Учебно-методический комплекс 1 страница

Дисциплина «Биомеханика»

Блок дисциплин (ОПД.Ф)

Специальность 032101 Физическая культура и спорт

Факультет Физической культуры и спорта

Форма обучения (очная, заочная)

Сыктывкар 2008

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сыктывкарский государственный университет»

Факультет физической культуры и спорта

Кафедра физиологии спорта и физической реабилитации

УТВЕРЖДЕНО

на заседании учебно-методической

комиссии факультета

20 ноября 2008 г.

Протокол № 5

Председатель УМК

С.А.Соколов___________________

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Дисциплины "Биомеханика"

Блок дисциплин (ОПД.Ф)

Специальность 032101 Физическая культура и спорт

Факультет Физической культуры и спорта

Форма обучения (очная, заочная)

Семестр (5 ДО, 7 ОЗО)

Всего учебных занятий - 78 часов

В том числе:

Аудиторных 68 (10) часов, из них

Лекций - 20 (10) часов

Практических – 16 часов

Лабораторных – 32 часов

Самостоятельных - 50 (90) часов

Контроль – 2 (1) контрольные работы

Итоговый контроль – экзамен

Сыктывкар 2008

ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ

И УТВЕРЖДЕНИЯ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ

Рабочая программа составлена на основании ГОС ВПО и учебного плана специальности "Физическая культура и спорт" 032101

Составитель рабочей программы

Профессор кафедры __________________ Москалев Алексей Александрович

Рабочая программа рассмотрена и одобрена

на заседании кафедры Физиологии спорта и физической реабилитации

Протокол заседания № от " " ноября 2008 г.

и.о.зав. кафедрой

профессор_______________________Москалев Алексей Александрович
Пояснительная записка

Цель курса - ознакомить студентов с биомеханическими основами строе­нии двигательного аппарата человека, принципами его управления, особенно­стями и разновидностями физических упражнений как средства оздоровитель­ной физической культуры и спортивной тренировки.

Задачи курса. Раскрыть сложность строения двигательных действий че­ловека, которая обусловлена особенностью строения его двигательного аппара­та, системы управления движениями, подчинением движений законам не толь­ко механики, \ю и биологии, а также произвольной обусловленностью движе­нии. Овладение студентами профессионально-педагогическими умениями и на­выками самостоятельного научного обоснования техники соревновательных и тренировочных упражнений и умелое их использование во время практических занятий с обучаемыми.

Место курса в профессиональной подготовке выпускника. Введение учебного курса «Биомеханика» обусловлено решением важнейшей задачи изу­чения закономерностей строения, формирования и совершенствования двига­тельных действий, используемых в качестве физических упражнений при физи­ческом воспитании и спортивной тренировки. С практической точки зрения биомеханика позволяет найти ответы на главные вопросы педагогики в сфере физической культуры и спорта - чему и как учить?

Для понимания сущности двигательных действий человека и сложности управления ими недостаточно знать основные законы механики и способы описания внешней картины движения, необходимо учитывать закономерности физических явлений, биологической сущности взаимодействия организма с окру­жающей средой. Именно поэтому изучение данного курса тесно связано с та­кими дисциплинами, как динамическая анатомия, механика, физиология, психофизиология, теория управления функциональными системами и многими другими науками.

ТРЕБОВАНИЯ К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ СПЕЦИАЛИСТА ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 032101 ФИЗИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА И СПОРТ

Биомеханика как учебная и научная дисциплина. Направления развития биомеханики как науки. Теоретические основы управления двигательными действиями человека. Двигательный аппарат человека, соединение звеньев и степени свободы, биомеханика мышц. Двигательные качества спортсмена, факторы определяющие проявление двигательных качеств и биомеханические требования к их воспитанию. Сохранение положения тела человека и движения на мест, циклические и ациклические локомоции. Механизмы создания и управления вращательными движениями; биомеханика бросков и метаний; основные показатели спортивно-технического мастерства; особенности двигательных возможностей человека.

