23

Н а правах рукописи

Кривецкий Илья Юльевич

Управление технической подготовкой прыгунов в высоту с использованием имитационного моделирования на нейро-нечетких сетях

13.00.04 – Теория и методика физического воспитания,

спортивной тренировки, оздоровительной и адаптивной

физической культуры

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата педагогических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК)» (ФГБОУ ВПО «РГУФКСМиТ»)

Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор

Попов Григорий Иванович

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор

Никитушкин Виктор Григорьевич

профессор кафедры теории и методики физического воспитания и спорта ГОУ ВПО «Московский

городской педагогический университет»

доктор педагогических наук, профессор

Оганджанов Александр Леонович

профессор кафедры теории и методики легкой

атлетики ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК)»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия

физической культуры»

Защита состоится 19 июня 2012 года в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 311.003.02 при ФГБОУ ВПО «РГУФКСМиТ» по адресу: 105122, Москва, Сиреневый бульвар, 4, ауд. 603.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «РГУФКСМиТ» (105122, Москва, Сиреневый бульвар, 4).

Автореферат разослан «___» __________________ 2012 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Сахарова М.В.

Общая характеристика работы

Актуальность. Высокий уровень спортивных результатов в прыжках в высоту, демонстрируемый в настоящее время, растущая конкуренция в этом виде легкой атлетики требуют поиска новых, более эффективных средств и методов управления тренировочным процессом. С ростом спортивного мастерства круг тренировочных средств сужается, и доминирующую роль для спортсменов высокой квалификации начинает играть совершенствование технической подготовки на основе индивидуализации тренировочных средств (Б.Н. Шустин, 1995; М.П. Шестаков, 1997; Ж.К. Холодов, В.С. Кузнецов, 2000).

Современные требования педагогической практики в повышении качества процесса формирования технического мастерства спортсменов не вполне соответствуют сложившейся системе контроля и совершенствования технической подготовленности, что связано в значительной степени с трудностями моделирования оптимальной спортивной техники, адекватного учета индивидуальных особенностей, субъективно-интуитивным подходом тренера к программированию и реализации подготовки спортсменов (Д.А. Романов, 2004; В.П. Косихин, 2009). Внедрение результатов моделирования техники спортивных локомоций представляет собой перспективное направление методики спортивной тренировки легкоатлетов (В.Г. Свечкарёв, 2010). С точки зрения биомеханики спортивных движений, прыжок в высоту представляет собой весьма сложную биомеханическую структуру, моделирование которой с помощью системы уравнений представляет значительные трудности в связи с большим количеством степеней свободы движения звеньев тела, кинематические характеристики которых существенно меняются в различных фазах прыжка. Возможность преодоления этих трудностей связана с применением современных компьютерных технологий (R. Bartlett, 2006; M. Ae et al., 2007).

Компьютерные информационные системы существенно повышают возможности для управления учебно-тренировочным процессом. Однако в спортивной тренировке легкоатлетов они используются недостаточно. В то же время широкое внедрение компьютерных информационных систем в практику подготовки легкоатлетов-прыгунов и поиск путей их эффективного использования позволили бы вывести качество технической подготовки на более высокий уровень (А.Л. Оганджанов, 2005). Одним из наиболее перспективных подходов к реализации данной задачи может быть использование современных средств компьютерного имитационного моделирования, а именно каскадной нейро-нечеткой сети (Н.С. Безруков, 2006), которая предоставляет возможность поддержки принятия решений в ходе тренировочного и соревновательного процессов (В.П. Косихин, 2009). Создание индивидуальных моделей, прогнозирующих успешность спортивных прыжков на основе учета биомеханических характеристик двигательного действия, позволит повысить эффективность технической подготовки через модельные ориентиры и избирательный подход к выбору тренировочных средств.

Объект исследования: процесс технической подготовки прыгунов в высоту.

Предмет исследования: методика управления технической подготовкой прыгунов в высоту на основе данных о параметрах техники прыжка, рассчитанных посредством модели на основе каскадной нейро-нечеткой сети.

Рабочая гипотеза. Предполагается, что разработанная методика индивидуализации учебно-тренировочного процесса, основанная на количественных биомеханических показателях техники прыжка, полученных на модели каскадной нейро-нечеткой сети, и соответствующих тренировочных средствах подготовки повысит эффективность технической подготовки прыгунов в высоту.

