Свойства функциональной системы

Как и всякая живая система, спортсмен является сложным объектом измерения. Основными измеряемыми и контролируемыми параметрами спортсмена на разных этапах тренировки являются морфофизиологические, биохимические, психологические, технико-тактические характеристики и физические качества (выносливость, быстрота, сила, гибкость и ловкость). Планирование и проведение измерений всех этих параметров должно основываться на знании некоторых свойств функциональной системы, к числу которой относится организм спортсмена. Основными свойствами живой системы являются: изменчивость, подвижность, нелинейность, адаптивность, неполная наблюдаемость, многомерность.

Изменчивость – непостоянство переменных величин, характеризующих состояние спортсмена и его деятельность. Все показатели спортсмена (физиологические, морфометрические, биомеханические, энергетические, психофизиологические и т. п.) изменяются во времени. Это делает необходимым проведение многократных измерений с последующей обработкой их результатов методами вариационной статистики. Например, для получения наиболее объективных результатов тестирования в прыжках в длину с места необходимо провести несколько попыток, из которых рассчитывается средняя арифметическая величина.

Подвижность – подчинённость функций организма хронобиологическим закономерностям, т. е. биоритмам. Это проявляется, например, в изменении суточной кривой физической работоспособности; смещении биоритма функций организма спортсмена при его перемещении (самолетом или поездом) в другой временной пояс. Данное свойство важно учитывать, в частности, при планировании повторных (динамических) исследований, соблюдая единое время суток проведения измерений.

Нелинейность – особенность живой системы нелинейно отвечать на раздражители. В частности, с увеличением мышечной нагрузки физиологические функции организма спортсмена изменяются неадекватно её нарастанию, гетерохронно и гетерогенно. Отсюда, во-первых, постоянное увеличение объёма и интенсивности тренировочных нагрузок не может давать положительный тренировочный эффект, вызывая перенапряжение функций; во-вторых, при тестовых физических нагрузках даже с постоянной мощностью необходимо проводить динамические измерения тех или иных функций, поскольку их активация не будет линейна функции времени и мощности.

Адаптивность – свойство организма человека приспосабливаться (адаптироваться) к изменяющимся условиям окружающей среды. При этом организм не приспосабливается к экстремальным факторам среды. Адаптивность лежит в основе повышения тренированности организма в результате суммации срочных тренировочных эффектов, а также в повышении устойчивости организма к относительно низким, высоким температурам среды, гипобарической (высокогорной) гипоксии и эмоциональным напряжениям. Однако эффекты адаптации иногда усложняют получение объективной информации о состоянии спортсмена. Например, организм быстро приспосабливается к непредельным тестам, в результате чего мы получаем сведения не о фактических изменениях функций (работоспособности, сенсомоторных реакций и т. п.) под влиянием мышечных нагрузок или других воздействий, а об эффекте адаптации к данному тесту. Так, часто создаётся ложное представление о динамике изменения общей физической работоспособности в микроциклах, когда она оценивается с интервалом несколько дней или чаще с помощью теста PWC170. Учитывая данное свойство биологической системы, при динамических измерениях необходимо либо увеличивать интервал между повторными тестированиями, либо использовать предельные или около предельные тесты, к которым нет приспособления, либо видоизменять процедуру тестирования (замещение гомогенными тестами).

Неполная наблюдаемость, или квалитативность, проявляется в отсутствии точной количественной меры измерения. Так, практически все физические качества (сила, быстрота, ловкость, работоспособность), техническая и тактическая подготовленность, красота исполнительского мастерства, психологические свойства личности спортсмена и другие факторы обеспечения спортивного результата не имеют своей единицы измерения, и, значит, не могут быть измерены как-либо точно. На практике для измерения этих качеств используются косвенные показатели. Ровно так же, как мы до сих пор измеряем и оцениваем деятельность мозга и сердца по биоэлектрической активности. Поэтому для оценки одного и того же качества спортсмена требуется прибегать к ряду косвенных признаков и тестов, и только на их основе более или менее можно делать соответствующие заключения.

