражнений / В.Г. Свечкарев, Е.Д. Ломакина // Наука - XXI веку: маг. 3 per. науч.-практ. конф. студенIOB, аспирантов, докторантов и молодых ученых. - Майкоп, 2002. -С. 204-205. (0,16/0,08 пл.).

23.Патент RU 2264246 С 1. Устройство для тренировки велосипедиста / Ю.Т. Черкесов, В.В. Афанасенко, Т.Ю. Черкесов, В.Г. Свечкарев, Д.А. Вишникин, НЛО. Хажилиев, С.И. Козлов, С.А. Харснко. Опубл. 20.11.2005, Бюл. № 32. (0,5/0,1 пл.).

24. Свечкарев, В.Г. Автоматизированная система управления адаптивного воздействия для тренировки в армспорге / В.Г. Свечкарев, A.M. Базоркин // Новые технологии: сб. науч. тр. М1ТУ. - Майкоп, 2005. - С. 25£-261. (0,25/0,15 пл.).

25.Безынерционный тренажер адаптивного воздействия для армс-порта с управлением сопротивлением по биомеханическим параметрам движения / A.M. Базоркин [и др.]. // Новые технологии: сб. науч. тр. МГТУ. - Майкоп, 2005. - С. 261-263. (0,25/0,04 пл.).

26. Свечкарев, В.Г. Здоровьесберсгающие технологии при использовании MAB / В.Г. Свечкарев, Ю.Т. Черкесов, Е.Д. Ломакина // Актуальные проблемы экологии в условиях современного мира: мат. 2 Междунар. науч.-практ. конф. - Майкоп, 2002. - С. 123 - 124. (0,16/0,04 пл.).

27.11скуссl'KCiiiio управляемая адашпвпая среда п здоровье человека /

B.Г. Свечкарев [и др.]. - Актуальные проблемы экологии в условиях современною мира: мач. 2 Междунар. науч.-пракг. конф. - Майкоп, 2002. -

C. 124-125. (0,16/0,04 пл.).

28. Профаммное обеспечение адаптивного компьютеризованною вело-трснажерного устройства / Д.А. Впшникин [п др.]. - Физическая культура в пространстве куль гуры С|авронольского края: маг. Ill Междунар. науч.-npain. конф,- Ставрополь, 2003. - С. 62 -65. (0,17/0,04 пл.).

29.АдапIпвное компьютеризованное вслогренажсрное устройство / 10.Т. Черкесов [и др.]. - Физическая кулыура в пространстве культуры Ставропольского края: мат. Ill Междунар. науч.-пракг. конф. - Ставрополь, 2003. - С. 281 - 285. (0,125/0,03 пл.).

30. Свечкарев, В.Г. Автоматизированная система управления для машины безынерционного адаптивного действия / В.Г. Свечкарев, С.В: Поляков, М.С. Семенцов // Современные проблемы педагогики, физической культуры и биомеханики: сб. науч.тр.- Майкоп,2004.- С. 184- 186.(0,125/0,05 пл.).

31 .Свечкарев, В.Г. Оздоровительная направленность тренировочного процесса при использовании машин адаптивного действия / В.Г. Свечкарев // Современные проблемы педагогики, физической культуры и биомеханики: сб. науч. тр - Майкоп, 2004. - С. 186 - 187. (0,08 пл.).

32. Компьютерная силовая фенажер-шра / В.Г. Свечкарев [и др.]. - Культура здоровья, физическое воспитание и спорт в современной жизни: сб. ст. Междунар. науч.-пракг. конф. - Воронеж, 2004. - С.279-283. (0,17/0,04 пл.).

33. Свечкарев, В.Г. Компьютерная силовая фенажер-щра с адаптивной системой управления / В.Г. Свечкарев, Е.А. Тимофеева, C.B. Поляков// Новые технологии: сб. науч. зр. посвященный юбилею - 10-летию со дня образования МГТУ. - Майкоп, 2005. - С. 256-258. (0,25/0,08 пл.).

34. Характеристики профаммного комплекса адаптивного управления физической нагрузкой в условиях компьютерной ифы/ В.Г. Свечкарев [и др.]. -Новые технологии: сб. науч. тр. посвященный юбилею - 10-легиюсо дня образования МГТУ. - Майкоп, 2005. - С. 263-266. (0,34/0,09 пл.).

35.Компьютерная силовая игра, как средство педагогического развития физических качеств детей / В.Г. Свечкарев [и др.]. - Новые технологии: сб. науч. тр. посвященный юбилею - 10-летию со дня образования МГТУ. -Майкоп, 2005. - С. 266-269. (0,34/0,09 пл.).

36.Свечкарев, В.Г. Особенности технологии тренировки армресглеров высокого класса, на безынерционном фенажере адаптивного воздействия для армспорта / В.Г. Свечкарев, A.M. Базоркин // Новые технологии: сб. науч. тр. посвященный юбилею - 10-летию со дня образования МГТУ. - Майкоп, 2005. - С. 271-272. (0,16/0,08 пл.).

37. Машина адаптивного управления / В.Г. Свечкарев [и др.]. - Новые технологии: сб. науч. тр. посвященный юбилею - 10-летию со дня образования МГТУ. - Майкоп, 2005. - С. 79-81. (0,25/0,04 пл.).

38. Свечкарев, В.Г. Оздоровительная направленность тренировочного процесса при использовании машин адаптивного управления / В.Г. Свечкарев,

C.B. I Iojîmkou, li Л. Туторпщева h Здоровье п образование в XXI веке: маг. меж-pei. науч.- и раю. коиф. MaiÎKon, 2005. - С. 78-79. (0,08/0,03 пл.).

39.Свечкарев, В.Г. Подготовка армресглеров с использованием тренировочно-исследовательского комплекса / В.Г. Свечкарсв // Проблемы биологической механики двигательных действий человека: сб. науч. тр. лаб биомеханики Инсгтуга физической кулыуры и дзюдо Адыгейского государственного) университета. Майкоп, 2005. - С. 157-175. (0,8 пл.).

40.С'вечкарев, В.Г. Управление двигательными действиями человека с применением компьютеризированных адаптивных систем управления / В.Г. Свечкарсв // Актуальные вопросы спортивной медицины, лечебной физической культуры, физиотерапии и курортологии: мат. V Между нар. науч. конф. студентов и молодых ученых посвященная 100-летию Российского государственного медицинского университета. - Москва, 2006. - С. 46. (0,08 пл.).

41.Свечкарсв, В.Г. Усовершенствованная машина управляющего воздействия с возможностями адаптивного регулирования / В.Г. Свечкарсв, C.B. Поляков, В.Н. Хачагуров // Физическая культура, спорт, биомеханика: мат. I Междунар. электронной науч. конф. Института физической кулыуры и дзюдо ЛГУ - Майкоп, 2006 года. - С. 102-104. (0,125/0,04 пл.).

42. Анализ существующих средств, методов и технологии управления двигательными действиями велосипедистов шоесейников по ответной реакции организма / В.Г. Свечкарсв [и др.]. - Физическая культура, спорт, биомеханика: мат. 1 Междунар. электронной науч. конф. Института физической культуры и дзюдо АГУ - Майкой, 2006 года. - С. 100-102. (0,125/0,03 пл.).

