الهندسة الرياضية

الهندسة الرياضية

دكتور/ عصام الدين شعبان على حسن

استاذ مشارك بقسم التربية البدنية – الكلية الجامعية بالقنفذة – جامعة أم القرى – المملكة العربية السعودية


كلمة هندسة باللغة العربية تحمل معاني متعددة، وتعني القدرة على حل المشكلات باستخدام الحسابات ويعرفه القاموس المحيط بأنها العلم الرياضي الذى يبحث فى الخطوط والابعاد والسطوح والزوايا والكميات والمقادير المادية. وأول بدايات للهندسة سجلها التاريخ تعود لعصور قديمة قبل الميلاد في مصر القديمة والهند وبلاد الرافدين، وكانت الدراسات الهندسية القديمة تهتم بمكتشفات بسيطة ثم تطورت لتلبي حاجات البناء والعمارة وعلم الفلك. ومن فروعها هندسة الحاسوب، هندسة الاتصالات، هندسة الكترونية ، الهندسة الطبية الحيوية والوراثة، هندسة زراعية، هندسة معمارية، هندسة مدنية، هندسة بيئية، هندسة الطيران والفضاء،…….. والهندسة الرياضية للمجالات الحركية فى المهارات والألعاب الرياضية المختلفة تعني بتصميم الأجهزة الخاصة بمحاكاة الحركة باستخدام القوانين الفيزيائية لإيجاد حلول وتطبيقات مع طرق القياس الدقيق للمتغيرات التى تؤثر على الأداء بشكل مباشر. وهي كأي علم تتطور باستمرار ودون توقف، وفي الآونة الحديثة ترابطت مع التطور الصناعي بشكل كبير لإنتاج أجهزة ووسائل تكنولوجية جديدة ومتطورة تفي بالمتطلبات المتزايدة لإيجاد طرق تعليم وتدريب بالإضافة إلى التقويم للحركات الرياضية المختلفة حتى وصلت التصميمات الهندسية فى المجال الرياضي خلال الالفية الثالثة فى دولة مثل ألمانيا الاتحادية – حتى عهد قريب – أكثر من 80 جهاز مصمم لاغراض الهندسة الرياضية لمجالات رياضية مختلفة.



إن الالفية الثالثة تتسم بالإنجازات العلمية وبخاصة فى المجال التكنولوجى والهندسة الرياضية، فكلما زادت المعلومات زادت الحاجة إلى استحداث وسائل تكنولوجية جديدة ومع استحداثات تلك الوسائل الجديدة تزداد المعلومات التى نحصل عليها. ولقد أظهرت النتائج ان استخدام التكنولوجيا تؤثر على تعلم المهارات الرياضية والارتقاء بالعملية التعليمية، كما أنها تعمل وتساعد المعلم على تحقيق الاهداف التعليمية بكفائة ويسر. كما غيرت تكنولوجيا العصر كل من المقاييس المالوفة للزمان والمكان، مما أدى إلي تقارب المسافات بين العلماء والدول، ولها خصائصها المميزة وآثارها البعيدة المدى علي الانجازات الرياضية العالمية ومجالات البحث العلمي. لكن من الملاحظ أن معظم الإكتشافات العلمية، والأبحاث التكنولوجية والهندسة الرياضية تركزت في بعض الدول، لدرجة انها سيطرت على طرق الاستفادة منها، وخاصة على المستوى الرياضي الأوليمبي والعالمي، وبذلك أصبحت مشكلة نقل الهندسة الرياضة إلي الدول النامية تعترضها الكثير من المعوقات التي تحتاج إلي المزيد من العناية البالغة، وكأن يراد منها التخلف والتخلف التكنولوجي وعدم المحاولة حتى لمجرد التفكير في المحاولة، وبالتالى أثر بدوره على التخلف الرياضى، وهذا التخلف لا يرجع فقط إلي عدم وجود الابتكارات أو بحوث التطوير وإنما إلي مشاكل التمويل إيضاً.

