Исследовательская работа «Диагностика утомления учащихся 10 классов»

Диагностика утомления учащихся 10 классов

Автор: Колесникова Полина Михайловна,

11 класс, МБОУ г. Мурманска «Гимназия №6»

Научный руководитель:

Масалимова Татьяна Аркадьевна, учитель физической культуры,

МБОУ г. Мурманска «Гимназия №6»;

Шачнева Наталья Борисовна, Учитель биологии МБОУ г.Мурманска

«Гимназия №6»
 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.

В условиях современной действительности уровень образования и его специализация резко возросли, что привело к колоссальному приросту информации. Как результат, учащиеся зачастую не в состоянии сосредоточиться на её усвоении, не всегда осознают смысл потока. Занятия физической культурой и спортом с целью достижения высоких спортивных результатов требуют затраты не только физических, но и моральных усилий. Однако не все способны дойти до конечной цели, «сходят с дистанции» из-за перенапряжения.

В обоих случаях у учащихся развивается утомление, а в крайних случаях и переутомление. По мнению Матеева Д.Р., утомление – естественное физиологическое явление, и появляется оно после любой нагрузки: умственной, сенсорной, эмоциональной, физической. В.В. Розенблат считает, что утомление является приспособительной защитной реакцией организма от чрезмерного функционального истощения центрально-нервного звена и периферии.

Процессы, лежащие в основе утомления, многообразны и сложны, поэтому в изучении этой темы есть пробелы, которые можно было бы восполнить. Существует несколько гипотез и теорий развития утомления: «токсическая теория», «теория истощения», «периферическая теория» и другие.

В ходе экспериментов, проведенных для проверки данных теорий, были выявлены определенные закономерности и следствия утомления, развивающегося из-за мышечной работы, которые заключаются в: изменениях физиологических и вегетативных функций организма, его обмена веществ, свертываемости крови, фагоцитарной активности нейрофилов, в усиленном выделении белка с мочой, увеличении в крови кортикостероидов,

А в ходе экспериментов, подтверждающих наступление утомления после умственной работы, были выявлены следующие закономерности: усиления кровоснабжения мозга и повышения энергетического обмена нервных клеток; изменения зрительно-моторных условно-рефлекторных реакций; снижение пульсового давления по неблагоприятному типу: за счет понижения максимального и повышения минимального артериального давления.

Таким образом, утомление как физическое, так и умственное влияет на все системы организма, в той или иной степени.

Цель исследования: изучить развития процесса утомления после физической и умственной нагрузки, предложить свои способы профилактики утомления.

Объект исследования: процесс утомления учащиеся 10 класса.

Предмет исследования: физиологические изменения в организме учащихся при наступлении утомления.

Гипотеза: изучив изменения биологических показателей организма можно определить степень развития процесса утомления и предотвратить истощение организма.

Задачи:

выяснить сущность, виды и биологическое значение утомления;

изучить причины и признаки утомления;

провести эксперимент и наблюдение за развитием утомления у учащихся класса при физической нагрузке;

выявить уровень умственной работоспособности по методике Анфимова;

измерить биологические показатели учащихся, участвующих в эксперименте;

провести опрос учащихся об их психоэмоциональном состоянии в момент утомления;

предложить свои способы профилактики утомления;

Методы:

- наблюдение,

- измерение,

- эксперимент,

- анкетирование,

- анализ, синтез, обобщение.

 Утомление и его диагностика

1.  
   1. Сущность и биологическое значение утомления

По мере развития физиологической науки ряд исследователей в XVIII веке затрагивали проблему утомления (Галлер, Витт, Прохаска и др.), но работы эти были лишь эпизодическими. Со времени начала исследований проблемы утомления в опытах на человеке, стали возникать представления о роли в этом процессе нервной системы.

Систематические исследования физиологов в данной области развернулись в основном в XIX веке, когда сформировались две концепции механизма утомления.