Требования куровню освоения содержания курса. В результате изуче­ния биомеханики студент должен знать основные понятия и методы исследова­ния, научиться разбираться в сложности двигательных актов и понимать меха­низмы их организации, познакомиться с различными подходами к биомехани­ческому обоснованию техники физических упражнений и уметь применять их на практике.

Особенностями данного курса являются вычисления и экспериментальные подтверждения биомеханического обоснования двигательных действий, что требует от студента знаний технологии измерения, математического анализа и моделирования, с использованием компьютерных программ.

Особое место в овладении данным курсом отводится самостоятельной ра­боте студентов, которая предполагает выполнение расчетно-графических работ, подготовку рефератов, участие в студенческих научных кружках кафедр. Обос­нование спортивной техники в конкретном виде спорта рекомендуется прово­дить (на занятиях по спортивным дисциплинам, в период педагогической и тренерской практики) более углубленно с использованием знаний по биомеха­нике спорта. Важное внимание должно быть обращено на: подбор упражнений для совершенствования двигательных качеств и овладения техникой спортив­ных упражнений; оценку их исполнения и разбор ошибок; анализ нарушений осанки учащихся и применение корригирующих упражнений; особенности со­временной спортивной техники; привитие учащимся интереса к биомеханиче­скому обоснованию физических упражнений.

Основные знания, умения и навыки формируются в процессе обучения и контролируются после изучения определенного раздела курса «Биомехани­ка». В ходе итоговой аттестации проверяются те элементы подготовки студен­тов, которые предполагают владение следующими знаниями и видами деятельности.

• владение знанием основного предмета биомеханики, системой представ­лений о принципах управления и организации движениями человека;

• знание механических свойств опорно-двигательного аппарата, двига­тельных действий в кинематических цепях, а так же основных методов биомеханических исследований;

• системное представление о биомеханике различных видов движений че­ловека и их кинематических, динамических и энергетических характери­стиках;

• знание биомеханических особенностей вращательных, ударных, локомо­торных, перемещающих движений;

• умение применять количественные методы оценки эффективности физических упражнений и знание ее зависимости от множества внутренних и внешних факторов;

• знание современных технологий обоснования рациональной техники движения и совершенствования спортивно-технического мастерства и тренировочных упражнений;

• умение использовать разные информационные системы и владение на­выками систематизации учебно-методической и научной информации по биомеханике.

В соответствии с учебным планом специальности 022300 - Физическая культура и спорт студенты очной формы обучения изучение курса «Биомеха­ника» проходят и течение 5-го семестра со сдачей экзамена; студенты заочной формы обучения сдают экзамен в 7-ом семестре. Основные требования к теку­щим зачетам и аттестации включают сдачу рефератов и контрольных работ, а также расчетно-графических работ по темам лабораторного практикума; экза­мен предполагает обязательное выполнение зачетных требований и знание тео­ретических разделов биомеханики.

II. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ВИДАМ РАБОТЫ

1. Очное отделение

Наименование разделов и тем курса	Количество часов
	Всего	Лекции	Семинарские занятия	Лабораторный практикум	Контрольная работа	Самостоятельная работа
Раздел. Общая биомеханика
Тема 1. Введение (предмет и история биомеханики)
Тема 2. Биомеханические аспекты управления движениями человека
Тема 3. Характеристика двигательной системы
Тема 4. Методы исследования в биоме­ханике
Тема 5. Биокинематика и биодинамика движений человека
Тема 6. Общая биомеханика позы, осан­ки и движения
Раздел. Частная биомеханика
Тема 7. Биомеханика стартовых дейст­вий
Тема 8. Движения вокруг осей
Тема 9. Локомоторные движения
Тема 10. Ударные движения
Тема 11. Приспособляемость двигатель­ной системы
Тема 12. Двигательные функции и воз­раст						б
Всего:

