 В процессе учебы в институте каждый студент должен выполнить определенный объем научно-исследовательской работы. Исследования проводятся при написании курсовых работ по различным дисциплинам, в студенческом научной обществе, в ходе учебных занятий и спортивной деятельности.
Конкретные задачи таких исследований весьма разносторонни, однако общим для них является совершенствование педагогического процесса, направленное на повышение уровня физической культуры населения и достижение высоких спортивных результатов в фигурном катании на коньках.
Организация и проведение научных исследований
Изложение результатов научной работы должно содержать: введение, состояние вопроса, задачи и избранные методы исследования, организацию и ход эксперимента, полученные материалы и их обсуждение, выводы и список использованной литературы.
Введение содержит обоснование избранной темы, ее актуальность, новизну, предмет исследования, рабочую гипотезу, теоретическую и практическую значимость работы. Начиная исследовательскую работу, нужно иметь четкое представление о состоянии, в котором находится изучаемый вопрос. Для этого используются педагогические наблюдения, анализ литературы, беседы и опросы компетентных лиц. Основной целью педагогических наблюдений является оценка современного состояния практики тренировочной и соревновательной деятельности фигуристов. Ее характеризуют: соотношение ледовой подготовки и работы вне льда, объем и интенсивность тренировок, анализ сложности и характера отдельных элементов у фигуристов разной квалификации, содержание программ отдельных спортсменов и т. п.; эффективность педагогического процесса в целом и отдельных методов обучения.
Результаты педагогических наблюдений должны быть представлены в виде конкретного материала, который может быть оценен не только качественно, но и количественно. Опрос специалистов создает общее представление о предмете исследования, имеющееся на данный момент, которое сопоставляют с данными обзора литературы. Опросу подвергаются тренеры, административные работники, родители, спортсмены и даже зрители. Формы опроса могут быть различны: анкетирование, интервью, экспертные оценки.
Анализ специальной литературы помогает определить уровень научных знаний в сфере изучаемого вопроса и отражает состояние методики обучения и совершенствования в фигурном катании, а также результаты научных исследований, посвященных непосредственно изучаемой проблеме, и уровень знаний в дисциплинах, имеющих непосредственное отношение к изучаемому вопросу (физиологии, биохимии, биомеханики, психологии и т. п.), проведенных на схожих с фигурным катанием видах спорта.
При составлении обзора литературы необходимо представить в краткой форме конкретные факты, полученные авторами, привести четкое описание примененных методов исследований и полученных результатов. При обобщении данные разных авторов можно свести в таблицы и графики.
Задачи научных исследований могут быть решены путем рационального подбора методов, четких организационных форм проведения работы, целенаправленной обработки и анализа полученных материалов. Методы исследования необходимо выбирать и специально разрабатывать с учетом специфики фигурного катания. Анализ и обработка информации также должны учитывать особенности этого вида спорта и характер собранной информации.
Для определения эффективности новых методов тренировки проводится сравнение результатов на различных этапах, например в начале и в конце эксперимента. Результаты такого сравнения требуют анализа ряда показателей у одной и той же группы испытуемых.
Сравнительный эксперимент даст более объективные результаты при наличии нескольких групп испытуемых, которым предлагаются разные программы. Поэтому сравнение результатов проводится как в одних и тех же группах до и после эксперимента, так и между группами для определения показателей средних тенденций, вариативности и степени влияния.
Однако в некоторых случаях в педагогическом эксперименте не требуется или не может быть организована контрольная группа. Тогда оценка степени влияния педагогических методов проводится на одной группе или даже на одном спортсмене.
Определенные педагогические возможности представляет анализ техники движений фигуристов на основе оценки степени реализации двигательного потенциала (реализационная эффективность). Чтобы оценить этот параметр, например, в прыжках, измеряется прыгучесть фигуриста во внеледовых условиях и полученные данные сопоставляются с высотой полета в прыжках на льду. Чем полнее реализуется потенциал в сложных технических элементах, тем совершеннее техника.
При планировании эксперимента надо определить количество испытуемых и количество попыток, выполненных каждым испытуемым. Количество тех и других зависит от вида эксперимента, степени надежности измеряемых показателей и методов математической статистики, используемых при обработке и анализе материала.
В связи с этим перед проведением основных исследовании целесообразно проделать предварительные измерения, чтобы скорректировать программу эксперимента соответственно контингенту, требованиям надежности тестов, трудоемкости.
Чтобы получить статистически существенные и пригодные для практических выводов результаты, разные методы требуют разного количества данных. Так, например, корреляционный анализ требует большого числа результатов измерений. Если в задачи
ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Научная работа проводится по определенному плану, который должен включать основные вопросы.
