Информационные технологии в научно-исследовательской и методической работе в сфере физической культуры и спорта

Развитие физической культуры и спорта невозможно представить без использования результатов научно-исследовательской и методической работы [17]. Современные научные исследования вообще, в том числе и в области физической культуры и спорта, имеющие, как правило, междисциплинарный характер, не могут быть успешными без всестороннего информационного обеспечения. Оно предполагает поиск источников наиболее «свежей» и наукоемкой информации, отбор и избирательную оценку этой информации, ее хранение, обеспечивающее должный уровень классификации информации и свободный доступ к ней со стороны потенциальных потребителей, наконец, оперативное представление необходимой информации пользователю по его запросам. Наиболее эффективно эти задачи сегодня решаются с помощью современных информационных и коммуникационных технологий [34, 55, 57].

Так, невозможно представить поиск необходимой научно-технической информации без средств интернета. Для проведения исследований разрабатываются и используются различные программно-аппаратные комплексы и специализированные программы, связанные с изучением различных вопросов физической культуры и спорта. В обработке полученных результатов активно используются статистические программы SPSS, Statistica, Stadia и др. [49, 63], оформление научных и методических работ невозможно без использования текстовых и графических редакторов [ 17, 45].

Отдельным направлением в использовании современных информационных технологий являются биомеханика и моделирование спортивных движений [22, 24-26. 67, 73].

Рассмотрим некоторые вопросы, связанные с использованием указанных технологий в научно-методической деятельности специалистов по физической культуре и спорту.

Одним из мощнейших средств поиска научно-методической информации сегодня стали интернет-технологии, представляющие самое современное инструментальное средство, и всеобъемлюющую информсреду, и, наконец, принципиально новую организационно-методическую инфраструктуру информационного обмена. Именно поэтому эффективное использование средств и возможностей интернет-технологий, как и их изучение, — важнейшая профессиональная необходимость всех участников учебного процесса: руководителей образовательных учреждений, профессоров и преподавателей, лаборантов и методистов, обеспечивающих учебный процесс, а главное, студентов и аспирантов.

При выполнении научных и методических работ большое значение приобретает поиск первоисточников. В России самой большой библиотекой, в которую поступают практически все издаваемые соответствующим образом источники, включая и диссертации, является Российская государственная библиотека, имеющая свой URL-адрес: http://www.rsl.ru. Для предоставления удаленного доступа к электронным диссертациям РГБ с декабря 2003 года открыла программу создания виртуальных читальных залов в библиотеках и других организациях различных регионов России. Информация о наличии таких залов в конкретном регионе представлена на сайте РГБ. Для того чтобы воспользоваться виртуальным читальным залом, пользователю требуется зарегистрироваться в организации, в которой находится этот зал, в качестве виртуального читателя РГБ и работать на определенных компьютерах, пользуясь паролем доступа. В последние годы в РГБ разрабатывается новый сайт «Электронная библиотека диссертаций» (http://diss.rsl.ru). На этом сайте можно ознакомиться практически с любой диссертацией, поступающей в фонды РГБ. Интерес представляет также сайт Государственной научной педагогической библиотеки им. К. Д. Ушинского — http://www.gnpbu.ru.

Важное значение для будущих специалистов (бакалавров, магистров, аспирантов) по физической культуре имеет сайт Центральной отраслевой библиотеки по физической культуре и спорту — http://lib.sportedu.ru, а также научный портал «Теория.ру» — http://www.teoriya.ru.

Одним из обязательных требований Высшей аттестационной комиссии (ВАК) для защиты кандидатских и докторских диссертаций является полнотекстовое размещение авторефератов и диссертаций на сайтах организаций, где предстоит выступление, а на сайте ВАК публикуются соответствующие сообщения https://vak.minobrnauki.gov.ru/main.

