Психофизиологические основы эффективной организации учебного процесса

Педагогический университет «Первое сентября»

Лекция N 5

Учебный план курса

Функциональное состояние ребенка как показатель
эффективности и адекватности учебной нагрузки
Понятие о работоспособности, напряжении, утомлении.
Возрастные особенности работоспособности.
Методы оценки напряжения и утомления

Интегральным показателем функционального состояния организма, его изменений является работоспособность, именно она отражает рациональность организации учебного процесса, его соответствие возможностям ребенка, его эффективность. Динамика работоспособности позволяет увидеть, какой ценой достигается тот или иной педагогический результат.

Уровень работоспособности зависит от многих факторов: физиологических (функциональная зрелость организма, функциональное состояние, состояние здоровья и т.п.), психологических (самочувствие, эмоциональное состояние, мотивация и т.п.), внешнесредовых (условия организации деятельности, время дня, года и т.п.).

Существуют общие закономерности динамики работоспособности. Она делится на несколько периодов: врабатывание, устойчивый период (оптимальной работоспособности), предутомление (период неустойчивой работоспособности, или компенсаторной перестройки) и утомление. Схематически кривую работоспособности можно представить следующим образом:

В период врабатывания происходит постепенное повышение работоспособности. Это период поиска наиболее адекватных и эффективных вариантов функционирования всех органов и систем, период значительного напряжения, высоких энергозатрат, период организации произвольного внимания и функциональной организации деятельности. В этот период меняются свойства нервных клеток – повышаются их возбудимость, функциональная подвижность, активизируются связи между отдельными нервными центрами головного мозга. Работоспособность пока неустойчива, эффективность ее невысока. Устойчивый период (оптимум) – это время, когда организм работает наиболее эффективно в оптимальном режиме. Высокая устойчивая работоспособность не требует от организма чрезмерных усилий и энергозатрат, снижается напряжение и повышается согласованность в деятельности всех систем. Однако период оптимума не может продолжаться бесконечно и закономерно сменяется следующим периодом – компенсаторной перестройки. Ребенок еще может работать качественно, но уже ценой значительного напряжения. Именно этот период характеризуется снижением внимания, ростом числа отвлечений, снижением темпа деятельности, повышением двигательной активности. Усилием воли, функциональным напряжением ребенок может продолжить работу и даже сохранить ее качество, но очень недолго. Следующий период – утомление.

Утомление – особое функциональное состояние организма, оно может возникать при длительной, но неинтенсивной работе и при кратковременной интенсивной. Утомление характеризуется рассогласованием в деятельности систем организма, снижением регуляторных влияний коры, повышением влияния подкорковых структур. Снижается сначала качество, а затем и количество работы (т.е. снижается работоспособность).

Первые признаки утомления хорошо знакомы педагогу: нарушение концентрации внимания, снижение темпа работы, двигательное беспокойство, повышение количества ошибок, нарушение координации движений. Первым и очень информативным признаком утомления является изменение почерка. Особенно отчетливо это видно у тех детей, которые обычно пишут аккуратно и правильно. Нарушается регуляция вегетативных функций, внешне это иногда проявляется как потливость (у детей сильно потеют руки), покраснение лица, могут появиться жалобы на головную боль или «боль в животе». Наиболее частым проявлением утомления является так называемое «двигательное беспокойство». После 5–10 минут учебной деятельности, связанной со статическим напряжением (относительно неподвижной определенной позой при письме, чтении, работе за компьютером) ребенок начинает «крутиться», многократно менять позу.

Изменения в организме, связанные с утомлением, носят временный характер и исчезают при смене деятельности или во время отдыха. Именно поэтому в процессе учебных занятий рекомендуется проводить физкультминутки, они снимают не только мышечное, но и эмоциональное напряжение, позволяют переключиться с одного вида деятельности на другой.