входит определение закономерностей деятельности организма спортсмена, таких, как особенности взаимодействия отдельных звеньев фигуриста при выполнении сложных прыжков или характер изменения точности скольжения в зависимости от скорости, то достаточно проследить изучаемые показатели у небольшого количества испытуемых. При этом малое число испытуемых должно выполнять максимальное число попыток. Когда же изучаемое явление связано с индивидуальными особенностями, необходимо при малом количестве попыток, выполняемых одним человеком, охватить возможно большее число испытуемых.
Наиболее удобным методом обработки информации, позволяющим решить значительное количество задач научного характера в фигурном катании, является дисперсионный анализ. Он позволяет, в частности, определить влияние уровня физической подготовленности на показатели техники, артистизм; характера музыкального сопровождения на судейскую оценку и др.
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ *
Наибольший эффект в изучении методики обучения и совершенствования дает комплексный подход к решению основных исследовательских задач. В то же время комплексное исследование поставленных вопросов предусматривает решение частных вопросов, имеющих специфические особенности в фигурном катании. Рассмотрим основные направления и специфику изучения некоторых сторон фигурного катания как объекта исследования.
Определение прогрессивных направлений развития вида спорта. В процессе тренировки и при составлении программ на предстоящий сезон или сезоны необходимо предусмотреть как их содержание— соотношение элементов различных видов, их количество, сложность, так и общую музыкально-хореографическую направленность. Основным способом решения таких задач являются педагогические наблюдения и экспертные оценки, позволяющие выявить необходимые характеристики программ и требования к спортсменам, способным показать в будущем наивысшие результаты.
Определение модельных характеристик. Модельные характеристики в фигурном катании определяются на основе анализа динамики развития отдельных сторон подготовки. В большинстве случаев решение таких задач может осуществляться при помощи методов регрессивного анализа. Модельные характеристики целесообразно разрабатывать для моделей спортсменов всех уровней подготовки — от начинающих до чемпионов мира.
Модельные характеристики отражают уровень общей и специальной физической подготовленности (в виде результатов комплекса тестов и данных обследований), уровень технической подготовленности, выражающиеся . в количестве и сложности прыжков, вращений, шагов, поддержек и подкруток в парном катании, сложности шаговых комбинаций у танцоров.
Модельные характеристики могут содержать сведения о весе, росте, пропорциях тела, внешнем виде, соотношении между рос-то-весовыми показателями партнера и партнерши в парном катании и спортивных танцах на льду. Более подробная модель отражает необходимый уровень психической, теоретической и ин-теллекутальной подготовки в целом.
Изучение технической подготовленности. Фигурное катание — один из наиболее сложнокоординированных видов спорта. Основными направлениями исследования в этом плане являются изучение техники исполнения прыжков с большим количеством оборотов, быстрых вращений со сменами поз, сложных шаговых комбинаций, поддержек, подкруток и выбросов в парном катании. Объектом изучения техники являются в первую очередь показатели качества исполнения: высота полета в прыжках, скорость вращения и точность центровки в пируэтах, скорость и чистота скольжения в шагах и спиралях, устойчивость в- поддержках, параллельность и синхронность раздельных вращений в парном катании.
Специфика фигурного катания создает значительные сложности для изучения техники. Проводные системы регистрации ускорений, усилий, суставных углов и других характеристик, как правило, являются более простыми и точными, но существенно затрудняют выполнение сложных элементов. В ряде случаев наличие проводов, соединяющих фигуриста с измерительными приборами, делает выполнение элементов невозможным. Поэтому основными методами анализа техники становятся телеметрические и оптические.
Большие возможности для изучения техники движений фигуриста открывает использование различных видов фотографии. Так, фотографирование с применением меток или малогабаритных лампочек позволяет получить плоскую картину движения отдельных звеньев тела фигуриста, головы, стопы маховой ноги, кистей рук и т. д.
Использование при фотографировании вращающегося с постоянной скоростью стробоскопического диска дает возможность определить некоторые скоростные характеристики движения. Данные методики особенно удобны при изучении коротких по времени (до 1 с) и сложных по рисунку-движений, таких, как толчок или полет в многооборотных прыжках и прыжках во вращении, поворотов в обязательных фигурах и т. п.
Кинотелевизионный метод. Использование кинометода при изучении движений фигуриста достаточно широко распространено в практике научно-исследовательской и тренерской работы. Правда, у него есть некоторые недостатки, из которых главные — сравнительно высокая стоимость кинопленки, невозможность повторного использования для съемки уже отработанного киноматериала и задержка во времени между съемкой и показом изображения, необходимая для фотохимической обработки отснятого материала.