لقد أصبحت الهندسة الرياضية عصب نظم المعلومات في المجال الرياضي – سواء التعليمي منها أوالتدريبي – لما تقدمه من دعم كبير في إجراء وتنفيذ العمليات المختلفة ومساعدة المعلم والمتعلم والمدرب والمربى وكل من لهم صلة بالعملية التعليمية والتدريبية في كافة الأنشطة والقرارات التي يتطلبها العمل الرياضي، مع ضرورة الاستفادة منها لخلق جيل من الرياضيين الأبطال، ويمكن بواستطها تحقيق صحة وتكامل وسرعة الحصول على المعلومات، وبالتالى تحسين الخدمات المقدمة وتقليل الهدر المادي، وتنمية القدرات الإبداعية لدى المعلم والمتعلم، وتعمل على امداد المعلم بأدوات وأجهزة تساعد على سهولة توصيل المعلومات الى المتعلم. كما تسعى الى ربط التعلم بالحواس المجردة لدى المتعلم، فتخاطب فيه أكبر عدد من تلك الحواس، مما يضفي متعة وتشويقاً على تعلمه من جهة ويفتح أمامه العديد من أساليب التعلم المفضلة لديه، فضلاً عن تنويع مثيرات التعلم. بالاضافة الى تمكين المتعلم من الاعتماد على الذات وتنمية مهارات التعليم الذاتي، وتطوير الأداء بهدف تحقيق معايير الجودة الخاصة به، وتحقيق مبدأ المرونة فى التعليم وتصميم البرامج التعليمية.

إن استخدام الكمبيوتر مع أجهزة القياس الحديثة بالاضافة لاجهزة المحاكاة الحركية للرياضات والفعاليات المختلفة يمثل الصورة الحقيقية للهندسة الرياضية والتي بواسطتها تساعد المدرب واللاعب في عملية التقويم بصورة مباشرة وموضوعية واعتبرها بعض العلماء من تكنولوجا التعليم والتدريب في المجال الرياضي، والتي يتم بواسطتها الحصول على معلومات سريعة عن الحركة الرياضية، كما يمكن الحصول على معلومات دقيقة عن الأداء الحركى، وكذلك تطور في كفاءة الجهاز العضلي وكذلك الحالة النفسية للاعب والتي تنعكس بدورها على تحسن القدرات البدنية الخاصة.

ولقد اشار بعض العلماء الى أن استخدام الهندسة الرياضية فى صورة أجهزة تشخيص ميكانيكية كان لها التأثير الإيجابي للمتغيرات المستهدفة عن الأداء كما حسنت من مستوى الأداء وأعطت خبرة جيدة للاعبين عن الأداء، كما وفرت لدى اللاعبين الدافعية بفاعلية للاداء باستخدام انماط حديثة من التغذية الراجعة. والتى من شأنها أن تنشط عملية التعلم، وتزيد من مستوى الدافعية للتعلم وتقوية عملية التعلم، وتدعيمها وإثرائها.

نظرة تاريخية عالمية لمبتكرات الهندسة الرياضية فى رمى الرمح:

ان الهدف من ابتكار انظمة تكنولوجية خاصة بالهندسة الرياضية فى رمى الرمح هو الحكم على مستوى الأداء باستخدم أحدث أجهزة القياس، كما تعطى نتائج بصورة سريعة وموضوعية عن التعليم والتدريب لمرحلة التسارع الاساسية فى رمى الرمح والتى يظهر بها المتغيرات المؤثرة فى مسافة الرمى، خاصة وأن مرحلة الرمي هي المرحلة الفنية الأساسية للحكم على تحقيق الهدف من مستوى الأداء والتي تتزايد فيها السرعة بداية من لحظة الارتكاز المزدوج وحتى مرحلة التخلص من الأداة، ولعلاج هذه المشكلة فقد تم ابتكار نظم ميكانيكية باستخدام التكنولوجيا الرقمية لتقويم برامج التعليم والتدريب، وكانت أول هذه الابتكارات الهندسية في رمى الرمح للعالم Viitasalo (1987) باستخدام الحواجز الضوئية في قياس سرعة الانطلاق للرمح.

