Лекция №7. Системы движений и управление ими

1. Двигательные действия как системы движений: состав системы движений; структура системы движений.

2. Спортивное действие как управляемая система движений: самоуправляемые системы; управление движениями в переменных условиях; направление развития систем движений.

Спортивная техника – комплекс множества движений спортсмена, проявляемый в условиях тренировки и соревнований. Они целенаправленны, т. е. служат достижению цели и поэтому целесообразны, т. е. соответствуют цели. Движения в спортивной технике имеют конечной целью высокий спортивный результат. Множество частных движений, обеспечивающих совместно высокий результат, объединено в целостные действия — системы движений. Они управляются спортсменом в соответствии с самой целью, реальными условиями действия и своими возможностями.

Спортивная техника может рассматриваться как: а) выполнение двигательного действия (системы движений); б) владение техникой, подготовленность, сведения о технике, ее модель.

Также при изучении спортивной техники исследуют вещественные системы (опорно-двигательного аппарата), и системы процессов выполнения действия (с учетом энергетического обеспечения движений и управления этими процессами).

Состав системы движений — это ее элементы, те движения, из которых она состоит.

Существуют виды спортивной техники со строго постоянным составом: например, гимнастические упражнения (их состав задан требованиями соревнований); легкоатлетические упражнения (состав отобран как наиболее рациональный). Однако в видах спорта, где имеется противоборство спортсменов (спортивные игры и единоборства), состав технических действий изменчив и включает обычно наиболее совершенные элементарные действия (метания, удары, броски, передвижения и т. п.) в возможно лучшем сочетании.

Поскольку двигательные действия совершаются посредством движений частей тела и всего тела в пространстве и во времени, в системе движений различают ее элементы, выделенные либо по пространственному признаку, либо по временному.

Пространственные элементы выделяют в системе движений по изменению взаимных положений звеньев тела в разных суставах (элементарные действия).

Элементарное действие — это наименьший элемент системы движений (пространственный), имеющий относительно самостоятельное значение, известный смысл и осуществляющий определенное задание.

Простые суставные движения объединены в элементарные действия (в группы одновременных движений и в ряды последовательных). Разные элементарные действия могут совпадать во времени. Как элементы всей системы они представляют собой подсистемы, части всей системы.

Из элементарных действий (более мелких подсистем) состоят более крупные подсистемы, например подготовительные и основные действия. Так, одно из основных действий в лыжном ходе — отталкивание лыжей включает элементарные действия: отталкивание ногой, махи рукой и ногой, а также бросок тела вперед и вверх.

Временные элементы в системе движений выделяют между определенными моментами времени (фазы).

Фаза — это наименьший элемент системы движений (временной), включающий все движения от начала до конца и осуществляющий определенное задание.

Определяют, когда начинается фаза, как долго она длится, когда заканчивается. Фазы следуют во времени одна за другой. Изучая ряд движений, выделяют во времени фазы, отличающиеся одна от другой по характеристикам. Каждая фаза, отличаясь от предыдущей и последующей, отделена от них определенным моментом времени. Это границы между фазами; в данные моменты происходит смена фаз. Так как каждой фазе соответствует своя ведущая задача, то смена фаз соответствует смене задач движения.

Позы тела на границе двух фаз в момент их смены называют граничными. Каждая такая поза служит конечным положением для предыдущей фазы и начальным (исходным) — для последующей. Следовательно, движения в каждой фазе к моменту ее смены должны привести к граничной позе, наиболее благоприятной для решения ФАЗЫ задачи последующей фазы. Поэтому граничные позы служат хорошими ориентирами для контроля за правильностью движений.

Фазы, имеющие общие особенности, составляют периоды (например, периоды опоры и периоды полета в беге). Из периодов состоят циклы движений (при их повторности, например, в ходьбе, беге, плавании) или однократные акты (метания, прыжок и др.). Таковы подсистемы временных элементов.

Элементарные действия и фазы — это одни и те же движения, только выделенные в системе по разным признакам для изучения разных сторон объединения движений в системе (рис. 61). И те, и другие элементы, как уже говорилось, объединены в более крупные подсистемы (такие комплексы, как ряды, группы, периоды, циклы и т. п.).