Для исследователей, развивших гуморально-локалистическую концепцию утомления (токсическая теория), исходным пунктом было следующее житейское представление: поскольку при утомлении мышцы слабеют, и в них появляется ощущение усталости, утомление – это, прежде всего, процесс в самих мышцах, изменение их свойств в ходе работы.

Русские физиологи И.М. Сеченов, И.П. Павлов, Н.Е. Введенский, А.А. Ухтомский, Л.А. Орбели являются основоположниками нейрогенной концепции утомления. В соответствии с их взглядами функциональные сдвиги во время работы возникают, в первую очередь, в нервной системе, в корковых клетках больших полушарий головного мозга, затем в скелетных мышцах и в вегетативных органах, осуществляющих регуляцию физической или умственной деятельности. Полемизируя со сторонниками токсической теории, Л.Л. Васильев (1923) писал: «Мы утомляемся не оттого, что отравляемся кенотоксином, а для того, чтоб не отравляться им».

Утомление – сложный процесс, затрагивающий все уровни деятельности организма (молекулярный, субклеточный, клеточный, органный, системный, целостного организма) и проявляющийся в совокупности изменений, связанных со сдвигами гомеостаза, регулирующих, вегетативных и исполнительных систем, развитием чувства усталости, временным снижением работоспособности и ее эффективности.

Биологическое значение утомления состоит в том, что оно «приводит к возникновению торможения в центральной нервной системе (первично или вторично) и обеспечивает защиту последней и всего организма от перенапряжения и истощения.

Физиологическое значение утомления заключается в том, что в связи с тренировкой появляется устойчивость к утомлению. Утомление является ведущим механизмом адаптации благодаря мобилизации резервных возможностей. Изменения, происходящие во время утомления, являются своеобразными стимулами для формирования функциональных и конструктивных трансформаций в организме, составляющих суть развития тренированности (адаптированности).

В развитии утомления можно выделить две фазы:

Первая фаза – преодолеваемое, или скрытое утомление, когда работоспособность еще может поддерживаться на прежнем и даже высоком уровне, благодаря усилению коркового возбуждения, несмотря на выраженную уже дискоординацию вегетативных функций и снижение

Вторая фаза – непреодолимое, иначе «явное» утомление, когда внешний эффект работы заметно снижается, или работа вынужденно прекращается, несмотря на все усилия работающего. В этой фазе непреодолимо развиваются явления охранительного торможения в центральной нервной системе, приводящие к вынужденному прекращению работы.

1. 1.  
      2. Виды утомления

До последнего времени выделялись два основных вида утомления, связанных с характером деятельности. Это утомление физическое и утомление умственное. Первое обусловлено интенсивной физической работой, второе – напряженностью ваших функций, таких, как память, внимание, информационная деятельность, творческая активность.

В зависимости от интенсивности нагрузки выделяют утомление острое и хроническое (М.И. Виноградов). Острое утомление возникает вследствие чрезвычайных нагрузок, характеризуется быстротой развития (до 2-3 мин), резким снижением работоспособности, вплоть до отказа от деятельности. Хроническое - носит длительный характер (вплоть до нескольких месяцев). По локализации - общее, характеризующееся изменением функций организма в целом и локальное, затрагивающее какую-либо ограниченную группу мышц, орган, анализатор (глаза, запястья).

Утомление может различаться по степени выраженности. Принято выделить четыре степени утомления: от мало выраженного (1 степень) до очень выраженного (4 степень). Отнесение состояния утомления к той или иной группе зависит от степени выраженности сдвигов, соответствующих физиологических, психофизиологических и иных показателей деятельности (см. Приложение 1)

В литературе описываются и другие виды утомления – общее, локальное, мышечное, зрительное, умственное и т д. Выделяя эти виды утомления, исследователи отмечают наиболее яркие сдвиги в тех системах, которые в наибольшей степени «загружены» в процессе работы. Границы между указанными видами утомления условны, поскольку в целостном организме трудно себе представить изолированное функционирование отдельных систем. Тем не менее, подобный подход оправдан с точки зрения профилактики и борьбы с утомлением.