43. Изменения биомеханических параметров движения у велосипедистов в условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки по ЧСС и в традиционных условиях / В.Г. Свечкарсв [и др.]. - Физическая культура, спорт, биомеханика: мат. 1 Междунар. электронной науч. конф. Института физической культуры и дзюдо АГУ - Майкоп, 2006 года. - С. 104 - 106. (0,125/0,03 п.л )

44. Изменения насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом у велосипедистов различной квалификации в условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки но ЧСС и в традиционных условиях / В.Г. Свечкарсв [и др.]. - Физическая культура, спорт, биомеханика: мат. I Междунар. электронной науч. конф. Института физической культуры и дзюдо АГУ - Майкоп, 2006 года. - С. 211-213,(0,125/0,03 пл.).

45. Эффективность применения методики тренировки велоештедистов-шоссейников в условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки но ответной реакции организма условиях / В.Г. Свечкарсв [и др.]. - Физическая культура, спорт, биомеханика: мат. 1 междунар. электронной науч. конф. Института физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета -Майкоп, 2006 года. - С. 209 -211. (0,125/0,03 пл.).

46.Свечкарсв, В.Г. Совершенствование двигательных возможностей человека под средством автоматизированных систем управления (краткие выводы) / В.Г. Свечкарсв, В.Н. Хачатуров // Экологические проблемы современности: мат. VU Междунар. науч.-практ. конф. - Майкоп: МГТУ, 2006. - С. 33. (0,08/0,04 пл.).

жернот комплекса адапшвного воздействия на физическую подюювленносп. дечеп среднего школьного возраста / В Г Свечкарев |и др ]. Физическая куль-1 ура, et юр i п rypiHM в кошексге мира и дружбы: Mai IV Всерос. науч. конф. Карачаевск' КЧГУ, 2006,- С. 155-157. (0,125/0,04 пл.).

48.Свечкарев, В.Г Некоторые трудности посфоепия адапшвных АСУ сложными системами / В.Г. Свечкарев, М.М. 'Х'неев // Физическая культура, спорт и туризм в контексте мира и дружбы: маг. IV Веерос. пауч конф." Карачаевск: КЧГУ, 2006. - С. 158-159. (0,08/0,04 пл.).

49.Свечкарев, В.Г. Некоюрыс общие принципы построения адапшвных систем управления / В.Г. Свечкарев, М.М Эбзеси, К.И Чомасв // Физическая культура, спорт п туризм в контексте мира и дружбы: маг. IV Всерос. науч. конф. - Карачаевск: КЧГУ, 2006. С 225-231.(0,3/0,1 пл.).

50.Некоторые общие принципы построения автоматизированных систем управления / В.Г. Свечкарев [и др.]. - Физическая культура, спорт и туризм в контексте мира н дружбы: мат. IV Всерос. науч. конф. - Карачаевск: КЧГУ, 2006. - С. 232-235. (0,17/0,04 пл.)

51 .Свечкарев, В.Г. Совершенствование chcicm автоматического управления / В.Г. Свечкарев, М.М. 'Збзеев // Физическая культура, спорт и туризм в контексте мира и дружбы: мат. IV Всерос. пауч. конф. - Карачаевск: КЧГУ, 2006. - С. 235-240. (0,25/0,14 пл.)

52.Свечкарев, В.Г. Некоторые аспекты оркшизации процесса физического воспитания в вузе, метод, рекомендации / В.Г. Свечкарев. - Майкоп: МГТИ, 2000. - 14 с. (0,6 п.л.).

53.Свечкарев, В.Г. Машина адаптивного воздействия для циклических упражнений: уч.-метод, пособие / В.Г. Свечкарев, Е.Д. Ломакина, В.Н. Хачатуров - Майкоп: МГТУ, 2005. - 18 с. (0,75/0,25 пл.).

54. Свечкарев, В.Г. Специальная физическая подготовка армрестлеров высшего уровня мастерства в условиях применения безынерционного тренажера адаптивного управления: уч.-метод. пособие / В.Г. Свечкарев, A.M. Базоркин, В.Н. Хачатуров. - Майкоп: МГТУ, 2005. - 20 с. (0,83/0,3 пл.).

55.Свечкарев, В.Г. Технология использования компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия: метод, пособие / В.Г. Свечкарев, Е.А. Тимофеева, В.Н. Хачатуров. - Майкоп: МГТУ, 2006. -21 с. (0,88/0,3 пл.).

56. Адаптивные тренажеры в физической культуре / В.Г. Свечкарев [и др-J. // Мониторинг качества здоровья в практике формирования безопасной здоровьссберегающей образовательной среды: мат. Всерос. науч.-нракт. конф. - Славинск-па-Кубапи, 2006. - С. 39-41. (0,08/0,02 пл.).

57. Машина адаптивного воздействия и лечебная физическая культура / В.Г. Свечкарев [и др.]. // Мониторинг качества здоровья в практике формирования безопасной здоровьссберегающей образовательной среды: мат. Всерос. науч.-нракт. конф. - Славинск-на-Кубани, 2006. - С. 41-43. (0,08/0,02 пл.).

58. Свечкарев, В.Г. Система адаптивного управления в тренажеростроении / В.Г. Свечкарев. -- Физическая культура, спорт, биомеханика: мат.

междунар. ucKipomioii науч. конф. Unci и iyia фи шческой кулыуры и д подо Адыгейскою государственного yiiiiBcpcHieia - Майкоп, 2007 года. С. I 15 I 16. (0,08 п.д.).

59.С'всчкарев, В.Г Обьсктннныс сложности построения адашивных автомат нчнрованных систем управления/ В.!' С'всчкарев, В Д. Двойиикова. Физическая кулыура, спор г, биомеханика' маг. междунар электронной науч конф. Инсппуга физической кулыуры и дзюдо Адьл ейского государственного университет-Майкоп, 2007 года. - С. 117 118. (0,08/0,05 пл.).

60.Свечкарсв, В Г. Использование машины автоматизированного управления для циклических упражнений в практике оздоровительной физической кулыуры / В.Г. Свечкарев, C.B. Поляков. - Фпшчеекая культура, enopi, биомеханика: мат. междунар. электронной науч. конф. Института физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета -Майкоп, 2007 года. - С". 284 - 286. (0,1/0,05 пл.).

61 .Свечкарев, В.Г. Современные противоречия разработки и внедрения автоматизированных систем управления в физкультурно-споргивную деятельность / В.Г. Свечкарев. -- Оздоровление нации и формирование здорового образа жизни населения: мат. 111 Всерос. науч.-пракг. конф. - Нальчик, 2007. - С. 299-300. (0,08 пл.).

62.Свечкарев, В.Г. К определению понятия «адаптивные тренажеры» / В.Г. Свечкарев, C.B. Поляков. - Оздоровление нации и формирование здорового образа жизни населения: мат. 111 Всерос. науч.-иракт. конф. - Пальчик, 2007. - С. 300-301. (0,08/0,05 пл.).

63.Подготовка армрестлеров на безынерционном тренажере адаптивного воздействия / В.Г. Свечкарев [и др.]. // Оздоровление нации и формирование здорового образа жизни населения: мат. Ill Всерос. науч.-иракт. конф. - Нальчик, 2007. - С. 302-303. (0,08/0,04 пл.).

64.Свечкарев, В.Г. Построения адаптивных систем управления (некоторые аспекты) / В.Г. Свечкарев. - Оздоровление нации и формирование здорового образа жизни населения: мат. 111 Всерос. науч.-иракт. конф. -Нальчик, 2007. - С. 304-305. (0,08 пл.).

65.Свечкарев, В.Г. Трудности построения адаптивных автоматизированных систем управления сложными системами (в практики физической культуры и спорта) / В.Г. Свечкарев. - Оздоровление нации и формирование здорового образа жизни населения: мат. III Всерос. науч.-иракт. конф. -Нальчик, 2007. - С. 306-307. (0,08 пл.).

