Диагностика, развитие и реализация силового потенциала спортсменов с использованием компьютерных диагностических стендов

ДИАГНОСТИКА, РАЗВИТИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ СИЛОВОГО ПОТЕНЦИАЛА СПОРТСМЕНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СТЕНДОВ

А.В. ПЕТРЯЕВ, Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт физической культуры

Аннотация

В статье раскрываются возможности использования компьютерных диагностических стендов в диагностике, развитии и реализации силового потенциала спортсменов. Исследования проводились с использованием диагностических стендов «АРТ», позволяющих моделировать условия водной среды по параметрам «усилие - скорость». Наличие визуальной обратной связи позволяло обеспечивать «контролируемые вариации» по абсолютным параметрам усилий, мощности, темпу, длине гребка, а также динамической структуры гребка. Проведенные исследования показали высокую эффективность использования диагностического стенда «АРТ» по количественному и качественному анализу силового потенциала спортсменов, прогностической оценке, целенаправленному воздействию на скоростной и силовой компонент гребковых движений пловцов, положительному влиянию коррекции динамической структуры гребка на спортивный результат, повышению трансформации силового потенциала спортсмена в условиях реального плавания

Abstract

This article describes opportunities of use of the computer diagnostic exerciser in diagnostic, development and realisation of sportsmen s power potential. The researches were held using the diagnostic exerciser “ART", allowing to simulate water conditions in parameters “force-velocity". The visual feedback allowed to provide for “controlled variations" in absolute parameters offorce, power, stroke rate, length and dynamical structure of stroke. These researches showed a high efficacy of use of the diagnostic exerciser “ART" in quantitative and qualitative analyses of sportsman’s power potential, prognosis assessment, singleminded effect to speed and power component of stroke movement of swimmers, positive influence of correction of dynamical structure of stroke on sport results, increasing of transformation of sportsman’s power potential in real swimming conditions

Ключевые слова: силовые характеристики, диагностика, компьютерный стенд

Практика и теоретический анализ показывают, что на протяжении последних тридцати лет в мировой спортивной науке были разработаны эффективные методы развития двигательных способностей спортсменов и совершенствования технического мастерства.

Одним из достижений отечественной спортивной науки следует считать концепцию «искусственной управляющей среды», разработанную И.П. Ратовым в 70-е годы XX века, которая подразумевала создание таких условий для выполнения совершенствуемых движений, которые обеспечивали бы, с одной стороны, возможности для воспроизведения движений с ориентацией на достижение стабильного навыка, а с другой - возможности для обеспечения контролируемых вариаций в режимах выполнения движений. Данное положение показывает, что необходимым отправным компонентом использования того или иного средства должны лежать определенные биомеханические закономерности эффективного выполнения физического упражнения, а наличие обратной связи позволяет производить по ходу выполнения упражнения контроль по тем или иным параметрам.

Современное состояние спортивной науки позволяет производить качественный биомеханический анализ спортивной техники. Полученные данные используются непосредствен-

но в практической и теоретической работе со спортсменами, а также являются основой для конструирования высокоэффективных тренажеров управляющего воздействия.

Необходимо отметить, что использование фактора биологической обратной связи в практике формирования и совершенствования спортивного навыка требует разработки новых технологий тренировочного процесса, новых методологических подходов при формировании двигательного действия человека. Это обусловлено тем, что включение дополнительных анализаторов в процесс формирования и модификации двигательного действия человека создает новые структурные взаимодействия, новые схемы, определяющие сам процесс формирования динамического стереотипа человека.

Изначально принцип использования биологической обратной связи основывался на визуальном восприятии биомеханических характеристик выполняемых движений в связи с тем, что основной объем информации человек получает посредством зрительного анализатора. Другим аспектом использования immediate feedback являлось реальное время восприятия информации и мышечные ощущения спортсмена, которые тем весомее, чем выше его квалификация. Реализация этих положений при работе на

моделирующих диагностических стендах позволяют не только формировать стабильные двигательные действия, но и обеспечивать «контролируемые вариации», чего невозможно достигнуть в естественных условиях среды.