Для выделения подсистем с целью построения модели действия используют следующие правила (по X. X. Гроссу):

1) устанавливают строго определяемые границы каждой подсистемы;

2) выявляют конкретное задание данной подсистемы (подцель — как часть общей цели упражнения) и

3) рассматривают взаимодействие всех движений в подсистеме.

Системы движений характеризуются многоступенчатым (иерархическим) построением. Сложные системы состоят не просто из множества отдельных суставных движений, а из все меньших объединений их —подсистем.

Чтобы выявить состав системы движений, проводится ее системный анализ, расчленение на подсистемы. При этом уже учитывают взаимные связи и взаимодействия, т. е. особенности структуры, — начинается системный синтез.

Структура системы движений

Для совершенства системы движений существенно не только из каких движений она состоит (состав системы), но и как организована из них целостная система, как все элементы объединены (какова структура системы)

Структура системы движений — это наиболее сложившиеся и определяющие закономерности взаимодействия ее элементов (подсистем).

Между множеством элементов, объединенных в систему движений, имеются очень сложные закономерности взаимодействия и взаимосвязи. С одной стороны, элементы, будучи взаимно связанными, помогают одни другим, способствуют совершенствованию системы, порождают саму систему и ее особенности. Такие связи, по сути дела, системообразующие. С другой стороны, неизбежны и внутренние взаимные помехи.

Наиболее частые помехи, возникающие внутри системы, можно разделить на две группы.

Во-первых, это рассогласования тяги мышц. Невозможно идеально точно согласовать время начала и окончания мышечных усилий, их величину, быстроту их нарастания и спада и многое другое. В двигательном акте принимают участие сотни мышц, в работе каждой из них неизбежны те или иные отклонения. Поэтому многие серьезные помехи заранее предусмотреть невозможно.

Во-вторых, в сложных биокинематических цепях при движениях с ускорениями возникает множество внутренних сил: инерционных, упругих, реактивных и др. Они передаются по биокинематическим цепям, отражаются, сталкиваются. Это также создает существенные помехи, предусмотреть которые нельзя.

Итак, закономерности взаимодействий (положительных и отрицательных) представляют собой сложную структуру всей системы движений, включающую структуры ее подсистем. Структура системы движений — это не сами движения, а способ их организации в систему.

Структура системы движений определяет собой качество самой системы, ее совершенство при взаимодействии с внешним окружением. От структуры зависит возникновение новых свойств системы, а значит, и возможности ее развития. Целостность системы обусловлена системообразующими связями.

Согласование элементов в пространстве, во времени и по прилагаемым усилиям обеспечивает целесообразность действия. С развитием системы повышается полезный эффект структуры, снижаются возникающие в системе внутренние помехи. Все это результат внутренних взаимодействий. От внутренних взаимодействий, от слаженности элементов зависит совершенство движений. Но движения выполняются в определенных условиях внешнего окружения. Следовательно, кроме внутренних взаимодействий система движений характеризуется и внешними взаимодействиями. Движения спортсмена влияют на внешнее окружение, внешнее же окружение воздействует на движения спортсмена. От использования внешних взаимодействий во многих случаях зависит эффективность решения двигательной задачи.

Вследствие внутренних взаимодействий в подсистемах у целостной системы движений возникают новые — системные свойства. Эти свойства отсутствуют у каждого из отдельно взятых ее элементов.

В спортивной технике системные свойства проявляются, например,

1.в рациональном складывании траекторий,

2.наращивании скоростей в составных движениях,

3.в последовательности и объединении отдельных усилий,

4.в становлении нового общего ритма движений и во многих других общих особенностях технического мастерства.

Наконец, от того, насколько прочны или податливы установившиеся взаимодействия, зависят важнейшие вопросы развития системы: как закреплено достигнутое, насколько возможно его изменение — прогрессивное совершенствование системы. В этом смысле особенности структуры формируемой системы движений определяют собой возможности ее развития.

И сходя из такого значения структуры, необходимо глубокое и разностороннее ее изучение для лучшего понимания спортивной техники.

В системе движений различают двигательные и информационные структуры.

Двигательная структура — это закономерности взаимосвязи движений в пространстве и во времени (кинематическая структура), а также силовых и энергетических взаимодействий (динамическая структура) в системе движений.

Движения в спорте отличаются своей слаженностью, согласованностью. При наблюдении определяются:

1.внешняя картина — форма траекторий (в пространстве) движений.

2.Чтобы изучить кинематическую структуру, используют кинематические характеристики.

