Организация управления двигательными системами

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Организация управления двигательными системами

Введение

Двигательные действия человека - объединяют в целое множество отдельных движений. Спортивное и бытовое действие в биомеханике изучается как система движений, которой управляет спортсмен. Для лучшего обучения спортивной технике и овладевать ею, надо знать основные задачи управления, принципы организации движений в целостную систему и понимать те изменения, которые могут происходить при формировании и совершенствовании техники движений.

Итак, упражнения биомеханика рассматривает как систему взаимодействующих элементов (например, гимнастическая комбинация).

Входящие в систему элементы определяют ее состав. Элементами системы являются те движения, из которых она состоит. Это могут быть, например, фазы или периоды. Например, фазы прыжка в длину с разбега (рис. 1).

Способ организации системы или принцип объединения элементов в систему называют структурой системы. Иными словами структура системы - это сложившиеся и определяющие закономерности взаимодействия элементов в ней. Объединение элементов и их взаимодействие способствует проявлению системой таких свойств, каких нет у отдельных элементов. Это так называемые системные или эмерджентные свойства (emergence. англ. - появление, возникновение нового). Например, сам по себе отдельный элемент «прыжок в длину с места» позволяет преодолеть расстояние не более 3,5 м, тогда как объединение его в систему с другими элементами (например, разбегом) позволяет увеличить результат более, чем в два раза.

Если рассматривается объединение движений в целостную систему в пространстве или во времени, то это будет его кинематическая структура. Этот вид структур системы движений, или способ объединения элементов в единое целое, может быть ведущим в таких видах спорта как гимнастика, акробатика, фигурное катание, синхронное плавание

Рис. 1. Пример двигательного действия как системы, составленной из отдельных элементов - фаз (фазы прыжка в длину с разбега)

В этих видах двигательной деятельности важно раскрыть внешнюю картину движения, то есть реализовать подходящую кинематическую структуру. При обучении физическим упражнениям часто требуется в первую очередь установить кинематическую структуру движений, как их видимую организацию, в целую систему, то есть описать их. Однако для всестороннего анализа движений и эффективного обучения им необходимо учитывать инертные свойства биозвеньев и всего тела, характер приложения и величины сил, действующих на тело, представить энергетику движений (затраты и способы экономии энергии). Нужно определить согласованность сил. От того, как скоординированы силы, зависит совершенство движений. Степень согласованности сил и определяет динамическая структура движений. Динамические структуры оценивают на основе изучения динамических характеристик (всего их комплекса, включающего инерционные, силовые и энергетические характеристики). Если ставится задача выявить динамическую структуру движения, найти закономерности координации сил и оценить их результат - это означает, что требуется объяснить механизм возникновения и изменения движений. В свою очередь это приводит к проблеме управления движениями.

Самоуправляемые системы

Самоуправляемые это такие системы, в которых аппарат управления является составной частью самой системы. Они характеризуются тем, что управление ими протекает по базовым законам управления и вносится в систему не извне, а осуществляется изнутри самой системы. К таким самоуправляемым системам относится и человек - он сам инициирует выполнение движения и сам ими управляет. Комплексы движений человека также представляют собой самоуправляемую систему (система процессов), поскольку управляющие воздействия создаются и реализуются внутри этой системы.

Общие принципы управления

Управление можно определить как процесс перевода системы из одного состояния в другое, заранее заданное. Порядок смены состояний системы рассматривается как поведение системы. Линия поведения системы определяется последовательной сменой ее промежуточных состояний. 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.

Перевод системы в заранее заданное состояния предполагает наличие цели. В этом случае цель управления состоит либо в заданном заранее конечном состоянии (конечный эффект атаки фехтовальщика, результат метателя копья), либо в обеспечении заданной линии поведения (например, исполнение программы вольных упражнений в спортивной гимнастике). При этом, для достижения конечного состояния необходимо обеспечить точную линию поведения.