66.Влияние компьютеризированного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия на физическую подготовленность детей среднего школьного возраста / В.Г. Свечкарев [и др.]. // Оздоровление нации и формирование здорового образа жизни населения: мат. III Всерос. науч.-иракт. конф. - Нальчик, 2007. - С. 307-309. (0,08/0,04 пл.).

67.Построение автоматизированных систем управления / В.Г. Свечкарев [и др.]. // Новые технологии: мат. 4 Всерос. науч.-иракт. конф. Майкоп, 2007. - С. 54-56. (0,375/0,3 пл.).

Свечкарев Виталий Геннадьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА ПОСРЕДСТВОМ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать 27.06.2008'г. Формат бумаги 60х84'/|6 Бумага ксероксная. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 3,5. Заказ №029. Тираж 150 экз.

Издательство МГТУ 385000, г. Майкоп, ул Первомайская, 191

СОКРАЩЕНИЯ.

ГЛОССАРИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ.

1.1. Управление в процессе физического воспитания.

1.2. Адаптация к физическим и психоэмоциональным нагрузкам в спорте.

1.2.1. «Цена» адаптации к физическим нагрузкам.

1.2.2. Стресс-синдром Г. Селье в механизмах адаптации к спортивным нагрузкам.

1.2.3. Генетические детерминанты адаптации.

1.2.4. Функциональные резервы адаптации организма.

1.2.5. Оптимальная физическая нагрузка и ее влияние на организм человека.

1.3. Теория автоматического управления.

1.3.1. Принципы управления (регулирования) в теории автоматического управления.

1.3.2. Типы систем автоматического управления по задачам управления.

1.4. Системы адаптивного управления в робототехнике.

1.4.1. Уровни адаптации в робототехнике.

1.4.2. Структура адаптивных систем управления.

1.4.3. Программное обеспечение систем управления адаптивными роботами и их функции.

1.5. Метод автономного адаптивного управления, его свойства и приложения.

1.5.1. Концепция подхода к «автономному адаптивному у правлению».

1.5.2. Нейросетевая автономная адаптивная управляющая система.

1.5.3. Метод автономного адаптивного управления и экспертные системы.

1.5.4. Автономное адаптивное управление в системе нечеткой логики

1.5.5. Практические приложения на основе систем автономного адаптивного управления.

1.6. Построения автоматизированных систем управления.

1.6.1. Автоматическое управление в технике.

1.6.2 Общие принципы построения адаптивных систем управления.

1.6.3. Совершенствование систем автоматического управления.

1.6.4. Некоторые трудности построения адаптивных АСУ сложными системами.

1.7. Тренажеры и устройства в физической культуре с адаптивной системой управления и с заданным качеством.

1.7.1. Компьютеризированные тренажеры и устройства в физической культуре и спорте.

1.7.2. Велокомпьютеры для занятий физической культурой и спортом.

1.7.3. Кардиолидеры для занятий физической культурой и спортом.

1.7.4. Современные велосимуляторы.

1.7.5. Гребной эргометрический комплекс с возможностями адаптивных роботов А.П. Ткачука.

1.7.6 Адаптивные тренировочные устройства В.Е. Чурсинова.

1.7.7. Гимнастический тренажер адаптивного типа Э.В. Гостева.

1.7.8. Велотренажер адаптивного типа Б.С. Шмонина.

Актуальность. Процесс физического развития человека выражается в совершенствовании форм и функций организма, реализации его физических возможностей [58, 363].

Физическая культура и спорт призваны выполнять роль важнейшего фактора, обеспечивающего полноценную жизнь, раскрытие самых разнообразных задатков и способностей человека, достижение мастерства в любом виде профессиональной деятельности, так как оптимальная заданная физическая нагрузка развивает и поддерживает функциональные резервы организма, соответствующие хорошему состоянию здоровья [58, 113,366].

Однако, как отмечают многие ученые [24, 46, 104, 158, 255, 256, 262, 264, 310, 311, 341, 427, 454, 483, 523, 566, 569, 571, 596, 599, 600, 606, 607 и др.], определение оптимальной нагрузки по-прежнему остается одной из сложных проблем в теории и практике физической культуры и спорта. Необходимость такого подхода вызвана значительными индивидуальными и временными вариациями состояния спортсмена, в результате чего использование одинаковой тренировочной нагрузки может привести к различной ответной реакции организма, к разному тренировочному эффекту [185, 353, 449 и др.].

В видах спорта с преимущественным проявлением выносливости, где результат больше всего зависит от деятельности вегетативной системы, управление нагрузкой должно осуществляться по объективно установленным данным непрерывного проявления физиологических параметров по ходу движения. А средства, создающие управляющее воздействие (регулируемые сопротивления), должны работать на основе принципа прямой и обратной связи [483, 608].

Крупным шагом в развитии методов дозирования тренировочных нагрузок стал метод программированного регулирования частоты сердечных сокращений. Привлечение методов автоматизации к решению проблемы индивидуального дозирования нагрузок оправдано тем, что именно на основе теории автоматического регулирования эта проблема может быть решена наиболее успешно. Практическая же реализация принципов теории регулирования тренировочных нагрузок требует применения специальных технических средств, оснащенных современными и универсальными электронными вычислителями для экспресс-анализа текущего состояния спортсмена [266, 598, 614 и др.].

О применении теории регулирования в спортивной тренировке говорилось еще в работе В.Б. Морозова и П.Н. Хломенка [403, 404], предсказавших создание «самоуправляемого» тренажера. Согласно зарегистрированной несколько позже формуле изобретения В. М. Зациорского [1], цель которого состояла в предотвращении случаев перенапряжения сердца при спортивной тренировке, открылась возможность управления так называемым «срочным тренировочным эффектом».

Для повышения спортивного мастерства и получения оздоровительного воздействия при занятиях физическими упражнениями и спортом наиважнейшее значение имеют проблемы адаптации и оптимальности задаваемой физической нагрузки. Только оптимальная физическая нагрузка развивает и поддерживает функциональные резервы организма, способствующие дальнейшему стабильному росту спортивного мастерства.

Одним из физиологических показателей величины нагрузки является ответная реакция сердечно-сосудистой системы на нее, определяемая по частоте сердечных сокращений (ЧСС). Это обусловлено тем, что показатель ЧСС тесно связан с нейрогуморальными системами организма и является индикатором адаптивных реакций всего организма [46, 49, 435 и др.]. У каждого занимающегося есть индивидуальная зона оптимальных значений ЧСС. Тренировки при ЧСС ниже этой зоны неэффективны, а при ЧСС, превышающей ее верхние значения, - опасны для здоровья. Сам занимающийся не всегда может контролировать себя по ЧСС. Поэтому целесообразно в арсенале тренировочного оборудования иметь средство или комплекс средств, автоматически отслеживающих тренировочный процесс и поддерживающих оптимальное согласование внешней нагрузки и физического состояния спортсмена.

Основная сложность проблемы заключается в том, что оптимум необходимой физической нагрузки у каждого занимающегося сугубо индивидуален и подвержен постоянному изменению (иногда в очень широком диапазоне) — в зависимости от степени восстановления после предыдущего тренировочного воздействия, особенностей психоэмоционального состояния и т. д. Оптимальную величину нагрузки определяет все, что имеет место во взаимодействии организма с окружающей средой во всем ее многообразии. Поскольку степень воздействия всех факторов постоянно меняется, у каждого занимающегося индивидуально и адекватно должна меняться и нагрузка.