В этой связи имеет определенный интерес перечень организаций (вузов и научно-исследовательских институтов), в которых имеются диссертационные советы но научной специальности 13.00.04 — теория и методика физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной и адаптивной физической культуры:

  • • Национальный государственный Университет физической культуры, спорта и здоровья имени П. Ф. Лесгафта — http://www.lesgaft.spb.ru;
  • • Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена — http://www.herzen.spb.ru;
  • • Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК) — http://www.sportedu.ru/modules/start;
  • • Московская государственная академия физической культуры — http://mgafk.ru;
  • • Всероссийский научно-исследовательский институт физической культуры и спорта (ВНИИФК) — http://www.vniifk.ru;
  • • Тюменский государственный университет — http://www.utmn.ru;
  • • Кубанский государственный университет физической культуры спорта и туризма — http://www.kgafk.ru;
  • • Сибирский государственный университет физической культуры и спорта — http://www.sibsport.ru;
  • • Уральский государственный университет физической культуры -http://www.uralgufk.ru;
  • • Поволжская государственная академия физической культуры, спорта и туризма — http://sportacadcm.ru;
  • • Смоленская государственная академия физической культуры, спорта и туризма — http://www.sgafkst.ru.

Кроме полнотекстовых версий авторефератов и диссертаций на этих сайтах можно посмотреть отзывы на них, результаты голосования и т.д.

Согласно требованиям ВАК при защите кандидатских и докторских диссертаций результаты исследований обязательно должны быть опубликованы в рецензируемых научных журналах, перечень которых регулярно размещается на сайте ВАК — https://vak.minobrnauki.gov.ru/main («Теория и практика физической культуры», «Физическая культура: воспитание, образование, тренировка», «Физическая культура в школе», «Вестник спортивной пауки»).

При написании выпускных квалификационных работ полезными могут быть следующие сайты:

  • • рефераты, курсовые и дипломные работы — https://allbest.ru/;
  • • портал для аспирантов — http://www.aspirantura.spb.ru;
  • • интернет-журнал «Аспирант-соискатель» — http://www.sputnikplus.ru/ Aspirant_i_soiskatel;
  • • сайт академика А. М. Новикова — http://www.anovikov.ru.

Важное значение в научно-исследовательской деятельности сегодня приобретает математико-статистическая обработка полученных результатов, где средства современных информационных технологий позволяют автоматизированно обрабатывать большие массивы экспериментальных данных и представлять информацию не только в количественных характеристиках, но и графически [49].

На современном рынке программных средств появилось достаточно много пакетов для статистической обработки данных. Все эти программы можно подразделить на профессиональные, полупрофессиональные (популярные) и специализированные. Профессиональные пакеты программ имеют большое количество методов анализа, популярные пакеты — количество функций, достаточное для универсального применения. Специализированные же пакеты ориентированы на какую-либо узкую область анализа. Поэтому рассмотрим основные характеристики некоторых известных программных пакетов для статистической обработки результатов исследований.

MS Excel. Одним из наиболее доступных систем для статистического анализа полученных результатов является приложение MS Excel из пакета офисных программ компании Microsoft (MS Office).

В принципе MS Excel является электронной таблицей с достаточно мощными математическими возможностями, где некоторые статистические функции представляют дополнительные встроенные формулы, не позволяющие в полном объеме производить математико-статистическую обработку полученных результатов педагогического исследования. В этой связи данное приложение хорошо подходит для накопления полученных данных, промежуточного их преобразования, построения некоторых видов диаграмм.

STATISTICA. Данная программа задумывалась как полная статистическая система для пользователей персональных компьютеров. Система состоит из ряда модулей, работающих независимо. К таким модулям относятся: «Основные статистики и таблицы», «Непараметрическая статистика», «Дисперсионный анализ», «Множественная регрессия», «Нелинейное оценивание», «Анализ временных рядов и прогнозирование», «Кластерный анализ». «Факторный анализ», «Дискриминантный функциональный анализ», «Анализ длительностей жизни», «Каноническая корреляция», «Многомерное шкалирование», «Моделирование структурными уравнениями» и др. Каждый модуль включает определенный класс процедур. Графики строятся как из общего меню, так и из подменю процедур, что значительно облегчает начинающим выбор адекватного графического представления данных.

Российское представительство компании (http://www.statsoft.ru/) предлагает полностью русифицированную версию программы. Сайт компании содержит много информации по статистической обработке данных, электронный учебник на русском языке (http://www.statsoft.ru/home/textbook/default.htm). Сам пакет Statistica описан в нескольких книгах.