Многомерность – большое число переменных, характеризующих состояние системы (выходные) и изменяющих её состояние (входные). В качестве выходных переменных состояния тренированности спортсмена, в общем представлении, могут выступать физическая, техническая, тактическая, психологическая и теоретическая подготовленности и их составляющие. При детальном же рассмотрении, например, выносливости обнаруживаются разные её проявления – общая, специальная, силовая, статическая, скоростная и другие.

Понятно, чем большее число качественно разных переменных измеряется, тем полнее будет оценка разносторонности состояния спортсмена и возможность более эффективного управления данной системой. Однако при большом количестве численных значений и фактов возникают трудности в интерпретации данных, поэтому одной из задач спортивной метрологии является стремление уменьшить число измеряемых переменных за счёт тщательного «отбора» из их общего массива существенных переменных.

Шкалы измерений

Существует множество определений «измерения», несколько отличающихся друг от друга в зависимости от точки зрения исследователя. Общим для всех определений является следующее: измерение есть приписывание чисел вещам в соответствии с определёнными правилами. Измерить рост человека – значит приписать число расстоянию между макушкой головы и подошвой ног, найденному с помощью линейки. Измерение коэффициента интеллектуальности студента – это присвоение числа характеру ответной реакции, возникающей у него на группу типовых задач. Измерение преобразовывает определённые свойства наших восприятий в известные, легко поддающиеся обработке вещи, называемые числами. Каким безынтересным был бы мир, если бы мы не измеряли! Разве не полезно физику знать, что сталь плавится при высокой температуре, а путешественнику, что Сочи – это «город, вытянутый вдоль побережья Чёрного моря»? Известно, какую важную роль играет измерение в физиологических, педагогических и психологических исследованиях в спорте.

В спортивной практике наибольшее распространение получили четыре шкалы измерений: шкала наименований, шкала порядка, шкала интервалов, шкала отношений. Каждая из них специфична, имеет своё практическое приложение, способ и принцип измерения, свой набор математических процедур.

Шкала наименований (номинальные измерения). Номинальное измерение – присвоение обозначения или обозначений. Схема классификации видов в биологии – примеры номинальных измерений. В медико-биологических науках часто кодируют «пол», обозначая индивидов женского рода нулем, а мужского – единицей.

Числа, которые мы присваиваем в номинальном измерении, обладают всеми свойствами любых других чисел. Мы может складывать их, вычитать, делить или просто сравнивать. Но если процесс присвоения чисел предметам представлял собой номинальное измерение, то наши действия с величиной, порядком и прочими свойствами чисел вообще не будут иметь никакого смысла по отношению к самим предметам, поскольку мы не интересовались величиной, порядком и другими свойствами чисел, когда присваивали их. При номинальных измерениях используется исключительно та особенность чисел, что 1 отличается от 2 или 4 и что если предмет А имеет 1, а предмет В – 4, то А и В различаются в отношении измеряемого свойства. Отсюда вовсе не следует, что в «В» содержится больше свойства, чем в «А».

каждым спортсменом за период соревнования (тайма, матча и т. п.).

Шкала порядка называется ранговой, или неметрической. Шкала измерения может не иметь одинаковых интервалов между рангами. Она позволяет установить равенство или неравенство измеряемых объектов, а также определить характер неравенства в виде суждений: «больше-меньше», «лучше-хуже» и т. п. С помощь шкалы порядка можно измерять не только количественные, но и качественные показатели в баллах. Наибольшее распространение эти шкалы получили в педагогике, психологии, социологии.

В спортивной практике шкала порядка применяется для установления занятого места в соревнованиях, при оценке физической подготовленности, предпочтений технических и тактических действий спортсменом, используя ранговые критерии.

Шкала интервалов отличается строгой упорядоченностью чисел и определёнными интервалами между рангами. Интервальное измерение возможно, когда измеритель способен определить не только количество свойства в предметах, но также фиксировать равные различия между предметами. Для интервального измерения устанавливается единица измерения (градус, метр, сантиметр, грамм и т. д.). В этой шкале нулевая точка выбирается произвольно. Например, при измерении угла в суставе точкой отсчёта может быть нуль или любое начальное значение в градусах, так же как при измерении температуры, потенциальной энергии поднятого груза может произвольно определяться начальная точка. Важная особенность интервального измерения состоит в том, что оцениваемое свойство предмета вовсе не пропадает, когда результат измерения равен нулю.

