Биомеханические принципы развития системы движений

Движения выполняются в соответствии с окружающими условиями. Они складываются под непосредственным влиянием внешних сил и сами в той или иной мере изменяют окружающие условия - это внешние взаимодействия системы.

Все эти связи и отношения закономерны. Это не значит, что они постоянны - они изменчивы, но изменчивость здесь не хаотическая, не случайная, а закономерная.

Объединенные в систему элементы получают новые свойства. Так, например, из усилий многих мышц складывается общая сила действия человека. Совместное участие мышц в наращивании скорости в биокинематической цепи создает новые скоростные возможности. По мере совершенствования системы движений все больше проявляются ее системные свойства. Каждый элемент в отдельности не обладает такими свойствами. Они проявляются в системе благодаря взаимодействиям в ней.

Наконец, от того, в каком направлении развиваются взаимодействия в системе, насколько они прочны, насколько они могут приспосабливаться к условиям, от многих других их особенностей зависят возможности дальнейшей перестройки системы - развития системы. Все рассмотренные здесь особенности взаимодействий в системе движений составляют ее структуру.

При изучении системы движений выявляют следующие основные виды ее структуры.

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

В первую очередь поддаются наблюдению форма и характер движений, внешняя их картина. По кинематическим характеристикам (пространственным, временным, пространственно-временным)   устанавливают кинематическую структуру.

Соответственно различают структуры: пространственные, раскрывающие форму движений в пространстве, их связи; временные, показывающие, как организована во времени система движений; пространственно-временные - главные показатели быстроты изменения положения и движения. Каждая из этих структур имеет свое особое, частное, значение; лишь все вместе во взаимосвязи они образуют общую кинематическую структуру,   т.е. обуславливают внешнюю картину движений в целом.

При обучении физическим упражнениям в первую очередь стараются установить кинематическую структуру, найти обшую организацию движений, т.е. описать их.

Динамическая структура - это закономерности силового (динамического) взаимодействия частей тела человека друг с другом и внешними телами (среда, опора, снаряды, партнеры, противники) .

Изучая динамические характеристики движений, определяя приложенные силы, инерционные сопротивления, исследуют причины той или иной картины движений. По динамическим ха­рактеристикам устанавливают динамическую структуру.

Определяя массы тел и их распределение (инерционные характеристики) , а также меры взаимодействия тел (силы и момент силы), можно исследовать силовые взаимодействия. Это значит, что можно определить источники сил, их величину, направление, место приложения, меру их действия (импульс силы и работу), результат их действия.

Когда рассматривают совместное приложение ряда сил к звеньям тела, оценивают их взаимное влияние, эффект совместного воздействия, то определяют силовую структуру. При изучении мышечных сил, их совместного действия, сложных отношений, возникающих внутри групп мышц и между их группами, определяют анатомическую структуру . Особое внимание уделяется тому, как посредством мышечных сил согласовать действие остальных сил и использовать их.

Установить динамическую структуру, найти закономерности согласования сил - это значит раскрыть сущность 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.

В управлении движениями важнейшую роль играют информационные процессы. В мозг поступают сигналы от органов чувств, к мышцам следуют команды из мозга - все это потоки информации. Они вызваны многими внешними и внутренними раздражителями, в том числе кинематическими и динамическими факторами. Все потоки информации, взаимодействуя, сочетаются закономерно, образуя сложнейшую информационную структуру движений.

Кинематические и динамические структуры сами имеют определенное информационное значение и связаны между собой соответствующими информационными структурами.

В информационной структуре выделяют сенсорные структуры- синтезы чувствительных сигналов, переработанные и обобщенные. Они отражают воздействия внешних факторов и внутреннего состояния организма.

Все воздействия, отражаясь в сознании человека, сочетаются со следами в его памяти. Так образуется психологическая структура двигательного навыка. В нее входят знания и представления о собственной технике, технике других спортсменов , общих требований к ней и т. п.