На протяжении последнего десятилетия в Санкт-Петербургском НИИФКе разрабатывались моделирующие компьютеризированные диагностические стенды с биологической обратной связью, позволяющие одновременно решать проблему диагностики двигательного потенциала спортсмена и использовать их как эффективное тренировочное средство.

Специфические условия водной среды, предъявляющие повышенные требования к арсеналу используемых средств для технической и физической подготовки пловцов, были реализованы в моделирующем компьютеризированном диагностическом стенде «АРТ» (положительное решение заявки на изобретение № 5055617/12/035738) (рис. 1). Особенностью данного стенда является наличие аэро-резистивного нагрузочного блока, при котором характер выполнения упражнения в наибольшей степени соответствует характеру и режимам мышечно-двигательной деятельности, имеющим место в реальном плавании (рис. 2-3).

120 100 80 60 40 20 0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Рис. 3.

Типичный паттерн усилия гребкового движения руками

Рис. 1. Диагностический стенд Рис. 2. Скоростно-силовые характери-

«АРТ-2» стики диагностического стенда

«АРТ-2» в различный нагрузочный зонах (— силовыге; — «реалыного плавания» / по З.Р. С1а^, 1979/;

..скоростныге)

Наличие 7-ми основных режимов работы нагрузочного блока из имеющихся 21-го с дополнительной опцией расширения диапазона нагрузки создают условия направленных воздействий в процессе технической и физической подготовки. Лежа на плавательной подставке, спортсмен выполняет гребковые движения одновременно или попеременно, возможно сочетанное выполнение движений руками и ногами, причем величина нагрузки для рук и ног задается дифференцированно. Наличие компьютерного программного обеспечения позволяет спортсмену осуществлять контроль на мониторе за параметрами мощности, усилий, темпа, проводить персональную интервальную тренировку по развитию скоростно-силовых качеств, силовой выносливости. Использование фактора биологической обратной связи, реализованного в диагностическом стенде (ДС) «АРТ», позволяет значительно интенсифицировать и разнообразить тренировочный процесс. При выполнении тренировочной (либо тестирующей) программы на мониторе компьютера не только отображаются абсолютные показатели (время, темп движений, мощность), но и имеется возможность визуально контролировать динамическую структуру гребкового движения и производить ее коррекцию.

Исследования, проведенные с использованием ДС «АРТ» (1996-2005 гг.), включали в себя ряд взаимосвязанных проектов:

д

• диагностика динамических параметров гребковых движений пловцов;

• коррекция динамической структуры гребка;

• развитие специальных силовых способностей;

• реализация силового потенциала пловца в плавательную мощность.

Диагностика динамических параметров гребковых движений пловцов

Для оценки скоростно-силового резерва используется тест - 10 гребков с максимальной интенсивностью (Т-10), для оценки степени реализации скоростно-силового резерва и локальной силовой выносливости выполняется 1-минутный тест (Т-1) с соревновательной интенсивностью. При оценке функционального состояния - тест со ступенчато возрастающей нагрузкой 10 раз по 1 минуте.

Полученные данные группируются:

• по временным критериям (длительность цикла, времени опорной фазы гребка, соотношение опорной и без-опорной фаз гребка);

• силовым критериям (максимальное усилие, среднецикловое усилие, среднецикловое усилие относительно к массе спортсмена);

• критериям мощности (максимальной мощности, среднецикловой мощности, мощности в опорной фазе гребка, а также отношение этих показателей к массе спортсмена);

• пространственным критериям (длина гребка, перемещение кисти относительно локтя);

• критериям эффективности (пик приложения усилия и мощности на протяжении опорной фазы гребка, асимметрия приложения усилий и мощности).

Проведенные исследования позволили установить широкий диапазон абсолютных параметров усилия, мощности (коэффициент вариации от 11 до 22%). В таблице 1 представлены некоторые данные результатов обследований

102-х юношей в 2003 г. в сравнении с результатами в национальной команде.