3.По пространственным характеристикам определяют, как взаимно связаны траектории движений, каковы позы — исходные, промежуточные, конечные, т. е. выявляют пространственный рисунок движений, согласованность движений в пространстве.

4.По временным характеристикам устанавливают, как движения взаимосвязаны и согласованы во времени (раньше, позже), как долго длятся, когда сменяют одно другое, каковы их очередность, ритм, темп и т. п.

5.Скорости и ускорения как пространственно-временные характеристики вместе с временными определяют характер движения.

Изучая взаимосвязи скоростей, можно представить их модель. Движения при более или менее сходной пространственной форме могут иметь разный характер выполнения: быстрее, медленнее, в том или ином ритме и т. п. Итак, все соотношения движений в пространстве и времени определяются их общей кинематической структурой, тем, как они внешне организованы. Каждый из видов кинематической структуры (пространственная, временная, пространственно-временная) раскрывает только ту или иную сторону кинематики системы. Лишь все вместе они раскрывают внешнюю картину движений в целом.

При обучении физическим упражнениям в первую очередь стараются установить кинематическую структуру движений как их общую видимую организацию, т. е. описать их.

Но этого мало: все движения человека непрерывно изменяются, т. е. скорости звеньев изменяют свою величину (разгон и торможение) и направление. Части тела человека обладают инертными свойствами (масса, момент инерции). Поэтому наращивание скорости, торможение движения и изменение его направления происходят только при приложении сил. Силы, действуя совместно, могут помогать или мешать друг другу. От того, как они согласованы, и зависит совершенство движения. Динамические структуры и есть такие основные закономерности согласования сил.

Динамические структуры движений изучают по динамическим характеристикам с использованием также и кинематических характеристик: какие силы, какой величины, куда и в каком направлении, когда и как долго приложены и как в результате изменяются движения.

Учесть каждую из сотен (если не тысяч) сил практически невозможно, да и не нужно. Обычно изучают согласование наиболее значительных сил и групп сил. Так, в гимнастических упражнениях на снарядах рассматривают силы тяжести, инерции, упругости снарядов, реакции опоры, но не учитывают сопротивление воздуха, трение.

Особый интерес представляют энергетические структуры — закономерности превращения, преобразования, передачи, подвода и рассеяния энергии вследствие работы сил. Уменьшить потери, повысить экономичность, использовать «даровую» энергию — таковы задачи совершенствования энергетической структуры в спортивном действии.

Установить динамическую структуру, найти закономерности согласования сил и их результат — это значит раскрыть причины изменения движений под действием сил, т.е. объяснить механизмы движений.

Информационные структуры — это закономерности взаимосвязей между элементами информации (сообщениями об условиях и ходе действия и командами), без которых невозможно управление движениями.

С помощью нервной системы и другими путями (например, механическими взаимодействиями) в организме передаются сигналы (информация), которые служат для управления движениями. В мозг следуют сигналы об условиях действия, о ходе выполнения движения, а из мозга к мышцам — команды для подготовки к действию и для выполнения самих движений. Источниками сигналов служат многочисленные факторы внешнего окружения и внутреннего состояния организма.

Существуют сенсорные структуры осведомительной информации, воспринимаемой спортсменами. Множество сигналов объединяется, синтезируется, образуя так называемые «чувства» (например, «чувство» равновесия, «чувство» осанки, «чувство» дистанции). Сигналы перерабатываются, обобщаются и служат основанием для правильного отражения действительности.

Воздействия, связанные с исполнением движений, так или иначе отражаются в сознании. Они сочетаются со следами информации, сохранившимися в памяти. Формируется еще один вид информационных структур — психологические структуры двигательного навыка (по В. М. Дьячкову). Это то, что человек знает о движениях, об общих требованиях к ним и о деталях, о своих движениях и технике других спортсменов. Именно формирование этих структур позволяет спортсмену давать себе задания, активно действовать.

Создается своего рода модель (образец) предстоящего действия. Формы моделей бывают различными, но существо их одно: более совершенная модель действия может сделать совершеннее и само действие.

Эффекторные структуры командной информации — совокупность команд к мышцам и другим органам для управления выполнением движений и их энергетическим обеспечением.

Различают произвольные и автоматические команды.

