Психофизиологические основы эффективной организации учебного процесса

Лекция N 8

Учебный план курса

Психофизиологические основы
организации эффективной работы учащихся
при использовании новых технологий обучения

Еще несколько десятилетий назад использование ТСО (технических средств обучения) было мечтой каждого учителя. Школы гордились телеуроками, возможностью включить на уроке видеопроектор или магнитофон... А сегодня все активнее происходит включение в учебный процесс компьютерных технологий, и не только на уроках информатики. Издаются компьютерные учебники, от азбуки до физики, разрабатываются энциклопедии, иллюстративный и дополнительный материал, игры и т. п. Однако у нас в стране пока нет системы экспертизы всех этих учебных пособий, не разработаны и методики работы с компьютером на уроке. Фактически нет ответов и на следующие вопросы: в каком возрасте и как можно проводить компьютерные уроки, как включать урок в расписание, как наиболее эффективно организовать работу на таком уроке и т. д.

Эффективность решения педагогических задач при использовании компьютера в учебном процессе определяется не только соблюдением всех гигиенических требований к организации рабочего места (СанПиНы, 2002), эргономических требований к компьютеру, продолжительности работы, но и тем, какие программы используются при такой работе, насколько эти программы, их содержание соответствуют возрастным психофизиологическим закономерностям развития учащихся разного возраста.

Работа за компьютером (даже в течение 10–15 минут) – это интенсивная интеллектуальная нагрузка, требующая направленной концентрации внимания. Она связана не только с максимальной мобилизацией организма (памяти, внимания, мышления), но и со значительным напряжением механизмов, обеспечивающих произвольную организацию и регуляцию деятельности.

Работа за компьютером сопровождается и достаточно высоким эмоциональным напряжением. При этом чем интереснее, увлекательнее задание, тем выше может быть эмоциональная нагрузка. При работе за компьютером ребенок испытывает статическое напряжение мышц, обеспечивающих удержание относительно неподвижной позы, мышц руки, кисти, пальцев. Работа за компьютером – большая нагрузка для зрительного аппарата. Нагрузка на глаза вызвана не только тем, что экран компьютера (даже самого совершенного) незаметно пульсирует, объекты не неподвижны, а порой движутся в поле зрения с очень большой скоростью, но и тем, что в процессе работы необходим быстрый перевод взора с экрана на клавиатуру и обратно.

Специальные исследования доказали, что длительная работа за компьютером ведет к нарушению зрения. Негативное влияние на функциональное состояние организма может оказывать скорость подачи стимулов на экране монитора.

Особое напряжение организма вызывает статическая поза при работе за компьютером, связанная с напряжением мышц плечевого пояса (шея, плечи, руки). В компьютерных классах (при работе компьютеров) повышаются температура воздуха, влажность, электромагнитное излучение.

В то же время работа за компьютером (если она правильно организована) имеет немало преимуществ: она интересна, увлекательна, развивает творческие способности, внимание, память, мышление.

Работа за компьютером предъявляет требования к развитию ряда познавательных функций. Это:

• сформированность механизмов организации и регуляции деятельности – развитие механизмов внимания, восприятия, памяти, мышления;
• развитие зрительного и зрительно-пространственного восприятия;
• развитие сложно координированных движений руки (кисти, пальцев);
• развитие интегративных функций – зрительно-моторных и слухо-моторных координаций.

У большинства школьников все эти функции к началу обучения в школе недостаточно сформированы, их развитие идет постепенно от 7 к 10 годам. Работа за компьютером для детей этого возраста – напряженный вид учебной деятельности, и именно поэтому так важна рациональная организация учебного процесса при использовании компьютера.

Эффективность и успешность любой учебной работы школьника младших классов определяется сформированностью механизмов организации деятельности, что обусловлено зрелостью коры и регуляторных структур мозга. Почти у 70% учащихся 6–7 лет эти механизмы не сформированы, поэтому произвольная регуляция сложных видов деятельности (к которой, безусловно, относится работа за компьютером) затруднена.

