На текущем этапе развития теории и методики спорта эффективную инновационную методику разработать невозможно исходя из существующих общепринятых теоретических представлений и практических методов подготовки спортсменов, часть которых во многом себя уже исчерпали. Об этом можно судить хотя бы по широко распространенным убеждениям в том, что человек вплотную подошёл к пределу своих физических возможностей - рекорды мира обновляются всё реже.

Ограниченность существующих практических подходов в тренировке и теоретических концепций учёных определяется в первую очередь господствующим в науке и практике способом познания - преимущественно феноменологическим, имеющим в своей основе метод "чёрного ящика" в качестве главного способа исследования. Изучается лишь поведение объектов исследования - то, что внешне является, может наблюдаться и фиксироваться, в том числе и с помощью приборов. Далее, как правило, путём математической обработки данных устанавливаются статистические, а не причинно-следственные связи. Сущность же явлений при этом остаётся непознанной.

Современные общеупотребляемые подходы в исследованиях учёных - системный подход, кибернетика, математика, философия - малопродуктивны, поскольку абсолютизируются и абстрагируются от физической сущности изучаемых явлений [архив, 12]. В рамках таких подходов проблемы познания учёные пытаются решать лишь на информационном уровне и потому они способны дать законы в лучшем случае лишь феноменологического уровня. Совсем списывать со счетов эти подходы нельзя, но реальную пользу они могут приносить только при наполнении их физическим содержанием. Более того, в познании мира феноменологические законы имеют огромное значение; в повседневной жизни человек пользуется знаниями преимущественно феноменологического характера. Однако решающее значение приобретает их истинность. Феноменологические законы могут быть истинными только в случаях, когда они могут быть сведены к фундаментальным физическим законам природы. В этом их непреходящая ценность.

Поскольку задача сущностной физической трактовки феномена спорта не решалась, чаще всего потому, что даже не ставилась, создаваемые теории получались во многом недостоверными и не могли указать путь практике. По-настоящему эффективную методику подготовки спортсменов высокого класса можно выработать только на основе полного знания о причинно-следственных отношениях в процессах, происходящих в организме под воздействием упражнений. Т.е., необходимо распознать устройство "чёрного ящика". Для этого нужно глубоко понять механизмы функционирования организма спортсменов, в частности их опорно-двигательного аппарата, и определить условия эффективного решения двигательных задач при выполнении спортивных упражнений. Т.е., надо обелить "чёрный ящик" изучаемых объектов, чтобы со знанием дела создавать методики их совершенствования, отвечающие на вопросы: "Как надо делать?" и "Почему так?".

В рамках устоявшихся методологических подходов подобная задача не реализуется из-за доминирования в науке принципа несводимости Ф.Энгельса [11] и, как следствие, попыток феноменологическим способом выявить "особые" законы биологического мира. Похоже, что это эта проблема характерна только для спортивной науки; в других областях знания о живой природе её успешно решили [10]. Ограниченность применяемых в спортивной науке методов позволяет ученым ставить довольно скромные задачи исследования, решение которых на основе господствующей парадигмы не способно оказать существенную помощь практике.

Работа выполнена по плану НИР Московской государственной академии физической культуры.

Цель, задачи работы, материал и методы.

Цель работы: 1) обоснование и разработка сущностного подхода в поиске условий эффективного выполнения соревновательных упражнений в различных видах спорта; 2) трактовка физических качеств в рамках сущностного подхода; 3) разработка методики технической подготовки игроков на основе реализации найденных условий эффективности.

Результаты исследования

Проблему обеления "чёрного ящика" удалось реализовать, по меньшей мере, на уровне опорно-двигательного аппарата человека, в рамках концепции биомашины, которую разработал Н.С.Северцов, решая задачу скоростного бега человека [5,6]. Концепция оказалась плодотворной - на её основе автору удалось создать методику подготовки волейболистов [4], приносившую превосходные результаты в процессе относительно коротких практических опытов (3+1 года). Представляется, что такой подход будет плодотворным в других видах спорта, а также при изучении строения и функций биомашин более глубоких структурных уровней живых организмов.