В исследованной группе мальчиков показатели максимальной мощности плавательных движений возрастают в возрастном диапазоне 12-14 лет более чем на 40%. Однако качественный показатель максимальной мощности (в пересчете на вес тела спортсмена) изменяется гораздо меньше и составляет в группе 14-летних спортсменов 87% от средних значений по национальной команде.

Таблица 1 102)

Показатели максимальной мощности (10 гребков) в исследованных группах мальчиков (п =

и у мужчин, членов национальной команды

Группы спортсменов Вт X + SD Вт/кг X + SD

Мальчики, 12 лет 76,9 + 13,1 1,82 + 0,28

Мальчики, 13 лет 98,1 + 21,6 1,82 + 0,37

Мальчики, 14 лет 108,0 + 29,7 1,84 + 0,42

Сборная команда России (мужчины, п = 28) 165,8 + 48,0 2,11 + 0,59

Сборная команда России (мужчины, максимальные значения) 275,7 3,68

Анализ зависимости между спортивным результатом юных пловцов, показанных ими в 2003 и 2005 гг. и исследуемыми показателями показал, что достижения сильнейших юных пловцов в 2003 г. были связаны с абсолютными показателями мощности в силовом и скоростном режимах в тестах Т-10 и Т-1 (р<0,001). Через два года, при переходе в более старшую возрастную группу, у исследуемой группы пловцов достоверные связи были установлены с качественным показателем среднецикловой мощности гребка, отнесенной к массе спортсмена в тестах Т-10 и Т-1 в скоростном режиме (р<0,001).

Коррекция динамической структуры гребка

Как показали наши исследования, эффективная динамическая структура гребка характеризуется увеличением градиента усилия в середине гребка и достижением максимума в конце гребка, кратковременным характером приложения максимума, симметричным приложением усилий и распределение мощности гребковых движений руками и имела значительную взаимосвязь со спортивным результатом (р<0,05). Значимая связь распределения усилия и мощности внутри цикла гребка говорит о том, что существенное значение имеет характер их приложения. Это позволило разработать индивидуальные модели при коррекции динамической структуры гребка.

Сущность этого метода заключается в том, что при выполнении гребковых движений спортсмен видит в режиме on-line на мониторе свою реальную динамическую структуру гребка и старается воспроизвести предложенную модель распределения усилий (рис. 3).

В проведенных нами исследованиях по программе коррекции динамической структуры гребка в группе высоко-

квалифицированных спортсменов (п=7, возраст 18,3±3,8 года, рост 1,87 ± 0,05 м, вес 76,2 ± 6,9 кг) на протяжении 16 занятий продолжительностью 20-30 минут и использования сочетанной методики в воде, наиболее существенные изменения были отмечены по показателям приложения максимальных значений усилия и мощности, которые сместились к концу гребка, а также увеличилась длина гребка. Улучшение спортивного результата в среднем по группе составило 3% (р<0,05).

Развитие специальных силовых способностей

В зависимости от решаемых задач могут использоваться режимы работы диагностического стенда: «скоростные», «силовые» и «реального плавания».

В исследовании приняли участие 6 высококвалифицированных пловцов (возраст 22,3±3,4 года; рост 1,88±0,03 м; вес 82,5±2,7 кг). Тренировочная программа длилась 8 недель по два занятия в неделю и включала три серии по пять подходов работы длительностью 15 секунд с максимальной интенсивностью 3х(5х15").

Четыре недели использовалось сопротивление большее, чем это имеет место в реальном плавании, подобно использованию дополнительного сопротивления (типа поролонового ерша) в воде (режим «силовой») (рис. 2).

Вторые четыре недели использовалось сопротивление меньше, чем в реальном плавании, подобно плаванию на протяжке (режим «скоростной»).

