Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Оценка и прогнозирование умственной работоспособности подростков в зависимости от форм обучения

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Дмитриев, Павел Станиславович

Перечень принятых сокращений

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Влияние информационной нагрузки различной специфики и интенсивности на психофизиологические характеристики здоровых детей

11-12 лет

1.2. Подвижность нервных процессов и функциональная характеристика сенсорных систем

1.3. Влияние умственной нагрузки на некоторые функциональные состояния сердечно-сосудистой системы детей и подростков

Глава 2. Материалы и методы исследования

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. АНАЛИЗ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ И НЕДЕЛЬНОГО РАСПИСАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ГУМАНИТАРНОГО КЛАССОВ КЛАССИЧЕСКОЙ ГИМНАЗИИ И СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ

3.2. СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИЗУЧАЕМЫХ ГРУПП МАЛЬЧИКОВ НА ОДНОРОДНОСТЬ ВЫБОРКИ

3.3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА НА ОРГАНИЗМ УЧАЩИХСЯ

3.3.1. ОЦЕНКА УРОВНЯ ТРЕВОЖНОСТИ ШЕСТИКЛАССНИКОВ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ ОБУЧЕНИЯ

3.3.2. ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ НА ДИНАМИКУ ПОКАЗАТЕЛЕЙ САМОЧУВСТВИЯ, АКТИВНОСТИ, НАСТРОЕНИЯ ГИМНАЗИСТОВ И ШКОЛЬНИКОВ

3.3.3. ВОЗДЕЙСТВИЕ ФАКТОРОВ ШКОЛЫ НА СВОЙСТВА ПРОЦЕССА ВНИМАНИЯ ОБСЛЕДОВАННЫХ ПОДРОСТКОВ

Глава 4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. ОЦЕНКА УРОВНЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОРГАНИЗМА УЧЕНИКОВ

4.2. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА НА УРОВЕНЬ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОРГАНИЗМА

УЧАЩИХСЯ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Оценка и прогнозирование умственной работоспособности подростков в зависимости от форм обучения"

Актуальность проблемы. В последнее время, в связи с появлением школ с нетрадиционными формами обучения, где структура педагогического процесса во многом отличается от общепринятых форм обучения, наиболее актуальным является обращение многих исследователей к изучению функционального состояния школьников при различного рода умственных нагрузках. Ученики средних школ и школ с нетрадиционным типом обучения составляют многочисленную группу лиц умственного труда, деятельность которой характеризуется некоторыми особенностями. Таким образом, учебный процесс можно рассматривать как повреждающий фактор по отношению к организму ребенка, создающий предпосылки для развития различных заболеваний (Цукер М.Б., 1986; Антропова М.В., Козлова В.И., 1988).

В появившихся школах нетрадиционного типа (лицеи, гимназии, частные школы) повышение образовательного уровня достигается введением дополнительных учебных предметов в планы обучения. При этом зачастую используются программы, не прошедшие апробацию по гигиеническим, физиолого-гигиеническим параметрам, составленные без учета возрастных особенностей детей. Большие дневные, недельные, годовые нагрузки приводят к умственному утомлению, снижению работоспособности, возникновению склонности к депрессии, пониженной активности. Ситуация осложняется тем, что учебная нагрузка не нормирована, в рамках одного учреждения образования существуют классы с различным уклоном обучения: математический, гуманитарный, спортивный, общеобразовательный и т.д., в которых дневная, недельная и годовая нагрузка значительно превышает установленные нормы, распределяясь неравномерно в одинаковых возрастных группах. Приведенные выше формы обучения часто носят характер экспериментальных и требуют изучения психофизиологического состояния школьников. Отличительной особенностью организации учебного процесса в Республике Казахстан на современном этапе является открытие школ нетрадиционного типа с национальным языком обучения (Литовченко О.Г., 1998).

Обучение в современной школе связано с необходимостью усвоения учащимися большого количества информации, но при этом в конечный результат не всегда закладывается здоровье ребенка (Хрипкова А.Г., Антропова М.В., 1982; Ивлев В.И., 1991). Прежде чем заняться здоровьем ребенка, необходимо досконально изучить его, определить те физиологические и психофизиологические показатели, прослеживая динамику которых под влиянием многофакторного школьного труда, можно выделить положительные или отрицательные результаты деятельности системы «ученик - школа».

