Для того чтобы воспользоваться данной функцией,
необходимо войти или зарегистрироваться.

Закрыть

Войти или зарегистрироваться

Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Войти как пользователь:
Войти как пользователь
Вы можете войти на сайт, если вы зарегистрированы на одном из этих сервисов:

Оглавление

Спортивная метрология

В физической культуре и спорте существует такая самостоятельная дисциплина, как спортивная метрология. Метрологическое обеспечение – это применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и точности измерений в физическом воспитании и спорте.
 
Так, за эталон длины принят метр, и, приводя измерения, мы узнаём, сколько метров, например, содержится в результате, показанном спортсменом, в прыжке в длину, в толкании ядра и т. д. Точно так же можно измерить время движений, мощность, развиваемую при их выполнении, и т. п.
 
Исторический очерк
 
Различные виды соревнований и состязаний сопровождали человека на всем протяжении истории. Анализ литературных источников позволяет говорить о том, что различные методы нормирования и регламентации, в том числе и стандартизация, сопровождают физическую культуру и спорт с момента их зарождения и организационного оформления.

Существуют предметы и строения, говорящие о том, что на территории Китая существовала деятельность, подходящая под современное определение спорта, уже за 4000 лет до нашей эры. В Китае, в годы правления династии Чу (1122-249 г.г. до нашей эры) юноши, призванные в армию, должны были пройти испытания на выносливость и способность поднимать большие тяжести.

В Древнем Египте воины для определения победителя в силе также использовали каменные или железные снаряды. Для того, чтобы судейство было справедливым, необходимо было сделать так, чтобы эти отягощения были примерно одинаковыми по весу.

Изображения и предметы в гробницах фараонов также говорят о том, что разные виды спортивной активности были развиты уже несколько тысячелетий назад, среди них можно отметить плавание и борьба. На территории Древней Персии взяли своё начало такие виды спорта, как поло и состязания конных рыцарей на копьях.  Такие состязания также требовали решения ряда метрологических вопросов.

Чтобы можно было мерить, должны предварительно развиться понятие о единицах времени, пространства и веса и о состоящем из равных частей целом, т. е. о числах и числовой системе. Для этого природа представляет следующие точки опоры: для времени — периодическое появление солнца и луны, т. е. сутки и месяц; для пространства — длину человеческой ступни, которую легче измерить, чем руку; для тяжести — тот груз, который человек может взвешивать вытянутой вперед рукой, или вес.

В качестве первых мер применяли различные части тела (рука, нога, ступня). Они всегда находились «под рукой», были доступны и понятны. «Человек - мера всех вещей» отмечал ученик Демокрита Протагор. Оставляя в стороне философский смысл этого утверждения, обратимся к реальным мерам длины.

В Египте, Древнем Риме, Вавилоне использовали палец (1 палец=18,75 мм), ладонь (1 ладонь=4 пальца), рука (1 рука=5 пальцев), локоть (1 локоть=28 пальцев), стадия (1 стадия у римлян=185 м, у вавилонян=194 м), у греков и египтян=190 м).

В Египте в качестве меры длины при строительстве и торговле применяли локоть, равный расстоянию от кончика среднего пальца до локтя (приблизительно 525 мм). В храме был установлен «черный гранит» в качестве эталона длины в один локоть, на котором было написано «на вечные времена».

В Библии упоминается развитая система измерения пространственных размеров и объемов: Перст; Ладонь; Пядень или Пядь; Локоть; Сажень или Трость. «Локоть», по мнению экспертов, равен 483.9 мм. Найденный в Египте образец «египетского локтя» равен 484.2 мм. Согласно Библейскому словарю Э. Нюстрема [538. с.245], египетский «царский локоть»  равен 523,5 мм. Вавилонский локоть составляет приблизительно 525 мм.

Однако наиболее наглядно необходимость  стандартизации и метрологии была осознана с возникновением Олимпийских игр. В Древней Греции, колыбели европейской цивилизации, существовало большое разнообразие видов спорта. Наибольшее развитие получили различные виды борьбы, бег, метание дисков и состязания на колесницах.