Другим важным показателем, по которому можно судить о величине физиологической нагрузки на организм занимающегося, является ответная реакция его опорно-двигательного аппарата (динамические и кинематические характеристики движения(й)). Поэтому для контроля и автоматизированного управления величиной нагрузки на опорно-двигательный аппарат занимающегося необходима опора на биомеханические критерии, определяющие их индивидуальную оптимальность [75, 204, 239, 337, 460, 464, 510, 602, 603 и др.].

Особо важна адекватность величины нагрузки в занятиях с детьми и подростками. Социально-политические процессы, произошедшие в нашей стране, изменения условий жизни человека (наличие аудио- и видеотехники, компьютеров, сотовой связи и др.), интенсификация его деятельности, слабая физическая подготовленность детей и подростков, снижение двигательной активности, все возрастающее воздействие на их организм неблагоприятных внешних факторов прямо или косвенно приводят к негативным функциональным изменениям в состоянии здоровья молодых россиян [64, 249].

В настоящее время происходит процесс критического осмысления многих теоретических и практических положений в области физического воспитания подрастающего поколения. Резкое ухудшение здоровья детей, отмечаемое многими авторами [286, 406, 618 и др.], связано именно со школой и является следствием существующей системы образования, сегодняшних стандартов обучения и воспитания [122, 319, 414 и др.].

Универсальным средством сохранения и укрепления здоровья является двигательная активность [347, 368, 549, 609 и др.]. Занятия физическими упражнениями оказывают положительное воздействие практически на все системы организма и являются весьма эффективным средством профилактики заболеваний. Однако дети школьного возраста самими условиями школьной жизни ограничены в удовлетворении естественной потребности двигаться столько, сколько нужно для нормального, гармоничного физического развития и здоровья [62, 618 и др.].

Анализ двигательной активности детей школьного возраста показал [62], что она составляет лишь 35-40 % возрастной потребности в движениях.

Детей и подростков в настоящее время увлекают компьютерные игры, интерес к которым постоянно возрастает. Данное обстоятельство явилось побудительным мотивом поиска таких условий участия в компьютерных играх, при которых игровые взаимодействия с программой могли бы осуществляться не через нажатие кнопок на клавиатуре и джойстике, а посредством выполнения различных двигательных действий на тренажерных устройствах, преобразующих движения в управляющие сигналы взаимодействия с компьютером [78, 146, 304, 442, 485, 490, 541, 605 и др.].

Однако применение современных автоматизированных систем управления (АСУ) тренировочным процессом не получило должного уровня внедрения и недостаточно широко применяется в практике тренировки спортсменов высокой квалификации. В значительной степени это связано с неготовностью самих педагогов (тренеров) применять эти системы на практике, что объясняется недостатком специальных знаний, «недоверием» к современным компьютерным технологиям (а у некоторых их «боязнью»), надеждами, связанными с применением других методик (в том числе и на основе использования химических препаратов) и, конечно же, банальным недофинансированием. Отсутствие необходимого финансирования и низкий уровень заработной платы не позволяют привлечь к учебно-тренировочному процессу специалистов в области электроники и компьютерных технологий.

Широкое распространение современных компьютерных технологий и автоматизированных систем управления в последние годы способствует созданию автоматизированных обучающих систем (в том числе и с использованием адаптивного управления) не только в высокотехнологических отраслях науки и современного производства, но и в педагогике (например, на базах научно-исследовательской лаборатории биомеханики института физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета и научно-исследовательской лаборатории «Биотехника» кафедры научных основ физической культуры и спорта КБГУ и некоторых других), что позволяет создавать эффективные инновационные технологии обучения.

Таким образом, разработка технологии совершенствования двигательных возможностей занимающихся, основанная на применении искусственной управляющей среды, автоматически отслеживающей учебно-тренировочный процесс и поддерживающей оптимальное согласование внешней нагрузки и морфофункционального состояния занимающегося, представляется весьма актуальной проблемой.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что в настоящее время состояние проблемы разработки и внедрения АСУ в управление физкультурно-спортивной деятельностью характеризуется наличием ряда противоречий, среди которых наиболее значимыми являются следующие.

• Между весьма высоким уровнем развития АСУ, их широким использованием в различных сферах жизнедеятельности современного общества, и пока еще недостаточным вниманием к их разработке и применению в управлении физкультурно-спортивной деятельностью.

• Между необходимостью использования широчайших возможностей, предоставляемых современными компьютерными технологиями в деле организации учебно-тренировочного процесса, и недостаточной разработанностью вопросов о цели, содержании, средствах, методах и формах воздействий, призванных обеспечить успешность овладения такими технологиями.

• Между объективной необходимостью высокого уровня компетентности специалистов физической культуры и спорта в области компьютерных технологий и АСУ и явной недостаточностью этого уровня, обусловленной субъективной недооценкой их роли и возможностей специалистами данного профиля в своей повседневной практической деятельности (начиная с управления нагрузкой в каждом конкретном занятии и до управления учебно-тренировочным процессом в целом).

Помимо изложенных аргументов необходимость модернизации системы управления учебно-тренировочным процессом на основе АСУ обусловлена:

• значительным повышением роли АСУ в современном обществе как фундаментальной основы, обеспечивающей его поступательное развитие;

• объективно существующим фактом увеличения роли компьютерных технологий и управленческих умений и навыков в любой профессиональной деятельности, без достаточного овладения которыми все другие профессионально значимые ее элементы оказываются недостаточно эффективными;

• осознанием того, что использование АСУ, основанных на современных коммуникационных технологиях, представляет собой наиболее перспективное направление повышения результативности учебно-тренировочной деятельности.

Осмысление представленных недостатков и противоречий может способствовать более правильному определению путей их преодоления, нахождению действенных способов совершенствования системы управления учебно-тренировочным процессом.

Научная проблема, решению которой посвящено настоящее исследование, вытекает из необходимости разрешения указанных противоречий и заключается в исследовании закономерностей, методологических и методических оснований и условий, являющихся необходимыми и достаточными для разработки современных автоматизированных (в том числе и адаптивных) систем управления тренировочными нагрузками, функционирующими на основе непрерывного учета показателей состояния основных морфофункциональных систем организма, получаемых по каналам обратной связи в условиях искусственной управляющей среды.

В процессе ее разработки основное внимание уделено таким вопросам, как:

• уточнение сущностных характеристик системы базовых понятий;

• разработка методологических оснований для решения проблемы внедрения АСУ в систему управления нагрузкой в процессе учебно-тренировочных занятий различной направленности;

• исследование теоретических и методических основ наиболее целесообразного применения АСУ в учебно-тренировочном процессе с различной направленностью;

• разработка теоретических и методических оснований для осуществления активной и целенаправленной конструкторскоизобретательской деятельности;

• обоснование важнейших теоретических и методических положений для осуществления практической конструкторско-изобретательской деятельности, а также соответствующих концептуальных построений;

• осуществление активной практической конструкторской деятельности, основанной на научной редукции основополагающих теорий (адаптации, деятельности, управления и др.), а также сформировавшихся в процессе исследования собственных представлений о наиболее эффективных способах конструкторских решений в создании систем автоматизированного управления физической нагрузкой.

Развиваемые в исследовании представления о роли и сущности АСУ в системе управления физическими нагрузками призваны содействовать оформлению весьма многочисленных, но разрозненных, порой дискуссионных материалов по этой проблеме в одну непротиворечивую систему взглядов.

Объект исследования - современные автоматизированные системы управления учебно-тренировочным процессом в сфере физической культуры и спорта, их актуальные и потенциальные возможности в условиях создания искусственной управляющей среды.

Предмет исследования - теоретико-методологические аспекты разработки автоматизированных систем управления физической нагрузкой, биомеханические и педагогические условия и закономерности, обусловливающие высокую эффективность изобретательской, конструкторской и учебно-воспитательной деятельности по созданию и внедрению таких систем в учебно-тренировочный процесс с различной направленностью.