Следует отметить, что утомление обладает двойным биологическим действием. С одной стороны, оно является защитной реакцией организма и охраняет его от чрезмерного напряжения, с другой – стимулирует восстановительные процессы, раздвигает границы функциональных возможностей (фактически повышает адаптивный резерв). Количественно оценить утомление позволяют показатели работоспособности, а качественная оценка утомления очень сложна. Как правило, дети младшего школьного возраста не всегда адекватно оценивают собственное состояние – при очень интересной, эмоционально значимой деятельности внешние признаки утомления могут не проявляться длительное время, и сам ребенок словно не чувствует утомления, однако функциональное напряжение постепенно нарастает – и в какой-то момент ребенок отказывается от работы («больше не могу»). Дети более старшего возраста (с 10–12 лет) уже хорошо дифференцируют состояние утомления и даже предутомления (компенсаторной перестройки), умеют регулировать и ограничивать работу.

От чего зависит продолжительность отдельных фаз работоспособности? От очень многих и разнообразных причин.

Один из факторов – возраст. Чем младше ребенок, тем продолжительнее врабатывание, короче период оптимальной работоспособности, более четко выражен период компенсации и более резко проявляется утомление.

Следующий фактор – состояние здоровья. У детей с хроническими заболеваниями, и особенно у часто и длительно болеющих детей, как правило, отмечаются низкая и неустойчивая работоспособность, удлинение периода врабатывания, сокращение периода оптимальной работоспособности, быстро наступает утомление.

Еще один фактор – функциональная зрелость организма, соответствие условий и требований работы функциональным возможностям ребенка. Именно функциональная зрелость коры и регуляторных структур мозга определяет, может ли ребенок удерживать внимание, быстро врабатываться, определенное время работать без отвлечений – другими словами, работать эффективно.

Если условия и организация работы или требования, предъявляемые ребенку, не соответствуют его функциональным возможностям, удлиняется период врабатывания, сокращается период оптимальной работоспособности и резко наступает утомление.

В онтогенезе ребенка выделяются два критических периода – начало обучения (6–7 лет) и период полового созревания (11–14 лет). Эти периоды отличаются низкой и неустойчивой работоспособностью, выраженным напряжением и резким развитием утомления.

Рациональная организация учебных занятий сокращает период врабатывания, способствует удлинению периода оптимальной работоспособности и отодвигает, делает менее выраженным утомление.

Общие закономерности динамики работоспособности четко проявляются на протяжении урока, в течение учебного дня и в течение учебного года.

Рассмотрим динамику работоспособности во время урока в начальной школе: первые 3–5 минут – врабатывание, затем 10–15 минут оптимальной работоспособности, еще 5–7 минут неустойчивой работоспособности – и утомление.

Если учитель, входя в класс, говорит: «Открыли тетради, быстро начинаем писать контрольную работу (решать примеры, писать изложение)», – результат работы класса может быть низким (отсутствие времени на врабатывание приведет к эмоциональному напряжению, повышению тревожности, что удлинит врабатывание и резко сократит период оптимума). То же самое происходит в ходе урока при быстрой смене видов деятельности – «Закрыли учебники, открыли тетради, начинаем писать (считать)...». Следует помнить и о том, что продолжительность периодов врабатывания, оптимума, утомления зависит от функционального состояния ребенка и его индивидуальных особенностей. Например, у медлительных детей период врабатывания в 1,5–2 раза продолжительнее, удлиняется врабатывание у утомленных и ослабленных после болезни детей. Не менее значим возраст. Так, например, период врабатывания детей 5–6 лет составляет 5–6 минут, а оптимума – 10 минут; у 6–7-летних период врабатывания сокращается до 1,5–3 минут, а оптимума –удлиняется до 15–17 минут. Оптимальная продолжительность урока – 40–45 минут (это продолжительность интенсивной интеллектуальной деятельности и взрослого человека). При этом наименее эффективны первый, пятый и последующие уроки. Планируя любую работу на уроке, необходимо учитывать эти закономерности.

Дневная динамика работоспособности также дает достаточно четкую картину. Первый урок – врабатывание, второй и третий – оптимум, на четвертом повышается напряжение и снижается качество, а пятый урок в начальной школе неэффективен. Разумеется, успешная работа возможна и на пятом уроке, но при этом резко возрастает функциональная цена учебной нагрузки.