Шкала отношений отличается строгой определённостью нулевой точки.

Здесь нулевая точка не произвольна, а указывает на полное отсутствие измеряемого свойства. Измеритель может заметить отсутствие свойства и имеет единицу измерения, позволяющую регистрировать различающиеся значения признака. Равные различия чисел, присвоенные при измерении, отражают равные различия в количестве свойства, которым обладают оцениваемые предметы. Кроме того, раз нулевая точка не произвольна, а абсолютна, то не лишено смысла утверждение, что у А в два, три или четыре раза больше свойства, чем у В.

Длина и масса тела являются примерами шкал измерения отношений. Нулевой длины тела человека вообще не существует, а мужчина длиной тела 180 см в два раза выше мальчика, имеющего 90 см. Шкала отношений называется так потому, что отношения чисел для неё существенны. Эти отношения можно интерпретировать как отношения значений свойств измеряемых объектов.

В спорте по этой шкале измеряют расстояние, силу, скорость и многие другие переменные. Универсальность шкалы отношений заключается в возможности измерения разности чисел, отсчитанных по шкале интервалов. Измеряя какую-либо величину, можно определить её отношение к соответствующей единице измерения (например, отношение массы штанги к массе тела, длины прыжка к длине сегмента тела и т. п.).

Точность измерений

Никакое измерение не может быть выполнено абсолютно точно, всегда содержится та или иная погрешность. Чем точнее метод измерения и измерительный прибор, тем меньше величина погрешности. Принято различать несколько 21 видов погрешностей: основная и дополнительная, абсолютная и относительная, систематическая и случайная, которые необходимо учитывать при измерении в спорте.

Основная погрешность связана с методом измерения или измерительного прибора, которая имеет место в нормальных условиях их применения. Например, точность измерения прыжка в длину с помощью метра или рулетки; точность измерения времени пробегания короткой дистанции с помощью разных (механического или электронного) секундомеров будет не одинаковой, что обусловливается точностью самого средства измерения. Эта погрешность, как правило, указана в инструкции измерительного прибора.

Дополнительная погрешность вызвана отклонением условий работы измерительной системы от нормальных. Например, при существенных колебаниях (выше нормы) электрического напряжения в сети может возникать погрешность измерения. Другой пример – прибор, предназначенный для работы при комнатной температуре, будет давать неточные показания, если пользоваться им в условиях низких или высоких внешних температур. К дополнительным погрешностям относится и так называемая динамическая погрешность, обусловленная инерционностью измерительного прибора и возникающая в тех случаях, когда измеряемая величина колеблется выше технических возможностей регистрирующего устройства. Например, некоторые пульсотахометры рассчитаны на измерение средних величин частоты сердечных сокращений и не способны улавливать непродолжительные отклонения частоты от среднего уровня.

Величины основной и дополнительной погрешности могут быть представлены в абсолютных и относительных единицах.

Абсолютная погрешность равна разности между показанием измерительного пробора (А) и истинным значением измеряемой величины (Ао): А = А – Ао. Она измеряется в тех же единицах, что и измеряемая величина.

Относительной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины: А 100%.

Поскольку относительная погрешность измеряется в процентах, то знак абсолютной погрешности не учитывается.

Систематическая погрешность – это величина, которая не меняется от измерения к измерению. Поэтому она часто может быть заранее предсказана или, в крайнем случае, обнаружена и устранена по окончании процесса измерения. Определение систематической погрешности измерения возможно следующими способами: тарировка, калибровка измерительной аппаратуры или рандомизация.

Калибровкой называется определение погрешностей или поправка для совокупности мер. При тарировке и калибровке ко входу измерительной системы подключается источник эталонного сигнала известной величины. Например, процедура проверки чувствительности усилителя заключается в записи и регулировке амплитуды ответов каналов на подаваемое на вход напряжение, впоследствии сопоставляемое с амплитудой регистрируемых физиологических параметров. Другой пример – процедура проверки скорости движения бумаги на регистрирующем приборе с помощью счётчика времени.