Цель исследования заключается в теоретико-методологическом обосновании биомеханических и педагогических условий, правил, закономерностей содержательного и процессуального обеспечения экспериментальной, изобретательской и конструкторской деятельности по созданию систем автоматизированного управления физической нагрузкой в условиях искусственной управляющей среды, функционирующих на основе информации о динамике состояния организма, а также экспериментальной проверке эффективности таких систем в условиях реального учебно-тренировочного процесса.

Для этого в возрастном диапазоне представлены: дети, подростки, юноши, мужчины (до 30 лет). По уровню спортивного мастерства: неспортсмены, спортсмены массовых разрядов, спортсмены среднего уровня мастерства, спортсмены высокого уровня мастерства, спортсмены высшего уровня мастерства.

Гипотеза исследования заключается в предположении о том, что перспективы повышения эффективности учебно-тренировочного процесса, достижение социально значимых результатов в физическом воспитании учащейся молодежи и наивысших показателей в спорте без риска для здоровья спортсменов возможны только при условии использования достижений в сфере современных компьютерных технологий, электроники и разработки на их основе тренажерных комплексов, обеспечивающих автоматизированное управление физической нагрузкой на основе непрерывного контроля за динамикой состояния основных морфофункциональных систем организма в условиях искусственной управляющей среды.

Реализации такой возможности может способствовать теоретико-методологическое, биомеханическое и экспериментальное обоснование систем автоматизированного управления физической нагрузкой в процессе физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки в различных видах спорта, основанных на получении и учете информации о динамике основных морфофункциональных систем организма занимающихся, поступающей по каналам обратной связи в условиях создания искусственной управляющей среды.

Задачи исследования:

1. Изучить и обобщить отечественный и зарубежный опыт в осуществлении попыток изобретательской и конструкторской деятельности, направленных на решение проблем разработки автоматизированных систем управления физической нагрузкой в процессе решения задач физического воспитания и спорта высших достижений, дать биомеханическую и социально-педагогическую оценку состояния рассматриваемой проблемы.

2. Выявить причины и дать теоретико-логическое и биомеханическое обоснование недостаточной эффективности существующих традиционных систем управления физической нагрузкой в физическом воспитании учащейся молодежи и специализированном учебно-тренировочном процессе.

3. Исследовать понятийно-терминологические аспекты проблемы разработки и внедрения автоматизированных систем управления в теории и практике физкультурно-спортивной деятельности.

4. Исследовать генезис происхождения и развития различных идей, изобретательских и конструкторских подходов к решению проблемы автоматизации управления физической нагрузкой в сфере физического воспитания и спорта.

5. Разработать практические рекомендации по содержательному и процессуальному обеспечению изобретательского и конструкторского видов деятельности, направленных на создание современных систем автоматизированного управления физической нагрузкой в учебно-тренировочном процессе, на основе приоритетного внимания к реализации адаптивного управления.

6. Экспериментально апробировать и обосновать с биомеханических и педагогических позиций эффективность разработанных тренажерных устройств и систем автоматизированного управления физической нагрузкой в процессе физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки на основе результатов собственной изобретательской и конструкторской деятельности.

Методологическую базу исследования составили положения диалектической теории познания о всеобщей связи, взаимодействии и взаимообусловленности явлений; концептуальном единстве, целостности научного знания; единстве теории и практики.

К основным методологическим положениям отнесены: о фундаментальные положения философии, педагогики, теории физического воспитания о взаимодействии человека и окружающей среды (Г.В. Гегель [150], В.Г. Афанасьев [42], В.В. Давыдов [180], Ю.К. Бабан-ский [44, 45 и др.], В.В. Краевский [328, 329, 330 и др.], А.Д. Новиков [422, 423 и др.], В.И. Столяров [531, 532, 533, 534, 535], Л.П.Матвеев [385 и др.], В.К. Бальсевич [51, 53, 55], Н.Н. Визитей [111, 112, 113]); о современные представления о функциональной системе (П.К. Анохин [31, 32]), о многоуровневом построении системы управления двигательными действиями (Н.А. Бернштейн [66, 67, 68]), о доминирующей роли деятельности в становлении человека как личности (Б.Г. Ананьев [25, 26], JI.C. Выготский [139, 140]), о человеке как биосоциальном существе (Н.П. Дубинин [201, 202], Б.А. Никитюк [418, 419, 420]), о системно-структурном подходе к познанию физических упражнений (Д.Д. Донской [191, 194], В.М. Зациорский [73], В.Б. Коренберг [323], В.Н. Курысь [351] и др.), связи физической и технической подготовки спортсменов (В.В.Кузнецов [339], В.Н. Платонов [452, 453], В.М. Дьячков [207, 516], Ю.В. Верхошанский [101, 105, 106, 107] и др.), о механизмах управления движениями в спорте (B.C. Фарфель [564, 565, 567, 571], И.М. Козлов [310, 311, 314 и др.]).

Теоретической основой исследования послужили: о концептуальные положения теории информации и управления сложными динамическими системами (Н. Винер [116], У.Р. Эшби [631], А.В. Зинковский [274, 275, 276, 277]), к которым относится двигательная деятельность человека, а также теории оптимизации (Р. Розен [495], И.Ф. Образцов, М.А. Ханин [425]), имеющей основополагающее значение в трактовке закономерностей формирования биомеханической структуры движений; о теории адаптации, раскрытые в трудах Н.А. Бернштейна [67, 68], В.Е. Борилкевича [85], Ф.З. Меерсона [392, 393, 395], С.Е. Павлова [434], В.В. Петровского [448, 449], В.Н. Платонова [452], В.В. Парина, P.M. Баевского, А.П. Берсеневой [46, 48, 49, 326]; о теория и методика физического воспитания и спорта, а также ее частные направления, отраженные в работах В.К. Бальсевича [52, 57, 58], Н.А. Бернштейна [66, 67, 68], Ю.В. Верхошанского [107, 109], И.М. Козлова [311], В.Б. Коренберга [321, 324 и др.], Л.П. Матвеева [385, 388], Н.Г Озолина [429, 426]; о положения об автоматизированном управлении тренировочным процессом, раскрытые в трудах В.М. Зациорского [257, 258, 260, 268 и др.]; о положения, представленные в работах И.П. Ратова об «искусственной управляющей среде» [483 и др.], Ю.Т. Черкесова о «возможностях обеспечения непрерывного регулируемого взаимодействия спортсмена и предметной среды» [604, 606, 608], Г.И. Попова об «использовании предметной среды» [460, 463 и др.].

Новизна исследования состоит:

В разработке содержательного и процессуального (биомеханического) обеспечения процесса внедрения в теорию и практику физического воспитания и спорта АСУ величиной физической нагрузки на основе использования обратной связи, информирующей о динамике состояния основных функциональных систем организма;

Работа является, по существу, первой попыткой системного подхода к проблеме разработки и внедрения в практику физической культуры и спорта АСУ физической нагрузкой на основе информации о динамике состояния основных функциональных систем организма;

Осуществлен детальный содержательный анализ теоретических взглядов, изобретательских и конструкторских подходов к решению проблемы разработки и внедрения АСУ величиной физической нагрузки в процессе физкультурно-спортивной деятельности, позволивший систематизировать представления о современном состоянии данной проблемы в России;

На основе теоретико-логического анализа, целенаправленной изобретательской и конструкторской деятельности определены перспективные пути решения проблемы разработки и внедрения АСУ физической нагрузкой в процессе физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки, имеющих значение ключевых факторов в определении стратегии совершенствования учебно-тренировочной деятельности в области физической культуры и спорта на современном этапе.