Специальные исследования показали, что к 4-му уроку работоспособность первоклассников снижается в 2 раза и случаи сильного утомления отмечаются у четверти детей. У первоклассников-шестилеток отмечено резкое падение работоспособности уже после первого урока, а утомление в конце дня выявлено почти у 70 % детей даже при облегченном режиме дня. Понятно, что пятые и шестые уроки в начальной школе не только нецелесообразны (слишком высоко напряжение и низка эффективность), но просто вредны, т.к. ребенок будет работать на фоне утомления. Следует учесть, что при чрезмерной интенсивной работе у учащихся младших классов снижение работоспособности начинается со 2-го урока, а на 3-м наблюдается резко выраженное утомление. У пятиклассников оптимальный уровень работоспособности также отмечен на 2-м и 3-м уроках, а после 5-го урока отмечается резкое снижение работоспособности. Для старшеклассников максимальное количество уроков – 6, седьмые и восьмые часы малоэффективны и связаны с высоким функциональным напряжением.

Улучшить состояние ребенка в течение дня, отодвинуть утомление, снять усталость помогают физиологические «стимуляторы»: активная прогулка (часовая после 3-го урока), физкультминутки, холодовые раздражители (обтирание влажной салфеткой лица и шеи), звуковые раздражители.

Важно знать и оптимальную продолжительность различных видов деятельности на уроке, например, продолжительность непрерывного чтения в 6 лет не должна превышать 8 мин., в 7–8 лет – 10 мин., в 9 лет – 15 минут. Продолжительность непрерывного письма в 7 лет – всего 2 мин. 40 сек. в начале урока и 1 мин. 45 сек. в конце. Экспериментальные данные показывают, что оптимальная организация урока – главный фактор предохранения от предметного утомления и повышения функционального напряжения. Эффективная и непрерывная интеллектуальная работа в 5-м классе возможна в течение 20–25 минут. Кратковременный перерыв позволяет продолжать ее следующие 20–25 минут. У старшеклассников период эффективной непрерывной интеллектуальной работы не намного выше – 30–35 мин., но хорошо сформированные механизмы произвольной регуляции деятельности позволяют в этом возрасте значительно удлинить период высокой работоспособности, при высокой мотивации старшеклассники могут увлеченно заниматься в течение нескольких часов.

Рационально организованный урок – это не только урок, в котором учтена продолжительность отдельных моментов, но, что еще более важно, – соблюдается оптимальный темп деятельности, не создается ситуация временного цейтнота, подгонки, дефицита времени. Информационные перегрузки в сочетании с постоянным дефицитом времени – ведущие факторы нарушения функционального состояния и нарушений психического здоровья. В тех случаях, когда они сочетаются с высокой мотивацией, невротизирующее действие таких нагрузок усиливается. Таким образом, неправильно организованный урок нарушает состояние здоровья и вызывает комплекс школьных проблем.

Большое значение в сохранении работоспособности и укреплении здоровья имеет правильная организация учебной недели. В недельной динамике работоспособности можно отметить те же периоды: понедельник – врабатывание, вторник, среда – оптимум, в четверг повышается напряжение и снижается эффективность работы (т.е. растет ее физиологическая «цена»), в пятницу работоспособность ниже, чем в другие дни недели. Трудные задания, новый материал, контрольные работы потребуют значительно большего напряжения в дни врабатывания или накопления утомления. Это можно учитывать, распределяя учебную нагрузку. Есть опыт многих школ, показывающий, что четверг можно сделать днем своеобразной разгрузки (экскурсия, бассейн, прогулки, рисование, музыка), и тогда пятница и суббота становятся днями «высокой и устойчивой работоспособности». «Разгрузочный» четверг в этом случае играет роль «физиологического стимулятора», как физкультминутка на 25-й минуте урока или как прогулка после 3-го урока.