2. Заочное отделение

Наименование разделов и тем курса	Количество часов
	Всего	Лекции	Контрольная работа	Самостоятельная работа
Раздел. Общая биомеханика
Тема 1. Введение (предмет и история биомеханики)
Тема 2. Биомеханические аспекты управления дви­жениями человека
ТемаЗ. Характеристика двигательной системы
Тема 4. Методы исследования в биомеханике
Тема 5. Биокинематика и биодинамика движений человека
Тема 6. Общая биомеханика позы, осанки и движе­ния
Раздел. Частная биомеханика
Тема 7. Биомеханика стартовых действий	б
Тема 8. Движения вокруг осей	б
Тема 9. Локомоторные движения
Тема 10. Ударные движения
Тема 11. Приспособляемость двигательной системы
Тема 12. Двигательные функции и возраст
Всего:

III. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

Темы и их краткое содержание

Раздел 1. ОБЩАЯ БИОМЕХАНИКА

1. ВВЕДЕНИЕ

Теоретический раздел. Биомеханика как наука и учебная дисциплина. Механические явления в живых системах. Понятия о формах движения материи. Особенности механического движения человека. Структура движения как основной предмет биомеханики. Задачи общей и частной биомеханики. Прикладная биомеханика. Предмет и задачи биомеханики в спорте, физическом воспитании и реабилитации. Основные этапы развития биомеханики. Связи биомеханики с другими науками.

Самостоятельная работа. Возникновение биомеханики как науки - Аристотель, Леонардо да Винчи, Джовани Альфонсо Борелли, Е. Майбридж, Э. Марей, В. Брауне и О. Фишер, братья В. И Э. Вебер и др. Роль фотографии, как основного метода исследования в биомеханике. Возникновение и развитие отечественной биомеханики - И.М. Сеченов, И.П. Павлов, А.А. Ухтомский, П.Ф. Лесгафт, Н.А. Бернштейн и др. Современное состояние биомеханики. Направления развития биомеханики в свете современных представлений о механизмах движения (Донской Д.Д., Ратов И.П., Бальсевич Б.Ч., Энока P.M., Герасименко Ю.П. и др.)

Основные знания и умения. Студент должен знать основной предмет биомеханики, задачи биомеханики при спортивной тренировке и прикладные ее аспекты в трудовой деятельности человека, а также современное значение биомеханики в практике физической реабилитации. Уметь различать понятия структура движения, механизмы и причины возникновения движения.

2. БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ ЧЕЛОВЕКА

Теоретический раздел. Основные понятия теории управления кибернетическими системами. Состав функциональной системы и принципы ее работы. Уровни реализации программы движения. Способы организации управления в самоуправляемых системах: программный способ управления; каналы прямой и обратной связи; незамкнутые и замкнутые контуры управления; передача информации по каналам связи.

Теория Н.А. Бернштейна о многоуровневой системе управления движением. Проблема соотношения механики и биологии. Движение человека как взаимодействие с окружающей средой. Важность понимания того, что «живое движение избирательно реагирует, закономерно эволюционирует и инволюционирует» (Н.А. Бернштейн). Понятия о макро- и микродвижениях. Система движений. Понятие о двигательной задаче как психической основе действий. Механизмы сенсорных коррекций движения. Принцип обучения - «повторение без повторения». Связь моторных и висцеральных функций. Современные представления о спинальных механизмах реализации движения.

Самостоятельная работа. Биомеханические аспекты управления мышечной активностью. Биомеханическое понимание координации движения. Понятия о внутри- и межмышечной координации движения. Механизмы произвольных и автономных движений. Разновидности сенсорных потоков информации и их значение в обеспечении точности и эффективности двигательного действия. Роль системного понимания движения в обучении, коррекции и реабилитации.

Основные знания и умения. Студент должен знать основные принципы управления движением человека и понимать роль единства потоков афферентной и эфферентной информации в обучении новым движениям, и их совершенствования. Уметь грамотно ставить цель управления движением и составлять программу действия.