Теоретическая значимость. На теоретическом и экспериментальном уровнях определены контуры гуманистически ориентированной модели совершенствования системы физического воспитания и специализированной спортивной тренировки, основанной на точном и непрерывном учете результатов индивидуального восприятия нагрузки и ответной реакции организма занимающихся на нее.

• Обоснована объективная необходимость повышения внимания к проблеме использования современных средств управления физической нагрузкой в системе физкультурно-спортивной деятельности. Дано теоретическое, биомеханическое и экспериментальное обоснование условий, конструктивных особенностей, программного обеспечения, благодаря которым внедрение АСУ в практику физкультурно-спортивной деятельности может реально представлять собой органическую, неотъемлемую часть системы общего физкультурного образования и специализированной спортивной тренировки.

• Сформированы теоретические и представлены экспериментальные основания для разработки оригинального направления в развитии изобретательской и конструкторской мысли, направленной не только на повышение результативности учебно-тренировочного процесса, но и позволяющей с оптимизмом оценивать перспективы ответа на уже довольно давно поставленный и пока остающийся без ответа вопрос: «Как обезвредить спорт?».

Исследованные в работе аспекты имеют прогностическое значение, определяют ориентиры и создают условия для целенаправленной и эффективной работы по дальнейшему развитию изобретательской и конструкторской деятельности, способствующей более широкому и эффективному применению АСУ в физкультурно-спортивной практике, коренному реформированию системы управления ею как в содержательном, так и в процессуальном планах.

Прогностический потенциал проведенного исследования обусловлен принципиальной возможностью организации на его теоретической базе дальнейшей научно-исследовательской работы по экспериментальному изучению путей разработки и совершенствования систем автоматизиро- . ванного управления физическими нагрузками в процессе учебно-тренировочной деятельности на основе ее гуманизации, повышения оздоровительного эффекта, создания более благоприятных условий для исключения повреждающего влияния повышенных физических нагрузок, неадекватных текущему состоянию функциональных систем организма зани- ; мающихся.

Практическая значимость исследования определяется тем, что содержащиеся в нем теоретические положения и выводы создают предпосылки научного обеспечения процесса разработки и внедрения АСУ в практику управления учебно-тренировочным процессом различной направленности, что обеспечит коренное преобразование содержания практической учебно-тренировочной деятельности и значительное повышение ее эффективности.

Содержащееся в работе теоретико-логическое решение проблемы, результаты исследования и обоснования семантической сущности системы основных понятий способствуют совершенствованию понятийно-терминологического аппарата теории и практики физического воспитания и спортивной тренировки, могут служить повышению целенаправленности и качества исследовательской деятельности в этой сфере.

Выявленные в процессе экспериментальной работы биомеханические закономерности и сформулированные на их основе методические рекомендации, а также осуществленные исследовательские подходы к решению конструкторских задач и разработке программного обеспечения представляют собой базовую основу для дальнейшего успешного решения задач по разработке и внедрению в практику учебно-тренировочной деятельности АСУ.

В ходе исследования выявлена необходимость усовершенствования процесса подготовки и повышения квалификации преподавательских и тренерских кадров, включения в учебные планы переподготовки специалистов раздела по теории и практике разработки и внедрения средств АСУ в их повседневную профессиональную деятельность.

В работе показано, что модели организации учебно-тренировочной работы по физическому воспитанию учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировке, основанные на использовании АСУ, в наибольшей мере отвечают задачам и требованиям современной практики физкультурно-спортивной деятельности.

Представленные в работе примеры практической изобретательской и конструкторской деятельности по разработке и внедрению средств АСУ в практику учебно-тренировочной деятельности способствует более точному определению конкретных задач, более правильному выбору наиболее эффективных средств, методов и форм организации учебно-тренировочной работы и на этой основе существенному повышению ее эффективности.

Представленные в работе результаты могут быть использованы в качестве основы в практической деятельности по совершенствованию системы физического воспитания и спортивной тренировки.

Теоретический и фактический материал диссертации может быть положен в основу учебных курсов, использован при создании учебников, учебных пособий, научно-методических рекомендаций для учителей школ и тренеров, преподавателей вузов физкультурного профиля и системы повышения квалификации работников физической культуры, а также при разработке концепций развития физической культуры и спорта в России.

На защиту выносятся:

• Теоретическое, биомеханическое и экспериментальное обоснование конструктивных особенностей разработанных в процессе исследования тренажерных устройств, позволяющих осуществить решение проблемы автоматизированного управления параметрами физической нагрузки на основе информации об индивидуальных особенностях ответной реакции организма, поступающих по каналам обратной связи в условиях создания искусственной среды управляющего воздействия.

• Теоретическое и экспериментальное обоснование программного ч обеспечения, позволяющего решить задачу автоматизированного управления параметрами физической нагрузки на основе информации об особенностях ответной реакции организма, поступающих по каналам обратной связи в условиях создания искусственной среды управляющего воздействия.

• Совокупность концептуальных положений, обеспечивающих успешную разработку и внедрение в практику учебно-тренировочного процесса АСУ параметрами физической нагрузки, обеспечивающей сбалансированное воздействие на двигательный аппарат и основные функциональные системы организма в зависимости от их текущего индивидуального состояния у каждого отдельного занимающегося.

• Система взглядов на сущность проблемы разработки и внедрения АСУ в практику учебно-тренировочного процесса в сфере физической культуры и спорта, предполагающая необходимость преодоления узости существующего понимания смысла и назначения таких систем в качестве лишь одного из вспомогательных средств повышения эффективности этого процесса и способствующая формированию представлений об этой проблеме как о наиболее перспективном и решающем факторе повышения результативности и безопасности воздействия повышенными физическими нагрузками на организм человека, более полное раскрытие на этой основе индивидуальных двигательных возможностей каждого занимающегося физическими упражнениями.

• Теоретико-методологический подход к решению проблемы внедрения в теорию и практику физкультурно-спортивной деятельности АСУ индивидуальными параметрами физической нагрузки, позволяющий представить существующие альтернативные точки зрения по данной проблеме не с позиций абсолютизации и противопоставления, а из диалектически организованного, взаимообусловленного и иерархически устроенного взаимоотношения, предполагающего необходимость решения как минимум трех взаимосвязанных аспектов проблемы: теоретико-методологического, конструкторского и материально-технического.

• Система взглядов, отражающих авторскую позицию по отношению к ряду утвердившихся положений в теории и практике разработки и внедрения АСУ индивидуальными параметрами физической нагрузки, среди которых основными являются следующие: главным условием, обеспечивающим рассмотрение таких систем в качестве основного фактора в достижении социально значимых результатов, повышение эффективности учебно-тренировочного процесса, является их направленность на решение задач этого процесса без ущерба для соблюдения стратегически важного в современном обществе принципа оздоровительной направленности занятий физическими упражнениями; широко распространенные в практике физической культуры и спорта представления о конструкции адаптивных тренажеров являются ошибочными; успешное решение основных задач физического воспитания учащейся молодежи и специализированного учебно-тренировочного процесса без использования современных систем управления индивидуальными параметрами физической нагрузки не представляется возможным.

Апробация и внедрение результатов работы. Исследование выполнялось в соответствии с координационным планом научных исследований Федерального агентства по образованию «Реабилитация здоровья студентов на основе ответной реакции организма», номер государственной регистрации 01.200.118257, а также в соответствии с направленностью деятельности научно-исследовательской лаборатории биомеханики Института физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета начиная с 1995 года и до настоящего времени (темы: «Разработка машин управляющего воздействия и технологий их применения в области спорта», «Методические основы и апробация возможностей использования технологий управления бездискретного управляющего воздействия», «Изучение механизмов управления движениями») а также научно-исследовательской лаборатории «Биотехника» кафедры научных основ физической культуры и спорта КБГУ «Научные основы управления взаимодействием человека и внешней среды».