В Библии неоднократно упоминается о «стадии» - самой большой единице меры длины у древних греков. (Иоан. 6:19. «Проплывши около двадцати пяти или тридцати стадий, они увидели Иисуса, идущего по морю и приближающегося к лодке, и испугались»). Восемь таких стадий составляли римскую милю.

От этого слова происходит и понятие «Стадио?н» (греч. στ?διον, «ристалище») — сооружение для спортивных целей. Именно эта мера была заложена в пропорции первых стадионов (192,27 м). Самый первый известный стадион находился в Олимпии (Греция). Согласно одной из легенд, не кто иной, как Геракл собственными стопами отмерил дистанцию для бега, равную длине 600 своих стоп. Более прозаическая, но более достоверная версия гласит, что стадий (или стадия) равнялся отрезку пути, который проходил человек по прямой линии, навстречу восходящему солнцу от появления его первого луча до восхода полного диска солнца на горизонте, то есть примерно за две минуты пути.
   
Часто измеряли большие расстояния отрезком пути, который человек проходил за час, за день, за неделю. Так, миля (сокращенное от "милиа пасум") – это расстояние в тысячу шагов римских легионеров, марширующих в строю. В Риме эталоны длины хранили в городских управлениях, по ним делали измерительные линейки.

Затем миля, как мера расстояния, была введена указом короля Генриха I в 1101г. Аналогичные меры были и у других народов. Так, старинная грамота свидетельствует: «Печенегия отстояла от Хазар на пять дней пути, от Алан на шесть дней, от Руси на один день». Часто можно было услышать: «во все стороны на бычий рев», «не подпускать на пушечный выстрел», «на выстрел стрелы».

В России употреблялись такие меры, как вершок, локоть, аршин, сажень – все это производные от различных частей человеческого тела. Во многих англоязычных странах многие из этих эталонов живут и поныне. Мало кто помнит, что «фут» - ничто иное, как длина ступни Карла Великого, а «ярд» - расстояние от кончика носа до кончиков пальцев вытянутой руки короля Генриха I Английского.

Во многих странах в качестве мер длины до сих пор применяют дюйм (от голландского «дюйм» - большой палец, т.е. длина сустава большого пальца или длина трех ячменных зерен, вынутых из средней части колоса и составленных в одну линию).

Известно, что в понятии «мера» проявляется синтез количества и качества любой системы. Для измерения процессов в системе «природа—общество—человек» разными науками предложены различные меры — «длина», «время», «масса», «энергия», «давление», «температура», «деньги», различные «безразмерные» показатели: «байт», «доля», «процент» и т.д.

Понятие «стандартизация» тесно связано с понятием «измерения», или с метрологией.
Слово "метрология" в переводе с древнегреческого означает "наука об измерениях" (метрон — мера, логос — слово, наука). Основной задачей общей метрологии является обеспечение единства и точности измерений. Спортивная метрология как научная дисциплина представляет собой часть общей метрологии.

Развитие науки и техники всегда было связано с прогрессом в области измерений. В физике, механике и других точных науках именно измерения позволяли достоверно устанавливать зависимости, отражающие объективные законы природы. Вместе с тем, и в ряде других наук, таких как физиология, медицина, биомеханика, педагогика и др., измерения являются также одним из основных способов познания закономерностей функционирования биологических объектов, систем организма человека и т.д. Большое значение измерений для науки подчеркивали многие ученые: "Измеряй все доступное измерению и делай доступным все недоступное ему." (Г. Галилей); "Наука начинается с тех пор, как начинает измерять, точная наука немыслима без меры." (Д.И. Менделеев); "Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить." (ельвин).

В настоящее время все более широкое применение измерений отмечается в спортивной науке и практике. При этом используются почти все существующие виды и методы измерений (радиоэлектронные, оптоэлектронные, биофизические, биохимические, ультразвуковые, лазерные и др.). Эти многочисленные средства и методы измерений широко используются для решения самых разнообразных задач комплексного контроля и управления процессом подготовки спортсменов высокой квалификации, а также занимающихся массовыми формами физического воспитания и профессионально-прикладной физической подготовкой.