Программный пакет Statistica относится к одной из наиболее простых для неподготовленного пользователя систем, с наименьшим периодом овладения ее возможностями и удачным набором графических возможностей. Однако следует помнить о том, что это лицензионная программа и ее приобретение и установка требует вложения определенных финансовых средств.

SPSS. Это самый часто используемый пакет статистической обработки данных с более тридцатилетней историей (http://www.spss.com). Программа отличается гибкостью, мощностью, применим для всех видов статистических расчетов, используемых в педагогических исследованиях. Существует русскоязычное представительство компании (http://www.spss.ni), которое предлагает полностью русифицированную версию SPSS 12.02 для Windows. Появились учебники на русском языке, позволяющие шаг за шагом освоить возможности SPSS, репетитор по статистике на русском языке, помогающий в выборе нужной статистической или графической процедуры для конкретных данных и задач, а также справка по SPSS Base и SPSS Tables, иллюстрированный самоучитель но SPSS (http://www.datuapstrade.lv/rus/spss/).

В настоящее время SPSS включает большое количество статистических процедур, возможности по манипуляции данными и создания графиков. Большинство опций доступно из меню и диалоговых окон, что выгодно отличает SPSS. Вместе с тем SPSS уступает ряду других статистических систем по некоторым параметрам, например, многие дополнительные модули (нейросетевого моделирования, дендрологического моделирования и др.) существуют в виде отдельных программных продуктов, которые интегрируются в систему благодаря стараниям пользователя (и не могут вызываться в прямом виде из командного процессора). Различные модули могу г дават ь результаты в несовместимом формате (корреляционные матрицы, полученные при помощи модуля «продукт моментной корреляции и ранговой корреляции», имеют разный формат, формат ранговой матрицы не распознается процедурой факторного анализа и др.).

STATGRAPHICS + (PLUS). Довольно мощная статистическая программа, содержит более 250 статистических функций. Последнюю версию можно получить на сайте http://www.statgraphics.com. Есть возможность скачать демоверсию. Данная программа была разработана для персональных компьютеров, работающих под управлением MS DOS. В отличие от SPSS она открыла перед пользователями систему меню, четкую графику высокого разрешения, большие возможности по экспорту графических изображений в сочетании с достаточно полным набором статистических алгоритмов. Однако на компьютерах, оснащенных операционной системой Windows, Statgraphics уступил свои позиции в качестве «статистической системы № 1 для начинающих» пакету Statistica.

Вместе с тем до сих пор Statgraphics сохраняет свою приверженность ориентировке на начинающих пользователей в сочетании с мощными возможностями по визуализации. Следует отмстить, что структура Statgraphics достаточно сильно отличается от таковой в Statistica и SPSS. Процедуры в данной программе сгруппированы по типам анализа, а нс особенностям алгоритмов. Так, пункты меню носят следующие названия: «Сравнить», «Проанализировать связи», «Описать», что значительно облегчает выбор нужных процедур. При этом методики параметрической и нспарамстричсской статистик обычно находятся в одном пункте меню и могут быть использованы при просмотре опций данного типа анализа. После каждого анализа идет краткий комментарий к полученной информации и даются предложения по использованию дополнительных методик.

STADIA. Универсальный российский статистический пакет STADIA за 12 лет существования и развития стал аналитическим инструментом для многих тысяч пользователей в различных областях науки, техники, планирования, управления, производства, сельского хозяйства, экономики, бизнеса, маркетинга, образования, медицины и др. По своим базовым возможностям сопоставим с наиболее известными западными статистическими пакетами. Отличается познаваемостью и простотой пользования применительно к отечественной аудитории. К положительным качествам программы можно отнести русскоязычный интерфейс и наличие книг, описывающих работу данного инструментария. Со страницы сайта (https://allsoft.ru/software/vendors/npo-informatika-i-kompyutery/universalnyy-statisticheskiy-paket-stadia/) можно взять демоверсию программы, ознакомиться с ее возможностями.