Основные теоретические положения диссертации использованы при разработке и издании монографии и учебно-методических пособий, используемых в практике преподавания физической культуры в Адыгее, Ставропольском и Краснодарском краях, Ингушетии, Северной Осетии, Карачаево-Черкесской и Кабардино-Балкарской республиках.

Фактический материал исследования нашел отражение в монографии, учебно-методических пособиях, а также в серии проблемных и обзорно-аналитических статей, опубликованных в центральной печати, в таких журналах, как: «Теория и практика физической культуры», «Физическое воспитание студентов», «Кубанский научный медицинский вестник».

Результаты изобретательской деятельности были представлены на выставках:

1. Всероссийский инновационный форум «ИННОВ-2005» - Новочеркасск, 2005 (где отмечен именным дипломом за инновационную научно-техническую разработку «Машины адаптивного воздействия»).

2. Международная выставка «Интеллектуальные и адаптивные РОБОТЫ—2005» — Москва, Всероссийский выставочный центр - 2005 (где отмечен медалью лауреата ВВЦ за разработку и внедрение «Машин адаптивного управления»).

Защищены патентом и рационализаторскими предложениями: «Устройство для развития силы мышц» (патент RU 2097083 С 1) [439];

Устройство для тренировки велосипедиста» (патент RU 2264246 С 1) [440];

Устройство для тренировки мышц и для определения и развития кондиционных и координационных способностей человека» (решение о выдаче патента № 2006107063/12(007647) от 19.07.2007 г., приоритет от 06.03.2006 г.) [494].

Результаты исследований, сформулированные на их основе теоретические позиции и основные положения диссертации представлены на международных конференциях:

1. На международной научной конференции «Биомеханика и новые концепции физкультурного образования и системы спортивной подго- » товки» - Нальчик, 1999.

2. На международной научной конференции «Современные проблемы развития физической культуры и биомеханики спорта» - Майкоп, 1999.

3. На международной научно-практической конференции «Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров» — Пенза, 2001.

4. На международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы валеологии, воспитания учащихся в условиях новой концепции физкультурного образования». - Нальчик, 2002.

5. На II международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии в условиях современного мира» - Майкоп,

6. На III международной научно-практической конференции «Физическая культура в пространстве культуры Ставропольского края» — Ставрополь, 2003.

7. На международной научно-практической конференции «Культура здоровья, физическое воспитание и спорт в современной жизни» — Воронеж, 2004.

8. На V международной научной конференции студентов и молодых ученых «Актуальные вопросы спортивной медицины, лечебной физической культуры, физиотерапии и курортологии», посвященной 100-летию Российского государственного медицинского университета, — Москва, 2006.

9. На I международной электронной научной конференции «Фи- . зическая культура, спорт, биомеханика» Института физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета — Майкоп, 2006.

А также на конференциях федерального и регионального уровней:

1. На всероссийской научной конференции «Проблемы совершенствования системы физического воспитания» - Нальчик, 1995.

2. На I научной конференции аспирантов и соискателей АГУ -Майкоп, 1996.

3. На XXVII научной конференции студентов и молодых ученых вузов юга России - Краснодар, 2000.

4. На Всероссийской научно-практической конференции «Физическая культура и спорт на рубеже тысячелетия» - С.-Петербург, 2000.

5. На II научно-практической конференции с участием представителей областей, краев и республик юга России «Физическая культура, спорт и туризм юга России в 21-м столетии» - Ставрополь, 2001.

6. На III региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых «Наука - XXI веку» -Майкоп, 2002.

7. На II региональной научной конференции молодых ученых АГУ «Наука. Образование. Молодежь» - Майкоп, 2005.

8. На межрегиональной научно-практической конференции «Здоровье и образование в XXI веке» - Майкоп, 2005;

9. На III Всероссийской научно-практической конференции «Дети России образованы и здоровы» - Москва, 2005.

10. На IV Всероссийской научно конференции «Физическая культура, спорт и туризм в контексте мира и дружбы» - Карачаевск, 2006.

11. На Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг качества здоровья в практике формирования безопасной здоровьес-берегающей образовательной среды» - Славянск-на-Кубани, 2006.

Теоретические и практические результаты научных исследований апробированы в работе со сборными командами по армспорту Карачаево-Черкесской республики, в велошколе олимпийского резерва Кабардино-Балкарской республики, в Майкопском государственном технологическом университете, в гимназии № 22 г. Майкопа. Имеется 7 актов внедрения результатов научных исследований в практику учебно-тренировочной работы.

Часть работы выполнена при поддержке фонда «Университеты России» (грант УР: 10.01.060), гранта Российского фонда фундаментальных исследований (№: 03-01-96734) и международного фонда ISAR (грант RU3N5).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка использованной литературы, насчитывающего 672 наименование, в том числе 38 иностранных. Работа изложена на 407 страницах компьютерного набора текста, включает 96 рисунков, 14 таблиц, 23 страницы приложений.

8. Результаты исследования позволили прийти к заключению о необходимости расширения представлений о комплексе средств физического воспитания и спортивной тренировки, в составе которого наряду с другими средствами должны рассматриваться автоматизированные системы управления основными параметрами нагрузки. Основанием, обусловливающим необходимость их включения в число средств физического воспитания, является принципиальная невозможность успешного решения без их применения целого ряда проблем и противоречий учебно-тренировочного процесса, главная из которых — индивидуализация, персо-нализация воздействий физическими нагрузками, без решения которой учебно-тренировочная деятельность во многом теряет смысл.

9. В решении понятийно-терминологической проблемы, связанной с разработкой и внедрением АСУ в практику учебно-тренировочного процесса, приоритетное внимание должно быть сосредоточено не столько на введении новых терминов, сколько на конструктивных попытках, направленных на устранение разночтений в понимании сути уже давно и прочно вошедших в научный обиход, но до сих пор дискутируемых понятий. Нововведения, так же как и отказ от устаревших понятий, должны иметь место, но только при условии очевидной целесообразности и всесторонней обоснованности. Предпринятое в работе исследование понятийно-терминологических аспектов проблемы разработки и внедрения АСУ в практику учебно-тренировочного процесса может способствовать формированию более четких представлений о сути основных понятий этой сферы и более корректному и конструктивному их использованию.

10. Материалы проведенного исследования свидетельствуют о том, что несмотря на еще довольно широко распространенное (особенно в среде практических работников) скептическое отношения к возможным перспективам внедрения АСУ в практику учебно-тренировочного процесса, необходимо с полной ясностью осознавать: другого столь же действенного способа решения проблемы существенного повышения его эффективности в настоящее время фактически не существует.

11.Установлено повышение эффективности освоения и выполнения физических упражнений в циклических видах спорта (на выносливость) происходит в условиях использования:

• автоматизировано-управляемого внешнего сопротивления по ответной реакции сердечно-сосудистой системы при оптимальном «коридоре» значений частоты сердечных сокращений (в условиях использования машины автоматизированного управления для тренировки велосипедистов);

• автоматизировано-изменяемого сигнала, регулирующего темп выполнения движений по ответной реакции сердечно-сосудистой системы при оптимальной частоте сердечных сокращений (в условиях использования машины автоматизированного управления для циклических упражнений).

