Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья

Улучшение учебного процесса по курсу "биомеханика" на базе внедрения компьютерных мультимедиа информационных технологий

О.Б. Дмитриев, Э.Р. Ахмедзянов, Е.А. Калинина, Удмуртский муниципальный институт, Ижевск

Основными направлениями развития учебной дисциплины "Биомеханика" являются: 1) выполнение учебно-исследовательских работ студентов (УИРС), нацеленных на биомеханический анализ двигательных действий, основанный на идее биомеханизмов, и связи форм Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья их проявления с особенностями строения и функций двигательного аппарата человека; 2) выполнение УИРС, построенных на идее системно-структурного подхода биомеханического обоснования строения действий; 3) усиление гуманитарной направленности данного учебного предмета, так как система движения в действии рассматривается как решение двигательной задачки исполнителя деяния [3, 8].

Вкупе с тем интенсификация учебного процесса, увеличение его эффективности Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья и свойства для хоть какой дисциплины обеспечиваются внедрением средств новых информационных технологий (СНИТ) [7]. Таким макаром, мы считаем, что еще одним действенным направлением развития биомеханики является применение компьютерных информационных технологий в учебном процессе по данному курсу, также при выполнении УИРС.

Для удачной реализации данного направления нужна дидактическая, методическая Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья, алгоритмическая и программная разработка всех шагов компьютерного биомеханического исследования двигательных действий. В работе [2] описана алгоритмическая структура сделанного нами методико-программного комплекса "Мультимедиа биомеханика" (МБ) и рассмотрено решение испытательной задачки, а в истинной статье представлена последняя версия комплекса "МБ" с раскрытием его дидактической и методической сути. В базу данных (рис Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья.1) заложены 1-ые исследования технических действий ("Ой-Дзуки", "Гяку-Дзуки", "Мае-Гэри", "Уширо-Гэри" и т.д.) из вида единоборства каратэ-до, выполненные каратэками (людьми, практикующими каратэ), имеющими различную квалификацию и антропометрические свойства. В рамках статьи ограничимся проведением биомеханического исследования техники "Ой-Дзуки" (1-ые четыре варианта из базы данных (cм. рис. 1), рассмотрением Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья их сравнительного анализа, также обоснованием использования комплекса как действенного обучающего и контролирующего шагов психолого-педагогического процесса в курсе биомеханики.

Главным инвентарем биомеханического исследования в методико-программном комплексе "МБ" (МПК "МБ") является способ видеоциклографии. Главное допущение способа видеоциклографии - это подмена большого трехмерного пространственного движения на плоскопарал лельное (т Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья.е. происходит проецирование движения на вертикальную плоскость камеры). Появляется вопрос: как полезны для практического использования данные, приобретенные при таких допущениях? Ответ на него отдал В.Б. Коренберг в собственной книжке "Базы высококачественного биомеханического анализа": "… более применимым и действенным в педагогическом плане является "основной высококачественный биомеханический анализ" с приближенным количественным Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья уточнением результатов (с облегченной обработкой и внедрением способа циклографии, с учетом только более значимых в интересующем нюансе причин)" [5].

Начальным материалом для биомеханического исследования двигательных действий в комплексе "МБ" является видеозапись этого движения, которая при помощи платы видеоввода представляется в цифровом виде. Условия съемки, качество видеозаписи и процедуры оцифровки впрямую оказывают Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья влияние на результаты структурного анализа спортсмена как биомеханической системы.

Рис. 1. База данных

1. Структурный анализ биомеханической системы "спортсмен" при помощи МПК "МБ". Данная процедура производится в автоматическом режиме, т.е. на дисплее монитора вручную делается выделение суставов и других соответствующих точек на всех кадрах видеофрагментов технических действий в той последовательности, которая указана Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья на панели управления (рис. 2).

Для проведения исследования употребляется стержневая модель, описанная в [4]. Особеннос тью данной модели будет то, что туловище спортсмена представляется в виде жесткой рамки. При выполнении техники каратэ-до позвоночный столб должен сохранять строго вертикальное положение, при всем этом его относительные подвижности исключаются. В данном случае Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья моделирование тела в виде рамки отлично согласуется с реальностью [6].

Выделение звеньев спортсмена (на панели управления кнопка "КАРКАС"), определение их характеристик (длина, вес звена, положение центра масс) и вычисление общего центра масс (о.ц.т.) системы производятся в автоматическом режиме.