شكل يوضح نظام ميكانيكي تكنولوجى فى رمى الرمح للعالم Viitasalo

وفى مدينة هالا الألمانية تم ابتكار نظام للهندسة الرياضية في رمى الرمح للعالم Köllner (1989) لتدريب القوة القصوى لانطلاق الرمح بأوزان تتراوح بين 4 حتى 30 كيلوجرام للقبضة المتحركة، وبواسطته يمكن قياس متغيرا فيزيائية مؤثرة فى الرمى كالتسارع والقوة والسرعة القصوى مع التحكم فى زاوية الرمى للتعليم والتدريب بحيث تندرج الزوايا على قائم رأسي خلفى وأمامى وبصورة مقننة علمياً.

شكل يوضح نظام ميكانيكي تكنولوجى فى رمى الرمح للعالم Köllner

كما ابتكر Adamczewski (1995) نظام ميكانيكي للهندسة الرياضية في رمى الرمح بمعهدIAT بمدينة ليبزج بألمانيا، حيث تم الحصول على المعلومات الميكانيكية للأداء فى زمن اقل من 20 ثانية ولكن يعاب عليها بأن قياس سرعة انطلاق الرمح لا يتم قياسه بصورة دقيقة فالسرعة القصوى هي لحظة ترك جهاز الرمح لليد وما يتم قياسه هو ما بعد لحظة الانطلاق.

شكل يوضح نظام ميكانيكي تكنولوجى فى رمى الرمح للعالم Adamczewski

بينما درست Schmucker (2001) نظام ميكانيكي للهندسة الرياضية في رمى الرمح بتكلفة مادية مناسبة، وذلك بتصنيع جهاز رمح بمواصفات خاصة مع أحد البرامج الخاصة لقياس سرعة وزاوية انطلاق الرمح ولكن هذا الجهاز يزيد وزنه بمقدار 50 جرام عن جهاز الرمح الأصلي لذا فان المتغيرات الميكانيكية ليست بالصورة الدقيقة بالإضافة إلى زمن قياس المتغيرات تجاوز 60 ثانية.

شكل يوضح نظام ميكانيكي تكنولوجى فى رمى الرمح للعالم Schmucker

وفى عام 2004م تم ابتكار جهاز للتعليم وللتدريب – لكاتب المقال – وذلك باستخدام الليزر في القياس كأحد أساليب التكنولوجيا الرقمية الحديثة للتقييم في مجال الهندسة الرياضية في رمى الرمح (Hassan, 2004). وهذا الجهاز كفيل بتعليم الوضع الصحيح للرمى ويمكن أن يستفاد منه في تقويم مرحلة التسارع الأساسية لرمى الرمح. وكذلك فانه يوفر الكثير من الإمكانات المادية والبشرية متمثلة فى أماكن الممارسة والتدريب والذي يحتاج لمساحات كبيرة يتعذر على بعض الهيئات توفيرها وجهاز الرمح وارتفاع ثمنه وصالات للتدريب ومدربين وبرامج تدريب قد توضع بطرق غير مقننة وكذلك الطرق التقليدية لتحديد المتغيرات الخاصة بجودة الأداء. ويمكن عمل برامج خاصة على هذا الجهاز للتعليم وللتدريب بواسطته داخل أي صالة وفى أي مكان لسهولة حملة وإشغاله لحيز صغير ويمكن التنبؤ بمستوى الانجاز الرقمي بدلالة قيمة سرعة انطلاق الرمح المستخرجة من الجهاز الميكانيكي المبتكر والذي يمكن قياسه في زمن أقل من 10ث مع مراعاة المبادئ الميكانيكية الأخرى المؤثرة في مسافة الرمي كارتفاع نقطة الانطلاق وزاوية الانطلاق والتي يمكن التحكم فيها من خلال سلك بمواصفات خاصة مشدود على قائم أمامي وخلفي بارتفاعات مقننة للزاوية.