Анализ литературы показывает, что реже других привлекал внимание исследователей возрастной период 11-12 лет. В этом возрасте, называемом препубертатным, происходят структурные и функциональные изменения организма с внутривозрастными и индивидуальными различиями в темпах роста и развития, требующие особого внимания педагогов и родителей (Батуев А.С., 1991; Крутецкий В.А., 1994).

Как правило, наблюдения ведутся в группах, включающих мальчиков и девочек. Значительно реже исследования посвящены детальной оценки состояния организма школьников и школьниц по отдельности. Мальчики в этом возрасте существенно отличаются от сверстниц, они более подвижны, отстают от девочек в росте и весе. Естественно, что и их реакция на процесс обучения будет отличаться от реакции девочек (Менделеева О.И., 1981; Колесов Д.В., 1982).

В сложившихся условиях решение проблемы объективной дифференцированной оценки умственной работоспособности каждой из половозрастных групп школьников становится одной из наиболее важных задач в области возрастной физиологии и психофизиологии. Требуется создание непрерывного мониторинга интеллектуальной деятельности ребенка в условиях применения в школах многочисленных авторских учебных программ, что делает рассматриваемую проблему актуальной в области исследований возрастной физиологии.

Цель работы. На основе комплексного изучения влияния учебного процесса на психофизиологические показатели мальчиков подросткового возраста, анализа состояния умственной работоспособности разработать методику оценки психофизиологического напряжения учащихся в зависимости от типа учебного заведения и составления долгосрочного прогноза.

Задачи исследования:

- дать сравнительную оценку часовой нагрузки и суммарного балла трудности предметов в средней общеобразовательной школе и в классической гимназии;

- дать сравнительную оценку уровня функционального напряжения организма подростков и отдельных систем органов в зависимости от формы обучения и уклона;

- изучить внутри- и межсистемные взаимодействия отдельных функциональных систем организма учащихся в ответ на различные уровни учебных нагрузок;

- с помощью метода математического описания выявить основные факторы учебного процесса, оказывающие существенное влияние на показатели функционального состояния организма различных форм обучения и уклона;

- разработать методику оценки и прогнозирования уровня психофизиологического напряжения учащихся в зависимости от формы обучения.

Научная новизна исследования. Впервые выполнены системные исследования психофизиологического состояния подростков-мальчиков, обучающихся в общеобразовательном и инновационном учебном заведениях с преподаванием на казахском языке, в зависимости от уклона обучения. Впервые получены сведения об умственной работоспособности учащихся-мальчиков 11-12 лет. Впервые разработаны методический подход оценки и количественные критерии оценки степени психофизиологического напряжения, выявления групп «риска» среди учащихся мальчиков 11-12 лет в зависимости от типа учебного заведения и уклона обучения, позволяющий дать не только объективную оценку, но и составить долгосрочный прогноз.

Практическое значение работы. Разработанный методический подход позволит снизить психофизиологическое напряжение учащихся в процессе обучения, выявлять группы «риска» (лиц с ранними признаками переутомления) для проведения профилактических мероприятий. Полученные данные о состоянии умственной работоспособности в динамике учебного процесса у мальчиков 11-12 лет могут стать критериями физиолого-гигиенической оценки влияния общей учебной нагрузки учащихся 6 классов как общеобразовательных, так и инновационных учебных заведений.

По результатам исследований изданы методические рекомендации «Методический подход оценки и прогнозирования умственной работоспособности подростков в зависимости от форм обучения». Полученные результаты включены в курс лекций и практических занятий кафедр физиологии человека и животных Северо-Казахстанского университета (Акт внедрения от 01.09.2000), Карагандинского Государственного университета им. Е.А. Букетова (Акт внедрения от 03.10.2000), кафедры гигиены труда Карагандинской Государственной медицинской академии (Акт внедрения от 05.10.2000), биологического факультета Тюменского Государственного университета (Акт внедрения от 04.09.2000), кафедр естественных дисциплин Сургутского Государственного педагогического института, Экономико-технического образовательного комплекса г. Петропавловска (Акты внедрения от 20.09.2000 и 01.09.2000); приняты методическим советом Департамента образования Северо-Казахстанской области (Акт внедрения от 04.09.2000); внедрены в практическую работу СШ №43 (Акт внедрения от 15.05.2000), Казахской средней школы №6 (Акт внедрения от 01.09.2000), Казахской классической гимназии (Акт внедрения от 04.09.2000), Туристско-экологического центра «Планета» г. Петропавловска (Акт внедрения от 12.06.2000), а также СШ №5 г. Караганды (Акты внедрения от 06.10.2000) и Института физиологии и гигиены труда МОиН РК (Акт внедрения от 04.10.2000).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Формы обучения, - классические школа и гимназия, имеют существенные различия в методиках преподавания, в уровне информационной нагрузки, которая вызывает повышение уровня функционального напряжения организма.