2. Кинематический анализ биомеханической системы "спортсмен" при помощи МПК Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья "МБ". Данная процедура на базе промера (видеоциклог раммы) двигательного деяния позволяет найти траектории перемещения, скорости и ускорения неких особенных соответствующих для данной биомеханической системы точек (рис. 3).

Построение видеоциклограммы (ВЦГ) двигательного деяния делается в режиме "НАЛОЖЕНИЕ". При помощи выделения тех либо других кадров видеофрагмента можно сформировывать разные варианты отображения видеоциклограммы: разреженная (см Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья. рис. 3) либо полная (рис.4)). На рис. 4 показаны четыре ВЦГ, надлежащие техническим действиям на рис. 2.

Рис. 2. Выполнение техники "Ой-Дзуки" 4-мя различными спортсменами

Рис. 3. Траектории перемещения суставов и векторы скоростей на разреженной видеоциклог рамме

Рис. 4. Полные видеоциклограммы техники "Ой-Дзуки"

Плоскопараллельное движение биомеханической системы можно представить в виде совокупы поступательного движения центров масс Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья звеньев системы и вращательного движения этих звеньев вокруг их центров масс. При всем этом линейные Vi и угловые wci (i = 1, 2,…,n; n - число звеньев в системе) скорости будут определяться по формулам:

(1), (2),

где - радиус-векторы центров тяжести i-х звеньев;

- векторы и модули относительных линейных скоростей дистальных концов i Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья-х звеньев системы, определяющих вращение (данная скорость находится через моментальный центр вращения);

- расстояние от дистального конца i-го звена до его центра масс .

Процедура вычисления скоростей в виде разностной схемы, наложенной на видеоциклограм му, имеет вид:

, (3)

где j = 1, 2,…, к - индекс, определяющий номер кадра в видеоциклограмме; к - число кадров Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья в видеофрагменте технического деяния.

Ускорения i-х точек биомеханической системы определяются как 1-ые производные от скорости и также рассчитываются по разностной схеме. Масштабирование, пересчет и соответствие размеров спортсмена, его перемещений, скоростей и ускорений на дисплее монитора с реальными делается в автоматическом режиме с учетом "образца длины".

При выполнении двигательных Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья действий спортсмен сформировывает некое векторное поле скоростей и ускорений. О направленности данных векторных полей можно судить по фронтам векторов скоростей и ускорений особенных, соответствующих точек биомеханической системы (i = 1, 2,…, n). На рис. 3 показаны один из вариантов векторного поля скоростей системы "спортсмен № 1" и его изменение со временем.

3. Динамический анализ биомеханической системы "спортсмен Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья" при помощи МПК "МБ". Техника в каратэ-до определяется последующими чертами: скоростью о.ц.т. системы и скоростями рабочего звена (кулака, стопы и т.д.); силой удара (ударным импульсом силы); кинетичес кой энергией (энергоемкостью) технического деяния.

На рис. 5 представлены графики кинетических энергий выполнения техники "Ой-Дзуки" 4-мя рассматриваемыми спортсменами. Кинетическая Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья энергия системы рассчитывается при нажатии на панели управления позиции "Энергия" и выделении звеньев расчетной модели. При нажатии позиции "Количество движения" - рассчитывается количество движения системы:

(4)

и на рис. 6 представляется в виде графиков , где k - количество кадров в видеофрагменте. На графиках кинетических энергий и количеств движения выделены участки, надлежащие моменту удара Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья (интервалу контакта кулака и мишени).

4. Рассмотрение ударных взаимодействий при помощи МПК "МБ". В качестве меры взаимодей ствия соударяющихся тел в теории удара рассматривают не сами ударные силы, а их импульсы [4]. Импульс силы рассчитывается по аксиоме об изменении количества движения в интегральной форме [1]. Удар рукою состоит из 3-х главных фаз Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья: фазы подготовительного разгона (характеризуется переносной скоростью о.ц.т.); фазы ударного движения (определяется разгоном ударной руки до наибольшей скорости) и потом ударного взаимодей ствия с мишенью (характеризуется временем удара и ударным импульсом). Анализ промера техники "Ой-Дзуки" показал, что продолжительность контакта руки (кулака) с мишенью составляет два-четыре кадра Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья, т.е. 0,08-0,15 с.

Рис. 5. Графики кинетических энергий при выполнении техники "Ой-Дзуки"

Если на систему действуют ударная сила и некая медлительнее изменяющаяся во времени сила (к примеру, сила инерции тела либо силы отталкивания опорной ногой), то их общий импульс за время удара будет равен:

(5).