На рисунке 4 представлено изменение динамической структуры гребка до и после силовой программы. После 4-недельных занятий по 2 раза в неделю по программе развития максимальной силы с использованием силового режима (рис. 2) у спортсмена в тесте 10 гребков с максималь-

ной интенсивностью возросла максимальная мощность гребковых движений на 20%, в рабочей фазе на 12%, среднецикловое усилие на 7%, увеличилась длина гребка на 18%, и одновременно удалось избежать негативного влияния на динамическую структуру гребка, чего не удавалось достичь традиционными средствами силовой подготовки пловцов.

В целом по группе увеличение мощности гребковых движений после работы в силовом режиме составило 13%, темп увеличился на 1,6%. После использования скоростно-

го режима мощность увеличилась на 2,5%, темп на 7% (р<0,05). Полученные данные позволяют рекомендовать тот или иной режим работы ДС «АРТ» по совершенствованию силового или скоростного компонента гребка.

Использование теста 10 раз по 1 минуте со ступенчато возрастающей нагрузкой позволило выяснить влияние работы в различных зонах энергообеспечения на динамическую структуру гребка (рис. 5). Повышение интенсивности работы влечет за собой и соответствующие изменения в динамической структуре гребка (табл. 2).

Рис. 4. Изменение динамической структуры гребка до и после силовой программыы

Рис. 5. Изменение динамической структуры гребка в зависимости от интенсивности работыг

Таблица 2

Изменение исследуемых показателей высококвалифицированного пловца в ступенчатом тесте 10 раз по 1 мин

Показатели Минуты

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 сред.

Темп [1/мин] 38,0 39,2 40,8 42,3 43,5 44,7 45,5 46,0 47,0 48,8 43,6

РИТМ ІЛпорнАцикл.] 54% 54% 52% 52% 52% 50% 50% 48% 48% 48% 51%

Длина гребка [м] 1,39 1,44 1,46 1,50 1,54 1,54 1,59 1,61 1,63 1,64 1,53

Стабильность ^икл.[±] 3% 2% 2% 2% 2% 3% 2% 2% 2% 3% 2%

Стабильность Ропорн.[±]_ 18% 9% 9% 11% 7% 12% 8% 9% 7% 6% 10%

Рср. рук. [Н] 58 69 82 97 114 123 140 151 163 171 116,7

^макс. рук.[Н] 99 118 139 166 200 215 248 266 288 295 203,3

Рр.макс./средн. [%] 171 171 168 171 176 175 177 176 177 173 174%

Рмакс. от начала гребка 69% 75% 82% 85% 90% 90% 91% 90% 94% 94% 86%

Асимметрия Бср. -10% -12% -10% -8% -1% -1% 1% 2% 5% 5% -3%

Асимметрия дл. гребка 0,0% 0,6% 0,9% 0,4% 0,0% 0,1% 0,4% 0,7% 0,8% 0,0% 0,0%

Мощность средн. [Вт] 57 71 88 109 133 145 172 187 210 228 140

Мощность опорн. [Вт] 105 131 169 209 261 289 352 390 438 475 282

Мощн./вес [Вт/кг] 0,66 0,82 1,02 1,27 1,55 1,68 2,00 2,17 2,44 2,65 1,63

ЧСС [1/мин] 136 147 152 166 171 182 185 190 193 200 172

Стоимость [ЧСС/1 Вт] 0,70 0,79 0,29 0,67 0,21 0,93 0,11 0,34 0,13 0,40 0,46

Данная таблица дает возможность проанализировать индивидуальные параметры гребка и определить пульсовые значения, в границах которых происходит нарушение динамической структуры. Следует отметить, что большой объем плавания на скоростях значительно ниже соревно-

вательных может способствовать закреплению динамической структуры гребка, характерной для плавания с низкой интенсивностью, что, по-видимому, в дальнейшем может отрицательно сказаться при переходе к соревновательным скоростям.