Рандомизацией (от англ. random – случайный) называется превращение систематической погрешности в случайную. По методу рандомизации измерение изучаемой величины производится несколько раз (например многократные исследования физической работоспособности разными способами дозирования нагрузки). По окончании всех измерений их результаты усредняются по правилам математической статистики.

Случайные погрешности неустранимы и возникают под действием разнообразных факторов, которые сложно заранее предсказать и учесть. Единственно, с помощью методов математической статистики можно оценить величину случайной погрешности и учесть её при интерпретации результатов измерения.

На качество измерений в спорте оказывают влияние множество переменных факторов: гелиогеофизические, биологические (внешние и внутренние), генетические, психологические, социально-экономические и мн. др.

К числу влияющих факторов относятся также условия измерений. Сюда входят температура окружающей среды, влажность, атмосферное давление, электрические и магнитные поля, напряжение в сети питания, тряска, вибрация и др.

Основы теории тестов

Измерение (испытание), проводимое с целью определения состояния или способностей спортсмена, называется тестом. Не всякие измерения могут быть использованы как тесты, а только те, которые отвечают специальным требованиям: стандартность, наличие системы оценок, надёжность.

Иногда используется не один, а несколько тестов, имеющих единую конечную цель. Такая группа тестов называется батареей тестов. Примером может служить комплекс тестов для оценки быстроты движений:

· быстрота одиночного движения (например высота вертикального прыжка по Абалакову);

· время простой или сложной сенсомоторной реакции (на звук, свет и т. п.);

· темп двигательных действий (теппинг-тест, темп бега на месте и др.).

Одной из важных задач тестирования является оценка функционального состояния систем организма на отдельных этапах подготовки спортсмена. Для этого используются разные тестовые воздействия:

· пробы с нарастающей или постоянной мышечной нагрузкой;

· модельные нагрузки по профилю спортивной деятельности;

· пробы с изменением положения тела в пространстве – постуральные тесты (ортостатическая, антиортостатическая, с вращением и др.);

· пробы с изменением внутригрудного и внутрибрюшного давления;

· дыхательные пробы: гипоксическая, гиперкапническая, с возвратным дыханием, с задержкой дыхания и др.;

· прессорно-холодовая проба;

· психологические пробы;

· фармакологические пробы;

· сопряжённые пробы (например фармакологический препарат + гипоксия + мышечная работа);

· перекрёстные пробы (действие одного раздражителя сменяется другим и т. п.).

Надёжностью теста называется степень совпадения результатов при повторном тестировании одних и тех же людей в одинаковых условиях. Различают четыре основные причины, вызывающие внутригрупповые вариации результатов тестирования:

· изменение состояния испытуемых (утомление, изменение мотивации и т. п.);

· неконтролируемые изменения внешних условий и аппаратуры;

· изменение состояния человека, проводящего или оценивающего тест (самочувствие, замена экспериментатора и т. п.);

· несовершенство теста (например заведомо несовершенные и малонадёжные тесты – штрафные броски в баскетбольную корзину до первого промаха и т. п.).

Критерием надёжности теста может служить коэффициент надёжности, рассчитанный как отношение истинной дисперсии к дисперсии, зарегистрированной в опыте, истинная 2 r, зарегистрированная 2 где под истинным значением понимают дисперсию, полученную при бесконечно большом числе наблюдений в одинаковых условиях; регистрируемая дисперсия выводится из опытных исследований.

Кроме этого коэффициента, используют еще индекс надёжности, который рассматривают как теоретический коэффициент корреляции, или связи между зарегистрированным и истинным значениями одного и того же теста. Этот способ наиболее распространён как критерий оценки качества (надёжности) теста.

Надёжность тестов может быть до определённой степени повышена следующими способами:

· более строгой стандартизацией тестирования;

· увеличением числа попыток;

· увеличением числа оценщиков и повышением согласованности их мнений;

· увеличением числа эквивалентных тестов;

· улучшением мотивации испытуемых.