Организация деятельности включает ряд последовательно реализуемых компонентов:

• концентрацию внимания, восприятие инструкции (задания);
• планирование работы (выполнение работы в определенной последовательности);
• работу без отвлечения и переключений в течение определенного времени (во 2-м классе – до 10 мин., в 3–4-м – до 15 мин.);
• контроль действий по ходу выполнения работы, коррекцию работы;
• возможность принятия помощи;
• завершение и собственную оценку работы.

Осознанная произвольная реализация и регуляция всех компонентов деятельности совершенствуется от 6–7 к 9–10 годам, однако в подростковом возрасте механизмы произвольной регуляции деятельности ухудшаются – значит, для школьников 11–14 лет даже та работа, которая была вполне адекватной в 9–10 лет, может стать сложной и напряженной.

Одним из ведущих компонентов организации деятельности является внимание. Способность ребенка сконцентрировать внимание на определенном задании и какое-то время работать без отвлечения постепенно повышается от 7 к 10 годам. Почти 70% первоклассников не могут эффективно организовать свое внимание, а время их работы без отвлечения составляет 3–5 минут. К 9–10 годам количество таких детей снижается (но у 30% остаются проблемы организации внимания). Однако время непрерывной работы без отвлечений у большинства не превышает 10 минут.

Для обеспечения эффективной организации внимания необходимо соблюдать следующие условия:

1. Включению в работу с компьютером должна предшествовать 1,5–2-минутная подготовительная работа, обеспечивающая подготовку к новому виду деятельности. Это могут быть подготовка рабочего места, приготовление необходимых материалов, расположение клавиатуры, коврика, мыши, принятие удобной позы, включение компьютера и необходимой программы для работы.
2. Эффективное и качественное выполнение задания в значительной мере определяется четкостью, ясностью инструкции. Нечеткость инструкции, непонятные слова, многоступенчатость действия создают помехи в восприятии, затрудняют его и снижают концентрацию внимания. Поэтому инструкция (любое задание) должна быть четко сформулирована. Сложное (многоступенчатое) задание должно быть разделено на этапы и определена последовательность выполнения этих этапов. Кроме этого, должны быть четкие критерии завершения работы.
3. Объем каждого задания должен быть рассчитан на 3–5 минут непрерывной работы в 1–2-м классах и 5–8 минут – в 3–4-м классах, на 15–20 минут в основной и до 30 минут в старшей школе. Мнение о том, что старшеклассники не устают при работе за компьютером, не соответствует данным специальных исследований. Доказано, что непрерывная работа за компьютером в течение 30 мин. является чрезмерно утомительной.
   Работа учащихся на компьютере сопровождается значительным напряжением зрительного анализатора, снижением функционального состояния центральной нервной системы и общей работоспособности. Степень утомления находится в прямой зависимости от длительности работы за видеотерминалом: выраженное утомление наблюдается с 20–25 мин.; спазм аккомодации отмечается спустя 75 минут непрерывной работы, снижение функционального состояния слухового анализатора (слуховое утомление) – через 90 минут.
   Введение офтальмотренажа на первом уроке информатики через 20–25 мин. работы на компьютере, как показали исследования, улучшает функциональное состояние организма, способствует повышению работоспособности учащихся до конца урока (45 мин.). Однако при продолжении работы до 120 мин. положительный эффект от офтальмо¬тренажа постепенно ослабевает (через 75 мин.) и исчезает (через 90–120 мин.). Следовательно, при 2–3-часовой работе на компьютере одного офтальмотренажа после 20 минут работы недостаточно.
   Полученные данные послужили основанием для разработки рекомендаций по организации рационального режима работы на компьютере для старших школьников: непрерывная длительность работы не должна превышать на первом часе занятий 25 мин., на втором – 20 минут. После работы на компьютере указанной длительности необходим двухминутный перерыв для профилактики зрительного утомления, т.е. для проведения офтальмотренажа. Затем работа может быть продолжена. Между уроками необходим 10-минутный перерыв с выполнением физических упражнений (5 мин.) для профилактики общего утомления.
4. Работа за компьютером должна вестись в индивидуальном темпе (особенно на начальных этапах при освоении навыков работы с мышью и клавиатурой, при письме элементов и букв иностранного языка и т. п). Эти виды работы на начальном этапе требуют очень медленного, пошагового освоения каждого действия.
5. После напряженной работы целесообразно использовать упражнения для снятия напряжения.
   Особенно сложна работа за компьютером в начальной школе. В процессе такой деятельности и при занятиях иностранным языком ребенку часто приходится переключать внимание. Скорость переключения внимания в младшем школьном возрасте еще невысока, да и изменение ситуации ребенок замечает не сразу. У детей этого возраста можно выработать реакцию переключения внимания по словесной инструкции, но это достаточно сложно. Успех зависит от четкости инструкции, которую дает взрослый, от того, выделены ли в ней значимые условия, цель, задачи. Все это определит уровень и устойчивость внимания ребенка. Не следует забывать еще об одной особенности детей этого возраста – о трудности распределения внимания между разными видами деятельности.