Цель исследования: обосновать методику индивидуализации управления технической подготовкой прыгунов в высоту с использованием имитационного моделирования техники спортивных движений на основе каскадной нейро-нечеткой сети.

Задачи исследования:

1. Изучить теоретические основы управления технической подготовкой прыгунов в высоту в процессе спортивной тренировки.

2. Выявить индивидуальные биомеханические характеристики прыжка в высоту, влияющие на успешность результата.

3. Создать имитационную модель техники спортивных движений прыгунов в высоту на основе каскадной нейро-нечеткой сети и интерактивную компьютерную систему прогнозирования успешности прыжка в высоту с использованием индивидуальных биомеханических характеристик.

4. Обосновать методику управления технической подготовкой прыгунов в высоту на основе индивидуального имитационного моделирования техники спортивных движений.

Теоретико-методологические основы исследования: теория построения движений (Н.А. Бернштейн); биомеханика спорта (Д.Д. Донской, В.М. Зациорский, В.Б. Коренберг, Г.И. Попов, В.Л. Уткин, А.А. Шалманов); системный анализ и моделирование в спорте (В.И. Бобровник, А.В. Воронов, М.П. Шестаков), концепция модельных характеристик (В.В. Кузнецов, А.А. Новиков, Б.Н. Шустин); спортивная метрология (М.А. Годик, В.В. Иванов), теория и методика физического воспитания и спорта (Л.П. Матвеев, А.Д. Новиков, Н.Г. Озолин, В.Н. Платонов); система комплексного контроля в спорте (В.А. Запорожанов, В.С. Мартынов, Е.А. Ширковец); концепция индивидуализации в спорте (Л.П. Матвеев, В.Н. Платонов, Р.А. Пилоян), теория и методика подготовки в легкоатлетических прыжках (Ю.В. Верхошанский, В.М. Дьячков, А.Л. Оганджанов, Н.Г. Озолин, В.Б. Попов, А.П. Стрижак, А.А. Шалманов и др.).

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследований: изучение и обобщение научно-методической литературы; анализ документальных материалов; педагогические наблюдения; педагогический эксперимент; методы многомерного статистического анализа.

В педагогическом эксперименте использовались следующие технические средства и инструментальные методики: видеорегистрация скоростными видеокамерами и видеоанализ с использованием программы обработки изображений «Dartfish»; фотодиодный хронометраж. Построение индивидуальных биомеханических моделей прогнозирования успешности прыжка в высоту проводилось на основе каскадной нейро-нечеткой сети в среде «MatLab».

Организация исследования. Исследование проводилось поэтапно в течение периода с 2008 по 2011 гг.

На первом этапе (2008-2009 гг.) были осуществлены сбор и анализ специальной и научно-методической литературы по теме диссертации, сформулированы рабочая гипотеза, объект, предмет и задачи исследования, проведен констатирующий педагогический эксперимент. В рамках констатирующего эксперимента были изучены биомеханические характеристики прыжка в высоту у 6 спортсменов квалификации МС. Для каждого спортсмена на основе разделения совокупности успешных и неуспешных прыжков и проведения дискриминантного анализа были выделены биомеханические характеристики, которые были включены в индивидуальные модели прогнозирования успешности прыжка. Для каждого прыгуна в высоту на основе имитационного моделирования техники спортивных движений и созданной интерактивной системы прогнозирования успешности прыжка была разработана методика совершенствования техники двигательных действий.

На втором этапе (2009-2010 гг.) проводился формирующий педагогический эксперимент. Основной педагогический эксперимент осуществлялся в предсоревновательном мезоцикле подготовительного периода (декабрь 2009 г., 3 нед.) и соревновательном (январь-февраль 2010 г., 8 нед.) периоде. В педагогическом эксперименте приняло участие 6 прыгунов в высоту квалификации МС.

На третьем этапе (2011 г.) были подведены итоги основного педагогического эксперимента, определена эффективность предложенной методики управления технической подготовкой прыгунов в высоту, обоснованы практические рекомендации.

Научная новизна исследования.