В таблице 2 (см. Приложение 2) представлены материалы к оценке степени утомления для лиц умственного труда. Рассматриваются следующие показатели – мышечная выносливость (СМУ), объем кратковременной памяти (КП), латентный период простой (ПЗМР) и сложный (СЗМР) зрительно-моторных реакций, показатель переключения внимания (ВН) и критическая частота слияния световых мельканий (КЧСМ).

Как видно из таблицы 2, первая степень утомления характеризуется слабо или незначительно выраженными сдвигами функционального состояния (изменения в пределах 5% можно рассматривать как тенденцию в динамике показателей). Достоверно выраженные сдвиги разной глубины (до 35% и более) определяют принадлежность ко II-IV степеням утомления. Следует обратить внимание на то, что для разных показателей пределы изменений различны. Это связано с их адаптивностью, «отзывчивостью» на рабочую нагрузку, лабильностью и восстанавливаемостью в течение рабочего периода.

При физическом труде принято выделять утомление локальное, региональное и общее, в зависимости от доли мышечной массы, участвующей в работе. Понятно, что при этом необходимо использовать иные, чем при умственном труде, показатели (см. Приложение 3).

Как видно из представляемого материала, состояние утомления может формироваться за счет весьма широкого круга факторов рабочей нагрузки, которые могут взаимно усиливать свое влияние на организм. Существует огромное количество наблюдений, свидетельствующих о решающем значении санитарно-гигиенических условий рабочей среды на развитие утомления при легкой физической и иной работе. Влияние этих и других факторов рассматривалось нами в разделе, касающемся оценки условий, определяющих работоспособность человека.

1. 1.  
      3. Причины и признаки утомления

Причины утомления:

Функциональные изменения в ЦНС, вызванные: мощным потоком импульсов от проприорецепторов;

изменением химического состояния мышечной ткани, в результате чего раздражаются хеморецепторы мышц, что усиливает ток импульсов в ЦНС и дает начало специфическим моторно-висцеральным рефлексам;

изменением внутренней среды организма в результате накопления кислых продуктов обмена (ацидотичекий сдвиг);

изменением функционального состояния тех отделов ЦНС, которые организуют и обеспечивают длительную и напряженную мышечную деятельность (т.к. нервная ткань обладает низкой выносливостью и быстро истощается);

снижением уровня деятельности ЖВС, возникшее в результате напряженной и эмоционально окрашенной работы.

Изменение в организме в результате утомления:

- уменьшается возбудимость и лабильность (скорость возникновения и прекращения нервного процесса) нервной и мышечной тканей;

- снижается активность ферментов, обеспечивающих протекание химических реакций;

- ухудшается деятельность анализаторных систем;

- увеличивается ЧСС, ЧДД;

- уменьшается глубина вдоха и выдоха;

- уменьшается систолический объем сердца;

- увеличивается потоотделение

- ухудшение координации, уменьшение амплитуды и замедление темпа движений;

- уменьшается объем выполняемой работы.

Признаки утомления Таблица 4

1. 1.  
      4. Диагностика физического и умственного утомления

Диагностика состояния человека важна для многих сфер его жизни и деятельности. Для этого необходимо соблюдать некоторые правила:

а) определить готовность человека к предстоящей деятельности;

б) зарегистрировать момент изменения состояния;

в) определить способность испытуемого выполнить работу при заданном уровне;

г) сравнить состояние человека до и после выполнения определенной деятельности или действия (Зараковский и др., 1974, с. 108).

В качестве испытуемых были выбраны учащиеся 10-х классов. За состояние покоя было принято отсутствие утомления. Для достижения физического и умственного утомления учащимися, им предлагалось выполнить упражнения разной степени интенсивности.