3. ХАРАКТЕРИСИТИКА ДВИГАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Теоретический раздел. Тело человека как многозвенная система. Единая система синовиального сустава. Механические свойства скелета (сжатие, растяжение, изгиб, кручение). Статические и динамические упражнения и их влияние на изменение деформации скелета. Роль мягких тканей в изменении подвижности суставов и деформации. Понятие о кинематической паре и кинематической цепи. Открытые и закрытые (замкнутые) кинематические цепи. Степени свободы кинематических цепей. Влияние поверхностей внутри сустава на его подвижность. Характеристика пассивной и активной подвижности в суставах. Кости как рычаги: рычаги первого и второго рода. Упруго-вязкие свойства мышц. Условия проявления силы мышц. Действие мышц в кинематической цепи. Групповые действия мышц (агонисты, синергисты, антагонисты). Геометрия масс тела человека. Массы и моменты инерции звеньев тела человека. Понятие об общем и частном центрах масс тела. Центр объема и центр поверхности тела.

Лабораторный практикум. Схематическое отображение открытых и замкнутых кинематических цепей; рычагов первого и второго рода на примере опорно-двигательного аппарата человека. Определение частных центров тяжести сегментов тела человека. Графическое определение общего центра тяжести (ОЦТ) тела человека. Использование аналитического метода для расчета ОЦТ.

Самостоятельная работа. Оси, плоскости и размах движений. Значение мягких тканей (суставных сумок, связок, мышц) в ограничении движения. Изменение момента силы тяги мышца в зависимости от утла ее приложения к рычагу. Механизмы передаточного действия мышц и центра тяжести тела. Механизмы сопутствующих движений в отдаленных суставах.

Основные знания, умения и навыки. Требуется знать механические свойства скелета, мягких тканей и мышц; понятия и законы движения в кинематической паре и цепи. Уметь определять количество степеней свободы в кинематических цепях и обладать навыками определения частных центров тяжести и общего центра масса тела (графическим и аналитическим методами).

4. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В БИОМЕХАНИКЕ

Теоретический раздел. Методологические основы изучения двигательных действий человека. Понятие о двигательном действии, умении и навыке. Роль и место биомеханики в их изучении. «Статическая» и «динамическая» биомеханика. Методы качественного биомеханического анализа. Системно-структурный подход и метод биомеханического обоснования спортивной техники. Система движений, ее состав и структура. Методы механо-математического моделирования движений человека. Эволюция моделей тела человека. Прямая и обратная задачи механики. Метод определения биомеханизмов двигательных действий. Этапы создания теоретических (умозрительных и математических) моделей опорно-двигательного аппарата человека. Инструментальные методики исследования движений: механо-электрические, оптические и оптико-электронные системы, электрофизиологические.

Лабораторный практикум. Качественное описание структуры произвольных движений и поз человека. Использование кинограммы для регистрации механических характеристик движения. Электромиографическая характеристика внутренней структуры движения. Регистрация изменений суставных углов с помощью гониометра. Измерение силовых характеристик с использованием динамометрических и тензометрических систем.

Самостоятельная работа. Метрологические принципы определения добротных методов исследования в биомеханике. Сущность методов исследования движения: гониометрия, акселерометрия, спидометрия, динамометрия, тензометрия, стабилометрия. Назначение биомеханического анализа движения с помощью фото- и киносъемки, видеосъемки, телевизионных систем, лазерных устройств. Качественный и количественный анализ внутренней структуры движения с использованием методов многоканальной интерференционной электромиографии и электроэнцефалографии. Методы комплексной биомеханической оценки движения человека. Биомеханические характеристики силы, скоростных качеств и выносливости.

Основные знания, умения и навыки. Студент должен знать основные биомеханические методы исследования движения. Уметь определять суставные углы, биокинематику разных звеньев тела, частные центры тяжести и их пере мещения. Владеть навыками качественного и количественного анализа движения.