Концепция биомашины была разработана в развитие идей материализма, эволюционного развития живой и неживой материи в соответствии с фундаментальными (физическими) законами природы и убеждения в том, что все биологические законы "сводятся" к физическим. Авторы исходили из постулата, что любое явление мира имеет естественные причины, основывающиеся на фундаментальных законах природы, а признание особости биологических, социальных и прочих законов означает выход за их границы. Это направление, признающее "сводимость" биологических законов к физическим, в методологии познания определяется современными философами как редукционизм и механицизм. Утверждение о сводимости к фундаментальным законам природы не означает отрицание специфики живых целесообразных систем - физика не содержит целеполагания. Но и отрывать целесообразную системность живой природы от физики методологически неверно - биологические системы т.о. выхолащиваются, теряя свою фундаментальную (физическую) основу.

Т.о., главные задачи исследователей должны состоять в сущностном объяснении выявленных феноменологических связей, процессов, механизмов с позиций причинности и фундаментальных физических законов природы. Однако дело осложняется тем, что всех фундаментальных законов природы, к которым можно свести (или из которых можно вывести) все частные, учёным открыть пока не удалось. Многое из механизма мироздания ещё не ясно. Современная физическая наука по признанию самих физиков противоречива и не содержит единой концептуальной основы, которая дала бы возможность объединения разрозненных отраслей физического знания [1,9], обогатив, кроме всего прочего, каждую из них.

Механика также не оправдала надежд учёных и не стала объединительной основой всех разделов физики [8,9,12], поскольку не смогла дать причинную трактовку ряда физических явлений. В том числе многим функциям живых организмов. Главные трудности видятся здесь следующие.

- Законы Ньютона выведены для закрытых идеальных систем, которых в природе не встречается.

- Не все физические законы имеют сущностную трактовку, хотя они верны по своей сути и безупречно "работают".

- Механика не содержит закона изменения действующей силы с ростом скорости в открытых динамических системах.

Для понимания и вывода закона изменения силы Н.С.Северцову потребовалось установить причины стабилизации скорости в открытых динамических системах. Проведенный анализ показал ошибочность существующей трактовки. В своей основе она определена представлениями о постоянстве действующей силы. В задачах школьных и ВУЗовских учебников действующая сила обычно принимается как величина постоянная. При таком подходе стабилизация скорости системы поглощения энергии объясняется сопротивлением движению, а именно:

а) внешним сопротивлением среды;

б) внутренним сопротивлением (мышц-антагонистов, вязким сопротивлением А.Хилла), либо возрастанием массы разгоняемого тела при релятивистских скоростях.

По этой трактовке коэффициент полезного действия при максимальной мощности генерирующей системы мыслится равной 100%. Тогда как на самом деле он в этом случае равен нулю (в условиях отсутствия сопротивления). Для повышения скорости движения рекомендуется повышать мощность двигателя и снижать сопротивление движению.

Подобная трактовка приводит к ошибочным выводам и представлениям о методике тренировки, например, спринтеров. Для увеличения силы отталкивания бегуны на короткие дистанции работают с отягощениями. Такую логику "подтверждают" и выводы теоретического плана. Логика примерно такова.

Скорость бега человека можно выразить произведением длины шага на его частоту. Поскольку частота шагов - величина консервативная, трудно тренируемая, вследствие чего скоро наступает потолок роста, необходимо увеличивать длину шага для повышения скорости бега. А она по традиционным представлениям определяется действующей силой, т.е. силой толчка [2, с.168].

Но это в чистом виде физические представления Аристотеля (!), полагавшего, что действующая сила определяет скорость движения. Согласно механике Галилея - Ньютона сила действия определяет ускорение, т.е., изменение скорости, а не саму скорость. Если даже исключить сопротивление движению, стабилизация скорости передвижения разгоняемого объекта (системы поглощения энергии) всё равно произойдёт.

Увеличение силы действия (например, запрячь в повозку ещё несколько лошадей, как советовал Аристотель) только уменьшает время разгона (если новые лошади не будут более тихоходными); предельная же скорость останется неизменной. При исключении сопротивления движению, стабилизация скорости разгоняемого объекта (системы поглощения энергии) будет неизбежной. Vx тела станет равной Vmax двигателя. Математически зависимость снижения действующей силы от скорости разгоняемых тел в рассмотренных моделях можно представить следующим образом (по архиву Северцова Н.С.):

Открытие вышеприведённой зависимости привело к пониманию условий внесения и преобразования энергии. Закон падения силы действия, совершающей работу по разгону тела, по мере роста его скорости (что эквивалентно снижению количества вносимой (потребляемой) энергии) позволил Н.С.Северцову вывести ряд общих условий-принципов, обеспечивающих высокий коэффициент полезного действия любой машины. Это принципы оптимальной машины по критериям эффективности, экономичности и целесообразности.