В последние годы многие школы работают в режиме пятидневной учебной недели. Два дня отдыха приносят положительный эффект при одном условии: если это действительно рационально организованный отдых в благоприятной социальной обстановке. К сожалению, у значительной части детей выходные становятся днями безнадзорной беготни или, наоборот, жестокого давления и выяснения отношений со взрослыми. В этих случаях положительного социального эффекта нет и остаются негативные эффекты нарушения недельного ритма и динамики работоспособности: удлиняется период врабатывания (понедельник, вторник), сокращается период оптимальной работоспособности (среда), отмечается более сильное утомление (пятница). К тому же увеличивается ежедневное число уроков.

Вывод о целесообразности и эффективности «пятидневки» могут и должны сделать в каждой школе самостоятельно исходя из условий жизни детей, но опираясь не на желания учителей и родителей, а на реальные возможности учеников. Пятидневка рациональна только при сокращении объема общей недельной нагрузки, изменении всей системы работы в школе.

Годовая динамика работоспособности очень близка к стандартной кривой. Первые месяцы обучения (адаптация) – врабатывание, причем этот период наиболее длителен (6–8 недель) в 1-м классе, во 2–4-х классах он сокращается до трех-четырех недель, в 5-м классе опять увеличивается до четырех–шести недель и в последующие годы обучения составляет две-три недели.

Наступление утомления в течение года сдерживается каникулами, играющими роль физиологических «стимуляторов». Наиболее трудными периодами учебного года на протяжении всех лет обучения являются период после 20 декабря и середина февраля. Первый спад работоспособности (в декабре) компенсируется зимними каникулами. Каникулы могли бы дать больший эффект, если бы они начинались 25 декабря. Второй спад работоспособности (в феврале) также рекомендуется компенсировать 7–10-дневными каникулами в середине февраля (для младших школьников) либо снижением нагрузки (для учащихся основной и старшей школы).

Желание учителя повысить эмоциональность урока, изменить форму работы, переключить внимание учащихся можно реализовать с помощью различных технических средств – компьютера, телевидения, кинофильмов, диафильмов, звукозаписи. Но все хорошо в меру, и если на одном уроке учитель пытается использовать все сразу или в течение целого урока «крутит» фильм, то ожидаемого эффекта не будет. Применение технических средств создает повышенную нагрузку на центральную нервную систему, особенно на зрительный и слуховой анализаторы, поэтому длительное использование этих технических средств, а также частое переключение с одного на другое сильно утомляет детей. Рекомендуются также нормы длительности использования технических средств обучения на уроках: в 1–2-м классе просмотр диафильмов и диапозитивов – 7–15 мин., кинофильмов – 15–20 мин., телепередач – 5 минут.

Особого внимания требует работа учащихся с компьютером (см. лекцию 8).

При планировании учебных занятий необходимо помнить, что в каждой деятельности, в том числе и учебной, есть некий (к сожалению, трудно определяемый) уровень эмоционального напряжения, при котором выполнение деятельности эффективно. Слабые и умеренные эмоции (хотя прогнозировать их воздействие пока тоже невозможно, ведь то, что может быть слабым фактором для одного ребенка, для другого будет чересчур сильным) являются организующими, а сильные – дезорганизующими. И если сказка, рассказанная на уроке математики для разрядки, у детей вызвала чересчур сильные эмоции, то запомнится сказка, а не то, что «проходили» на уроке. Трудность еще и в том, что психоэмоциональное напряжение быстро истощает организм и приводит к падению работоспособности.

Однако резкое падение работоспособности и утомительность урока не всегда связаны с его трудностью. Многое зависит от уровня и методики преподавания, подготовленности ученика. Хорошо бы, конечно, дать табличку трудности уроков и их утомительности, а к ней приложить еще одну – с готовыми рецептами их ликвидации. Увы, в педагогике, в отличие от медицины, нет готовых рецептов, да и попытки определить степень трудности уроков, оценивая их влияние на организм учащихся, оказались неудачными. На одном и том же уроке разные дети утомляются по-разному (об индивидуальных особенностях динамики работоспособности мы еще расскажем). А значит, понятия «трудность урока» и «утомительность урока» неоднозначны.