Показанные различия особенностей свойств измеряемых объектов должны иметь свое отражение в технологиях измерений, причем следует учитывать, что наибольшая достоверность в спортивных измерениях присуща не усредненным значениям измеренных показателей, а лишь тем, которые отражают проявления максимальной реализации потенциальных возможностей человека.

Отсюда вытекают задачи спортивной метрологии:
  • Разработка новых средств и методов измерений.
  • Регистрация изменений в состоянии занимающихся под влиянием различных физических нагрузок.
  • Сбор массовых данных, формирование систем оценок и норм.
  • Обработка полученных результатов измерений с целью организации эффективного контроля и управления учебно-тренировочным процессом.
Для более достоверных измерений в специально создаваемых условиях измерительно-информационной среды необходим учет характерных условий измерений, осуществляемых на основе проявлений двигательной деятельности живых объектов:
  • при физиологических измерений необходимо соблюдать принцип комплексности измерений, предполагающий совмещение во времени процессов измерения биомеханических, медико-биологических и других параметров спортсмена, осуществляемых во время выполнения им тренировочных или соревновательных упражнений;
  • существует принципиальное различие между измерениями параметров подготовленности спортсменов и измерениями физических параметров в различных областях техники, которое заключается в том, что в технике измерение в большинстве случаев может быть повторено при тех же условиях многократно, а в спорте измерение параметров двигательного акта можно повторить в одних и тех же условиях один-два раза, затем на результат измерений (тестирования) начинают влиять усталость, врабатываемость, мотивация, изменение концентрации внимания, нестабильность исходной позы и другие факторы;
  • необходимость совмещения процесса измерения параметров двигательного акта с процессом их коррекции, который может быть реализован только в искусственных условиях;
  • показано, что объективность и достоверность измерений можно обеспечить только в условиях искусственной измерительно-информационной среды, которая реализуется посредством тренажерно - измерительных стендов, оснащенных специальными техническими средствами формирования двигательных актов (действий) с запланированным результатом (в том числе рекордным), а также комплексом средств измерений параметров двигательных действий и их синхронной коррекции;
  • сформулированы основные отличия концептуально-теоретического аппарата спортивно-педагогических измерений от положенной теории измерений, сложившихся в производственной практике и технике;
  • показано, что если традиционные приемы технических измерений ориентированы на оперирование значениями тех измеряемых величин, которые остаются неизменными по своей физической природе, то сама суть спортивных измерений заключается в оценке переменных значений двигательной деятельности живых объектов, характерными чертами которых является зависимость от изменений функционального состояния.
В настоящее время обоснованы метрологические требования к измерительным процедурам, техническим средствам измерений и обработки споритвной информации в реальных условиях тренировочной и соревновательной деятельности. Предложена рациональная структура, обоснованы принципы построения и методические приемы использования стационарных и передвижных тренажерно - измерительных стендов и комплексов, унифицированных по видам и группам видов спорта.

Так, в частности, обоснованы и внедрены в практику комплексы измерительных средств стационарного размещения на тренировочных базах сборных команд Москвы (легкая атлетика, тяжелая атлетика, гимнастика, плавание). При этом показаны преимущества комплексности измерений, предполагающей совмещение во времени процессов измерения биомеханических, медико-биологических и других параметров, осуществляемых во время выполнения тренировочных упражнений и тестирующих процедур.

В физическом воспитании и спорте, помимо обеспечения измерения физических величин, таких как длина, масса и т.д., подлежат измерению педагогические, психологические, биологические и социальные показатели.. Методикой их измерений общая метрология не занимается и, поэтому, были разработаны специальные измерения, результаты которых всесторонне характеризуют подготовленность физкультурников и спортсменов.

Использование методов математической статистики в спортивной метрологии дало возможность получить более точное представление об измеряемых объектах, сравнить их и оценить результаты измерений. В практике физического воспитания и спорта проводят измерения в процессе систематического контроля (фр. проверка чего-либо), в ходе которого регистрируются различные показатели соревновательной и тренировочной деятельности, а также состояние спортсменов. Такой контроль называют комплексным.