AtteStat. Программа анализа данных предназначена для профессиональной статистической обработки данных в различных областях деятельности. Она выполнена в виде надстройки к популярным электронным таблицам MS Excel под управлением операционной системы Microsft Windows. Конструктивно про-1рамма состоит из функционально независимых модулей, объединенных общим интегратором. Пр01рамма корректно работает в интерфейсе электронных таблиц MS Excel, не замедляет быстродействие компьютерной системы в процессе работы, нс требует никаких настроек и нс конфликтует с другими установленными программами. Ес выгодно отличает компактное и легко интегрируемое представление результатов анализа. Скачать описание демоверсии программы можно с сайта: http://kazus.ru/programs/viewdownloaddetails/kz_0/lid_6393.html. В интернете доступны многие ресурсы, посвященные статистической обработке данных. Одним из них является статистический портал, созданный при содействии В. П. Боровикова, автора книг по программному пакету Statistica 100

(http://statsoft.ru/resources/books.php). Российское представительство StatSoft Inc предлагает па своем сайте бесплатный электронный учебник по статистике, который призван помочь разобраться с основными понятиями статистики и более полно представить диапазон применения статистических методов. Из ресурсов интернета заслуживает внимания сайт с пятилеткой историей «Биометрика» (http://www.biometrica.tomsk.ru).

Весьма удобным вариантом для студентов является возможность обрабатывать некоторые статистические данные с помощью интернет-сайтов, на которых предлагаются программы, позволяющие производить автоматический расчет отдельных критериев достоверности различий и рангового коэффициента корреляции, что значительно облегчает процедуру математико-статистической обработки результатов исследований. К таким программам относятся: расчет t-критерия Стьюдента для несвязанных и связанных выборок (http://www.psychol-ok.ru/statistics/student/; расчет Т-критерия Вилкоксона для связанных выборок (http://www.psychol-ok.ru/statistics/wilcoxon/); расчет U-критерия Манна — Уитни (http://www.psychol-ok.ru/statistics/mann-whitney/); расчет критерия хи-квадрат Пирсона (http://www.psychol-ok.ru/statistics/pearson/); расчет <р-критерия углового преобразования Фишера (http://www.psychol-ok.ru/statistics/fisher/); расчет коэффициента ранговой корреляции Спирмена (http://www.psychol-ok.ru/statistics/spearman/). Поэтому рассмотрим методику использования данных расчетов на конкретных примерах.

Большие возможности современные информационные технологии представляют в биомеханическом анализе спортивных движений и их моделировании. Благодаря современным программно-аппаратным комплексам сегодня процесс анализа происходит автоматически, начиная от ввода информации с помощью беспроводных датчиков и скоростных видеокамер, заканчивая конкретными графическими представлениями характера двигательного действия.

Однако на первых этапах биомеханического анализа весьма трудоемким и сложным процессом оказалась первичная обработка данных, особенно это касалось биомеханического анализа двигательных действий. Задачу ускорения вычислений сумели решить в середине 1970-х гг. специалисты проблемной лаборатории ГЦОЛИФКа под руководством В. М. Зациорского. Разработанный ими программно-аппаратный комплекс позволял автоматически вводить данные в ЭВМ, рассчитывать основные биомеханические характеристики движений спортсмена, строить модель движения человека и выводить полученные данные на печать. Для большинства специалистов того времени подобные работы представляли почти непостижимый уровень организации исследований.

Реализация подобных программно-аппаратных комплексов в области физической культуры и спорта на основе современных информационных технологий стала осуществляться только в последнее десятилетие XX века. В этом плане представляет интерес работа, выполненная Н. Г. Сучилиным, Л. Я. Арка-свым и В. С. Савельевым на примере биомеханического анализа упражнений спортивной гимнастики. Как отмечают авторы, результат в спорте при прочих равных условиях является следствием реализации спортсменом той или иной техники, характеризующейся изменением положения тела и (или) его частей во времени и в пространстве. С естественнонаучной и педагогической точки зрения важными параметрами системы «Спортсмен» являются биомеханические характеристики его движений.