Объективность теста есть частный случай надёжности, т. е. независимость результатов тестирования от лица, проводящего тест. Чем проще процедура тестирования, тем большая объективность тестирования может быть получена. При сложной процедуре тестирования повышаются требования к квалификации человека, проводящего тест. Для установления объективности теста используется корреляционный анализ с целью установления связи между результатами тестирования, полученными двумя экспериментаторами. При коэффициенте корреляции ниже 0,7 тест считается ненадёжным и малообъективным.

Степень информативности может характеризоваться количественно – на основе опытных данных (т. н. эмпирическая информативность) и качественно – на основе содержательного анализа ситуации (логическая информативность).

Эмпирический метод определения информативности тестов позволяет отсеять заведомо неинформативные тесты, структура которых мало соответствует основной деятельности спортсменов. Остальные тесты должны пройти дополнительную эмпирическую проверку. Для этого результаты теста сопоставляются с критерием. В качестве критериев обычно используют: 1) результат в соревновательном упражнении; 2) наиболее значимые элементы соревновательных упражнений; 3) результат тестов, информативность которых для спортсменов данной квалификации была установлена ранее; 4) сумму очков, набранную спортсменом при выполнении комплекса тестов; 5) квалификацию спортсменов.

Логический метод определения информативности тестов заключается в качественном (логическом) сопоставлении биомеханических, физиологических, психологических и других характеристик критерия и тестов (например, результаты каких двигательных тестов характеризуют аэробные возможности организма спортсмена). Чаще всего логический метод используется в таких видах спорта, где нет чёткого количественного критерия или вообще возникают трудности в прямых измерениях, например мощности и ёмкости фосфагенной энергетической системы.

В случаях недостаточности информативности какого-либо теста прибегают к использованию батареи тестов. Однако последнее, даже при наличии высоких раздельных критериев информативности (судя по коэффициентам корреляции), не позволяет получить единое число. Здесь на помощь может прийти более сложный метод математической статистики – факторный анализ. Он позволяет определить, сколько и какие тесты совместно действуют на отдельный фактор и какова степень их вклада в каждый фактор. А затем уже легко выбрать тесты (или их комбинации), которые наиболее точно оценивают отдельные факторы.

В свою очередь, при выборе спортивных талантов может встретиться ситуация, когда тестируемый проявляет способности к двум разным спортивным дисциплинам. При этом решается вопрос, к какой из этих двух дисциплин он наиболее способен. Для чего необходима оценка дифференциальной информативности тестов, которая способна показать взаимные различия между двумя или более критериями.

Часто в спортивной практике и особенно в массовой физической культуре возникает ситуация, когда отсутствует единичный критерий либо форма его представления не позволяет использовать описанные методы для определения информативности тестов. Например, нам необходимо составить комплекс тестов для контроля физической подготовленности студентов. Учитывая массовый характер такого контроля, тесты должны быть просты по технике и условиям проведения, а также иметь несложную и объективную систему измерений. При этом из множества известных тестов нужно выбрать наиболее информативные, что можно сделать следующим образом: 1) отобрать несколько десятков тестов, содержательная информативность которых кажется бесспорной; 2) с их помощью оценить уровень развития физических качеств у группы студентов; 3) обработать полученные результаты на компьютере, используя для этого факторный анализ. Факторный анализ позволит сгруппировать тесты, имеющие общую качественную основу и определить их удельный вес в этой группе. Тесты с наибольшим факторным весом можно считать самыми информативными.

Список литературы

1. Бочаров, М. И.Спортивная метрология : учеб. пособие / М. И. Бочаров. – Сыктывкар : СыктГУ, 2002.

2. Смирнов,Ю. И. Спортивная метрология : учеб. для студ. пед. вузов /Ю.И.Смирнов, М.М.Полевщиков.–М.: Издательский центр «Академия», 2000.

3. http://metodichka.x-pdf.ru/15tehnicheskie/398066-7-m-bocharov-sportivnaya-metrologiya-uchebnoe-posobie-uhta-2012-udk-796015865-bbk-751ya73-bocharov-sportivnaya-metrologiya.php