Это дает возможность установить причинно-следственные связи между нагрузками и результатами в соревнованиях, а после сопоставления и анализа разработать программу и план подготовки спортсменов. Таким образом, предметом спортивной метрологии является комплексный контроль в физическом воспитании и спорте и использование его результатов в планировании подготовки спортсменов и физкультурников. Систематический контроль за спортсменами позволяет определить меру их стабильности и учитывать возможные погрешности измерений.

Используемые термины и определения:

Измерением (в широком смысле слова) называют установление соответствия между изучаемыми явлениями, с одной стороны, и числами, с другой.
Чтобы результаты разных измерений можно было сравнивать друг с другом, они должны быть выражены в одних и тех же единицах. В 1960 г. на Международной генеральной конференции по мерам и весам была принята Международная система единиц, получившая сокращенное название СИ.

Основные единицы. СИ в настоящее время включает семь независимых друг от друга основных единиц, из которых в качестве производных выводят единицы остальных физических величин. Производные единицы определяются на основе формул, связывающих между собой физические величины.

Например, единица длины (метр) и единица времени (секунда) — основные единицы, а единица скорости (метр за секунду [м/с]) — производная. Совокупность выбранных основных и образованных с их помощью производных единиц для одной или нескольких областей измерения называется системой единиц (табл. 1).
 

Таблица 1: Основные единицы СИ

 
Величина Размерность Единица
Название Обозначение
Русское Международное
Длина L Метр м m
Масса M Килограмм кг kg
Время T Секунда с S
Сила эл. тока I Ампер А A
Температура q Кельвин К K
Кол-во вещ-ва N Моль моль mol
Сила света G Канделла Кд cd
 
 
Для образования кратных и дольных единиц должны использоваться специальные приставки (табл. 2).
 

Таблица 2: Множители и приставки

 
Множители Приставка  
1 000 000=106 Мега М
1 000=103 Кило к
100=102 Гекто Г
10=101 Дека Д
0,1=10-1 деци d
0,01=10-2 санти c
0,001=10-3 милли m
0,000 001=10-6 микро m
 
Все производные величины имеют свои размерности.

Размерностью называется выражение, связывающее производную величину с основными величинами системы при коэффициенте пропорциональности, равном единице. Например, размерность скорости равна  , а размерность ускорения равна 
Никакое измерение не может быть выполнено абсолютно точно. Результат измерения неизбежно содержит погрешность, величина которой тем меньше, чем точнее метод измерения и измерительный прибор.

Основная погрешность — это погрешность метода измерения или измерительного прибора, которая имеет место в нормальных условиях их применения.

Дополнительная погрешность — это погрешность измерительного прибора, вызванная отклонением условий его работы от нормальных.

Величина D А=А-А0, равная разности между показанием измерительного прибора (А) и истинным значением измеряемой величины (А0), называется абсолютной погрешностью измерения. Она измеряется в тех же единицах, что и сама измеряемая величина.

Относительная погрешность — это отношение абсолютной погрешности к значению измеряемой величины:

В тех случаях, когда оценивается не погрешность измерения, а погрешность измерительного прибора, за максимальное значение измеряемой величины принимают предельное значение шкалы прибора. В таком понимании наибольшее допустимое значение D Па, выраженное в процентах, определяет в нормальных условиях работы класс точности измерительного прибора.

Систематической называется погрешность, величина которой не меняется от измерения к измерению. В силу этой своей особенности систематическая погрешность часто может быть предсказана заранее или в крайнем случае обнаружена и устранена по окончании процесса измерения.

Тарированием (от нем. tarieren) называется проверка показаний измерительных приборов путем сравнения с показаниями образцовых значений мер (эталонов* ) во всем диапазоне возможных значений измеряемой величины.

Калибровкой называется определение погрешностей или поправка для совокупности мер (например, набора динамометров). И при тарировании, и при калибровке к входу измерительной системы вместо спортсмена подключается источник эталонного сигнала известной величины. Например, тарируя установку для измерения усилий, на тензометрической платформе поочередно помещают грузы весом 10, 20, 30 и т.д. килограммов.