Чтобы проанализировать технику с целью повышения эффективности процесса ее формирования и совершенствования, необходимо зарегистрировать, измерить и изучить параметры техники выполняемого двигательного действия, а также осуществить передачу полученных данных в компьютер. Для решения этих задач авторы применяли видеометод с использованием ре-трофлексивных маркеров и датчиков инфракрасного излучения, прикрепляемых к опорным точкам тела спортсмена, что позволило осуществить их автоматическую оцифровку как непосредственно в процессе движения, так и сразу после его окончания. В работе использована видеоанализирующая система, состоящая из видеокамеры Sharp Saticon Color с форматом пленки VHS, видеомагнитофона Panasonic NV-L25, видеомонитора Con (57 см) и персонального компьютера IBM PC-АТ с 386-м процессором, графическим адаптером SVGA и стандартной периферией.

В работе А. Н. Фураева описывается автоматизированная система контроля за биомеханическими характеристиками техники движений спортсменов, которая выявляет до 20 различных ошибок в технике движений тяжелоатлетов и дает методические рекомендации по их устранению непосредственно во время тренировки. Эксперимент, проведенный с использованием данной системы, показал, что за одну тренировку количество технических ошибок при выполнении тяжелоатлетических упражнений уменьшается в два раза.

На кафедре гимнастики Удмуртского государственного университета О. Б. Дмитриевым, Э. Р. Ахмсдзяновым и Е. А. Калининой подготовлена программа «Мультимедиа-биомеханика» (рис. 1.82).

Она предназначена для изучения техники ударных действий в каратэ-до и компьютерного биомеханического анализа при проведении учебных занятий и учебно-исследовательской работы по курсу биомеханики.

Экран программы «Мультимедиа-биомеханика»

Рис. 1.82. Экран программы «Мультимедиа-биомеханика».

Основные функциональные зоны и кнопки: 1 — главное меню программы; 2 — кнопка открытия файлов (видеофайлов или файлов с данными); 3 — кнопка сохранения файлов; 4 — блок кнопок проигрывателя видеофайлов; 5 — кнопка печати текущей картинки на принтере; 6 — кнопка настройки параметров принтера; 7— кнопка открытия формы для заполнения личных данных спортсмена; 8 — кнопка открытия базы данных; 9 — кнопка увеличения размера изображения (при отображении видеоциклограммы или графиков); 10 — кнопка уменьшения размера изображения; 11 — кнопка включения видеорежима; 12 — кнопка включения режима видеоциклограммы; 13 — кнопка включения режима просмотра графиков; 14 — кнопка выбора начального кадра технического действия; 15 — кнопка перехода к начальному кадру технического действия; 16 — кнопка воспроизведения выделенной части видеофайла; 17— кнопка перехода к конечному кадру технического действия; 18 — кнопка выбора начального кадра технического действия; 79 полоса прокрутки видеофайла; 20 кнопка установки обычного масштаба изображения; 21 — кнопка установки масштаба двукратного увеличения изображения; 22 — кнопка удаления видеофайла из выбранной позиции; 23 — кнопка включения объединенного управления просмотром видеофайлов; 24 панель выбора номеров позиций, в которые загружаются видеофайлы;

25 — зона просмотра видеофрагментов (одновременно до четырех)

Исходным материалом для биомеханического исследования двигательных действий служит видеозапись движения, которая с помощью платы видеоввода представляется в цифровом виде. При этом условия съемки, качество видеозаписи и процедура оцифровки напрямую влияют на результаты структурного анализа спортсмена как биомеханической структуры.

Структурный анализ биомеханической системы в программе выполняется в полуавтоматическом режиме: с помощью курсора мыши производится выделение суставов и других характерных точек на всех кадрах видеофрагментов технических действий. После задания координат этих точек становятся воз-103

можными просмотр и анализ видеоциклограммы двигательного действия в автоматическом режиме, что позволяет определить траектории движения, скорости и ускорение звеньев тела, строить графики кинематических энергий и т.д. (рис. 1.83, 1.84). При этом на экране монитора могут быть представлены одновременно четыре спортсмена (см. рис. 1.82).