Под ней следует понимать такую машину, в которой для достижения максимально возможной эффективности и экономичности функционирования в полной мере использованы общие законы внесения и преобразования потока генерируемой энергии.

Поиски оптимизации поведения потока энергии в процессе её внесения и преобразования в открытых динамических системах оказались плодотворными: удалось выдвинуть ряд принципов, которые и составили основу теории оптимальной машины.

1. Принцип упорядочения потока генерируемой энергии (исключение фазы хаотического движения) природа в полной мере реализовала сама, создав мышцу в качестве двигателя. Мышечное сокращение происходит за счёт преобразования химической энергии реакций расщепления на молекулярном уровне непосредственно в механическую, минуя тепловую фазу.

2. Принцип сохранения потока циркулирующей (внутренней) энергии. Он предполагает сохранение энергии движущихся элементов системы. В технике это осуществляется при помощи вращающегося маховика, что не очень выгодно, поскольку не реализуются другие принципы оптимальной машины. В биомашине спортсмена это, главным образом, конечности, энергию колебаний которых могут сохранять и освобождать упругие элементы костно-мышечных сочленений.

3. Принцип адекватности величины потока генерируемой энергии наиболее полно может проявляться также в баллистических и локомоторных движениях спортсменов. Он предполагает не стимулировать энергопоток, если это не приносит механического эффекта, что существенно экономит энергию, и наоборот, увеличивать плотность и площадь (величину) генерируемого потока в условиях, когда велик коэффициент его усвоения в процессе выполнения работы.

- энергетического преобразования потока вносимой энергии:

а) за счёт использования вторичного двигателя;

б) за счёт использования эффекта упругой связи;

- кинематического преобразования потока вносимой энергии:

а) за счёт переменного передаточного отношения;

- периодическим внесением энергии (напр. реактивное движение моллюсков, падающий полёт птиц и пр.);

- использованием рекуперативного эффекта упругих колебаний. (Периодическое (дважды за цикл колебаний) снижение скорости системы поглощения энергии до нуля при её сохранении за счёт аккумулирования упругими элементами в процессе остановки и освобождении при разгоне в обратном направлении).

Дальнейшие исследования показали, что полнее всего принципы оптимальной машины реализованы не в искусственных машинах, созданных человеком, а в живых биосистемах. В этом смысле их можно трактовать как биомашины. Сведения об их устройстве и способах функционирования и должна содержать наука биомеханика, особенно биомеханика спорта.

Логика подобных рассуждений приводит к убеждению, что организм человека также "подчиняется" законам физики. В соответствии с фундаментальными физическими законами природы все системы организма выполняют свои функции механическим (физическим) способом. В таком контексте все системы организма человека также являются биомашинами. В этой связи, занимаемая позиция материализма и эволюционного усложнения материи, позволяет принять ряд важных положений (по архиву Северцова Н.С.).

● Все детали биомашины и процессы, лежащие в основе их функционирования, - физические.

С этих позиций суть спортивной тренировки и главная задача тренера и спортсмена должны заключаться в формировании такой структуры (устройства), которая в процессе функционирования обеспечивала бы всё более полную реализацию всех условий эффективного решения двигательных задач в процессе выполнения соревновательных приёмов. Для этого необходимы инженерные знания о биомашинах.

Для ответа на вопрос о том, КАК НАДО выполнять спортивные упражнения в оптимальном варианте, важно определить условия эффективного и экономичного использования вырабатываемой энергии при решении двигательных задач. Т.е., условия реализации принципов оптимальной машины в структуре биомашины спортсмена при выполнении двигательных функций.

Поиск неких "оптимальных моделей спортивных упражнений" и "моделей сильнейшего спортсмена" малоперспективен - их учёные пытаются определить, изучая традиционным способом то, КАК исполняют лучшие практики соревновательные упражнения. Выявление же условий их эффективного выполнения позволит определить требования к опорно-двигательному аппарату спортсменов, и к способу реализации двигательных задач. А также даст более строгий ответ на вопрос "КАК выполнять?" упражнения.