Обосновано, что улучшение выполнения упражнений преимущественно силового характера происходит с использованием адаптивного управления внешним сопротивлением регулируемого на основе изменений ответной реакции опорно-двигательного аппарата за счет обеспечения рационального и непрерывного регулирования процесса взаимодействия внутренних и внешних сил (в условиях использования безынерционного тренажера адаптивного управления и компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия).

12. Совершенствование биомеханической структуры выполняемых упражнений в условиях АСУ, связано с улучшением работы различных систем организма благодаря «щадящему» режиму функционирования вегетативных систем организма, о чем свидетельствует положительная динамика восстановительных процессов сердечно-сосудистой и других систем, которые развертываются значительно быстрее за счет непрерывного управления двигательными действиями на основе ответной реакции организма, по сравнению с традиционными условиями выполнения движений.

13. Теоретико-методологическое обоснование разработанных в процессе исследования биомеханических и педагогических подходов к разработке и внедрению АСУ в практику учебно-тренировочной деятельности создает условия для более полного учета индивидуальных особенностей и возможностей занимающихся, имеющихся у них в каждый конкретный момент этой деятельности. Ее использование позволяет более рационально управлять основными параметрами нагрузки, устранить диспропорцию тренирующих воздействий и ответной реакции организма, обеспечивает создание и реализацию уникальных возможностей для подлинной индивидуализации учебно-тренировочного процесса.

1. Ackermann, J. Parameter space design of robust control system / J. Ackermann // 1.EE Transactions of automatic control. - 1980. -V. Ac-25. - P. 1058-1072.

2. Bassler, T. Marathon running and immunity to atherosclerosis / T.

3. Bassler //Ann. N.V. Asad. Sci. 1977. - Vol. 301. - P.579 - 592.

4. Bernold, T. Expert systems and knowledge engineering / T. Ber-nold. Elsevier, Science Publishers, 1986.

5. Bjorkg, A. Factors in development of diseases / A. Bjorkg // Circ.Res. 1964. - V.59. - P. 138-153.

6. Cannon, W.B. Bodily changes in pain, hunger, fear and rage / W.B. Cannon. Appleon-Century, 1929.

7. Dunn R., Gritz J. The effect of exercise on hepatic and myocardial jysosome stability / R. Dunn, J. Gritz // Fed. Proc. 1971. - v. 30. - P. 372 .

8. Gupta, J. A new approach for the assessment of endurance work / J. Gupta // Rurop. J. Appl. Physiol., 1974. Vol. 33. - №1. - P. 83-94.

9. Hermansen, L. Lactate production during exercise / L. Hermansen, B. Pernow, B. Saltin // Muscle metabolism during exercise. New York: Plenum Press, 1971. -P.401-403.

10. Hobby, J. M. Pat. 3947025 (USA). Arm wrestling unit. Publ. 30.03.76.

11. Hopfield, J.J. Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities / J.J. Hopfield // Proc. of the National Academy of Science. 1982. - 79. - pp. 2554-2558.

12. Instrumentation catalogue: test and measurement, industrial automation, data acquisition. — National Instruments, 1998.

13. Jokl, E. Heart and sport / E. Jokl. Springfield, 1969.

14. Kalman, R.E. Contributions to the theory of optimal control / R.E. Kalman // Bulletin de la Sociedad Matematica Mexicana. 1960. - № 5. - P. 102-119.

15. Landau, I.D. Adaptive control systems: the model reference approach / I.D. Landau. N.Y.: Marsel Dekker, 1979.

16. Ljung, L. Modeling of Dynamic Systems / L. Ljung, T. Glad. -Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J. 1994.

17. Ljung, L. System Identification Theory for the User / L. Ljung.

18. Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J. 2nd edition, 1999.

19. Mann, G. Lactate tolerance, diet and physical fitness / G. Mann, L. Garret // Nutr. and Sports. 1976. - № 1. - P. 181-190.

20. Margaria, R. The effect of some drugs on maximum capacity of athletic performance on man / R. Margaria, P. Adhemo, E. Rovelli // Intern. J. Angew. Physiol., 1964, - v. 20, - 281 p.

21. McCulloch, W.S. Logical calculus of the ideas immanent in nervous activity / W.S. McCulloch, W.A. Pitts // Bull. Math. Biophys. 1943, 5.

22. McDonnell, R. J. Pat.3982757 (USA). Topsion type arm exerciser apparatus. Publ. 28.09.76.

23. McDougall, J.D. Muscle ultra structural characteristics of elite power lifters and body-builders / J.D. McDougall, D.G. Sale, G.C. Fleder, J.R. Sutton // Europ. J. Appl. Physiol. 1982. - v.48. - P.l 17 -126.

24. Mesarovic, M.D. Conceptual basic for a mathematical theory of general systems / M.D. Mesarovic // Kybernetes, 1972. - № 1.

25. Oppenheim, J. Signals and Systems / J. Oppenheim A.S. Willsky. -Prentice Hall. -N.J. 1985.

26. Peltenburg, A. Sex hormone profiles of premenarcheal athletes / A. Peltenburg, W. Erich, J. Thijssen // Europ. J. Appl. Physiol. -1984. V. 52. -P.385 -392.

27. Plas, F. Electrocardiogramme du coeur an travail / F. Plas, P. Chailley-Bert//Arch. mal. coeur. 1956. - V. 49. - P. 916-918.

28. Retzlaff, A. R. Pat.4461474 (USA). Arm wrestling exerciser. -Publ. 24.07.84.

29. Rosenblatt, F. Principles of Neurodinamics / F. Rosenblatt New York: Spartan Books. 1962.

30. Rosenbrock, H.H. Distinctive problems of process control / H.H. Rosenbrock // Chem. Engng. Progr. 1962. - V. 58, № 9. - P. 43-50.

31. Salmela, J. Growth Pattern of Elite French-Canadian Female Gymnasts / J. Salmela // Canad. J. Appl. Sport Sci. 1979. - v.4. - P. 219 -222.

32. Selye, H. Stress / H. Selye. Monreal: Acta Inc., 1950. .

33. Selye, H. The stress of life / H. Selye. New York, Toronto, London: McGraw-Hill Book Co., Inc., 1936. - 98 p.

34. Soderstrom Т., Stoica P. System Identification / T. Soderstrom, P. Stoica. Prentice Hall International, London. 1989.

35. Speroff L., Redwine D. Exercise and menstrual function // Physician Sports-Med. -1980. v.8. - P.42 - 44.

36. Task Force of the Euopean of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart Rate Variability. Standarts of Measurements, Physiological Interpretation, and Clinical Use. Circulation. 1996.-P. 1043-1065.

37. Tesch, P.A. Blood lactate accumulation during arm exercise in world class kayak paddlers and strength trained athletes / P.A. Tesch, S. Linde-berg // Europ. J. Appl. Physiol. -1984. v.52. - P.441 - 445.

38. Tesch, P.A. Muscle capillary supply and fiber type charakteristics in weight and power lifters / P.A. Tesch, A. Thorsson, P. Keiser // J. Appl. Physiol. 1984. - v.50. - № 1. - P.35-38.

39. Vidyasagar, M. Control System Synthesis: A Factorization Approach / M. Vidyasagar MA.: MIT Press, 1985.

40. Wenger, H.A, Uptake of 3H- leucine into different fraction of rat skeletal muscle following acute endurance and sprint exercise / H.A. Wenger, J.C. Wilkinson, J. Dallaire // Europ. J. Appl. Physiol. 1981. - v.47. - P.83 -92.

41. White Saxon, W. The new science of exercise / W. White Saxon // Proc. Austral. Physiol, and Pharmacol. Soc. 1992, -№. 2, - C. 123-139.