Одновременное выполнение двух или более действий чрезвычайно сложная, а порой просто не выполнимая для младшего школьника задача. При работе за компьютером неизбежно совмещение двух и более различных действий (читать текст на экране и одновременно работать мышью или использовать клавиатуру и т.п.).

Возрастные особенности организации деятельности, и прежде всего внимания, обусловливают необходимость определенной последовательности обучения детей работе с компьютером в начальной школе, включающей несколько этапов:

1. общее знакомство с компьютером, его характеристиками;
2. технологию и безопасность работы;
3. технологию включения и выключения компьютера;
4. технологию работы с мышью;
5. технологию работы с клавиатурой;
6. технологию выполнения типовых заданий обязательного компонента ЭИ*;
7. технологию выполнения типовых заданий дополнительных компонентов ЭИ.

На начальных этапах обучения (работа с мышью, клавиатурой) категорически противопоказано форсировать темп работы. Это связано с возрастными особенностями развития зрительно-моторной координации (интеграцией взаимодействия системы зрительного и зрительно-пространственного восприятия и движений руки). Все это создает дополнительное напряжение при выполнении двигательных действий.

У значительной части школьников 7–8 лет (30–35%) недостаточно сформированы и механизмы регуляции произвольных движений, и механизмы зрительно-пространственного восприятия. Это определяет сложность и длительность формирования двигательного навыка, трудности формирования серийной последовательности действий, к которым относятся работа с мышью, и особенно освоение работы с клавиатурой, а также обучение письму латиницей.

При организации работы с учащимися необходимо:

• четко формировать и демонстрировать технику выполнения каждого действия;
• выполнять каждое действие медленно;
• объединять действия в серию только после освоения каждого действия.

Эффективная реализация движений требует напряженного зрительного контроля, т. к. именно зрительный контроль является ведущим механизмом обратной связи, позволяющим оценить качество выполнения движений. Зрительный контроль при работе за компьютером (при формировании основных навыков работы с мышью и клавиатурой) осложняется необходимостью постоянного перевода взгляда на экран и с экрана – на мышь (клавиатуру). Лишь при правильной организации работы на начальных этапах обучения возможны эффективное формирование навыков работы с мышью и клавиатурой, а также реализация более сложных учебных задач.

Работа за компьютером связана со сложнейшими процессами зрительного восприятия, различения и дифференцировки разного рода зрительной информации. Особенно сложен для детей 6–7 лет процесс восприятия незнакомых символов (графических знаков, схем, моделей).

Следует учитывать, что максимальная длина безошибочно воспроизводимого текстового ряда в 7 лет составляет 5,4 символа, а в 10 лет – 6,4 символа. Это создает ряд ограничений в подаче информации и определении скорости ее восприятия.

