Специалисты в области физического воспитания, используя достижения естественных и общественных наук последней четверти XIX века, всесторонне изучили воздействие гимнастических систем и спортивной деятельности. Исследования Ивана Михайловича Сеченова (1829—1905) открыли путь к познанию общих закономерностей, которые привели к формированию нового воззрения на вопросы физического воспитания и спортивной тренировки. В ходе исследований выявилось, что функционирование человеческого организма представляет единое целое и неотделимо от окружающей среды. Было установлено, что различные физические упражнения оказывают влияние не только на отдельные группы мышц, но и на функционирование внутренних органов человека и его душевные процессы, а также то, что при нагрузках нельзя использовать закостенелые схемы, а следует принимать во внимание возрастные и половые особенности человека и даже его индивидуальные склонности. В ходе изучения кровообращения в коже и слизистой оболочке было указано на важность метеорологической закалки (воздушные ванны, солнечные лучи, душ). В результате тренировки с использованием физических упражнений наряду с укреплением мышц растет выносливость организма, улучшается быстрота и точность движений. Параллельно с готовностью совершать движения во всем организме произошли такие изменения, которые обеспечили наиболее благоприятные условия для функционирования органов движения путем более экономичной деятельности органов кровообращения и дыхания.

Среди специалистов в области физического воспитания, работавших над научным обоснованием форм движения, роль первопроходцев принадлежала Георгу Демени, венгру по происхождению, и русскому, Петру Францевичу Лесгафту. Георг Демени (1850—1917) на основе исследований парижского Научно-исследовательского института физической культуры констатировал, что «система движений» в наиболее распространенных немецкой и шведской гимнастиках не согласуется с закономерностями анатомии и физиологии. В них много неестественных и формальных элементов. Результаты их воздействий не были взаимосвязаны.

На основе проведенного анализа Демени разработал следующую систему требований, предъявляемых к физическим упражнениям:

1. Должна быть динамика физических упражнений. Следует избегать статических, неестественных положений. Скорость движений должна быть в обратной пропорции с массой двигающихся частей тела. Так, например, упражнения руками нужно выполнять с большей, а ногами и корпусом с меньшей скоростью и размахом.

2. Для достижения плодотворного воздействия необходимы движения с законченной амплитудой. Нельзя искусственно, на полпути прерывать упражнения. Если одну группу мышц напрячь до полного сокращения, тогда противоположные мышцы нужно расслабить до предела.

3. Движения всегда должны быть естественными и размашистыми, а не «отрывистыми» и «угловатыми», как в старых гимнастических системах.

4. Те мышцы, которые не участвуют в движении, в процессе выполнения упражнений должны быть полностью расслаблены.

5. При разучивании упражнений всегда нужно переходить от простых к сложным, от более легких к более трудным, от известных к неизвестным.

Различные вольные упражнения Демени рассматривал как переход к спортивным движениям. Спортивные движения он подразделял на семь видов: ходьба, бег, прыжки, лазанье, поднятие, ношение, метание и упражнения «нападения и защиты».

Демени выработал требования относительно физического воспитания девушек, согласовав их с потребностями их развивающегося организма. В женской гимнастике довольно сильными были эстетические воззрения.

Литературные труды Демени представляли собой наиболее совершенную теоретическую систему физического воспитания в нашу эпоху. Несмотря на это, педагогические и военные круги не поддержали его замыслов, так как они не были непосредственно направлены на военную подготовку.

Коллега Демени, профессор Петр Францевич Лесгафт исследовал физическое воспитание с точки зрения общественной роли физической культуры. Его приглашают в главное управление военных учебных заведений в Петербурге и поручают наблюдение за постановкой физической подготовки учащихся. Лесгафт в течение двух лет изучал физкультурное и спортивное движение в западных странах. Помимо отсталой физической культуры в России Лесгафт остро критиковал немецкую и шведскую гимнастики. К исследованиям он подключил и своих слушателей.

Свои выводы относительно физического воспитания в школе Лесгафт изложил в работе «Руководство по физическому образованию детей школьного возраста». Основные положения его теории можно объединить по следующему кругу вопросов.

1. Системы физического воспитания подчинены закономерностям физиологии. Параллельно с развитием физиологии постоянно нужно пересматривать и развивать физические упражнения.

2. Физическое воспитание является необходимым средством формирования гармонично развитого человека. Только гармонично развитый человек способен — во всех областях жизни — на оптимальную производительность с наиболее экономичным использованием энергии и в наиболее короткий срок.

3. Гармоничное развитие основывается на единстве физических и духовных сил человека и происходит при ведущей роли сознания.

4. Обучения физическому воспитанию по существу является частичной передачей учебного материала, накопленного в ходе истории.

5. Нормального физического развития можно достичь только при научно обоснованной системе «физического образования».

6. Учебный материал, почерпнутый из научной системы «физического образования», не охватывает всю сокровищницу знаний, а только виды движений, легко усваиваемых в школьном возрасте: такие, как ходьба, бег, прыжки, метание, борьба, вольные упражнения, игры и туризм.

7. Физическое воспитание является функцией закономерностей педагогики. В ходе обучения большое внимание следует обращать на постепенность, последовательность, возрастные особенности человека и принцип очередности.

Лесгафт не затрагивал социальную сущность физического воспитания, отрицал пользу спортивных соревнований и упражнений на спортивных снарядах, принижал значение показательных выступлений. Несмотря на эти недостатки, Лесгафт разработал многие положения, которые имели решающее значение в социалистической теории физического воспитания.