Реализация силового потенциала пловца в плавательную мощность

В предыдущих исследованиях была показана возможность качественной и количественной диагностики силовых способностей пловцов, а также возможность избирательно воздействовать на скоростной и силовой компонент гребка. Однако встает вопрос насколько эффективно может быть реализован возросший скоростно-силовой потенциал пловца в специфическую плавательную мощность непосредственно в условиях реального плавания. Следует отметить, что наработанный силовой потенциал спортсмена должен реализовываться прежде всего на рекордных для него скоростях плавания. Поэтому необходимо использовать и создавать такие условия и режимы работы, при которых пловец сможет выполнять движения на скоростях, превышающих его личные достижения.

Наличие «скоростных» режимов на ДС «АРТ» позволяет моделировать условия взаимодействия движителя пловца и опоры на соревновательных скоростях и формировать соответствующую темпоритмовую структуру.

Заключение

Использование компьютеризированного диагностического стенда «АРТ-2», моделирующего условия водной среды по параметрам «усилие - скорость», позволяет получать высокоточную информацию о качественных и количественных характеристиках гребка, производить эффективную целенаправленную коррекцию динамической структуры гребка, а также способствует созданию среды для реализации скоростно-силового компонента греб-ковых движений пловцов на соревновательных и рекордных скоростях.

Таким образом, сочетанное использование факторов искусственной управляющей среды и биологической обратной связи при формировании и совершенствовании спортивного навыка позволяет значительно повысить эффективность тренировочного процесса, добиваться необходимых, расчетных параметров движения спортсмена, что дает возможность спортсменам добиваться результатов мирового уровня.

Литература

1. Верхошанский Ю.В. Основы специальной физической подготовки спортсменов. - М.: Физкультура и спорт, 1988. - 331 с.

2. Дьячков В.М. Совершенствование технического мастерства спортсменов (Педагогические проблемы управления). - М.: Физкультура и спорт, 1972. - 231 с.

3. Клешнев В.В., Дунаев А.Ф., Клешнев И.В. и др. Опыт и перспективы применения автоматизированных систем для исследования в циклических видах спорта (на примере академической гребли) // Программа и тезисы научной конф. - СПб.: НИИФКСПб, 1993. - С. 19-20.

4. Клешнев И.В., Клешнев В.В., Петряев А.В. и др. Диагностика и управление специальной подготовленностью пловцов с использованием моделирующего компьютеризованного стенда «АРТ» // Плавание. - 1999. - № 4. - С. 24-29.

5. Коренберг В.Б. Основы качественного биомеханического анализа. - М.: Физкультура и спорт, 1979. - 208 с.

6. Петряев А.В., Клешнев И.В. Моделирование условий внешней среды и использование фактора биологической обратной связи в плавании // Материалы международной конференции «Биомеханика в XXI веке». - Минск, 2001. - С. 55-57.

7. Петряев А.В., Клешнев И.В., Клешнев В.В. и др. Биомеханический анализ техники спортивных упражнений

и использование фактора биологической обратной связи в управлении движениями спортсмена // Материалы Всероссийской научной конференции «Современные проблемы физической культуры и спорта». - СПб.: «Шатон», 2003. - С. 113-115.

8. Платонов В.Н. Общая теория подготовки спортсменов в олимпийском спорте. - Киев: Олимпийская литература, 1997. - 583 с.

9. Ратов И.П. Исследование спортивных движений и возможности управления изменениями их характеристик с использованием технических средств: Автореф. дис. ... д-ра пед. наук. - М., 1972. - 45 с.

10. ЧеркесовЮ.Т. Машины, управляющие воздействия и спорт. - Мойкал: Изд-во Адыгейск. гос. ун-та, 1993. - 136 с.

11. Шестаков М.П. Управление технической подготовкой спортсменов с использованием моделирования // Теория и практика физ. культуры. - 1998. - № 3. - С. 51-55.

12. Шустин Б.Н. Моделирование в спорте (Теоретические основы и практическая реализация): Автореф. дис. ... д-ра. пед. наук. - М.: ВНИИФК, 1995. - 82 с.

13. Carr G. Sport mechanics for coaches. - Human Kinetics. - 2004. - 256 p.

14. Hay J.G. The biomechanics of sports techniques. -Englewood Cliffs, Prentice-Hall, New Jersey, 1985. - 539 p.