5. БИОКИНЕМАТИКА И БИОДИНАМИКА ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА

Теоретический раздел. Кинематические характеристики тела и его перемещения, как мера положения и движения человека в пространстве и во времени. Основные характеристики кинематики - пространственные, временные и пространственно-временные. Общие представления о пути, перемещении тела, времени, темпе, ритме, скорость и ускорении движения тела и его сегментов. Поступательные и вращательные движения. Линейные и угловые характеристики движения тела. Относительность движения, сложные движения. Координаты и траектории движений на плоскости и в пространстве. Описание движения тела человека и его звеньев во времени и пространстве.

Роль сил в движениях человека. «Силы внешние» как меры действия внешних тел, среды и опоры на тело человека. Силы инерции внешних тел, силы упругой деформации, силы тяжести и веса тела, силы реакции опоры. «Силы внутренние» как мера взаимодействия частей тела и тканей тела человека. Силы в пассивных элементах двигательного аппарата человека. Силы внутри-брюшного давления. Особенности взаимодействия внутренних и внешних сил. Экспериментальные и аналитические способы определения внутренних сил.

Фракция полной механической энергии. Совершение работы и ее силы: работа силы, работа силы тяжести тела, работа силы трения. Работа перемещения: внутренняя и внешняя работа, вертикальная и продольная работа. Положительная и отрицательная работа, энергетические характеристики работы. Потенциальная и кинетическая энергия, законы их взаимной трансформации.

Двигательные качества спортсмена, факторы определяющие проявление двигательных качеств и биомеханические требования к их воспитанию. Основные показатели спортивно-технического мастерства

Лабораторный практикум. Определение временных характеристик спортивного движения. Составление промера движения по киноматериалам, построение графиков движения точек тела и их траекторий относительно разных систем отсчета. Вычисление моментов инерции тела человека в фиксированной позе по фотографии. Исследование силовых характеристик прыжковых движений по материалам тензометрии.

Самостоятельная работа. Характеристика мгновенной скорости (линейная, угловая). Инерционные динамические характеристики (масса тела, сила инерции, момент инерции тела). Сила тяжести тела на разной плоскости. Разложение сил. Количество движения как мера поступательного движения. Сила действия среды, сила упругой деформации. Характеристика сил трения, скольжения и качения. Оценка эффективности приложения сил. Экономия механической энергии: обмен энергии, переход энергии от звена к звену, использование потенциальной энергии упругой деформации мышц и сухожилий. Методы измерения работы и энергии при движениях человека.

Основные знания, умения и навыки. Знать основные кинематические, динамические и энергетические характеристики движения человека. Уметь описывать траекторию линейного и вращательного движения тела и его звеньев. Владеть навыками количественного определения биомеханической эффективности движения.

6. ОБЩАЯ БИОМЕХАНИКА ПОЗЫ, ОСАНКИ И ДВИЖЕНИЯ

Теоретический раздел. Положение тела человека (место, ориентация и поза). Силы возмущающие и уравновешивающие (их источники и действие). Условия равновесия тела человека (система тел) и показатели устойчивости. Биодинамика осанки статической и динамической.

Движения на месте как изменения позы без перемены опоры. Условия движения на месте, сохранение равновесия и места опоры. Силы при отталкивании от опоры (силы давления, силы реакции). Разложение сил реакции опоры при отталкивании (вертикальная, горизонтальная составляющие реакции опоры). Механизмы подготовки к отталкиванию (махи, подседание, перемещение общего центра тяжести тела - ОЦТ). Использование упругих сил при отталкивании, их механизм. Использование реактивных сил маха при отталкивании от опоры. Зависимость опорной реакции от точки приземления относительно проекции и направления движения ОЦТ тела. Действие сил, изменяющих траекторию движения.

Лабораторный практикум. Исследование и оценка статической позы спортсмена. Исследование и оценка динамических поз спортсмена. Биомеханический анализ движений на месте. Исследование разложения сил при опорной реакции (в прыжках, беге по прямой и на вираже и др.).