شكل يوضح رسم تفصيلي للجزء الحركي في النظام الميكانيكي لمسابقة رمى الرمح

يتضح من الشكل السابق الجزء الحركي في النظام الميكانيكي المبتكر لمسابقة رمى الرمح، وفيه يتم تثبيت شكل V من الحديد على الأرض (رقم3) ويتم ربط شكل U من الحديد بوضع عمودي (رقم2) على زاوية اتصال رقم (3) الأمامية وفى الجهة المقابلة يتم تثبيت بشكل عمودي شكل U (رقم1) وبه 9 فتحات حتى يمكن التحكم في زاوية الدفع بمدى يتراوح بين 26-40. وبين رقم (1) ورقم (2) يتم شد سلك بسمك (10مم) رقم (4) ويتحرك على السلك المشدود بين رقم 1 ، 2 أداة بشكل الرمح رقم (5) وبوزن متغير ليتناسب مع المراحل العمرية المختلفة وذلك لتعليم مرحلة التسارع الأساسية لمسابقة رمى الرمح وكذلك للتدريب على صفة القوة القصوى والقدرة العضلية للذراع العاملة والمقابلة. ويتم تثبيت في مؤخرة هذه الأداة قرص عاكس للأشعة رقم (14) بقطر 25سم لاستقبال وعكس شعاع الليزر. ولقياس سرعة انطلاق الأداة رقم (5) يتم استخدام جهاز LAVEG والمثبت على حامل ثلاثي وذلك بمتابعة حركة رقم (5) بشعاع الليزر. وبواسطة برنامج Das3 يتم الحصول على المتغيرات الميكانيكية المستهدفة لتحديد علاقة السرعة بالمسافة والمسافة بالزمن والسرعة بالزمن مع رسم بياني لتحديد هذه العلاقة على المحور Y, X بصورة مباشرة وموضوعية وسريعة في زمن أقل من (10ث).

شكل يوضح الموديل التعليمى بالتكنولوجيا الرقمية السريعة فى رمى الرمح

يوضح الشكل السابق اتصال الأجزاء الثلاثة الخاصة الموديل التعليمى بالتكنولوجيا الرقمية السريعة فى رمى الرمح وعلاقة الجزء الحركي بجزء القياس لظهور نتيجة التقييم في جزء الرصد والإظهار وذلك في نظام ميكانيكي للقياس السريع لبعض المتغيرات الكينيماتيكية المرتبطة بسرعة الانطلاق للاستفادة منها في عملية التعليم والتدريب بالتغذية الراجعة السريعة لمرحلة التسارع الأساسية.

وقد اجرى عصام الدين شعبان (2008) بدراسة هدفت إلى التعرف على تأثير استخدام التغذية الراجعة السريعة على المتغيرات الفيزيائية (سرعة الانطلاق V0 وزاوية الانطلاق 0α وارتفاع نقطة انطلاق الرمح h0) وذلك لتحقيق مستوى الانجاز الرقمي في مسابقة رمى الرمح. ولتحقيق ذلك تم اختيار عينة من 10 رياضيين بالطريقة العمدية وقسمت إلى مجموعتين متساويتين وتم التجانس بينهم حيث المستوى الرقمي، السن، الطول، والوزن.، مجموعة تجريبية (1) تستخدم نظام التغذية الراجعة السريعة (زمن أقل من 10 ثواني) ومجموعة ضابطة (2) بدون استخدام نظام التغذية الراجعة السريعة، وتم تنفيذ 12وحدة تدريب لكلا المجموعتين خلال أربع أسابيع. وقد ظهرت النتائج بوجود فروق ذات دلالة إحصائية في المتغيرات المؤثرة في مسافة الرمي وكذلك مستوى الانجاز الرقمي (7.96=F ,0.02 =p) لصالح المجموعة التجريبية، ويوصى باستخدام هذا الموديل الميكانيكي في التعليم لمرحلة التسارع الأساسية لرمى الرمح، وتقويم برامج التعليم والتدريب.