Приведем примеры обоснования некоторых условий эффективности решения двигательных задач в процессе выполнения спортивных упражнений¹. Анализ рассмотренной выше закономерности снижения действующей силы с ростом скорости разгоняемого тела даёт возможность определить основные условия эффективности при организации движений баллистического характера (напр. броски, нападающие удары, прыжки, разгон спринтера). Действующая сила, следовательно, и коэффициент утилизации вносимой энергии выше в начале разгона, когда ещё велика разность скоростей: Vmax - Vx.. Чем меньше эта разность, тем меньше и разгоняющая тело сила. Чтобы реализовать принцип адекватности генерируемой энергии, нужно сместить действие максимальной силы к началу разгона и выключить двигатель после разгона, чтобы не тратить энергию напрасно.

В системе "мышца - разгоняемая конечность" проявляется та же закономерность: действующая сила находится в непрямой зависимости от разности скоростей взаимодействующих систем.

Вышеизложенное позволяет сформулировать "Золотое правило" баллистических движений: необходимо концентрировать максимальные мышечные усилия во времени и смещать их к началу разгона звеньев тела или снаряда. Другими словами, нужно обеспечить мощный начальный рывок. По сути дела это способ реализации в колебательной системе опорно-двигательного аппарата (ОДА) спортсмена двух последних из уже упомянутых принципов оптимальной машины.

Принцип сохранения потока циркулирующей энергии в движениях бросающего или бьющего спортсмена можно реализовать, если соблюдать следующее правило: скорость конечности в замахе гасится упругими элементами сустава, а разгон выполняется этими же упругими элементами совместно с работой сокращающихся волокон мышц. "Бросок" руки, например, атакующего волейболиста в замах и рывковый характер её ударного разгона внешне должен осуществляться без видимой задержки и выглядеть как "отстрел" из крайней точки амплитуды замаха. Это обеспечивает высокую скорость ударника. Подобный же механизм может использоваться для аккумулирования энергии падающего (движущегося вниз) в процессе напрыгивания тела прыгуна с её освобождением в процессе отталкивания.

В полноциклических движениях маятников-конечностей бегуна можно добиться резонансного накопления их энергии, для чего движущиеся ноги необходимо останавливать упругими элементами костно-мышечного сочленения, аккумулируя энергию, а действующую силу мышечного сокращения надо совмещать с началом их разгона в каждом полуцикле колебаний. При этом освобождается энергия упругой деформации элементов сустава и мышц и затрачивается на разгон конечностей. Такой механизм можно научиться использовать в рамках соответствующей методики тренировки.

В теории спортивной тренировки понятия физических качеств человека, определены [7]. Однако с позиций разрабатываемой концепции существующие формулировки представляются недостаточно корректными. Принято считать, что физические качества имеют психофизиологическую природу, не сводящуюся к законам физики, в конечном счёте, что с позиций методологии познания можно квалифицировать как проявление витализма.

Недоразумения и путаница возникают из-за непонимания того факта, что функциональные проявления, свойства такой биомашины (каковой является опорно-двигательный аппарат человека) определяются её устройством, структурными взаимосвязями на всех уровнях организации, а не какими-то мистическими "психофизиологическими" качествами организма спортсмена. Все так называемые "физические качества" спортсмена есть не что иное, как свойства тем или иным способом организованной структуры, которые определяются устройством биомашины - опорно-двигательного аппарата спортсмена, включая систему его управления.

Свойства определяются структурой, как способом организации, устройством биомашины, а не наоборот! Состояние функциональных систем организма и соответствующих им свойств всецело определяются функциональными процессами биомашины - организма спортсмена. Процессы эти физические и имеют в своей основе внесение и преобразование потоков энергии и структур вещества.

Величины этих характеристик потока энергии, генерируемого мышцами, определяют функциональные проявления биомашин - физические качества спортсменов. С другой стороны, их же определяет направленность процесса преобразования потока вносимой энергии при использовании уже рассмотренных эффектов переменного передаточного отношения, последовательно сочленённого привода, упругой связи. Та же задача решается за счёт целесообразного управления потоком энергии, в том числе минимизации её расхода. От того, как вносится и как преобразуется поток энергии, зависят свойства, качества, характеристики биомашины, определяющие эффективность решаемых ею двигательных задач.