Рандомизацией (от англ. random — случайный) называется превращение систематической погрешности в случайную. Этот прием направлен на устранение неизвестных систематических погрешностей. По методу рандомизации измерение изучаемой величины производится несколько раз. При этом измерения организуют так, чтобы постоянный фактор, влияющий на их результат, действовал в каждом случае по-разному. Скажем, при исследовании физической работоспособности можно рекомендовать измерять ее многократно, всякий раз меняя способ задания нагрузки. По окончании всех измерений их результаты усредняются по правилам математической статистики.

Случайные погрешности возникают под действием разнообразных факторов, которые ни предсказать заранее, ни точно учесть не удается.

Шкала наименований (номинальная шкала)

Это самая простая из всех шкал. В ней числа выполняют роль ярлыков и служат для обнаружения и различения изучаемых объектов (например, нумерация игроков футбольной команды). Числа, составляющие шкалу наименований, разрешается менять местами. В этой шкале нет отношений типа "больше — меньше", поэтому некоторые полагают, что применение шкалы наименований не стоит считать измерением. При использовании шкалы наименований могут проводится только некоторые математические операции. Например, ее числа нельзя складывать и вычитать, но можно подсчитывать, сколько раз (как часто) встречается то или иное число.

Шкала порядка

Есть виды спорта, где результат спортсмена определяется только местом, занятым на соревнованиях (например, единоборства). После таких соревнований ясно, кто из спортсменов сильнее, а кто слабее. Но насколько сильнее или слабее, сказать нельзя. Если три спортсмена заняли соответственно первое, второе и третье места, то каковы их различия в спортивном мастерстве, остается неясным: второй спортсмен может быть почти равен первому, а может быть существенно слабее его и быть почти одинаковым с третьим. Места, занимаемые в шкале порядка, называются рангами, а сама шкала называется ранговой или неметрической. В такой шкале составляющие ее числа упорядочены по рангам (т.е. занимаемым местам), но интервалы между ними точно измерить нельзя. В отличие от шкалы наименований шкала порядка позволяет не только установить факт равенства или неравенства измеряемых объектов, но и определить характер неравенства в виде суждений: "больше — меньше", "лучше — хуже" и т.п.
С помощью шкал порядка можно измерять качественные, не имеющие строгой количественной меры, показатели. Особенно широко эти шкалы используются в гуманитарных науках: педагогике, психологии, социологии. К рангам шкалы порядка можно применять большее число математических операций, чем к числам шкалы наименований.

Шкала интервалов

Это такая шкала, в которой числа не только упорядочены по рангам, но и разделены определенными интервалами. Особенность, отличающая ее от описываемой дальше шкалы отношений, состоит в том, что нулевая точка выбирается произвольно. Примерами могут быть календарное время (начало летоисчисления в разных календарях устанавливалось по случайным причинам), суставной угол (угол в локтевом суставе при полном разгибании предплечья может приниматься равным либо нулю, либо 180о), температура, потенциальная энергия поднятого груза, потенциал электрического поля и др.
Результаты измерений по шкале интервалов можно обрабатывать всеми математическими методами, кроме вычисления отношений. Данные шкалы интервалов дают ответ на вопрос "на сколько больше?", но не позволяют утверждать, что одно значение измеренной величины во столько-то раз больше или меньше другого. Например, если температура повысилась с 10о до 20о по Цельсию, то нельзя сказать, что стало в два раза теплее.
 

Таблица 3: Шкалы измерений

 
Шкала
Основные операции
Допустимые математические процедуры Примеры
Наименований Установление равенства Число случаев,
Мода,
Корреляция случайных событий
(тетра- и полихорические коэффициенты корреляции)
Нумерация спортсменов в команде,
Результаты жеребьевки
Порядка Установление соотношений "больше" или "меньше" Медиана,
Ранговая корреляция,
Ранговые критерии,
Проверка гипотез непараметриче-
ской статистикой
Место, занятое на соревнованиях,
Результаты ранжирования
спортсменов группой экспертов
Интервалов Установление равенства интервалов Все методы статистики кроме
определения отношений
Календарные даты (время)
Суставной угол
Температура тела
Отношений Установление равенства отношений Все методы статистики Длина, сила, масса, скорость и т.п.
 