Применение телевизионной записи с магнитным носителем сигналов, т. е. видеомагнитофона, позволяет эффективно решать проблемы, возникшие в связи с особенностями фотографического, процесса при киносъемке движения, в частности предоставить воз-" можность немедленно воспроизвести запись, передачу записанного' изображения средствами радиосвязи или вращательных телевизионных систем на любые расстояния, а также в случае необходимости стереть сделанную ранее запись и повторно использовать магнитную ленту практически неограниченное число раз.
Видеомагнитофонная запись дает прекрасную возможность для количественной (а не только качественной) оценки движения. Подразделение телевизионного кадра на два полукадра, отстоящих по времени на 0,02 с, позволяет с помощью остановки ленты и просмотра так называемого стоп-кадра проследить изменения движущегося изображения в его последовательных фазах, т. е. создать своего рода фазовый портрет движения.
Широкие возможности рождает сочетание кино- и фотосъемки с видеомагнитофонной записью, т. е. применение кинотелевизионного метода. Такой метод сочетает в себе положительные качества как телевизионного, так и кинометода и, кроме того, позволяет сэкономить пленку, магнитную ленту и усилия экспериментатора. Метод заключается в пересъемке на фото- или кинопленку изображения с экрана видеомагнитофона. Перед пересъемкой отснятый материал просматривают, затем необходимый материал переснимают на фотопленку, если нужны отдельные кадры и кинограммы, или на кинопленку, если нужны кинокольцовки и фильмы. После этого видеозапись стирается, и пленка может быть вновь использована для съемок. Отснятый материал — фотографический или кинематографический — сохраняет, естественно, все положительные стороны фото- и киноизображения.
Весьма ценной является возможность создания архива, относительно небольшого по объему и емкого по обилию ценной информации.
В ряде случаев возможно и целесообразно применение кинотелевизионного метода в другом варианте. Имеется в виду пересъемка важных киноматериалов с киноэкрана на видеомагнитофон. При этом можно обходиться без кинопроектора, используя только видеомагнитофон, что весьма облегчает задачу исследований в условиях учебно-тренировочных сборов, проводимых на выезде.
Использование кинотелевизионного метода в фигурном катании на коньках выявило и некоторые особенности телевизионной системы, на которые прежде не обращалось внимания, — так называемые локализационно-кинематические искажения, приводящие к размазыванию изображения движущейся фигуры спортсмена при вращениях или ином быстром движении, например в полете или при выполнении прыжков,. Это снижает точность последующего определения скорости и ускорения точек тела и является существенной помехой для более широкого применения данного метода. Вот почему особенно целесообразна специальная насадка — обтюратор, применение которой резко увеличивает разрешающую способность системы, что значительно улучшает четкость изображения.
Необходимо отметить исключительно высокую точность временных параметров, снимаемых с помощью телевизионной системы; эта точность вполне сравнима с показаниями современного кварцевого секундомера и обеспечивается автоматически.
Современные средства массовой информации позволяют наблюдать по телевидению практически все крупные соревнования по фигурному катанию, благодаря кинотелевизионному методу можно накопить материалы, необходимые для проведения различных научно-исследовательских работ.
Стереофотограмметрический метод (СФГ). Идея стереометода для построения пространственной картины движения впервые была предложена Н. А. Бернштейном. Современное развитие техники и привело к широчайшему применению стереофотограмметрии в различных отраслях науки и техники. С помощью данных фотограмметрии восстанавливаются памятники старины, определяются перекосы высоких сооружений, например фабричных труб, изучаются, распределение и характер потоков воды в гидросооружениях, анализируются движения снарядов, космических летательных аппаратов, определяются объемы котлованов, отвалов пород и т. д.
СФГ применялся для изучения траекторий движения головы, кистей рук и стопы маховой ноги в прыжках фигуриста (Мишин А. Н., 1972).
СФГ позволяет определить форму, размеры и пространственное положение объектов по двум фотографиям, сделанным с разных точек. Обработка двух снимков, составляющих стереопару, основывается на том, что координаты изображения точки в системе координат, проведенной через координатные метки снимков,, неодинаковы для правого и левого снимков. Разность абсцисс соответственных точек называется продольным параллаксом и обозначается через Р. Для «нормального» случая съемки (когда направления оптических осей обеих камер перпендикулярны к базису) координаты точки объекта связаны с координатами изображения точки на снимках и с продольным параллаксом следующими простыми соотношениями:
где X, Y, Z — координаты точки объекта; х; z — координаты изображения точки на снимках; р — продольный параллакс; b — базис фотографирования (расстояния между обеими камерами); f - фокусное расстояние объективов.