В 6–7 лет осуществляется переход системы восприятия на новый качественный уровень. Этот период оценивается как сенситивный для развития информационных процессов, составляющих основу познавательной деятельности школьника. Кроме этого, 6–7 лет – это период, когда переходят на новый уровень сенсорный анализ, опознание, классификация, обеспечивая как возможность восприятия новых сложных объектов, так и выработку новых эталонов восприятия. Это и составляет основу работы за компьютером.

Несмотря на прогрессивное развитие, система восприятия 7–8-летних детей еще не достигает зрелого типа функционирования, и к началу обучения в школе ее возможности довольно ограниченны. Запоминание и опознание геометрических фигур в этом возрасте осуществляется по типу взрослого, а идентификация и различение букв еще затруднены и требуют вовлечения более сложных механизмов. Сохраняющаяся в 7–8-летнем возрасте высокая недифференцированная инвариантность опознания становится помехой для идентификации некоторых букв и цифр, значение которых меняется при поворотах справа налево, сверху вниз (Р, Ь) и зеркальном вращении. В то же время это не касается букв симметричной конструкции (Н, А, З) или заглавных и строчных (А и а), сохраняющих свое значение.

Одной из причин трудностей идентификации букв может быть недостаточная сформированность их эталонов в перцептивной памяти. Возможность сличения букв с перцептивным эталоном ускоряет процесс их опознания, что важно для выработки навыка чтения. Несформированность механизмов запечатлевания букв необходимо учитывать при использовании скоростного критерия чтения текстов на экране.

Вторая причина связана с возрастными особенностями процесса категоризации зрительных стимулов. Достигая определенной степени зрелости к 7 годам, механизмы категоризации еще отличаются от свойственных взрослым. У взрослых присутствуют два принципа разделительного анализа, лежащие в основе категоризации: основанный на полном описании всех признаков объекта и/или на выборе определенного информативного разделительного признака.

Категоризация на основе полного описания является более простым процессом и обеспечивает свойственный этому возрасту способ классификации. Категоризация, в основе которой лежит выбор ведущего разделительного признака, требует сопоставления разных признаков объекта, выделения значимого при игнорировании других, не значимых для данной задачи. Этот тип категоризации реализуется на более поздних этапах развития.

Для ребенка, начинающего обучение, чрезвычайно важна сформированность основных анализаторных систем, и прежде всего зрительной. В этот период зрение находится в стадии становления. При нормальном развитии зрения в этом возрасте ребенок должен иметь определенный ресурс дальнозоркости (+1,0 диоптрии). Если же острота зрения равна 1,0 или запас дальнозоркости слишком мал, возникает большой риск появления близорукости, особенно под влиянием различных неблагоприятных факторов. Кроме того, особенности детского зрения делают шестилетнего ребенка очень чувствительным к нагрузкам, возникающим при работе с мелкими объектами – буквами, цифрами, знаками. Нарушения любых гигиенических требований к обучению: неправильная или недостаточная освещенность, неправильное положение тетради или книги, расстояние от дисплея, неудачная поза – быстро приводят к утомлению и нарушению зрения.

В процессе развития деятельность ребенка усложняется в целом, сложнее и многообразнее становятся движения глаз, а также его взаимоотношения с другими сенсорными системами, и прежде всего рукой, совершенствуются зрительно-моторные координации.

Включение слов в процесс восприятия пространственных форм, соотношений облегчает процедуру опознания, сличения, выделения. Именно в 6–7 лет дети осваивают основные пространственные соотношения, хорошо различают положение фигур на плоскости, овладевают умением в действии соизмерять ширину, высоту, длину и форму предметов. В 6–7 лет дети почти не допускают ошибок при дифференцировке таких положений в пространстве, как «верх – низ», «правое – левое», «над – под» и т.п. Это позволяет широко использовать такой вид деятельности при работе с графическими объектами, развитие простейших коммуникативных навыков и т. п.