Диагностика физического утомления

Для анализа физического утомления среди учеников 10 классов мы провели три типа тренировок. В эксперименте приняли участие 22 ученика (13 девушек и 9 юношей) с основной группой здоровья.

В первый раз ученики делали упражнения малой интенсивности (разминка). У всех учеников немного изменилась окраска кожи, так же проявилась небольшая потливость, речь была отчетливой, движения - бодрыми и уверенными, жалоб на самочувствие не было, дыхание было ровным, сохранилось полное внимание и нормальная работоспособность, было приподнятое настроение и активное желание тренироваться. Средний пульс у девушек составил 131 удар в минуту, а у юношей 126 ударов в минуту.

«ЧСС при малой физической нагрузке» Диаграмма1,2

Во второй тренировке ученики выполняли прыжки на скакалке. У всех учеников также немного изменилась окраска кожи, так же проявилась небольшая потливость, речь была отчетливой, движения бодрыми и уверенными, была одна жалоба на самочувствие, дыхание было ровным у большинства, но у оного человека наблюдалась сильная одышка, у 3 человек произошло снижение работоспособности и внимания, было приподнятое настроение и активное желание тренироваться у всех кроме 3 человек.

«ЧСС при средней физической нагрузке» Диаграмма 3, 4

Во третьей тренировке ученики выполняли шестиминутный бег. У 10 учеников было значительное покраснение кожи, у 7 человек была отдышка, у 5 человек было напряженное лицо, 7 человек ощутили сильную потливость, движения 5 человек были неуверенными, 7 человек отметили снижение внимания и снижение работоспособности, 3 человека захотели затягивать период отдыха, а 2 человека хотели полностью прекратить тренировки. У одного человека было сильно выраженное страдальческое выражение лица, дыхание было поверхностным, неритмичным, сильно упала работоспособность, настроение подавленное и возникли сомнения в ценности тренировок.

«ЧСС при высокой нагрузке» Диаграмма 5, 6

Диагностика умственного утомления посредством корректурного теста.

Умственная работоспособность зависит от напряженности функционирования сенсорных систем, воспринимающих информацию, от состояния внимания, памяти, мышления, выраженности эмоций.

Для выявления уровня умственной работоспособности человека можно использовать 4-минутное дозированное задание. При обработке результатов определяются количественные показатели работоспособности, такие как объем работы (количество просмотренных знаков за 4 минуты); объем зрительной информации; скорость переработки информации. Кроме того, определяются качественные показатели работоспособности – количество ошибок, допущенных при просмотре знаков по корректурной таблице в течение 4 минут; коэффициент точности выполнения задания; коэффициент умственной продуктивности; показатель устойчивости внимания.

План исследования:

1. В таблице Анфимова, начиная с первой верхней строки, последовательно просматривая буквы в направлении слева направо, вычеркните все встречающиеся буквы Ии буквы Н в течение 4 минут (см. Приложение 4, 5)). Работайте в максимально быстром темпе.

2. По окончании работы с таблицей Анфимова подсчитайте

а) общее количество просмотренных знаков (S);

б) количество вычеркнутых букв (М);

в) общее количество букв, которое необходимо было вычеркнуть в просмотренном тексте

(N);

г) количество допущенных ошибок (n).

3. Вычислите коэффициент точности выполнения задания (А):

А = M / N.

4. Вычислите коэффициент умственной продуктивности (Р):

Р = А × S.

5. Вычислите объем зрительной информации (Q):

Q = 0,5936 × S,

где 0,5936 – средний объем информации, приходящийся на один знак.

6. Вычислите скорость переработки информации (СПИ):

СПИ = (Q – 2,807 × n) / Т,

где 2,807 бита – потеря информации, приходящейся на один пропущенный знак; Т – время выполнения задания в секундах.

7. Вычислите показатель устойчивости внимания (УВН):

УВН = S / n.