2. В зависимости от уклона обучения (математический или гуманитарный) происходит перераспределение функционального напряжения на уровне внутри- и межсистемных взаимодействий.

3. Разработанный метод оценки и прогнозирования уровня психофизиологического напряжения учащихся в зависимости от формы и уклона обучения позволяет дать оценку напряженности учебного процесса, выявить ведущие неблагоприятные факторы учебного процесса и дать прогноз.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены: на Международной конференции, посвященной 40-летию Института физиологии и гигиены труда МН АН РК (Караганда, 1998); на Международной конференции, посвященной 60- летию Кыргосме-дакадемии (Бишкек, 1999); на IV съезде физиологов Казахстана (Астана, 1999); на научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 100-летию со дня рождения академика К.И. Сатпаева (Петропавловск, 1999); на Республиканской научно-теоретической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика К.И. Сатпаева (Караганда, 1999); на Региональной научно-практической конференции, посвященной 30-летию кафедры физиологии человека и животных Северо-Казахстанского университета (Петропавловск, 1999).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 11 печатных работ, из них: 3 статьи, 6 тезисов, 1 методические рекомендации, 1 монография и 1 рационализаторское предложение.

Структура диссертации. Содержание диссертации изложено на 125 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех основных глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа иллюстрирована 20 таблицами и 23 рисунками.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Дмитриев, Павел Станиславович

ВЫВОДЫ

1. Недельная часовая нагрузка классической гимназии значительно превышает общепринятую норму по сравнению с общеобразовательной средней школой. Более оптимально расписание составлено в средней школе №6 для учащихся гуманитарного класса. Суммарный балл трудности предметов в гимназии значительно превышает школьный, что свидетельствует о высоком уровне информационной и психологической нагрузок.

2. Уровень функционального напряжения у подростков, обучающихся в классической гимназии значительно выше, чем у учеников, обучающихся в средней школе, преимущественно за счет более выраженной реакции центральной нервной системы. У учащихся классической гимназии в динамике учебного дня и недели большие сдвиги отмечаются со стороны ЦНС и показателей умственной работоспособности, в то время как у учащихся школы все системы подключаются в равной степени.

3. Результаты использования метода корреляционного анализа структур внутри- и межсистемного взаимодействия свидетельствуют о том, что у учащихся математического класса средней школы после учебных занятий наблюдалось явное нарушение устойчивости системы, увеличение силы внешнесредовых воздействий, а именно, учебного процесса. У учеников гимназии преобладали внутрисистемные связи, что свидетельствовало о целенаправленном воздействии учебного процесса на определенные системы, в первую очередь на ЦНС (за счет высокой недельной нагрузки), вынуждая функционировать их на более высоком уровне.

4. Корреляционный анализ показал, что основным фактором, влияющим на показатели функционального состояния организма учащихся средней школы, является день недели. Далее идет суммарный балл трудности предметов. На третьем месте - фактор количества уроков в день. Причем, у мальчиков математического класса до учебных занятий значительно преобладает фактор дня учебной недели, от которого зависит уровень функционального напряжения организма, а у учеников гуманитарного класса примерно равное соотношение факторов дня учебной недели и суммарного балла трудности предметов.

5. У учащихся классической гимназии основным фактором, влияющим на показатели функционального состояния организма, после учебной нагрузки, является: для математиков суммарный балл трудности предметов. Менее значим фактор дня учебной недели. На третьем месте - фактор количества уроков. У гуманитариев гимназии на первом месте фактор дня учебной недели, на втором - суммарный балл трудности предметов и на третьем количество уроков. У учеников математического класса гимназии отмечается преобладание влияние уровня тяжести учебного процесса. У гуманитариев явно преобладает фактор дня учебной недели, т.е. уровень функционального напряжения организма зависит от кривой работоспособности.