При 1-ое слагаемое Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья - это ударный импульс, по определению удара он остается неизменным, а 2-ое слагаемое стремится к нулю. На этом основании при исследовании процессов, происходящих при ударе, медлительно меняющиеся, ограниченные по модулю силы не учитываются [1].

Но в реальной спортивной технике при резком торможении биомеханической системы силы инерции и силы отталкивания резко изменяются Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья от максимума к нулю и становятся соизмеримыми с ударным импульсом руки либо ноги, потому они могут значительно изменять общий ударный (приведенный к кулаку) импульс системы. Отсюда мы считаем, что нужно стремиться к тому, чтоб на графике кинетической энергии системы (см. рис. 5) наибольший пик сдвигался как можно далее на право Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья к ударному импульсу руки, а линия движения понижения графика количества движения (фаза торможения системы) была бы как можно круче.

5. Хронограмма технического деяния "Ой-Дзуки". На базе промеров рассматриваемой техники (см. рис. 4) и графиков траекторий движения соответствующих точек (суставов и центров тяжести) системы и их скоростей (см. рис. 3) построена обобщенная хронограмма данного Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья двигательного деяния. Базу техники "Ой-Дзуки" составляет ацикличное локомоторное движение тела, на которое накладываются дополнительные двигательные варианты: опускание о.ц.т. тела; вращение (ротация) тела; встречное ударное движение рук; ударное взаимодействие с мишенью; стабилизация волновых процессов после удара. Каждые двигательные варианты имеют стандартные фазы: разгон, движение с Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья наибольшей скоростью, торможение, амортизация.

6. Сравнительный анализ выполнения техники "Ой-Дзуки" различными спортсменами при помощи МПК "МБ":

1) спортсмены № 1, 3 и 4 в технике "Ой-Дзуки" дополнительно употребляют скручивание и ротацию тела, а спортсмены № 3 и 4 к тому же опускание о.ц.т. Спортсмен № 3 для сотворения динамической реакции отталкивания включает в структуру движения фазу Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья подготовительного подседания. Спортсмен № 2 в момент удара (контакта) поднимает плечо ударной руки и очень поворачивает плечевой пояс вперед, что является ошибкой;

2) графики кинетических энергий на рис. 5 (охарактеризовывают способность биомеханических систем совершать работу) имеют похожую внешнюю форму (очевидно выраженный наибольший всплеск посреди техники, потом начало торможения, переход кинетической энергии движения в потенциальную Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья энергию тела и опять всплеск при относительном ударном движении руки), но отличаются наивысшими значениями и площадью под кривой. Спортсмен № 3 имеет наивысшую площадь под кривой и наибольшее наибольшее значение энергии (Е3,max = 160 дж; Е1,max = 130 дж; Е2, max = 120 дж; Е4, max = 130 дж). Если скопленная возможная энергия тела сходу не реализуется Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья, то она стремительно рассеивается;

3) сопоставление графиков скоростей о.ц.м. спортсменов (рис. 7) показало, что спортсмен № 3 имеет самую большую скорость при разгоне и при торможении. Из-за этого происходит более резвое преодоление расстояния до мишени, что очень принципиально в атаке. Спортсмен № 3 употребляет более длинноватую стойку и находится от Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья мишени далее, чем другие спортсмены, потому время выполнения техники "Ой-Дзуки" у него приблизительно такое же, как у других;

Рис. 6. Графики количества движения

Рис. 7. Сопоставление графиков скоростей о.ц.м. спортсменов № 2 и № 3

Рис. 8. Графики скоростей ОЦТ, плечевого сустава и кулака спортсмена №1

4) на графиках количества движения систем (см. рис. 6) выделены участки, надлежащие ударному взаимодействию Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья. По аксиоме импульсов для биомеханической системы [1, 4] площади выделенных участков равны ударному импульсу. Из хронограммы строения двигательного деяния "Ой-Дзуки" и графиков траекторий и скоростей движения конечностей системы "спортсмен" видно, что в момент начала удара все относительные движения заканчиваются, подвижности в суставах фиксируются (устраняются) система перебегает вроде бы Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья в одно цельное жесткое тело, действующее на мишень.