Трудность – это объективное свойство урока, включающее конкретный объем знаний, умений и навыков, которые должен усвоить ученик, интенсивность работы и др., а утомительность – это субъективный индивидуальный показатель, характеризующий функциональную стоимость урока для каждого ученика. Нет и четких педагогических критериев оценки трудности урока. В то же время специальные исследования показали, что степень утомления школьников определяется не каким-либо одним фактором (объем, насыщенность, сложность, использование ТСО, интенсивность, эмоциональность и др.), а их совокупностью и сочетанием.

Урок – основная и практически единственная форма учебно-воспитательного процесса. «Уроки – основная часть партитуры школьного дня...» (Ш. Амонашвили). Как оценить утомительность урока? И можно ли построить урок так, чтобы он был менее утомительным? Учитель практически не имеет критериев оценки утомительности урока. Педагогически и физиологически правильно построенный урок должен способствовать высокой работоспособности и не приводить к значительному утомлению. Для того чтобы оценить утомительность урока, можно использовать результаты специальных исследований, проведенных сотрудниками Института гигиены детей и подростков МЗ СССР.

Каждый урок оценивался по следующим параметрам: трудности (в зависимости от характера мыслительной деятельности); насыщенности (по числу видов учебной деятельности, элементов урока, которыми были заняты школьники); по характеристике эмоционального состояния учащихся (которая складывалась из оценки положительных реакций детей на учебную нагрузку, особенностей изложения учителем материала, формы и характера учебного задания и т.п.), а также по результатам подробного хронометража учебных занятий и анализа изменений функционального состояния организма учащихся и динамики их работоспособности. Сопоставление всех этих данных выявило, что каждый показатель в отдельности (трудность, насыщенность, эмоциональность) в разной степени влияет на утомительность урока. По результатам этих исследований уроки чтения, русского языка, математики и природоведения оказывали практически одинаковое влияние на функциональное состояние организма учащихся и динамику их работоспособности. Но наиболее трудными оказались уроки природоведения (традиционно считается, что наиболее трудные уроки – русский язык и математика). Но именно на уроках природоведения детям давался большой объем новых знаний, требовались решение логических задач, творческое применение знаний. Это естественно, ведь природоведение – интегрированный курс разных наук, представляющих целостную картину мира. Затем по трудности следовали уроки математики, русского языка и чтения. По насыщенности учебными элементами (или видами учебной деятельности) первое место занимает чтение, а затем математика, русский язык, природоведение. Наиболее высокие эмоциональные реакции вызывали уроки природоведения, за ними – уроки математики, чтения, русского языка.

Результаты исследований свидетельствовали, что низкая характеристика одного показателя урока в основном компенсируется высокой характеристикой другого. Например, при высокой трудности уроков природоведения работоспособность поддерживается, по-видимому, наиболее высоким эмоциональным фоном. А анализ функционального состояния организма учащихся и их утомления показал, что утомительность урока определяется не каким-то одним фактором (сложностью материала или эмоциональностью), а неким сочетанием, совокупностью трех основных факторов: трудностью, насыщенностью учебными элементами, эмоциональностью. При этом оптимальной может быть и высокая, и средняя, и низкая степень каждого из этих показателей.

Эти исследования убеждают в том, что не нужно бояться рассчитывать все факторы учебного процесса – радость и удивление, смену видов деятельности и объем учебного материала, интенсивность работы и ее длительность. Наоборот, знание и учет этих закономерностей приведут к тому, что дети не устанут от радости: «От радости можно устать, и тебе захочется задремать, заснуть» (Ш. Амонашвили). Все хорошо в меру, а силы и возможности детского организма далеко не безграничны.

Учет физиологических закономерностей изменения функционального состояния организма и работоспособности позволяет обеспечить благоприятные условия обучения, сохранить высокую и устойчивую работоспособность, т.е. обеспечить рациональную организацию учебного процесса, не создающую условий для нарушения здоровья детей.

Сегодня как никогда актуален тезис русского врача, автора книги «Физиология и естественная история о человеке» (1787) Амбодик-Максимовича: «...сильное и неумеренное напряжение ума в малолетстве больше вредит, чем пользы приносит».