6. Полученные математические модели и разработанные на их основе компьютерные варианты оперативной диагностики и прогнозирования для комплексной интегральной оценки уровня функционального напряжения организма подростков в зависимости от формы и уклона обучения, а также шкала комплексной оценки, позволяют повысить эффективность любого комплекса оздоровительных мероприятий за счет введения целенаправленного подхода по выявлению приоритетных факторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ученики средних школ и школ с нетрадиционным типом обучения составляют многочисленную группу лиц умственного труда, деятельность которой характеризуется некоторыми особенностями (Зубкова В.М., Куинджи Н.Н., 1976; Менделеева О.И., 1981; Хрипкова А.Г., Антропова М.В., 1982). За последние годы увеличилось количество исследований, а значит, возрос интерес к данной проблеме, посвященных условиям их обучения, состоянию физиологических функций и состоянию здоровья (Антропова М.В., Козлова В.И., 1988; Гринене Э.Ю., Вайткявичус Ю.Н., Марчинскене Э.И., 1991; Дмитриев А.Д., 1991).

В школах с нетрадиционными формами обучения (лицеи, гимназии, частные школы) структура педагогического процесса во многом отличается от общепринятых форм обучения, где зачастую используются программы не прошедшие апробацию по гигиеническим, психолого-гигиеническим параметрам; составленные без учета возрастных особенностей детей, большими дневными и недельными часовыми нагрузками. Отсюда возросший интерес многих исследователей к изучению функционального состояния школьников при различного рода умственных нагрузках (Антропова М.В., Козлова В.И., 1988; Гринене Э.Ю., Вайткявичус Ю.Н., Марчинскене Э.И., 1991).

Без всякого сомнения, учебный процесс школ нового типа позволяет дать детям более глубокие и качественные знания. Но не всегда в этих учебных заведениях учебный процесс сбалансирован и соответствует принятым гигиеническим нормам, что, безусловно, отражается на здоровье детей обучающихся там (Антропова М. В., Козлова В.И., 1988; Чубирко М.И., Пичужкина Н.М., Фуфаева О.А., 1997). Даже в условиях традиционной организации учебных занятий учебная нагрузка зачастую является чрезмерной для учащихся 10-12 лет. Она приводит к утомлению большинства учеников, возникновению функциональных психоневрологических отклонений (расстройство сна, чувство усталости, головные боли), которые могут серьезно нарушить здоровье детей (Хрипкова А.Г., 1975; Антропова М.В., 1982).

Проблема влияния уклона обучения на психофизиологические показатели организма школьников получила также широкое распространение (Кочеткова М.Т., Филиппова А.Г., Лесненко Н.А., 1991).

Для понимания наиболее общих закономерностей умственной работоспособности школьников разного возраста, важное значение имеют исследования приспособительных реакций организма детей и подростков к учебным нагрузкам.

Приспособление организма ребенка к новым условиям существования при обучении его в школе сопровождается изменениями поведенческих реакций, расстройством сна, аппетита (Громбах С.М., 1978). Эти симптомы сопровождаются сдвигами в иммунной системе, учащением заболеваний верхних дыхательных путей, нарушением процессов роста и развития, в некоторых случаях у детей может сформироваться негативное отношение к обучению.

Охрана здоровья детей и подростков требует строгого нормирования различных видов их деятельности и правильной организации режима суток (Антропова М.В., 1974; Степанюк B.C., 1980). Это не значит, что школьники вообще не должны утомляться, т. к. без этого не будет происходить совершенствование их функциональных систем (М.В. Антропова, М.М. Безруких, 1981). Большие дневные, недельные, годовые нагрузки приводят к умственному утомлению, снижению работоспособности, возникновению склонности к депрессии, пониженной активности (Дмитриев А.Д., 1991). Таким образом, учебный процесс можно рассматривать как повреждающий фактор по отношению к организму ребенка, создающий предпосылки для развития различных заболеваний.

Исследование проводилось на мальчиках 11-12 лет казахской классической гимназии и казахской средней школы №6, города Петропавловска.

Величина недельной учебной нагрузки для 6 классов по учебному плану общеобразовательной средней школы составляет 30 часов. По учебному плану городской классической гимназии - 38 часов, что значительно превышает общепринятую норму. Согласно учебным планам 6 классов средней школы №6, недельная учебная нагрузка составляет 31 час, что выше норматива на 1 час. Расписание учебных занятий в изучаемых учреждениях образования не всегда составляется с учетом возрастных, физиологических и психофизиологических особенностей детей. Нарушаются принципы чередования уроков, допускаются сдвоенные. Отмечается несоответствие «легких» и «трудных» дней учебной недели и кривых работоспособности, т.е. периодов врабатывания, оптимальной работоспособности и ее спада, учебной нагрузке. Более оптимально расписание составлено в средней школе №6 для учащихся гуманитарного класса (Приложение). Суммарный балл трудности предметов в гимназии значительно превышает школьный, что свидетельствует о высоком уровне информационной и психологической нагрузок.