У спортсменов № 1 и 4 в момент контакта с мишенью (tнач.удара) и в конце ударного взаимодействия (tкон.удара) существенно различается количество движения системы, что делает довольно огромную силу удара. Уменьшение времени контакта руки спортсмена с мишенью при том же импульсе ведет к Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья повышению силы удара;

5) на рис. 8 представлены графики скоростей о.ц.т., правого плечевого сустава и правого кулака спортсмена № 1. Графики отражают переносное локомоторное движение спортсмена (Vо.ц.м.), относительное ротационно-скручивающее движение тела (Vплеч.сустава) и относительное движение кулака (Vкулака). Совмещение и сопоставление графиков наглядно указывает разделение неспешных движений Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья тела и стремительных движений рук, также их ранжированное волнообразное соединение в одну ударную технику (от неспешных к более о.ц.м. резвым). В момент начала удара происходит резкое торможение локомоторного и вращательного движений тела, а скорости руки и кулака имеют наибольшее значение. Эта модель похожа на разогнавшийся автомобиль, который Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья резко затормозил и из которого "все что снутри" стремится вылететь под действием силы инерции.

В рамках статьи ставилась задачка продемонст рировать некие примеры и способности сравнительного исследования, а не проведения глубочайшего сравнительного анализа спортивной техники.

Выводы.

1. Одним из направлений развития и совершенс твования учебной дисциплины "Биомеханика" является применение в Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья учебном процессе мультимедиа информационных технологий. "Погружение" юзера в виртуальную, интерактивную среду области познания "Биомеханика" позволяет усилить гуманитарную направленность данного предмета.

2. Методико-программный комплекс "Мультимедиа биомеханика" обладает довольно большенными способностями организации как качествен ного биомеханического исследования двигательных действий в разных видах спорта, так и сравнительного анализа приобретенных результатов меж собой и Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья с базой данных, что позволяет использовать комплекс при совершенствовании спортивного мастерства, улучшении свойства учебно-тре нировочного процесса и при выполнении УИРС.

3. В статье описана структура МПК "МБ", приводятся примеры проведения биомеханического исследования и сравнительного анализа двигательных действий предметной области "Каратэ-до". Приобретенные при всем этом данные и выводы могут обширно Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья употребляться для формирования личной биомеханики: "Биомеханика каратэ-до".

Перечень литературы

1. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. Том 2. Динамика. - М.: Наука, 1971. - 464 с.

2. Дмитриев О.Б., Ахмедзянов Э.Р., Калинина Е.А. Методико-программный комплекс "Мультимедиа биомеханика" для исследования двигательных действий в восточных Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья единоборствах //Восточные единоборства - воинское искусство, спорт и система оздоровления: Сб. статей по матер. междунар. научн.-практ. конф.,18 - 20 ноября 1998 г. /Под ред. Дмитриева О.Б. - Ижевск: УдГУ, 1998, с. 148 - 155.

3. Дмитриев С.В. Предметная область и теоретические основания антропоцентрической биомеханики //Гуманитаризация образования и гуманизация познания: поиск взаимодействия: Межвузовский сборник научных трудов. - Н Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья. Новгород: Изд-во НГПУ, 1998. с. 97 - 102.

4. Донской Д.Д. Биомеханика с основами спортивной техники. - М.: ФиС, 1971. - 288 с.

5. Коренберг В.Б. Базы высококачественного биомеханического анализа. - М.: ФиС, 1979. - 208 с.

6. Мирошниченко Е.И. Информационная модель экстремального взаимодействия 2-ух биомеханических систем//Теор. и практ. физ. культ., 1998, № 11/12, с. 45 - 54.

7. Роберт И.В. Современные информационные технологии в образовании: дидактические задачи Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий - статья; перспективы использования. - М.: "Школа-Пресс", 1994. - 205 с.

8. Шалманов Ан.А., Донской Д.Д., Шалманов Ал.А. и др. Направления развития биомеханики как учебной дисциплины //Теор. и практ. физ. культ., 1998, № 5, с. 59 - 60.



sovershenstvovanie-upravleniya-gosudarstvennimi-korporaciyami-v-promishlennosti-rossii-08-00-05-ekonomika-i-upravlenie-narodnim-hozyajstvom-ekonomika-organizaciya-i-upravlenie-predpriyatiyami-otraslyami-kompleksami-promishlennost.html
sovershenstvovanie-upravleniya-konkurentosposobnostyu-produkcii-stroitelnih-organizacij-na-lokalnom-rinke-zhilya.html
sovershenstvovanie-upravleniya-zazhiganiem-na-rezhimah-razgona-dvigatelya.html