كما اجرى Hassan (2010) بدراسة هدفت الى التعرف على دور التكنولوجيا الرقمية للمعلومات السريعة لسرعة انطلاق الرمح فى التنبؤ بمسافة الرمى، واستخدم الباحث المنهج الوصفي لدراسة تحليلية لمستوى الإنجاز الرقمي مستخدما أسلوب دراسة العلاقات بين مستوى الإنجاز الرقمي وسرعة انطلاق الرمح وذلك للوصول إلى معادلة التنبؤ بمستوى الإنجاز الرقمي بدلالة سرعة الانطلاق باستخدام نظام للمعلومات السريعة، ولتحقيق ذلك تم اختيار عينة البحث بالطريقة العمدية وعددهم 20 رياضي ممن لهم خبرة في النواحي الفنية لمسابقة رمى الرمح من طلاب كلية التربية الرياضية بجامعة أسيوط بجمهورية مصر العربية، وقد تم التوصل إلى العلاقة الدالة الايجابية بين قياس سرعة انطلاق الرمح باستخدام نظام المعلومات السريعة وبين المستوى الرقمى والذى يمكن التنبؤ بالمستوى الرقمى بدلالة سرعة انطلاق الرمح باستخدام نظام المعلومات السريعة والذي يمكن الحصول عليه في زمن أقل من 10ث. وهذا يوفر الكثير من الإمكانات المادية لتحديد المتغيرات الميكانيكية للأداء باستخدام التحليل بالفيديو أو السينمائي وكذلك أماكن الممارسة والتدريب والذي يحتاج لمساحات كبيرة يتعذر على بعض الهيئات توفيرها وجهاز الرمح وارتفاع ثمنه وصالات للتدريب ومدربين وبرامج تدريب قد توضع بطرق غير مقننة. كما يمكن عمل برامج خاصة للتعليم والتدريب داخل أي صالة وفى أي مكان لسهولة حملة وإشغاله لحيز صغير.

من العرض السابق يتضح أهمية الاستفادة من تكنولوجيا المعرفة للهندسة الرياضية وما يصحبها من اجهزة متطورة للعمل على رفع كفاءة وفاعلية العملية التعليمية والتدريبية، والتى يتحول فيها الفرد من ناقل للمعرفة إلى موجه ومرشد ومنظم ومقوم للخبرات. فالفرد بحاجة ماسة إلى ثقتنا وثقة المؤسسات التربوية والشبابية فيه، وكذلك تشجيعنا الدائم له وتنمية ثقته بنفسه، ويجب أن نتعامل معه بحب وصبر وفهم كى نساعده على تنمية الخلق والإبداع، وأن نمكنه من تطوير قدراته وطاقته بالقدر الذى يسمح له بركب السفينة بشكل مرن والإبحار بها مع تلاطم الامواج العاتية بسهولة ويسر وذلك لتحقيق أهداف الحياة العامة والخاصة بعد التوكل على الله تعالى والايمان بنصرة الله العلى القدير لعبادة العاملون المؤمنون. بسم الله الرحمن الرحيم “إِن يَنصُرْكُمُ اللَّهُ فَلاَ غَالِبَ لَكُمْ وَإِن يَخْذُلْكُمْ فَمَن ذَا الَّذِي يَنصُرُكُم مِّنْ بَعْدِهِ وَعَلَى اللَّهِ فَلْيَتَوَكَّلِ المُؤْمِنُونَ” [آل عمران آية: (160)].

ولابد من نظرة أكثر واقعيه لما يدور حولنا والاعتراف بالتقصير والايمان بالتطوير وملاحقة البارزين وأن نترك الخلافات والاذى وما تركه من تخلف ونتفائل بالمستقبل ونعمل فى الحاضر ونسعى للبحث عن أفضل الوسائل الإيجابية لنقل النتائج المعملية للتكنولوجيا إلي الانتاج الصناعي وضبط الجودة وفقاً للمقاييس والمعايير المعمول بها دولياً في معامل البحوث الرياضية بهدف انتاج المستلزمات والتجهيزات الرياضية.

فهيا بنا نعمل بجد وباخلاص ونتوكل على الله عز وجل لنسلم السفينة للاجيال دون أن يتذكرونا بألم – إن حاولوا أن يتذكرونا- بسم الله الرحمن الرحيم “وَمَا لَنَا أَلاَّ نَتَوَكَّلَ عَلَى اللَّهِ وَقَدْ هَدَانَا سُبُلَنَا وَلَنَصْبِرَنَّ عَلَى مَا آذَيْتُمُونَا وَعَلَى اللَّهِ فَلْيَتَوَكَّلِ المُتَوَكِّلُونَ” [إبراهيم آية: (12)] صدق الله العظيم.