Как показал анализ динамики физиологических показателей, в целом все системы адекватно реагировали на учебную нагрузку, как в течение учебного дня, так и учебной недели. Но, несмотря на это, у различных систем имеются свои особенности. В частности, уровень функционального напряжения у подростков классической гимназии значительно выше, чем у учеников, обучающихся в средней школе. Причем, центральная нервная система реагировала более выражено, чем, к примеру, сердечно-сосудистая.

Уровень личностной тревожности учащихся школ обоих уклонов, соответствует умеренной тревожности; у учащихся гимназий обоих уклонов отмечена высокая тревожность.

У мальчиков математического класса школы уровень реактивной тревожности в динамике дня изменяется, но соответствует показателю низкой тревожности шкалы теста. У гуманитариев школы низкая тревожность сохраняется в течение первой половины учебной недели, в пятницу отмечена умеренная тревожность.

У учащихся математического класса гимназии показатель реактивной тревожности соответствует уровню низкой тревожности. У гуманитариев гимназии, несмотря на колебания показателя тревожности в динамике дня, он соответствует низкой тревожности шкалы теста практически во все дни учебной недели, кроме пятницы, как у математиков той же формы. Одним из основных факторов, влиявших на результаты теста, является особенность процесса обучения исследуемых классической гимназии и средней школы №6. Высокий уровень личностной тревожности подростков гимназии обоих классов, по-видимому, можно объяснить влиянием чрезмерной учебной нагрузки, которая вызывает отрицательное эмоциональное состояние, выражающееся в повышенной тревожности ребенка. Хотя в течение учебного дня «фон тревожности» незначителен. Не исключено влияние, вызванное возрастными перестройками организма мальчиков.

Существенных изменений величин показателей САН в течение дня не отмечалось у обоих уклонов и форм обучения. По результатам теста САН выявлено, что четверг для гуманитариев обеих форм обучения был наиболее значимым, при этом для школьников он был со знаком плюс, т.е. имел максимальные значения, а для гимназистов - со знаком минус (минимальные значения). Следовательно, большой объем учебной нагрузки вызывал у гимназистов гуманитарного класса в период максимальной работоспособности снижение показателей самочувствия, активности и настроения, т.е. труд учащихся данной категории был более энергоемким, чем у учащихся школ. Независимо от процесса обучения тактика организма направлена на сохранение умственной работоспособности, которая находит отражение в чередовании дней с низкими и высокими показателями шкалы теста САН. Низкие - свидетельствуют о перенапряжении и отражают восстановительные процессы организма, являются гарантией повышения работоспособности на следующий день.

По показателям процесса внимания получено, что высокая учебная и информационно-аналитическая нагрузка не соответствует классической кривой психофизиологической работоспособности, вызывая хроническое перенапряжение функционального состояния организма, что в последствии может отразиться на заболеваемости подростков (Антропова М.В., 1982; Белецкая В.И., Громова З.П., Егорова Т.Н., 1983 и др.). У учащихся школ строго регламентированная учебная нагрузка вызывает классическую кривую работоспособности - период врабатывания, оптимальной работоспособности и утомления в конце учебной недели.

Для оценки уровня функционального напряжения организма учащихся в процессе учебы, физиологической «цены» достигнутого приспособительного результата был использован метод сквозного корреляционного анализа, или, как многие его называют, многомерного анализа между физиологическими параметрами (Шидловская Т.В., Кузьмина К.И., Козак Н.С., Семик Т.М., 1988; Дмитриева Н.В., Воронов Е.Б., Яковлев Ю.В. и др., 1989).

Анализируя общее число корреляционных связей, следует отметить, что оно у обеих форм обучения примерно равно (31/30). Однако, анализ внутри- и межсистемных связей показал существенное отличие. Исходя из данного анализа было установлено, что у подростков средней школы №6 гуманитарного уклона обучения до учебных занятий преобладало количество межсистемных связей, после занятий соотношение связей уравнялось. Следовательно, до занятий уровень функционального напряжения организма был на относительно высоком уровне, после нормированной учебной нагрузки, взаимодействие отдельных систем и организма в целом было на оптимальном уровне - уровень функционального (рабочего) напряжения.