Среди исследователей в области изучения возрастных особенностей и детской психологии Фроде Садолин и Георг Рацине дали новое направление в развитии теории физического воспитания.

Датский врач Фроде Садолин в своей работе о детях «Гимнастика и дети», опубликованной в 1900 году, провел резкую черту в обучении движениям между детьми до 12 лет и более старшего возраста. На целом ряде обоснованных примеров он доказывал, что школьников младших классов совершенно бессмысленно заставлять концентрировать внимание на таком же уровне, как школьников старших классов или взрослых. Садолин особенно вредными назвал используемые здесь требующие больших усилий схемы, которые целиком противоречат потребностям детей в движениях. Из системы упражнений он исключил элементы осанки, локализовал мышечные упражнения. На первый план он выдвинул игровые формы, развивающие детскую фантазию.

Французским первооткрывателем психологического направления физического воспитания был Георг Рацине, который, изучая на рубеже столетий систему «естественных» движений, пришел к выводу о значении возрастных особенностей человека. Его выводы можно сформулировать следующим образом:

При физическом воспитании детей до 9-летнего возраста нужно стремиться только к развитию так называемых «больших физиологических функций», таких, как пищеварение, кровообращение, дыхание. Преподаватель, занимаясь с детьми, должен стремиться создавать атмосферу радости и веселья. Упражнения по возможности должны выполняться на свежем воздухе. Он включил в упражнения много игровых элементов, беготню и пение.

В возрасте от 9 до 13 лет нужно стремиться к развитию нервной системы, к укоренению привычек, к развитию координации мышц, зрения и слуха. В этом возрасте у детей уже меньше спонтанных движений, и, таким образом, занятия нужно всегда начинать с продуманной разминки.

С 13-летнего возраста постепенно необходимо повышать интенсификацию работы мышц. Занятия по физическому воспитанию следует проводить в различных местах, при различных условиях. Для пробуждения естественных переживаний во время движения очень важными являются прогулки в лесу и гористой местности.

Рацине обращал особое внимание на контроль за нагрузкой учащихся, на влияние физического воспитания на личность и точное соблюдение предписаний для данной возрастной группы.

На территории Швеции педагогические инициативы Ялмара Линга в области гимнастики окончательно приспособил к процессу школьного обучения и специфике развития молодежи Элин Фалк (1872—1942). Свой многолетний педагогический опыт он суммировал в справочнике по физическому воспитанию, в котором изложил требования в отношении целей воспитания, выбора учебного материала, его разбора и компоновки. Большое внимание уделялось вопросу предотвращения характерных ошибок, проистекающих из школьного образа жизни, урокам и играм, поднимающим настроение у учащихся. В отличие от Садолина он не только отбирал силовые упражнения и упражнения для осанки, но и создавал новые упражнения. Он является автором упражнений на канате, которые и сегодня используются в гимнастике для детей и в лечебной физкультуре.

Помимо кругов школьных врачей и преподавателей физкультуры много интересных специальных работ вышло из-под пера исследователей, занимавшихся отдельными областями общей педагогики. Среди них выделяется Фердинанд Эдуард Буиссон (1841—1932), редактор «Педагогического словаря», с именем которого связывают расширение содержания занятий гимнастикой в школе и включение ее в понятие педагогической категории.

С конца XVIII века в терминологии физического воспитания, основывавшегося на гимнастике, без всякой системы использовались выражения «гимнастика», «военная гимнастика», «дисциплинарные физические упражнения», «физические упражнения» и «физическая закалка». (В Венгрии в конце 1830-х годов еще встречался термин «искусственное движение».) Не более ясная картина была и внутри англосакского направления, где выражения «игра» и «школьная спортивная игра», «рекреация», «атлетические упражнения», «военные упражнения», «силовая школа» и уже упоминавшееся выражение «физические упражнения» сменяли друг друга.

Эдуард Буиссон объединил под понятием «физическое воспитание» школьную учебную гимнастику и ручной труд. Вместе с выдвижением на передний план терминологии Буиссона выявилось также и то, что на рубеже столетий в наиболее развитых странах мира учебный предмет «физическая подготовка» получил равноправие в теории воспитания.

В создании теории школьного физического воспитания, которая была принята в большинстве колледжей Соединенных Штатов Америки, большая роль принадлежала бостонскому профессору медицины Диоклетану Левису (1823—1886). В своих статьях, которые публиковались на страницах «Гомеопата», он объяснял, насколько вредно общее мнение о том, что спонтанные игры детей достаточны для их физического развития. В то же время он выступил против распространенного в 1870-х годах направления «силовой школы», которая ни во что не ставила возрастные особенности человека. Его система включала в себя знания, о весе тела, гигиене, обучение оказанию первой медицинской помощи, «вокальную гимнастику», служащую цели исправления дефектов речи, и элементы вольных упражнений. По единодушному мнению американских авторов, занимавшихся вопросами истории спорта, он был первым авторитетным создателем теории физического воспитания, основывающегося на гимнастике, который сумел убедить граждан в том, что «в гимнастике в первую очередь нуждаются недостаточно ловкие со слабым телосложением дети». Однако непосредственное влияние школы в силу ее нерасположения к атлетике и соревнованиям Левис не мог распространить на растущую сеть колледжей.