В младшем школьном возрасте идет формирование и других видов чувствительности – слуховой, кинестетической и тактильной, которые имеют большое значение в формировании различных видов деятельности.

В этом возрасте совершенствуется слуховая чувствительность, дети могут различать звуки разной высоты, хорошо улавливают и различают ритм, темп. Однако тоны и звуки ребенок различает хуже, чем слова. Это также следует учитывать при использовании различных звуков в компоненте ЭИ «Знакомство с окружающим миром».

Кроме того, следует учесть, что ребенок быстро устает от фонового шума, от резких и пронзительных звуков, фоновый шум (например, сопровождение задания музыкой) способен отвлечь ребенка от выполнения конкретного задания.

Одна из самых острых проблем детей 6–7 лет – трудность концентрации внимания. В этом возрасте дети, конечно, могут подчинять свои действия речевой словесной инструкции, направляющей внимание на определенный объект и его свойства, на организацию определенной деятельности. Но объем и уровень такого внимания, а также способность к его распределению еще очень низки. В 6–7 лет ребенок еще легко поддается реакции, возникающей на непосредственно действующие привлекательные раздражители, и быстро отвлекается. Именно поэтому такое большое значение имеет для детей этого возраста яркая картинка, особенно движущаяся. Именно поэтому сам процесс работы за компьютером эмоционально привлекателен. В то же время доказано: эмоции не должны быть сверхсильными, насыщенными. Такой вид деятельности не стимулирует, а, наоборот, дезорганизует ребенка. Отрицательно влияют на состояние детей и длительные (даже умеренные) психоэмоциональные нагрузки. Ошибочным является утверждение о том, что ребенок не утомляется, если «ему интересно». Высокая эмоциональная насыщенность занятия (что и характерно для работы за компьютером) быстро истощает организм и приводит к напряжению и утомлению, которое ребенок может субъективно не оценивать как усталость.

Для того чтобы избежать чрезмерного утомления при работе за компьютером, необходимо соблюдать следующие условия:

1. Рационально обустроить и оснастить рабочее место, удобно расположить клавиатуру, мышь, тетради, ручку или карандаш.
2. Уделить внимание качеству компьютерных программ: размерам, расположению и скорости подачи стимулов, фону (наиболее благоприятный – салатового цвета) и т. п.
3. Создать условия для соблюдения рациональной рабочей позы, которая обеспечивается соответствием рабочего стола и стула росту ребенка. Для детей с ростом 115–130 см рекомендуется высота стола 54 см, высота сидения стула – 32 см. Для детей ростом выше 130 см – 60 и 36 см соответственно. Стул обязательно должен быть с твердой спинкой. Сидеть ребенок должен на расстоянии не менее 50–70 см от видеотерминала (дисплея), но чем дальше, тем лучше. Воображаемая линия взгляда (от глаз до экрана видеотерминала) должна быть перпендикулярна экрану и приходиться на его центральную часть.
   Поза ребенка – прямая или слегка наклоненная вперед, с небольшим наклоном головы. Чтобы обеспечить устойчивость посадки, ребенок должен сидеть на стуле, опираясь на 2/3 – 3/4 длины бедра. Между корпусом тела и краем стола необходимо сохранять пространство не менее 5 см. Руки должны свободно лежать на столе, ноги – быть согнуты в тазобедренном и коленном суставах под прямым углом и располагаться под столом на специальной подставке (опора для ног обязательна).
   Стол, на котором стоит дисплей, надо поставить в хорошо освещенное место, но так, чтобы на экране не было бликов.
   