У учащихся средней школы математического класса уровень функционального напряжения до учебных занятий был на низком уровне, после занятий повысился за счет увеличения общего количества корреляционных связей, преимущественно за счет межсистемных. Т.е., до занятий система была в устойчивом режиме функционирования, после занятий наблюдалось явное нарушение устойчивости, увеличение силы внешнесредовых воздействий, а именно, учебного процесса. Наблюдалось расширение диапазона надежного функционирования системы за счет усложнения межсистемных взаимодействий между отдельными автономными системами.

У учеников классической гимназии картина была несколько иной. Здесь уровень функционального напряжения был выше у гуманитариев. При этом, как у гуманитариев, так и у математиков преобладали внутрисистемные корреляционные связи, что свидетельствовало о целенаправленном воздействии учебного процесса на определенные системы, в первую очередь на ЦНС (за счет влияния большой недельной учебной нагрузки), вынуждая функционировать их на более высоком уровне.

Следовательно, можно констатировать, что использование метода корреляционного анализа структур внутри- и межсистемного взаимодействия позволило получить качественную характеристику функционального напряжения и дополнительное подтверждение тому, что учебный процесс классической гимназии вынуждает организм ученика функционировать на более высоком, а, главное, не совсем эффективном уровне системного взаимодействия.

В последнее время для изучения сложных многофакторных явлений в биологии и медицине, и, в частности, в физиологии и гигиене труда, все более широкое применение находит системный подход (Безбогов А.А., 1990; Попова J1.A. и соавт., 1989). Его смысл состоит в том, что каждый элемент системы должен представляться как автономно функционирующий, и его деятельность подчинена общему плану работы системы для получения полезного конечного результата (Анохин П.К., Судаков К.В.,1973; Анохин П.К., 1979).

Корреляционный анализ показал, что основным фактором, влияющим на показатели функционального состояния организма учащихся средней школы, является день недели, вклад в общую дисперсию составил 45,4-46,7%. Далее идет суммарный балл трудности предметов (33,6-36,5%)). На третьем месте фактор количества уроков в день (19,6-19,1%>). При чем, соотношение процента вклада в общую дисперсию факторов дня учебной недели и суммарного балла трудности предметов у математиков и гуманитариев до занятий значительно колеблются. Так, у подростков математического класса значительно преобладает фактор дня учебной недели (50,0%), а у мальчиков гуманитарного класса примерно равное соотношение фактора дня учебной недели и суммарного балла трудности предметов (38,9-34,5%о соответственно).

Следовательно, у математиков школы до учебных занятий явно преобладает фактор дня учебной недели, от того какой, к примеру, день, среда или суббота, зависит уровень функционального напряжения организма. У гуманитариев средней школы столь явного преобладания не отмечается. Здесь в почти равной степени играют роль факторы: день учебной недели и степень трудности предметы. Следовательно, у учеников гуманитарного класса отмечается преобладание влияния уровня тяжести учебного процесса.

У подростков классической гимназии корреляционный анализ показал, что основным фактором, влияющим на показатели функционального состояния организма, после учебной нагрузки, является: для учащихся математического класса суммарный балл трудности предметов (53,9%). Менее значим фактор дня учебной недели (39,3%). На третьем месте фактор количества уроков (7,8%). У гуманитариев гимназии на первом месте фактор дня учебной недели (52,7%), на втором - суммарный балл трудности предметов (26,1%) и на третьем количество уроков (21,2%). При этом соотношение процента вклада в общую дисперсию фактора дня учебной недели и фактора суммарного балла трудности предметов у математиков и гуманитариев гимназии до занятий имеют зеркально противоположную картину. У учеников гуманитарного класса значительно преобладает фактор дня учебной недели (50,0%), у математиков примерно равное соотношение фактора дня учебной недели и фактора суммарного балла трудности предметов (43,7-41,2% соответственно).

Таким образом, у подростков классической гимназии в начале учебных занятий явно преобладает фактор дня учебной недели. У учеников математического класса в почти равной степени играют роль факторы дня учебной недели и степени суммарного балла трудности предметов. Следовательно, у математиков гимназии отмечается преобладание влияние уровня тяжести учебного процесса.

Для мальчиков средней школы присущи в большинстве своем линейные зависимости, свидетельствующие об активном воздействии ведущих факторов, таких как день учебной недели, степень недельной усталости, а не количество предметов. У учащихся гимназии в большинстве преобладают нелинейные S-образные зависимости, свидетельствующие не столько об активном воздействии отдельных ведущих факторов, сколько об их комбинированном влиянии, выявляющиеся с помощью относительно сложных математических методов. Что также свидетельствует о высоком уровне функционального напряжения организма подростков классической гимназии.

Проведенный линейный и нелинейный корреляционный анализ (полином 3 степени) позволил выявить и описать в виде уравнений как прямых, так и S-образных корреляционных зависимостей. С их помощью можно рассчитать, к примеру, уровень индекса Ру-фье, для гуманитариев и математиков, дать оценку, а также по гипотетическим (предполагаемым) значениям исходных факторов сделать прогноз реакции ССС на учебную нагрузку. Полученное уравнение имело вид:

Индекс Руфье = 4,6 + 0,19 * Уклон - 0,104 * День + 0,233 * КУ, где уклон - математический (1) или гуманитарный (2), день - понедельник (1). суббота (6), КУ - количество уроков на данный день; * - знак умножения.

Проведенный дисперсионный анализ показал высокую степень надежности полученного уравнения (F=18,4; Р<0,01). Расчет можно проводить на данный момент, а также и на предполагаемый. В первом случае будет дана оценка, во втором будет построен прогноз. Подставляя значения исходных показателей в формулу, и после несложных арифметических операций получаем значение индекса Руфье. Если он меньше 3 - это соответствует высокой работоспособности; 3 - 6 - хорошей; 6 - 8 - удовлетворительной работоспособности; больше 8 - плохой, т.е. прогноз неблагоприятный (Тихвинский С.Б., Хрущев С.В., 1991).

Также получено мультивариантное экспонентное уравнение по типу Y=exp(a)*Xi для расчета САД, которое имело вид:

САД = 4,41 - 0,026 * Уклон - 0,028 * День + 0,091 * КУ + 0,0089 * СБ, где дополнительно СБ - суммарный балл трудности предметов. Проведенный дисперсионный анализ также показал высокую степень надежности полученного уравнения (F=17,5; Р<0,01).

Для расчета уровня латентного периода ЗМР уравнение имело вид: ЗМР = 0,596 + 0,013 * Уклон + 0,044 * День - 0,023 * КУ + 0,013 * СБ По полученным уравнениям была создана компьютерная программа для оценки и прогноза функционального состояния сердечно-сосудистой системы, ЦНС учащихся в зависимости от формы и уклона обучения. Использование подобных программ позволяет автоматизировать методику оценки и прогноза функционального состояния подростков в динамике учебного процесса.

Для выявления информативных показателей был использован метод главных компонент, задачами которого является нахождение интегральных показателей, характеризующих данное явление с помощью количественных оценок его внутренних структур (Максимов Г.К., Синицин А.Н., 1983).

У учащихся обеих форм учебных заведений были выделены по 4 главные компоненты, охватывающие 58,2% и 53,9% вклада в общую дисперсию соответственно.

Наибольший процент вклада в общую дисперсию у подростков средней школы, отмечалось у первой главной компоненты (20,8%), в состав которой вошли показатели в равной степени характеризующие функциональное состояние сердечно-сосудистой системы и ЦНС. Данная компонента могла бы быть комплексным показателем, характеризующим уровень функционального напряжения учащихся в течение учебного процесса.

Наибольший процент вклада в общую дисперсию у подростков классической гимназий, отмечался у первой главной компоненты (17,7%), в состав которой вошли показатели в большей степени характеризующие функциональное состояние ЦНС и в меньшей степени состояние сердечно-сосудистой системы. Данная компонента также могла бы быть комплексным показателем, характеризующим уровень функционального напряжения учащихся в динамике учебного процесса.

Дополнительным критерием правильности представленного логического объяснения может служить интегральные значения, полученные путем математического вычисления, по уравнению компоненты, в которое подставляются конкретные значения, полученные в реальных условиях.