Трактовка свойств биомашины, т.е. физических качеств спортсмена с позиций законов эффективного внесения и преобразования потока энергии в процессе функционирования приводит к следующим результатам (таблица 1).

Таблица 1

Таким образом, закономерно приходим к выводу, что и техника, как структура движений, и физические качества, как свойства биомашины спортсмена, зависят от степени совершенства её структуры (следовательно, и функции) и определяются одними и теми же факторами. А именно: степенью реализованности законов эффективного внесения и преобразования потоков энергии в рамках биомашины опорно-двигательного аппарата.

Выходит, что физические качества спортсмена и техника спортивных движений - понятия в известной степени виртуальные и означают в принципе одно и то же. В действительности же нужно говорить об условиях эффективного решения двигательных задач спортсмена и их реализации за счёт целесообразного изменения устройства биомашины, на всех её структурных уровнях организации. Чтобы получить желаемое качество биомашины, надо целесообразно перестроить её структуру (изменить устройство).

Методики обучения, основанные на реализации основных условий эффективного решения двигательных задач спортсменов

Физиологической основой формирования двигательного навыка является образование устойчивых нейронных связей в центрах управления движениями. Они осуществляют передачу сигналов-команд к мышцам и обратно от проприорецепторов, сигнализирующих о текущих результатах выполняемых движений. Устойчивыми эти связи становятся в результате достаточно регулярных и продолжительных повторений.

Исходя из того непреложного факта, что переучиваться гораздо труднее (часто совсем бесполезно) чем научиться сразу эффективному навыку, необходимо обучающие упражнения выполнять правильно и всеми силами избегать ошибок. Хотя редкие ошибки могут быть полезными - они наглядно показывают своё негативное влияние на результат и используются спортсменами в качестве отрицательного сигнала для коррекции формируемого навыка.

Задачу определения наилучшей (правильной) техники исполнения основных упражнений во многих видах спорта позволяет решать предлагаемая концепция биомашины. Такой методологический подход поможет ученым на причинной основе определить условия эффективности двигательных актов. Становится понятно ЧЕМУ учить.

Из вышеизложенного вытекает важнейшее положение эффективной методики обучения: не так важно ЧТО, какие упражнения применять, как важно то, КАК их выполнять. От правильности выполнения упражнений зависит, сформируются эффективные динамические механизмы реализации двигательной задачи или закрепятся очередные ошибки в технике движений, что обычно получается при ориентации на внешнюю картину движений мастеров. Возникающие ошибки тренерами трактуются как "индивидуальные особенности" воспитанников.

По этой причине важнейшее место в создаваемых методиках подготовки спортсменов должно занимать правило или принцип (его также можно назвать "золотым") только правильного выполнения предлагаемых упражнений при обучении и совершенствовании. Эффективность процесса обучения и уровень спортивного мастерства атлетов во многом определится тем, насколько строго они вместе с тренером следовали этому правилу.

Стремление всё более полно реализовать все условия эффективности и экономичности должно составлять суть технической подготовки спортсменов на протяжении всех этапов обучения и совершенствования. Т.е. всю спортивную карьеру.

Если же в процессе обучения и тренировки, например, юных волейболистов, во главу угла поставить достижение результативности двигательных действий, а не эффективности движений, то получается "натаскивание" на результат при неизбежном блокировании закладки "технической базы", которая могла бы обеспечить в дальнейшем продолжительный рост спортивного мастерства игроков.

Выводы

Предлагаемая концепция биомашины даёт возможность вырваться из удушающей абсолютизации феноменологического подхода, не способного вскрыть физическую природу спортивных упражнений, и осуществить причинно-следственную физическую трактовку движений.

Сущностная физическая трактовка механизмов функционирования систем опорно-двигательного аппарата спортсменов в рамках разрабатываемой концепции позволит выявить условия эффективного решения двигательных задач и в других видах спорта. Т.е., ответить на вопросы практиков о том, КАК НАДО выполнять спортивные движения, чтобы они были эффективными, экономичными, целесообразными и обеспечивали высокий спортивный результат.