Самостоятельная работа. Биомеханика нарушения и восстановление правильной осанки. Характеристика циклических и ациклических движений. Движущие и тормозящие силы. Структура движения. Структура как проявление взаимодействия. Двигательная структура движения (взаимосвязи кинематических и динамических структур). Внешняя и внутренняя картина движения. Принцип нервизма как основа понимания структуры движения. Информационная структура движения (сенсорная, психологическая, эффекторная). Ритмическая, фазовая и координационная структуры движения. Обобщенная структура движения.

Основные знания и умения. Студент должен знать биомеханические механизмы обеспечения равновесия тела человека и основные законы опорных реакций (разложение сил) при движении. Уметь различать преодолевающие и уступающие движения при опоре, а также взаимодействия опоры, опорных и подвижных звеньев тела.

Раздел 2. ЧАСТНАЯ БИОМЕХАНИКА

7. БИОМЕХАНИКА СТАРТОВЫХ ДЕЙСТВИЙ

Теоретический раздел. Общая задача стартового движения. Возникновение стартовой силы. Положение тела человека и его звеньев до начала стартового движения. Значение перемещения общего центра тяжести тела книзу-вперед. Постановка ног на опору при старте. Особенности положения тела и его звеньев при низком и высоком старте. Положение тела при старте в плавании. Разложение сил при разных стартовых действиях. Источники вертикальной и горизонтальной составляющих сил реакции опоры. Механизм, вызывающий поступательное ускорение общего центра тяжести тела при стартовом движении. Биомеханическая роль маховых движений при стартовом действии.

Лабораторный практикум. Исследование разложения сил при низком и высоком старте в легкой атлетике. Исследование стартовых действий в спортивном плавании. Описание траектории перемещения ОЦТ при маховых движениях.

Самостоятельная работа. Определение результирующей силы при стартовом действии. Механизм усиления силы трения об опору. Роль заднего толчка в стартовом действии. Значение таких средств как стартовые колодки, шипы на легкоатлетических туфлях, лыжной мази и др., для увеличения стартовой силы. Общность механизмов отталкивания и амортизации в наземных локомоциях и в стартовых движениях.

Основные знания, умения и навыки. Необходимо знать биомеханику стартовых действий, уметь вычленять главные элементы техники старта и владеть навыками обучения этому действию с учетом индивидуальных особенностей физического развития человека.

8. ДВИЖЕНИЯ ВОКРУГ ОСЕЙ

Теоретический раздел. Понятие о вращательном движении. Движение звеньев в суставе. Зависимость углового ускорения звена от моментов внешних для него сил и его собственного момента инерции. Управляющие мышечные моменты сил. Вращение биомеханической системы без опоры и при опоре. Закон сохранения кинетического момента. Особенности его проявления в незамкнутой системе. Взаимодействие тела человека с опорой как причина изменения движения вокруг осей. Основные способы управления движениями вокруг осей: приложение внешней силы, изменение радиуса инерции, активное создание момента внешней силы, группирование и разгруппирование тела, встречные круговые движения конечностями и изгибания туловища. Сложение вращательного и поступательного движений. Мгновенная ось вращения.

Лабораторный практикум. Оценка биомеханических условий реализации мышечных сил, вычисленных в одном суставе. Расчет вращающего (результирующего) момента сил относительно сустава. Исследование кинематических и динамических характеристик при обороте на перекладине.

Самостоятельная работа. Механизмы начального вращения тела: использование внутренних и внешних сил. Механизм накопления потенциальной энергии при вращении тела вокруг закрепленной оси. Трансформация потенциальной в кинетическую энергию при вращательных движениях. Влияние приближения масс тела к оси вращения на момент инерции. Роль центростремительной и центробежной сил в изменении направления вращательного движения. Особенности момента силы тяжести в торможении и ускорении вращения. Роль маховых движений в наращивании скорости вращения.

Основные знания, умения и навыки. Студент должен знать основные биомеханические закономерности, обусловливающие вращательные движения и уметь распознавать причины возникновения ошибок. Владеть навыками расчета траектории, скорости, ускорения, радиуса вращения, момента инерции тела и его сегментов при вращательных движениях.

Дата добавления: 2015-05-09