Если движение выполняется в переменных условиях, то цель уточняется по ходу действия, в зависимости от изменяющейся ситуации. Биомеханические характеристики служат для определения состояния и поведение системы движений (например, координаты перемещения по дистанции лыжной гонки). Они дают информацию о ходе движений, отражают те или иные стороны самой двигательной деятельности человека.

Таким образом, совокупность характеристик - это только отображение действительности, самого процесса движений и управления им. Управляемая же система движений, представляет собой сами движения человека.

Для понимания процессов управления системами обычно используют классическую блок-схему, которая включает объект управления (мышца, ученик, спортсмен и т.п.), аппарат управления (структура ЦНС) и каналы связи: прямой и обратный (рис. 2).

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Рис. 2. Система управления (стрелками показано движение управляющей информации по каналам прямой - 1 и обратной связи - 2). Обозначение: СМ - сегмент спинного мозга; F - внешняя сила

Цель управления достигается с помощью управляющих воздействий (движения информации по каналам прямой и обратной связи), которые изменяют состояние системы в необходимом направлении. Можно заключить, что управление - это процесс достижения цели. Обеспечение оптимума реализации спортивной техники производится с помощью основных управляющих воздействий - мышечных усилий. С их помощью происходит также управление и другими силами (инерции, трения, тяжести, и др.). Кроме управляющих, всегда существуют сбивающие воздействия, мешающие достижению цели (помехи, действие сил сопротивления). Из-за недостаточной точности управляющих команд, а также вследствие сбивающих воздействий, достижение цели происходит с отклонениями (флуктуациями) от заданной установочной линии. При этом повторные выполнения двигательных заданий с коррекцией каждой попытки выполнения приводит к достижению поставленной цели, через ряд отклонений и восстановлений, то есть при снижении амплитуды флуктуаций (рис. 3).

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Рис. 3. Достижение цели через ряд отклонений (флуктуаций - отмечено стрелками) в функционировании системы

При анализе техники движений в спортивной практике отклонения в регуляции движений расценивают как недостатки и ошибки. К недостаткам следует относить только те отклонения, при которых исполнение в основном правильно, однако при этом качественно недостаточно. В таких случаях обычно требуется приложить больше усилий, увеличить скорость и др. Это происходит без качественной перестройки всей базовой системы движений.

В тоже время ошибками техники движений в спортивной практике, принято рассматривать существенные отклонения, которые требуют устранения, исправления, глубокой качественной перестройки структуры двигательного действия. Для ликвидации отклонений в структуре движений используются коррекции - дополнительные (исправляющие) управляющие воздействия (например, приложение восстанавливающих сил или их моментов).

Коррекции бывают двух видов:

· регулирование по отклонению;

· регулирование по возмущению (по сути, это предварительные приспособления).

Хорошо известно, что внесение исправлений в систему движений после отклонения (апостериори) не всегда может устранить последствия уже наступивших отклонений, особенно когда скорости выполнения движений весьма велики (например, при проведении ударов). В то время как коррекции «по предупреждению» (априори) обеспечивают приспособительную изменчивость системы и тем самым препятствуют наступлению существенных отклонений в структуре движения.

Для повышения эффективности управления движениями человека можно использовать и внешние управляющие воздействия (создание искусственной управляющей среды). В качестве примера можно привести чисто физическое воздействие извне (вынуждающий тренажер, поддержка, помощь, страховка). В этом случае говорят об «искусственной управляющей среде» (И.П. Ратов, 1987).

Особенности самоуправление в движениях человека

При анализе физиологических механизмов управления движениями было установлено, что этот процесс может иметь кольцевой, циклический характер. В работах Н.А. Бернштейна (1966) показаны периферический и центральные циклы взаимодействия. Рассматривая периферический цикл можно выделить: мышечные усилия, которые и действуют на внешнее физическое окружение, противодействие внешних сил, которые затем отражаются на величине мышечных усилий. Центральный цикл взаимодействия (мозг-мышцы) заключается в том, что мозг посылает сигналы (управляющую информацию) и изменяет своими командами состояние мышц и, значит, движения; сигналы же, вызванные движениями тела спортсмена, влияют на управление, через петлю обратной связи со стороны мозга (рис. 4).