Понимание условий эффективности спортивных упражнений даёт тренерам и специалистам возможность создания эффективных методик тренировки, обеспечивающих формирование необходимых физических механизмов решения двигательных задач и, т.о., создавать биомашины спортсменов с высокими или выдающимися характеристиками.¹ В этом случае спортивная наука выполнит свою главную миссию - сможет указать путь практике и преодолеет, тем самым, ограниченность, позволяющую сегодня по большому счёту лишь наукообразно "обосновывать" достижения практиков.

Литература

1. Купер Л. Физика для всех. М., Мир, 1974. - Т.1-2. - 489 с.

2. Попов Г.И. Биомеханика: Учебник для студ. высш. учеб. заведений, М. "Академия", 2005. - 256 с.

3. Рассел Бертран. История западной философии. Ростов н/Д, Феникс, 2002. - 992 с.

4. Рыцарев В.В. Волейбол: попытка причинного истолкования приёмов игры и процесса подготовки волейболистов. Изд-е 2-е, переработанное и дополненное. М. ФиС, 2009. - 400 с.

5. Северцов Н.С. Общие условия повышения скорости и частоты движений спортсмена // Теория и практика физической культуры, 1968. - №10. - С. 8.

6. Северцов Н.С. Основные условия эффективного использования мышц в скоростных упражнениях (Свойства и механическое поведение мышц в работе против сил инерции). // Теория и практика физической культуры, 1971. - №6. - С. 10.

7. Теория и методика физического воспитания. Учебник для ин-тов физ. культуры. Под общей ред. Л.П. Матвеева и А.Д. Новикова. Изд. 2-е, испр. и доп. М., ФиС, 1976. - Т.1. - 304 с.

8. Тюлина И.А. История и методология механики. Изд. МГУ, 1979. - 282 с.

9. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырёх томах. М., Наука, 1967. - 200 с.

10. Энгельгардт В.А. Познание явлений жизни, М.: Наука, 1985. - 304 с.

11. Энгельс Ф. Диалектика природы. М., Политиздат, 1975. - 359 с.

12. Фет А. Пифагор и обезьяна. Роль математики в упадке культуры. Новосибирск, Сова, 2008. - 109 с.

1. Kuper L. Fizika dlia vsekh [Physics for all], Moscow, World, 1974, T.1-2, 489 p.

2. Popov G.I. Biomekhanika [Biomechanics], Moscow, Academy, 2005, 256 p.

3. Rassel Bertran. Istoriia zapadnoj filosofii [History of western philosophy], Rostov on Don, Phoenix, 2002, 992 p.

4. Rycarev V.V. Volejbol [Volleyball], Moscow, Physical Culture and Sport, 2009, 400 p.

5. Severcov N.S. Teoriia i praktika fizicheskoj kul'tury [Theory and practice of physical culture], 1968, vol.10, p. 8.

6. Severcov N.S. Teoriia i praktika fizicheskoj kul'tury [Theory and practice of physical culture], 1971, vol.6, p. 10.

7. Matveev L.P., Novikov A.D. Teoriia i metodika fizicheskogo vospitaniia [Theory and method of physical education], Moscow, Physical Culture and Sport, 1976, T.1, 304 p.

8. Tiulina I.A. Istoriia i metodologiia mekhaniki [History and methodology of mechanics], Moscow, MSU Publ., 1979, 282 p.

9. Ejnshtejn A. Sobranie nauchnykh trudov [Collection of scientific labours ], Moscow, Science, 1967, 200 p.

10. Engel'gardt V.A. Poznanie iavlenij zhizni [Cognition of the phenomena life], Moscow, Science, 1985, 304 p.

11. Engel's F. Dialektika prirody [Natural dialectics], Moscow, Politizdat, 1975, 359 p.

12. Fet A. Pifagor i obez'iana. Rol' matematiki v upadke kul'tury [Pythagoras and monkey. A role of mathematics in the decline of culture. ], Novosibirsk, Owl, 2008, 109 p.

Rytsarev V.V.
Vvrytsarev@rambler.ru
Moscow State Academy of Physical Culture
Highway str. 33, Malakhovka, Lyuberetskiy area, Moscow area, 140032, Russia.