4. Следовать определенному режиму работы за компьютером.
   Непрерывная длительность работы, связанная с фиксацией взгляда непосредственно на экране монитора, не должна превышать следующих параметров:
   • для учащихся 1–4-х классов – 15 мин.;
   • для учащихся 5–7-х классов – 20 мин.;
   • для учащихся 8–9-х классов – 25 мин.;
   • для учащихся 10–11-х классов: на первом часе учебных занятий – 30 мин., на втором – 20 мин.
   Оптимальное число занятий с использованием компьютеров в течение учебного дня следующее:
   • для учащихся 1–4-х классов – 1 урок;
   • для учащихся 5–8-х классов – 2 урока;
   • для учащихся 9–11-х классов – 3 урока.
   
   При организации производственного обучения в старших классах продолжительность работы с компьютером не должна превышать 50% времени занятия.
   Соблюдение санитарно-гигиенических правил и требований имеет огромное значение для обеспечения высокого уровня работоспособности учащихся, их правильного физического развития, профилактики нарушений в состоянии здоровья, в том числе нарушений осанки и зрения.
5. Темп работы ребенка за компьютером не должен быть быстрым, «навязанным», по возможности ребенок должен работать в своем индивидуальном темпе.
6. Особое внимание следует обратить на детей с нарушением зрения и состояния здоровья. Необходимо сократить продолжительность их занятий за компьютером.
7. Для леворуких детей необходимы специальная мышь, специальное освещение рабочего места.
8. После каждого занятия рекомендуется выполнить 2–3 упражнения для снятия напряжения зрения и расслабления мышц туловища.

Упражнения для глаз

На счет 1–4 закрыть глаза с напряжением, на счет 1–6 открыть глаза.

Не поворачивая головы, медленно выполнять круговые движения глазами вверх – вправо – вниз – влево и в обратную сторону: вверх – влево – вниз – вправо. Затем посмотреть вдаль на счет 1–6.

Держа голову неподвижно, перевести взор и зафиксировать его на счет 1–4 – вверх, на счет 1–6 – прямо; затем так же вниз – прямо, вправо – прямо, влево – прямо. Проделать движение глазами по диагонали сначала в одну, потом в другую сторону, затем посмотреть прямо на счет 1–6.

Посмотреть на кончик указательного пальца, удаленного от глаз на расстояние 25–30 см, на счет 1–4 медленно приблизить его к кончику носа, потом, опять же глядя на кончик пальца, отдалять его от носа на то же расстояние.

Упражнения выбираются по желанию, каждое из них повторяется 4–5 раз. Общая длительность офтальмотренажа должна равняться 2 минутам.

Зрительная гимнастика поможет восстановить функциональное состояние аккомодационного аппарата глаза и предупредить его переутомление.

Общеукрепляющие упражнения

1. Исходное положение (и. п.): ноги врозь, руки вдоль туловища. На счет 1–2 встать на носки, руки вверх наружу, потянуться вверх за руками, на счет 3–4 руки дугами в стороны вниз и расслабленно скрестить перед грудью, голову наклонить вперед. Повторить 6–8 раз. Темп быстрый.
2. И. п. – ноги врозь, руки вперед. На счет 1 – поворот туловища вправо, мах левой рукой вправо, правой назад за спину; на счет 2 – о. с.; на счет 3–4 – то же в другую сторону. Упражнения выполняются размашисто, динамично. Повторить 6–8 раз. Темп быстрый.
3. И. п. – ноги вместе, руки вдоль туловища. На счет 1 – согнуть правую ногу и, обхватив голень руками, притянуть ногу к животу: на счет 2 – приставить ногу, руки вверх наружу; на счет 3–4 – то же другой ногой. Повторить 6–8 раз. Темп средний.
4. И. п. – ноги вместе, руки вдоль туловища. На счет 1 – руки за голову; локти развести пошире, голову наклонить назад: на счет 2 – локти вперед; на счет 3–4 – руки расслабленно вниз, голову наклонить вперед. Повторить 4–6 раз. Темп медленный.

*Электронное издание «Мультимедийная учебная среда для начальной школы». Разработчик – ЗАО «ТО «Продюсерский центр Школа».