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Рис. 4. Прямая и обратная связь на уровне управления «мозг - мышца» (СМ - спинной мозг)

Рецепторный аппарат мышцы включает:

1) Пачиниевы тельца (параллельно расположенный в мышце комплекс рецепторных образований, который формирует сигнал при растяжении мышцы);

2) Тельца Гольджи (соединенные последовательно в сухожилиях мышц образования, которые генерируют сигнал обратной связи при пассивном растягивании мышцы и при ее активном укорочении).

Процесс движения начинается с его подготовки. От внешнего окружения (точнее, от сенсорной части поля действия) по каналам обратной связи поступают сигналы об обстановке предстоящего действия, а от подсистемы исполнения (самого спортсмена) - об ее готовности к действию. С учетом этих сигналов от подсистемы управления уже по каналам прямой связи следуют команды к подготовке. Они относятся и к подсистеме непосредственного исполнения, и к обслуживающей подсистеме энергетического обеспечения. После необходимой подготовки, которая может происходить даже в доли секунды, подаются пусковые команды. В ходе движения по каналам обратной связи непрерывно поступает информация об изменениях в окружающей среде, а также в состоянии основных систем организма. На этой основе ведется текущее управление движениями, происходит его согласование, обеспечивается их целостность, соответствие внешним и внутренним изменениям, направленность на решение задачи.

Приведенные общие понятия о процессах управления соответствуют не только известным, но и во многом еще неизвестным физиологическим процессам. Эти понятия позволяют выделить главный смысл процесса управления, помогают оценить значение каждой составной части схемы управления. Из этой схемы видно, что обратная связь является непременным условием текущего управления в сложных переменных условиях. Вместе с тем из этого не следует, категоричного вывода о том, что сама по себе обратная связь и обеспечивает управление. Без отлично работающего всего комплекса подсистем управления никакая самая совершенная обратная связь сама по себе не решает всей полноты задач управления двигательными действиями человека в спортивной или иной практике. С другой стороны, понимание кольцевого характера процесса управления исключает неверное представление о том, что достаточно только создавать совершенные команды и движения будут правильными. Н.А. Бернштейн, первым решивший в принципе задачу управления движениями, писал: «Движение возможно лишь при условии тончайшего и непрерывного, согласования центральных импульсов с явлениями, происходящими на периферии тела».

Для правильного понимания движения человека, путей их формирования и совершенствования, необходимо принимать во внимание управление ими в разных условиях.

Управление движениями в переменных условиях

Практически всегда движения выполняются в переменных условиях, как бы ни казались они постоянными. Каждое движение сопровождается изменением мышечных усилий, положения звеньев тела и их скоростей, взаимодействия с опорой, с другими физическими телами и средой. Возникают, изменяются и исчезают внешние силы.

Таким образом, внутренние и внешние механические условия переменны. Следовательно, и отражающие эту изменчивость, потоки информации переменны и они создают адекватную картину внешнего и внутреннего сенсорного поля среды. Это и обусловливает приспособление движений к переменным условиям действия.

Функциональная структура двигательного действия

управление двигательный функциональный система человек

Функциональная структура двигательного действия - это закономерности такого объединения множества функций (функциональной системы, по П.К. Анохину), которое необходимо для успешного решения двигательной задачи, то есть достижения поставленной цели.

Для выполнения любого действия в организме формируется функциональная система - объединение множества функций. К ним относятся энергетическое обеспечение действия, само двигательное исполнение и управление тем и другим процессами. В биомеханическом аспекте рассматривается комплекс, который включает состав системы движений, ее кинематическую и динамическую структуры. В этом контексте не рассматриваются психологические (потребности, установка и др.), физиологические (механизмы, нервной и гуморальной регуляции и координации функций) и другие аспекты всей сложной системы управления.