Траектории движения суставов и векторы скоростей на разреженной видеоциклограмме

Рис. 1.83. Траектории движения суставов и векторы скоростей на разреженной видеоциклограмме

Графики кинетических энергий ударов четырех спортсменов

Рис. 1.84. Графики кинетических энергий ударов четырех спортсменов

Съемка одной камерой дает возможность определить только двумерные координаты, однако, по мнению Д. А. Романова, А. И. Мацко и В. В. Лысенко, применение специального алгоритма позволяет найти и третьи координаты характерных точек кинематической системы. Данная разработка была внедрена в программный комплекс Athlete tutor, созданный в Кубанской государственной академии физической культуры. Данный комплекс представляет собой обучающую систему по толканию ядра, которая моделирует процесс обучения. Она состоит из трех частей: информационно-тестирующей, расчетпо-модели-рующей и анализирующей.

Информационно-тсстирующая часть системы предоставляет пользователю теоретические сведения по биомеханике толкания ядра и возможность тестирования по теоретическому материалу. Тестирование включает в себя как теоретические, так и практические вопросы.

В функции расчетно-моделирующей части системы входит расчет техники двигательных действий по толканию ядра на основе знания индивидуальных антропометрических данных спортсмена и его скоростно-силовых возможностей. Определение кинематических параметров двигательных действий обучаемого осуществляется путем обработки результатов видеоанализа движений отдельных частей тела спортсмена. Кроме того, пользователь имеет возможность задать кинематические параметры движений, отличные от расчетного варианта. Это позволяет сравнить рассчитанный программой вариант техники двигательных действий с пользовательским вариантом.

Оценка спортивного результата производится как на основе рассчитанной программы техники движений спортсмена, так и на основе введенной техники.

Анализирующая часть системы — программа трехмерного видеоанализа движений спортсмена — осуществляет биомеханический анализ техники двигательных действий обучаемого. Выходные данные программы видеоанализа служат входными данными для расчстно-модслирующсй части, осуществляющей также сравнение реальных биомеханических параметров двигательных действий спортсмена с рассчитанными.

С точки зрения биомеханического анализа двигательных действий по различным видам спорта большое значение приобретают современные оптико-электронные методы их измерения и анализа. По мнению В.А. Кашубы, технология биомеханического видеокомпьютерного анализа включает в себя проведение съемки со стандартной видеокамерой с частотой 25 (формат PAL) или 30 кадров в секунду (формат NTSC) либо специализированной видеокамерой с частотой от 200 до 1 млн кадров в секунду и обработку полученных видеограмм с помощью программного обеспечения (рис. 1.85 и 1.86).

В зависимости от числа используемых камер, которые работают синхро-низированно, биомеханический анализ можно осуществлять как в одной, так и в двух-трех плоскостях. Однако системы, предоставляющие возможность проведения количественного биомеханического анализа, работают не со стандартным, а со специализированным и весьма дорогостоящим видеооборудованием. В настоящее время рынок видеокомпьютерных систем представляют многие зарубежные производители: Peak Performance Inc (Италия), Savvy Knowledge Systems Corp (Канада), Simi (Германия), Dartfish (Швейцария) и ряд других. Описанию этих систем посвящен ряд web-страниц: www.dartfish.com; www.noraxon.com;www.wige-data.de;www.simi.com;www.videomotion.ru и др.

Скоростные видеокамеры для съемки

Рис. 1.85. Скоростные видеокамеры для съемки

Программно-аппаратный комплекс видеоаналича

Рис. 1.86. Программно-аппаратный комплекс видеоаналича

Исследование по компьютерному моделированию первоначально также было связано с биомеханикой физических упражнений и спорта, однако в дальнейшем сфера использования компьютерного моделирования значительно расширилась. Появление современных информационных технологий и специализированных программных средств, таких, как «Нейронные сети», Mathcad, Mathematica и др., позволяют сегодня более эффективно решать задачи, связанные с математическим и компьютерным моделированием [19, 24—26, 73].

Так, например, в работе М. П. Шестакова [73] теоретически и экспериментально обоснован методологический подход к совершенствованию техники выполнения спортивных упражнений. В его основе лежит компьютерное моделирование. На базе нового подхода выявлены и описаны действия основных биомеханизмов в легкоатлетических прыжках с использованием нейронных сетей, а также построены модели, имитирующие процесс технической тренировки. В результате исследования решена задача моделирования процесса перевода биомеханической системы из заданного состояния в конечное состояние посредством саморазвития модели.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >