|
<<<
interlibrary.narod.ru |
О роли биологических ритмов
в процессах обучения
|
Проблемам методик и режимов обучения посвящено огромное количество работ. Однако все они «страдают» одним принципиальным недостатком: отсутствием средств для объективной количественной оценки физиологических реакций, происходящих с организмом человека при обучения, а также и результатов обучения, так как этот процесс, как правило, представляет собой тяжелый умственный и физический труд. Различные методы тестирования и системы баллов, широко применяемые для этой цели, не обеспечивают объективности получаемых результатов, так как по своей сущности изначально носят субъективный характер [ 4 ]. В результате многолетних исследований этой проблемы в 1996 году нами был разработан и запатентован принципиально новый способ количественной оценки воздействия на организм человека различных нагрузок с применением нового параметра - эргоемкости. Сущность этого способа состоит в том, что величина воздействий нагрузок определяется по критерию времени отдыха, необходимому для восстановления функциональных сдвигов, вызванных этими нагрузками [3, 6]. Причем при применении этого способа решается одновременно три проблемы: собственно количественная оценка нагрузок по параметру эргоемкость, проблема соизмеримости между собой различных нагрузок, имеющих различную природу и различные единицы измерения, а также проблема соизмеримости различных физиологических параметров живых организмов, имеющих различные единицы измерения. Этот способ нашел свое применение при исследованиях воздействия на организм человека различных параметров промышленного оборудования, трудовых процессов, анализе воздействия на организм человека экологической обстановки. Однако при применении этого способа не учитывались в достаточной степени временные изменения в состоянии организма человека, связанные с процессами его жизнедеятельности, зависящими от времени суток, дня недели, индивидуальных особенностей организма и массы других причин. Дальнейшие работы в этой области показали, что указанные изменения непосредственно зависят от термодинамического состояния организма человека. Как известно из работ Э.Бауэра и И.Пригожина [2, 7, 8], весь материальный мир, в том числе и живые организмы, являются открытыми термодинамическими системами. Причем неживая природа всегда находится в неустойчивом термодинамическом состоянии (равновесном, слабо неравновесном или сильно неравновесном), а живая природа всегда находится в устойчивом неравновесном термодинамическом состоянии. Последнее утверждение было сформулировано Э.Бауэром в 1935 году в виде «Всеобщего закона биологии» [ 2 ] в следующей редакции:
Исследования термодинамики живых организмов, проведенные нами, показали, что устойчивость неравновесного термодинамического состояния живых организмов обеспечивается биологическими ритмами [ 5 ]. В результате этого, в дополнение к «Всеобщему закону биологии» Э.Бауэра, был сформулированы 2-й закон биологии:
и два следствия из
него:
Таким образом, было определено, что главной целью функционирования каждого живого организма, его клеток, органов и систем, является обеспечение максимальной устойчивости неравновесного термодинамического состояния. Причем эта устойчивость достигается путем использования биоритмов - непрерывных колебаний всех физиологических и энергетических параметров относительно некоторых средних значений. Природа биологических ритмов такова, что каждая клетка организма человека, каждый орган, система и целостный организм имеют индивидуальные параметры колебаний, зависящие от множества как внутренних, так и внешних причин: физического состояния организма, наследственных признаков, характера, бытовых условий, режима дня, места проживания, климата, экологической обстановки, психологического климата, питания, физиологических параметров, возраста и других [ 1]. Поэтому собственные параметры биоритмов каждого организма: частота сердечных сокращений, периодичность и характер обмена веществ, сочетание физических нагрузок и отдыха, сочетание сна и бодрствования и другие могут в значительной степени отличаться друг от друга. В то же время биоритмы находятся в большой зависимости от параметров окружающей среды, которые в основном также являются периодическими: из-за вращения Земли вокруг своей оси происходят суточные чередования дня и ночи, из-за вращения Земли вокруг Солнца происходит смена времен года и соответствующие им климатические условия, из-за активного воздейстия человека на природу с суточной и недельной периодичностью изменяется состав воздушной среды, уровни шума и т.д. Кроме того, человек – существо общественное, и он вынужден в достаточной степени подчиняться законам общества. В связи с этим целый ряд биоритмов человека, в частности суточные и недельные периоды колебаний, время приема пищи, график трудового дня и другие имеют принудительный характер. Согласование принудительного ритма с естественными потребностями организма человек обеспечивает самыми различными способами: временем и продолжительностью сна, режимом дня, выбором трудовой деятельности, режимом питания, физическими нагрузками и т.д. Как было указано выше, процесс обучения представляет собой тяжелый умственный и физический труд, так как человек при этом процессе должен за ограниченное время овладевать большим объемом знаний и навыков, часто находясь при этом в вынужденной позе. Поэтому учет собственных биоритмов организма человека при организации процесса обучения (в основном режима труда и отдыха) имеет принципиальное значение как для эффективности овладевания изучаемого материала, так и для сохранения здоровья. Рассмотрим несколько примеров физиологических реакций организма человека при разных сочетаниях нагрузки и отдыха. На рис. 1 представлен пример идеализированных типовых суточных функциональных сдвигов человека в случае отсутствия трудовых нагрузок, когда человек не работает и каждый день живет в одном и том же ритме.
Как видно из рис.1, в том случае, когда человек не работает, в его организме с принудительным периодом в одни сутки происходят чередования состояний бодрствования и сна. При бодрствовании он находится в активном состоянии, соответствующем его естественной потребности, в результате чего у него происходит рост определенных функциональных сдвигов, связанных с физической и нервной деятельностью (кривая I), постоянно достигающих уровня U1, а также отдыха и сна (кривая II), соответствующих его естественной потребности, при которых функциональный сдвиг полностью восстанавливается. Причем, поскольку его жизнедеятельность не связана с принудительными трудовыми процессами, кривые I и II не зависят от дня недели, а времени для отдыха и сна (t1) больше, чем необходимо для полного восстановления функциональных сдвигов. На рис. 2 представлен пример идеализированных типовых суточных функциональных сдвигов человека в случае, когда человек принудительно работает по некоторому установленному графику при 5-и дневной рабочей неделе и незначительной трудовой нагрузке.
Как видно из рис.2, в результате принудительной трудовой деятельности - ежесуточных незначительных производственных нагрузках величиной E1, значение функционального сдвига U возрастает от уровня U1 до U2. При этом также возрастает время восстановления функционального сдвига (t2). Однако, в связи с незначительностью нагрузки E1 за это время (t2) успевает произойти полное восстановление функциональных сдвигов U. Поэтому в течение всех пяти рабочих дней недели максимальный уровень функциональных сдвигов не меняется и соответстует значению U2. При отсутствии
производственной нагрузки – в субботу и воскресение – максимальное значение
суточного функционального сдвига уменьшается и составляет величину U1, как в
примере на рис.1. На рис. 3 представлен пример идеализированных типовых суточных функциональных сдвигов организма человека в случае, когда он работает по принудительному графику при 5-и дневной рабочей неделе, испытывая значительную трудовую нагрузку.
Как видно из рис.3, в первый рабочий день (понедельник) при воздействии значительной нагрузки E1 происходит рост функционального сдвига (кривая I), достигающего значения u1. После прекращении воздействия нагрузки происходит уменьшение функционального сдвига (кривая II). Однако нагрузка E1 достаточно велика, поэтому за время паузы (отдыха) между нагрузками функциональный сдвиг u1 не успевает уменьшиться до исходного уровня. В связи с этим в начале следующего рабочего дня – во вторник рост функционального сдвига u начинается не от нулевого значения, а от некоторого остаточного, которое день ото дня возрастает до значения u5 в пятницу. В выходные дни – субботу и воскресение, когда нагрузка E1 отсутствует, функциональный сдвиг восстанавливается до исходного нулевого уровня. С понедельника цикл повторяется. Таким образом, очевидно, что в процессе обучения при весьма незначительной нагрузке усталость будет также небольшой, но и объем изучаемого материала будет незначительным. В то же время при слишком большой нагрузке в течение недели будет происходить значительный рост утомления учащихся, что отрицательно скажется на усвоении ими изучаемого материала. Отсюда следует, что наиболее оптимальным должен быть такой график нагрузки, при котором функциональные сдвиги к началу следующих занятий должны полностью восстановиться, а объем усвоенного материала должен быть максимальным. Этот вывод в принципе далеко не нов – человечеству известно это правило уже много тысяч лет на основании собственного опыта. Однако объективный количественный учет биологических процессов, происходящих во время обучения и во время отдыха, а также их связь с собственными биологическими ритмами организма учащихся может позволить весьма оперативно достичь максимально возможных результатов в усвоении изучаемого материала путем расчетов, а не путем многочисленных экспериментов с последовательным приближением к требуемому результату. Процессы обучения, как правило, содержат две фазы: коллективные посещения занятий, производящихся в принудительном режиме, и занятия дома, производящиеся в более свободном режиме, в определенной степени зависящим от условий окружающей среды: обстановки дома, организации учебного места, отношений в семье и т.д. Поэтому для успешного решения поставленной задачи необходимо определить параметры собственных биоритмов учащихся и на их основе разработать рекомендации по их оптимальной жизнедеятельности: режиму дня, питания, времени отдыха, графику домашних занятий, занятий физкуьтурой и спортом и т.д. Параметры собственных биоритмов могут быть с достаточной точностью определены путем использования метода стробирования – определения времени восстановления функциональных сдвигов, вызванных незначительными кратковременными контрольными нагрузками, производящимися в разное время суток и в разные дни. При этом выявляются индивидуальные особенности организма учащихся, которые используются при составлении рекомендуемого графика режима дня и графика домашних занятий: в том числе наилучшее время домашних занятий и их продолжительность, перерывы в процессе занятий, сочетание с другими нагрузками или занятиями, приемом пищи, видами активного отдыха и др. К сожалению, точное определение времени восстановления функциональных сдвигов установить невозможно из-за того, что этот процесс носит экспоненциальный характер, что видно, например, из рис 1. Поэтому для этой цели была разработана специальная компьютерная программа «Loqus 2003.1», обеспечивающая условное определение времени восстановления функциональных сдвигов как при физических, так и при психологических нагрузках. Причем компьютерная программа «Loqus 2003.1» позволяет не только получить интегральную оценку воздействия нагрузок, но и установить основные источники этих нагрузок, и, соответственно, определить пути уменьшения их воздействия. Практическое использование разработанных методов показало их высокую эффективность не только при собственно оценке состояния организма человека, но и при определении основных причин, вызывающих повышеное утомление учащихся и плохое усвоение изучаемых материалов. В частности при исследованиях существующих компьютерных учебных мест для школьников, в том числе школьников-инвалидов с нарушениями подвижностей нижних конечностей, был определен целый ряд параметров, ухудшающих условия обучения и наносящих прямой вред здоровью учащихся, например длительное нахождение их организма в неудобной вынужденной позе. В результате этих работ были разработаны новые конструкции учебных мест, полностью соответствующих всем требованиям санитарных норм как для здоровых детей, так и для детей-инвалидов с нарушениями подвижности нижних конечностей. На рис. 4 приведен эскиз компьютерного стола для школьников от 7-и до 16 лет. Как видно из ри.4, компьютерный стол для школьников имеет специальную конструкцию, обеспечивающую правильную осанку учащихся, требуемое расстояние от глаз до экрана монитора, угол взора, регулируемую по высоте подставку для ног, в результате чего он соответствует всем гигиеническим требованиям. Таким образом, проблема достижения наибольшей эффективности процесса обучения при минимальной степени утомления учащихся может быть успешно решена путем разработки рекомендаций режима дня и обучения, основанных на индивидуальных параметрах их биологических ритмов.
Рис.4. Компьютерный стол для школьников. На основании полученных результатов исследований можно сделать следующие выводы: Определение термодинамической природы биоритмов и их роли в процессах жизнедеятельности, а также использование способа количественной оценки воздействия процессов обучения на состояние организма учащихся позволяют обеспечить оперативные исследования параметров биоритмов организма учащихся и разработать персональные рекомендации, беспечивающие наиболее оптимальную организацию распорядка дня и учебных процессов. Литература. 1. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных
систем. - М.: Медицина, 1975. 2. Бауэр Э.С. Теоретическая биология. Росток. 2002. 3. БутковскаяЗ.М., Доброборский Б.С., Кадыскина Е.Н. К вопросу применения нового эргономического показателя “Эргоемкость” при гигиенической оценке и сертификации ручного инструмента. Гигиена труда и промышленная экология. 1998. №11, С.12-15. 4. Гигиенические критерии
оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности
факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса.
Р 2.2.755-99. Руководство. 5. Доброборский Б.С. Конец легенды о биоритмах.
Личность и культура. 2005. №6. С. 24-28. 6. Доброборский Б.С., Кадыскина Е.Н. Способ оценки величины воздействия на организм человека различных нагрузок. Патент RU № 2159576. Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки». 27.11.2000. №33, С.123. 7. Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов, пер. с англ., М., 1960. 8. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой .Наука. М. 1986. |