Для управления системой движений необходима формулировка цели или двигательной задачи действия. Двигательная задача включает в себя как общую цель системы движений, так и ее детализацию ее по подсистемам, направления оптимизации движений и на этой основе требования к движениям.

Общая цель определяет, то чего следует достичь в данном двигательном действии. У каждой подсистемы (элементарного действия, фазы) имеется своя частная цель (подцель) как требуемый результат. Только выполнение каждой подсистемой своей детализованной частной подцели обеспечивает достижение общей цели. Это своего рода разделение функций, специализация. В свою очередь, каждая подцель достигается путем оптимизации, улучшения движений в определенном направлении.

При определении задачи оптимизации не идет речь о конкретных движениях, а только в общем виде определяется, чего именно в этой подсистеме следует добиваться (например, уменьшить сопротивление воды, уменьшить трение). И лишь на этой основе возникают и уточняются конкретные требования к движениям.

В этой связи можно рассматривать двигательную задачу как замысел, модель предстоящего действия (по Н.А. Бернштейну). Она включает, следовательно, задаваемый результат, а также направления и средства совершенствования ее достижения. При наличии более или менее развернутой двигательной задачи подготовка спортсмена ведется более совершенно - у него создаются программы управления. Программа управления представляет собой выработанные возможности выполнения движений (двигательные качества и навыки) и приспособления их к переменным условиям двигательного действия. В процессе спортивной тренировки развиваются двигательные качества, формируются двигательные навыки, создаются возможности решения двигательных задач. Учитывая вышесказанное можно заключить, что с точки зрения управления движениями, научение и тренировка обеспечивает накопление двигательных возможностей на основе врожденных способностей и памяти. Происходит накопление множества программ управления.

Накопление и закрепление программ управления - очень многосторонний процесс потому, что и самоуправление имеет много сторон. Следовательно, программа управления предопределяет путь и способы решения задач с использованием созданных возможностей на основе содержащихся в двигательной задаче требований. Контроль за выполнением программы осуществляется при помощи сигналов обратной связи: они обеспечивают слежение, сличение, поправки, перестройки и другие процессы, оптимизирующие управление.

Таким образом, можно заключить, что управление движениями осуществляется благодаря передаче и переработке информации. При этом формируется двигательная задача; выбираются необходимые, выработанные заранее в процессе тренировки программы, а также создаются новые; передаются команды мышцам (произвольные и автоматические); ведется контроль за ходом действия (по петле обратной связи - «плюс» или «минус» регуляция); вносятся необходимые двигательные коррекции.

Оптимизация управления

В процессе совершенствования двигательных действий происходит и улучшение управления ими. При этом управление включает поиск оптимальной модели двигательного действия, что может быть представлено как предмет обучения и тренировки в спортивной практике. Кроме того, ведется поиск путей построения и наиболее совершенного выполнения двигательного действия (то есть совершенствуется методика обучения). Оптимизация модели осуществляется посредством научных исследований различных сторон и деталей механизма двигательных действий. Целостная модель строится на основе экспериментальных данных, теоретического анализа и практического поиска. В этой связи важно напомнить, что оптимум (лат. оptimum - наилучший, 1 - совокупность наиболее благоприятных условий, 2 - что-то наиболее соответствующее задаче в данных условиях) может быть только один. Если же изменяются условия, то изменяется и оптимум. Но так как условия движений переменны, то и каждым условиям соответствует свой оптимум. При более или менее сходных условиях имеются более или менее сходные, близкие оптимумы, их вариации.

Таким образом, можно заключить, что оптимальной методики обучения и совершенствования служит модель рациональной техники, понимание особенностей ее деталей, их взаимосвязей, глубокого смысла каждого требования к движениям, т.е. биомеханическое обоснование техники.

Создание и совершенствование систем движений

При обучении новым упражнениям:

1. используются соответствующие, ранее сформированные подсистемы движений;

2. затормаживаются подсистемы, непригодные (например, нерациональные двигательные действия) для решения данной задачи;

3. формируются новые подсистемы, необходимые для решения новой двигательной задачи;

4. происходит формирование структуры вновь создаваемой системы движений.