Осознавание цели и хода действий и произвольное управление движениями не снижают роли автоматического управления; наоборот, это обеспечивает лучшее использование автоматизмов.

Обобщенные структуры — это закономерности взаимосвязей разных сторон действия; обобщенные структуры обусловлены сочетанием разных видов структур.

Среди обобщенных структур изучают: ритмические, фазовые и координационные.

Их выделяют для более детального изучения общей структуры системы движений.

Ритмические структуры — это закономерности взаимосвязей движений во времени, соотношение длительности частей всего двигательного акта или действия. Здесь учитывается и то, как распределены во времени акценты усилий, как от них зависит скорость и длительность последующих движений, вызванных этими усилиями. Ритмические структуры являются особо отчетливыми показателями совершенства упражнений. Это ясно видно из того, как ритм, задаваемый, например, звуком, способствует организации движений.

Фазовая структура— это основные закономерности взаимодействия, взаимосвязи фаз по их различным кинематическим и динамическим характеристикам. Определяя требования к каждой фазе, устанавливая, как фазы взаимно связаны, согласуются между собой, как используются детали движений для общего результата упражнений, можно глубже понять и лучше определить роль каждой фазы в целом упражнении.

Координационная структура — совокупность всех основных (определяющих) внутренних взаимосвязей в системе движений, а также взаимодействий человека с его внешним окружением во время выполнения упражнения. Понятие «координационная структура» поэтому шире, чем «общая структура» системы движений. Последняя рассматривает в основном только, как организована сама система движений, взаимосвязи внутри нее, а координационная структура охватывает и систему движений, и ее взаимодействие с окружением.

О структурных взаимодействиях судят по биомеханическим характеристикам, их взаимным связям и влияниям. Информационные и обобщенные структуры раскрывают роль тех или иных особенностей системы движений в сложной деятельности спортсмена. Эти структуры так или иначе также опираются на биомеханические характеристики, раскрывающие явления в двигательной деятельности. Структуры системы движений изучают при помощи ее системного синтеза, объединяя (интегрируя) все подсистемы в единую целостную систему, исследуя взаимодействия и взаимосвязи в системе движений.

Спортивное действие как управляемая система движений

Спортивное действие в биомеханике изучается как система движений, которой управляет спортсмен. Чтобы лучше обучать спортивной технике и овладевать ею, надо знать, каковы задачи управления, как оно организовано и какие изменения происходят при формировании и совершенствовании техники.

Самоуправляемые системы характеризуются тем, что управление ими протекает по основным законам управления и вносится в систему не извне, а осуществляется изнутри, самой системой. Такими самоуправляемыми системами (вещественными) являются спортсмены — они сами выполняют движения и сами управляют своими движениями.

Система движений спортсмена также самоуправляемая (система процессов), так как управляющие воздействия создаются в ней самой.

Управление представляет собой изменение состояния системы посредством управляющих воздействий, которые направлены на достижение цели.

Каждая система имеет определенное состояние в любой момент времени. Различают начальное состояние (до начала управления), конечное (заданное заранее) — как задаваемый результат управления и ряд промежуточных состояний.

Порядок смены состояний системы рассматривается как поведение системы. Линия поведения системы определяется последовательной сменой ее промежуточных состояний.

Цель управления состоит либо в заданном заранее конечном состоянии (конечный эффект атаки фехтовальщика, высший результат прыгуна в длину), либо в обеспечении заданной линии поведения (исполнение гимнастического упражнения). Часто для достижения конечного состояния необходимо и обеспечение точной линии поведения. В переменных условиях цель уточняется нередко по ходу действия, в зависимости от ситуации.

Состояния и поведение системы движений определяются и оцениваются по изменяющимся биомеханическим характеристикам, которые сигнализируют о ходе движений, отражают те или иные стороны самой действительности. Таким образом, совокупность характеристик — это только отображение действительности, самого процесса движений и управления им. Управляемая же система движений — это и есть сама действительность.

Цель при управлении достигается с помощью управляющих воздействий, которые изменяют состояние системы в необходимом направлении. Говоря короче, управление — это процесс достижения цели.

В спортивной технике основные управляющие воздействия — мышечные усилия, с помощью которых происходит также управление и другими силами (тяжести, инерции и др.). Кроме управляющих, всегда (в большей или меньшей мере) существуют сбивающие воздействия, мешающие достижению цели (помехи, вредные сопротивления).