Шкала отношений

Эта шкала отличается от шкалы интервалов только тем, что в ней строго определено положение нулевой точки. Благодаря этому шкала отношений не накладывает никаких ограничений на математический аппарат, используемый для обработки результатов наблюдений.
В спорте по шкале отношений измеряют расстояние, силу, скорость и десятки других переменных. По шкале отношений измеряют и те величины, которые образуются как разности чисел, отсчитанных по шкале интервалов. Так, календарное время отсчитывается по шкале интервалов, а интервалы времени — по шкале отношений.
При использовании шкалы отношений (и только в этом случае!) измерение какой-либо величины сводится к экспериментальному определению отношения этой величины к другой подобной, принятой за единицу. Измеряя длину прыжка, мы узнаем во сколько раз эта длина больше длины другого тела, принятого за единицу длины (метровой линейки в частном случае); взвешивая штангу, определяем отношение ее массы к массе другого тела — единичной гири "килограмма" и т.п. Если ограничиться только применением шкал отношений, то можно дать другое (более узкое, частное) определение измерению: измерить какую-либо величину — значит найти опытным путем ее отношение к соответствующей единице измерения.

В таблице 3 приведены сводные сведения о шкалах измерения.

Но не только такие измерения приходится выполнять в спортивной практике. Очень часто нужно оценить выразительность исполнения упражнений в фигурном катании или художественной гимнастике, сложность движений прыгунов в воду, утомление марафонцев, тактическое мастерство футболистов и фехтовальщиков. Здесь узаконенных эталонов нет, но именно эти измерения во многих видах спорта наиболее информативны. В этом случае измерением будет называться установление соответствия между изучаемыми явлениями, с одной стороны, и числами - с другой.

Внедрение научно-технического прогресса в физическое воспитание и спорт начинается с комплексного контроля. Информация, получаемая здесь, служит основой для всех последующих действий тренеров, научных и административных работников. Тысячи тренеров и специалистов, оценивающих какие-либо показатели (например, выносливость бегунов-спринтеров или эффективность техники боксёров), должны это делать одинаково.

При совершенствовании спортивной техники, мы за эталонную технику выбираем техническое выполнение упражнения выдающимся спортсменом (часто за эталон берут технику мирового рекордсмена). При этом большое значение имеет не внешняя картина перемещений атлета, а внутреннее содержание движения (усилия, приложенные к опоре или снаряду). Поэтому спортивный результат во многом зависит от того, как точно мы копируем усилия, скорость изменения усилий, что в свою очередь зависит от способностей наших анализаторов воспринимать и оценивать эти параметры.

В связи с тем, что точность аппаратурной регистрации различных биомеханических параметров значительно превышает разрешающую способность наших анализаторов, появляется возможность использовать приборы, как дополнение к нашим органам чувств.

Слово тест в переводе с английского означает "проба" или "испытание". Впервые этот термин появился в научной литературе в конце прошлого века, а широкое распространение получил после опубликования в 1912 г. американским психологом Э.Торндайком работы по применению теории тестов в педагогике.

В спортивной метрологии тестом называют измерение или испытание, проводимое с целью определения состояния или характеристик спортсмена, которое удовлетворяет следующим специальным метрологическим требованиям:
  1. Стандартизованность — соблюдение комплекса мер, правил и требований к тесту, т.е. процедура и условия проведения тестов должны быть одинаковыми во всех случаях использования их. Все тесты стараются унифицировать и стандартизировать.
  2. Информативность — это свойство теста отражать то качество системы (например, спортсмена), для которого он используется.
  3. Надежность теста — степень совпадения результатов при повторном тестировании одних и тех же людей в одинаковых условиях.
  4. Наличие системы оценок.
Использование стандартизации и метрологии в сфере подготовки спортсменов обещает ряд преимуществ, поскольку:
  • обеспечивает широту внедрения инновационных принципов в практику контроля, диагностики и управления учебно-тренировочным процессом;
  • гарантирует обязательность следования этим принципам, так как стандарт имеет юридическую силу;
  • стандартизация предъявляет особые требования к точности, достоверности, надежности и объективности сбора и обработки данных и обоснованности их использования в каждом конкретном случае при подготовке спортсменов.