Стереокамера представляет собой две фотокамеры, жестко соединенные между собой. Затворы их работают синхронно и приводятся в действие либо вручную, либо электронным способом.
Для обработки стереопар могут использоваться два вида приборов: стереокомпараторы, с помощью которых определяются координаты точек объекта, и стереоавтографы, позволяющие вычерчивать траектории движения точки тела непосредственно на листе бумаги без предварительного вычисления координат точек.
Для регистрации траекторий движения звеньев тела фигуриста используются малогабаритные лампочки накаливания, яркость которых значительно больше яркости фона. Объективы обеих камер синхронизированы, и время экспозиции равно или несколько больше времени выполнения всего движения или его части, подлежащей изучению. На фотопластинках получаются траектории движения исследуемых точек тела. Экспериментальные съемки показали, что наиболее удобными для обработки являются траектории, расположенные под углом 30—60° к базису фотографирования,"т.е. когда имеется существенное перемещение «в глубину». Участки траектории, перпендикулярные к базису, можно обрабатывать только на предмет получения координат X и Z. Полученные на снимках траектории обрабатываются на стереокомпараторах. Если стереокомпаратор снабжен вычислительным и печатающим устройствами, то это позволяет получать координаты точек как в десятичной системе, так и в двоичной на перфокарте, что особенно перспективно для дальнейшей автоматической обработки результата.
СФГ позволяет определить не только пространственные, но и временные параметры движения. Д-ля последнего могут быть использованы три способа: импульсная подсветка объекта, пребывание1 тока, питающего лампочку, укрепленную на теле спортсмена, использование вращающегося обтюратора. Для решения ряда задач наиболее удобен третий способ. Обтюратор, представляющий собой диск с прорезями, вращается перед объективом левой камеры. На снимке, полученном левой камерой, траектория точки представляла собой пунктирную линию. Длина каждого штриха пропорциональна скорости движения точки. Траектория точки на правом снимке остается сплошной, благодаря чему при рассмотрении пары снимков стереоэффект не нарушается, что принципиально необходимо для обработки. Использование обтюраторов различного типа показало, что соотношение между величиной зуба и прорези 1:4 является оптимальным для предварительного исследования большинства движений фигуриста.
Следующим шагом в использовании СФГ является стереокино-грамметрия. В этом случае съемка производится двумя синхронизированными киноаппаратами, установленными в разных точках зала катка. Увеличение базиса съемки и применение, высокой скорости съемки позволяют получить очень высокую точность измерения. Кроме высокой точности, к преимуществам СФГ следует •отнести возможность исследований движений, имеющих большую пространственную протяженность, отсутствие устройств, существенно ограничивающих свободу движений спортсмена, а также относительную простоту.
На основе СФГ могут быть изготовлены пространственные про* водочные модели движения человека, кистей рук, стопы маховой ноги фигуриста как для целей исследований, так и для повышения наглядности обучения. С этой же целью можно рассматривать через стереоскоп пространственную картину движения отдельных звеньев тела.
Фундаментальные исследования в области использования фотограмметрии для изучения спортивных движений выполнены в последнее время сотрудниками кафедры биомеханики и группы биомеханики проблемной лаборатории ГЦОЛИФКа под руководством проф. В. М. Зациорского. Особый интерес представляет применение двусторонней стробоскопической стереосъемки при исследованиях упражнений с особо сложной двигательной картиной, таких, как прыжки и вращения фигуриста (Тюпа В, В., Рай-цин Л. М., 1978).
Развитие телевизионной техники открывает широкие перспективы для использования стереосъемки, проводимой двумя телевизионными камерами. Вместе с тем использование метода стерео-грамметрии нередко наталкивается на затруднения, связанные с применением двух телевизионных установок с синхронизацией, осуществляемой с высокой точностью. Для того чтобы сделать этот метод доступным в спортивной практике, может быть использована система с одним видеомагнитофоном, позволяющим без особых затруднений получить стереотелевизионные изображения, пригодные для анализа стереограмметрическим методом (Истомин И. В., 1979).
Вместо двух телевизионных камер и двух систем воспроизведения этот метод позволяет использовать один воспроизводящий аппарат, экран которого оказывается разделенным по вертикали. При этом на одном экране можно наблюдать изображения правой и левой камер, что решает главный вопрос о точности синхронизации и стабилизации телевизионных изображений, создающих сте-реокадр. Отдельные изображения, составляющие стереопары, могут рассматриваться (в динамике или статике) с экрана телевизионного приемника с помощью простого зеркального стереоскопа, имеющего вид бинокля.