1. На основе видеорегистрации, видеоанализа полученных изображений и дискриминантного анализа измеренных кинематических параметров определены индивидуальные биомеханические характеристики прыжка в высоту у прыгунов высокого класса, влияющие на успешность результата: линейные (длина шагов, расстояние места отталкивания и др.), скоростные (скорость и темп шагов на различных участках разбега), временные (продолжительность отдельных фаз прыжка и др.), угловые (углы в суставах и др.).

2. Разработана имитационная модель двигательных действий прыгунов в высоту на основе каскадной нейро-нечеткой сети, позволяющая для конкретного спортсмена определять параметры техники выполнения успешного прыжка в зависимости от планируемого спортивного результата.

3. Разработана интерактивная компьютерная система прогнозирования успешности прыжка на заданную высоту, обеспечивающая получение индивидуальных модельных биомеханических характеристик успешного прыжка в высоту, позволяющая управлять технической подготовкой прыгунов в высоту.

4. Предложена методика управления технической подготовкой прыгунов в высоту на основе индивидуального имитационного моделирования техники спортивных движений с использованием модели каскадной нейро-нечеткой сети и подбора тех тренировочных упражнений, которые позволяют добиться необходимых изменений в недостаточно, с позиций модели, проработанных параметрах двигательных действий.

Теоретическая значимость работы заключается в дополнении положений теории спортивной тренировки новыми данными по управлению технической подготовкой прыгунов в высоту с использованием индивидуальных имитационных моделей биомеханики прыжка в высоту, основанных на каскадной нейро-нечеткой сети.

Практическая значимость работы заключается в разработке методики управления технической подготовкой прыгунов в высоту на основе корректирующих комплексов физических упражнений и психологических двигательных установок, обеспечивающих коррекцию параметров основного двигательного действия. Разработанная интерактивная система прогнозирования успешности прыжка позволяет в реальном времени на основе индивидуальной имитационной модели строить управление технической подготовкой прыгуна в высоту в рамках макроциклов подготовки.

Полученные результаты исследования внедрены в тренировочный процесс спортсменов СДЮСШОР МГФСО «Трудовые резервы», что подтверждается актами внедрения.

Апробация результатов исследования проведена на Всероссийском форуме «Молодые ученые - 2010» (Москва, 2010), Всероссийском форуме «Молодые ученые - 2011» (Москва, 2011), 3^rd, 4^th Annual international conference ”Physical education sport and health” (Pitesti, Romania, 2010, 2011), III Международной научно-практической конференции «Экология, здоровье, спорт» (Чита, 2011).

Личный вклад автора состоит в получении и научном обосновании результатов исследования, в разработке индивидуальных моделей прогнозирования успешности прыжка в высоту на основе каскадной нейро-нечеткой сети, создании программы для ЭВМ, реализующих возможность использования кинематических характеристик прыжка в высоту для прогнозирования его успешности, разработке методики совершенствования индивидуальной техники прыжка в высоту на основе применения предложенных моделей.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечены применением комплекса современных адекватных поставленным задачам методов исследования, включающих видеорегистрацию, компьютерную обработку изображений, методы математической статистики (дисперсионный, корреляционный, регрессионный и дискриминантный анализ) и математический аппарат нейро-нечеткой сети, репрезентативными объемами обследованных контингентов, результатами педагогических экспериментов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Видеорегистрация прыжков в высоту с измерением кинематических параметров на основе компьютерной обработки изображений и их математическим анализом обеспечивает выделение индивидуального комплекса биомеханических характеристик (линейных, угловых, временных и скоростных), влияющих на успешность прыжка конкретного спортсмена.

2. Имитационная модель двигательных действий прыгуна в высоту, созданная на основе каскадной нейро-нечеткой сети, позволяет прогнозировать успешность прыжка в высоту. Интерактивная компьютерная система прогнозирования успешности прыжка на заданную высоту обеспечивает получение индивидуальных модельных биомеханических характеристик, что содействует управлению технической подготовкой прыгунов в высоту.

3. Методика управления технической подготовкой прыгуна в высоту, построенная на основе разработанного индивидуального моделирования и комплекса упражнений и психологических двигательных установок, позволяет решать задачи совершенствования техники двигательного действия и повышения спортивного результата.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 139 страниц, включая 16 таблиц и 14 рисунков. Список литературы включает 176 источников, в том числе 34 иностранных.