Команды, которые мозг направляет мышцам и другим органам, обеспечивающим выполнение движений, составляют эффекторную структуру. Она во многом зависит от соотношения произвольного и автоматического управления в системе движений.

Обобщенные структуры - это закономерности взаимосвязей разных сторон действия; обобщенные структуры обусловлены сочетанием разных видов структур (чаще всего ритмических, фазовых и координационных) .

Ритмические структуры — это закономерности взаимосвязей движений во времени, соотношение длительностей частей движений, всего двигательного акта или действий. От того, как размещены во времени акценты усилий, зависит скорость и длительность последующих движений. Части движений различаются по направлению, скорости, ускорению, усилию. Ритмические же соотношения измеряются только показателями времени. Ритмические структуры служат особо отчетливыми показателями совершенства упражнений.

Фазовая структура - это основные закономерности взаимодействия, взаимосвязи фаз, которые определяют целостность системы движений. Зная требования к каждой фазе, устанавливая, как они согласуются между собой, как используются детали движений для общего результата упражнения, можно глубже понять и лучше оценить качество исполнения, лучше определить роль каждой фазы в целом упражнении.

Координационная структура - совокупность всех основных внутренних взаимосвязей в системе движений, а также взаимодействий человека с его внешним окружением во время выполнения упражнения. Таким образом, можно сказать, что координационная структура включает в себя все перечисленные виды структуры движений, внутренние взаимосвязи системы, а также всю внешнюю структуру - совокупность взаимодействий спортсмена с внешним окружением.

Совместное действие сил внутренних и внешних лежит в основе организации взаимодействия человека с внешним окружением. Он управляет этим взаимодействием, создавая единство внутренней и внешней структуры - координационную структуру. Изучая движения без учета их структурных связей, невозможно понять действительную организацию двигательного действия.

Управление движениями в переменных условиях и формирование структур системы движений

Физические упражнения обычно выполняются в переменных условиях. Условия внешнего окружения бывают довольно постоянными (например, в гимнастике, легкой атлетике) или очень изменчивыми (например, в спортивных играх) . Однако, если внешнее окружение даже мало изменяется, существуют две группы внутренних факторов, создающих переменные условия выполнения движений: неизбежные рассогласования напряжений нескольких сот мышц и многочисленные, не предусмотренные заранее, пассивные механические силы (инерционные и реактивные) внутри биомеханической системы. Таким образом, внутренние и внешние механические условия переменны. Поэтому переменны и потоки информации, что и обусловливает приспособление движений к условиям действия. Управление движениями в таких условиях чрезвычайно сложно и вместе с тем очень совершенно.

Все воздействия на движения можно разделить на управляющие и сбивающие.

Управляющие воздействия - это напряжения мышц, посредством которых вызывают и изменяют соответствующие движения. Эти воздействия ведут к поставленной цели, обеспечивают выполнение двигательной задачи. Команды, посылаемые мышцам, благодаря обратной связи учитывают также и другие внутренние и внешние силы, приложенные к телу. В том случае, если другие (не мышечные) силы способствуют достижению цели, используются в управлении, их тоже следует считать управляющими воздействиями.

Сбивающие воздействия всегда возникают при движениях. Их принято называть помехами.   Они препятствуют достижению цели, могут нарушать правильность движений. Часть помех неустранима - это те силы, которые неизбежны в движениях в виде внешних сопротивлений (трение, сопротивление водной среды и т. п.) • С этими помехами ведется борьба посредством приспособления к ним управляющих воздействий заранее и устранения возникающих отклонений от программы управления.

Даже при самом совершенном повторении упражнения под влиянием помех возникают отклонения. Это могут быть отклонения в разных характеристиках, у разных звеньев тела, в разные фазы движений. Всегда наблюдается изменчивость движений в виде неповторимости характеристик, их разброса. Изменчивость можно рассматривать как приспособительную, случайную и коррекционную.

