Совершенствование двигательных возможностей человека посредством автоматизированных систем управления

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 аудиои 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 явленийконцептуальном единстве, целостности научного знанияединстве 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 движенийо 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 упражнениямишироко распространенные в практике физической культуры и спорта представления о конструкции адаптивных тренажеров являются ошибочнымиуспешное 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 01.200.118 257, 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 2 097 083 С 1) [439];

Устройство для тренировки велосипедиста" (патент RU 2 264 246 С 1) [440];

Устройство для тренировки мышц и для определения и развития кондиционных и координационных способностей человека" (решение о выдаче патента № 2 006 107 063/12(7 647) 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 АГУМайкоп, 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 (№: 03−01−96 734) 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.