Тензометрический метод. Среди широкого круга параметров и характеристик движения, которые могут быть изучены с помощью тензометрического метода, особое место занимает изучение сил взаимодействия конька со льдом. Эти силы являются обобщенным показателем, отражающим целый комплекс движения. Среди них — сгибание и разгибание опорной ноги, маховые движения, стопорящие движения коньком опорной ноги, изменения наклона продольной оси тела и т. д.
Для изучения величины и характера изменений сил взаимодействия между коньком и льдом используются специальные тензоконьки.
В упражнениях фигуриста большое значение имеют движения, выполняемые носком конька и создающие усилия, действующие вдоль конька. Именно поэтому конструкция коньков должна предусматривать два тензометрических моста на каждом из коньков для измерения продольных и поперечных усилий.
Под продольным усилием подразумевается составляющая общего усилия между коньком и льдом, действующая вдоль конька, под поперечным — составляющая, действующая в плоскости лезвия конька в поперечном направлении.
Сигналы тензомостов усиливаются малогабаритным предварительным усилителем, укрепленным на теле спортсмена. Даль- . нейшая передача сигнала на записывающее устройство возможна путем проводной системы и телеметрически — с помощью передатчика и приемника. Первый способ ограничивает свободу перемещения спортсмена, второй относительно сложен. Наряду с проводным и телеметрическим может применяться метод, при котором сигнал от предусилителя записывается на теле спортсмена. Использование магнитофона позволяет практически обойтись без телеметрической аппаратуры. Сигналы, записанные на магнитофон, могут быть расшифрованы любым регистрирующим аппаратом, например осциллографом, а также электронно-вычислительной машиной и другими устройствами, что создает определенные удобства для машинной обработки данных исследований.
Сейсмометод также может быть использован для регистрации временных параметров ряда элементов, таких, как прыжки, подкрутки, выбросы, и т. п. Этот способ позволяет при помощи сейс-модатчиков, помещенных в толщу льда, проводить исследования не только в ходе тренировок и экспериментов, но и в ходе официальных соревнований.
Большие возможности для изучения пространственно-временных характеристик элементов фигурного катания создает лазерная техника.
Метод моделирования позволяет глубоко и детально проанализировать все возможные варианты движений звеньев тела, их положительные и отрицательные стороны. Применение'этого метода особенно целесообразно при изучении сложных по рисунку и быстрых движений, таких, как прыжки, подкрутки, выбросы, и т. п. В таких элементах достаточно сложно измерить ряд важных параметров, таких, как скорость, вращения в отдельные моменты времени, усилия между звеньями тела, скорости маховых звеньев.
Используя метод моделирования, можно, создав упрощенную модель и используя ряд косвенных числовых параметров, измеренных на практике, получить целый комплекс разносторонней информации, характеризующей данный элемент или его часть.
Метод моделирования целесообразно применять не только для изучения биохимических движений, но и в других аспектах исследований. В их числе моделирование тренировочной и соревновательной деятельности фигуристов, моделирование прогрессивных направлений технического и эстетического совершенствования, изучение вопросов отбора фигуристов на разных этапах подготовки и т. п.
Наличие в той или иной степени упрощенной модели движений фигуриста или какого-либо процесса его деятельности создает благоприятные предпосылки для привлечения вычислительнойтехники. Такое сочетание методов существенно расширяет возможности исследования. ,
Однако в ряде случаев относительно простые методы также могут быть с успехом применены для получения ценных и достаточно объективных данных.
Одним из достаточно простых и в то же время информативных методик является натурное измерение длины и конфигурации следов, оставленных коньком на льду. Такие измерения позволяют, например, оперативно получить данные о толчковых дугах и приземлении в прыжках, характере входа во вращения и т. п.
Для анализа двигательных ощущений применяют метод эсте-зиометрии. Он заключается в определении остроты тактильной чувствительности. Для фигуристов весьма важен уровень тактильной чувствительности свода стоны, которой в значительной степени определяет качество исполнения поворотов в обязательных фигурах, шагах, вращениях и других элементах. Состояние хореографической, музыкальной, психологической и других видов подготовки также является важным объектом научных исследований в фигурном катании. -При изучении вопросов, целесообразно привлекать специалистов соответствующего профиля. Объектом научных исследований могут быть также система соревнований, их программа и правила, поиски более совершенных спо-» собов оценки качества обязательных фигур, произвольных программ, системы и методики судейства.
Научные исследования в фигурном катании могут охватывать вопросы организации отбора и подготовки спортсменов, проведения учебно-тренировочных и других видов сборов, восстановительных, гигиенических и иных мероприятий.
| 