Достоверные различия между сравниваемыми группами расчетных значений отмечаются у всех главных компонент. В тоже время обращает на себя внимание тот факт, что между сравниваемыми группами расчетные значения по компонентам сильно разнятся, что весьма затруднительно объяснить с физиологической точки зрения воздействием только учебным процессом, как бы он существенно не отличался. В предыдущих главах по физиологическим показателям разница в динамике была в 1,5-2-х кратном превышении. Исходя из этих предпосылок, наиболее им соответствует первая главная компонента. Данное соответствие строится на двух факторах: 1. Данная компонента отражает реакцию ведущих систем, наиболее подверженных воздействию учебного процесса, его информационным нагрузкам, это - сердечно-сосудистая система и ЦНС; 2. Превышение по 1 главной компоненте, между изучаемыми формами, составляет полутора-двухкратный диапазон.

По ней, а точнее по полученной функции: 1

Yral= - * (0,63 * САД + 0,49 ♦ ДАД + 0,83 * ЗМР+0,65 * СЗМР)

2,08 можно оценить уровень напряжения организма учащихся школ на учебную нагрузку (Р<0,05-0,01), что в принципе отвечает условиям эксперимента. Подставляя значения физиологических показателей, входящих в 1 компоненту в формулу, после несложных арифметических операций получаем значение интегрального показателя. Если он меньше или равен 3,4 у.е. то уровень функционального напряжения оценивается как низкий, если в пределах 3,41-4,79 - средний, если в пределах 4,8-6,1 - выше среднего и если более 6,2 у.е., то напряжение определяется как высокое (прогноз неблагоприятен).

Для учащихся гимназий уравнение по 1 компоненте имело вид: 1

YrKi= - * (0,6 * ДАД -0,52 * КЧСМ + 0,68 * ЗМР+ 0,59 * СЗМР)

1,77

Подставляя значения физиологических показателей, входящих в 1 компоненту в формулу получаем значение интегрального показателя. Если он меньше или равен 6,89 у.е. то уровень функционального напряжения оценивается как низкий, если в пределах 6,9-8,59 - средний, если в пределах 8,6-10,4 - выше среднего, и если более 10,4 у.е. - высокое напряжение (прогноз неблагоприятен).

Таким образом, использование метода главных компонент позволило расчетным методом получить интегральные показатели для подростков средней школы и классической гимназии. Данные показатели, характеризующие уровень функционального напряжения организма учащихся на учебную нагрузку с помощью количественных оценок его внутренних структур, позволили выявить скрытые, объективно существующие закономерности. При этом удалось уменьшить число параметров с сохранением объема информации.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Дмитриев, Павел Станиславович, Петропавловск

1. Агарков В.И. Оптимизация функционального состояния младших школьников с помощью ритма учебных действий. // Гигиена и санитария. 1991. №7. С. 49-51.

2. Айзенк Г.Д. Проверь свои способности. М., 1992. С. 98-101.

3. Аксянова Е.А. Особенности адаптаций учащихся, осваивающих специальности, связанные с обработкой металла. // Гигиена и санитария. 1987. №6. С. 10-12.

4. Ананьева Н.А., Неверова Л.Г. Работа на дисплеях и состояние здоровья школьников. // Гигиена и санитария. 1987. № 6. С. 7-10.

5. Андреева Л.М. Возрастные особенности регуляции деятельности сердца. // Материалы Всесоюзного симпозиума: «Проблемы и методы исследования возрастной физиологии». Баку, 1987. С. 11-12.

6. Андрусишина И.Н., Луценко Л.И. Изменение показателей умственной работоспособности под влиянием различных видов учебной нагрузки. / Тез. докл. конфер. «Физические проблемы утомления и восстановления. Киев: Чуркассы, 1985. С. 15.

7. Анисимов Е.А., Косилов С.А. К вопросу об использовании средств физической культуры и спорта в целях подготовки школьников к труду. // Теория и практика физической культуры. 1986. № 9. С. 10-12.

8. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. М.: Медицина, 1975.- 447 с.

9. Анохин П.К. Системные механизмы высшей нервной деятельности. М., 1979. С. 129-132.

10. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. М.: Наука, 1980. -196 с.

11. Анохин П.К., Судаков К.В. Эмоции и здоровье. // Будущее науки. 1973. № 6. С. 190-211.

12. Антропова М.В. Адаптация организма учащихся к учебной и физической нагрузкам.- М.: Педагогика, 1982. С. 45-52.

13. Антропова М.В. Примерная программа и методика изучения режима дня, работоспособности и состояния здоровья школьников. М.: Просвещение, 1978. С. 58-60.

14. Антропова М.В. Работоспособность учащихся и ее динамика в процессе учебной и трудовой деятельности. М.: Просвещение, 1968. С. 153-154.15.