Приспособительная изменчивость характеризуется предварительными изменениями системы движений, которые соответствуют переменным условиям. В этом случае управляющие воздействия заранее приспосабливаются к предстоящим условиям действия, т.е. происходит подготовка к встрече с помехами, и отклонения не наступают. Здесь важно успеть подготовиться и точно дозировать необходимое изменение. Однако само приспособление представляет уже какое-то изменение выполняемой программы. Это хотя и частичное, но все-таки тоже отклонение, и оно должно быть возмещено.

Случайная изменчивость вызвана возмущениями, не предвиденными полностью, т.е. возникает тогда, когда приспособительная изменчивость недостаточна, не обеспечивает нейтрализации помех в переменных условиях. Отклонения, мешающие достижению цели, существенные. Это недостатки и ошибки в выполнении упражнений. Большое количество отклонений можно считать несущественными, поскольку они не нарушают в целом правильности движений, не снижают эф­фективности упражнений, безразличны для результата.

Коррекционная изменчивость характеризуется изменениями для исправления возникающих отклонений. Это те изменения в управлении движениями, которые приостанавливают начавшееся случайное существенное отклонение и далее направлены на восстановление правильного выполнения программы. В основе коррекции лежит сличение заданной программы с текущим выполнением движений, выявление отклонений и их устранение. Для этого необходима программа, продиктованная двигательной задачей, и информация по каналам обратной связи об обстановке и ходе движений.

Именно приспособительная (предупреждающая отклонения) и коррекционная (исправляющая отклонения) изменчивость делают успешной борьбу с помехами, предупреждают и устраняют случайные существенные отклонения.

Овладение физическим упражнением с точки зрения биомеханики представляет собой формирование новой системы движений. При этом происходит первоначальное построение системы движений (овладение упражнением) и дальнейшая ее перестройка (совершенствование выполнения упражнения) .

При обучении новым упражнениям используются соответствующие, ранее сформированные подсистемы движений; затормаживаются наличные подсистемы, непригодные для решения данной задачи; формируются новые подсистемы, необходимые для решения новой двигательной задачи и на этой основе происходит формирование структур вновь создаваемой системы движений.

Двигательная деятельность человека отличается чрезвычайной способностью к функциональной перестройке и накоплению форм поведения. С возрастным развитием организма и накоплением двигательного опыта создаются все большие возможности для использования ранее освоенных движений.

При овладении физическими упражнениями всегда в большей или меньшей степени используются ранее созданные подсистемы движений. Нередко они несколько приспосабливаются к требованиям новых упражнений.

Поскольку возникает новая двигательная задача, для ее решения необходима выработка новых подсистем движений и вместе с тем подавление тех подсистем, которые не могут быть использованы, но могут помешать решению новой задачи.

Приспособление старых подсистем и объединение их с новыми, да еще при торможении непригодных, является сложным длительным процессом установления новых взаимодействий -формирования новой структуры целостной системы движений.

Структуры подсистем объединяются, соединяются, согласовываются. Трудностей при этом возникает немало, хотя бы из-за различий характера подсистем, их временных характеристик (в частности, ритмов), степени их совместимости, устойчивости к помехам, осознаваемости и др.

Процесс построения системы движений при первоначальном овладении физическим упражнением опирается на постановку ряда задач. Прежде всего необходимо ознакомление с новым упражнением (рассказ, показ), создание модели упражнения, установление требований к его выполнению. Ознакомление включает в себя теоретическое понимание внешней картины (опи­сание) и механизма (объяснение) движений; создание зрительного образа при наблюдении за показом; получение двигательных ощущений при первых попытках выполнения упражнения в целом или подводящих к нему упражнений. В результате ознакомления создается двигательное представление. Это происходит не сразу, а нередко после многократного повторения с уточнением на последующих ступенях обучения. В основе ознакомления лежат методы рассказа, показа и пробы.