Двигательная деятельность человека отличается высокой степенью адаптированности, в том числе - к функциональной перестройке, и к накоплению новых форм поведения. С возрастом и накоплением двигательного опыта создаются все большие возможности использования ранее освоенных движений.

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. Необходимо иметь в виду, что при построении системы движений ставится ряд задач. Прежде всего, необходимо ознакомление с новым упражнением (рассказ, показ, видеопрезентация) - создание модели упражнения (его четкое представление), установление требований к его выполнению. Ознакомление включает в себя теоретическое понимание внешней картины (описание) и механизма (объяснение) движений, их кинематики и динамики, создание зрительного образа при наблюдении за показом и особенно получение двигательных ощущений при первых попытках выполнения упражнения в целом или подводящих к нему упражнений.

В процессе 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 пробного выполнения упражнения. Следующая группа задач - освоение разучиваемого упражнения или его деталей. Оно продолжается до тех пор, пока спортсмен не сможет в основном правильно и уверенно выполнять основные требования, предъявляемые к данному движению. Построение системы выполняется преимущественно аналитическим путем: с помощью подводящих упражнений формируются элементы будущей системы, а потом из них складывается целое упражнение (например, в гимнастике).

В некоторых случаях для освоения ряда упражнений более пригоден синтетический путь: сначала в общем виде создается целое, а потом совершенствуются его детали (типичный пример, плавании, где сначала изучается отдельно движение рук, движение ног, положение тела в воде, затем согласование отдельных элементов в целое). Оба пути тесно связаны, применяются в зависимости от особенностей разучиваемого упражнения, могут чередоваться по ходу обучения.

Третья группа задач связана с применением упражнения для повышения эффективности упражнения (достижения более высокого результата) и надежности его исполнения (при заданном результате). Все три группы задач ставятся не только при начальном формировании системы движений, но и в процессе дальнейшего совершенствования техники спортивных движений. Следовательно, необходимо иметь в виду, что это не последовательные этапы обучения, однократно сменяющие друг друга, а эти задачи ставятся снова и снова, многократно и каждый следующий раз на более высоком уровне.

Заключение

Для практического применения биомеханических знаний удобно рассматривать двигательные действия как системы. При этом определение системы звучит как упорядоченное множество (элементов или элементарных движений) взаимодействующих элементов. У системы выделяют ее состав, то есть входящие в нее элементы и структуру - закономерности объединения элементов в единый комплекс - систему.

Двигательная деятельность осуществляется человекам как управляемый процесс. Где управление - это процесс достижения цели или перевод системы из одного состояния в другое, заранее заданное.

При рассмотрении физического упражнения выделяют двигательную задачу как цель, которую необходимо достичь в результате выполнения данного движения и программу, как последовательность этапов решения двигательной задачи и, следовательно, достижения цели. При управлении движениями выделяют управляющие и сбивающие воздействия. При реализации управляющих воздействия могут возникать помехи в каналах связи, и это ведет к погрешностям и двигательным ошибкам. Для оптимизации управления необходимо организовать четкую работу прямой и обратной связи в системе. Информация рассматривается как мера устраненной неопределенности как сообщение об изменении состояния объекта. Управление движениями, его оптимизация позволяет успешно решать педагогические задачи обучения двигательным действиям.

Литература

1. Бернштейна Н.А. О построении движений.- М.: Медгиз.- 1947.- 167 с.

2. Бернштейн Н.А. Физиология движений и активность.- М.: Наука, 1990. - 496 с.

3. Дубровский В.И. Федорова В.Н. Биомеханика. Владос гуманитарный издательский центр, 2008 г. - 669 с.

4. Попов Г.И. Биомеханика: учебник / Г.И. Попов. - 4-е изд. - М.: Академия, 2009. - 253 с.

Размещено на allbest.ru