Результаты диагностики умственного утомления Таблица 7

Заключение

Колоссальный прирост информации приводит к тому, что учащиеся не в состоянии сосредоточится на ее усвоении, с трудом отслеживают научные достижения и не всегда осознают суть их лавинообразно растущего потока. Кроме того, занятия физической культурой и спортом с целью достижения высоких спортивных результатов требуют напряжения не только физических, но и моральных сил. И в том, и в другом случае у учащихся развивается утомление – естественное физиологичекое явление, и проявляется оно после любой нагрузки: умственной, сенсорной, эмоциональной, физической.

Механизм развития утомления является общим как для физического, так и для умственного труда. Однако надо учитывать различия в характере этих видов трудовой деятельности. Основное различие заключается в том, что при физическом труде задействована большая мышечная масса, а при умственном – двигательная активность может быть минимальной при интенсивной интеллектуальной нагрузке.

Рассматривая влияние утомления на системы организма, я пришла к выводу, что оценка состояния систем и функций в динамике работоспособности и динамике утомления преследует две основные цели: первая – выявить степень реализации резервных возможностей системы в условиях трудовой нагрузки; вторая цель – определение лимитирующего фактора, приводящего к значительному снижению работоспособности, к развитию утомления.

Рассматривая критерии степени утомления, я зафиксировала три ее основных вида: небольшое, достаточное, чрезмерное.

С точки зрения биохимических изменений в организме при выполнении физических нагрузок я наблюдала, что всякая мышечная деятельность, в том числе связанная со спортивными нагрузками, приводит к резкому усилению расходования АТФ в мышцах и увеличению потребности организма в кислороде. Чем выше интенсивность работы, тем больше интенсивность гликолиза. Поэтому при выполнении кратковременных физических упражнений максимальной и субмаксимальной мощности организм использует в качестве субстрата окисления преимущественно углеводы, а при более длительных, но менее интенсивных нагрузках – в большей степени липиды и продукты метаболизма. В период отдыха эта группа веществ также является основным субстратом для окислительных реакций, поставляющих энергию.

Исследованиями и клиническими наблюдениями подтверждено, что утомление развивается вследствие проделанной мышечной работы.

В качестве испытуемых были выбраны учащиеся параллели 10 класса. При этом я диагностировала утомление по таблице «Критерии степени утомления». После всех экспериментов, подробно описанных в работе, я определила, что при наступлении утомления у всех старшеклассников наблюдается изменение основных показателей вегетативной нервной системы (изменение чсс, окраски кожи, дыхания, ухудшается аппетит и т.д.), так же происходит ухудшение координации движений, рассеивание внимания, уменьшение концентрации, развивается стремление прекратить работу.

Изучение условий повышения эффективности трудовой деятельности человека - одна из самостоятельных задач психологии труда. Среди таких условий выделяют поддержание оптимальной работоспособности на основе создания оптимального функционального состояния. Важно при этом применять меры по профилактике и коррекции неблагоприятных функциональных состояний (утомления, монотонии, стресса и пр.). Это предполагает, во-первых, устранение объективных причин их возникновения (составление оптимального, режима труда и отдыха, чередование видов трудовых действий и пр.), во-вторых, формирование у человека навыков регуляции и управления своим функциональным состоянием (использование системы специальных тренировок с целью подготовки к неблагоприятным ситуациям, методик нервно-мышечной релаксации, аутотренинга).

Если режим труда и отдыха организован рационально, то производительность труда, работоспособность и уровень здоровья на данном участке производства могут быть высокими. Следует иметь в виду, что режим труда и отдыха - это очень гибкий инструмент, который периодически следует проверять - дает ли он максимально полезный эффект или нет. В последнем случае его надо модифицировать.

Для предотвращения развития умственного и физического утомления, истощения организма и сохранения работоспособности, предлагаю следующие меры:

соблюдение режима дня;

занятие физкультурой и спортом, так как они повышают выносливость организма;

сочетание физической и умственной нагрузки;

нагрузки должны соответствовать возрасту, полу, состоянию здоровья;

закаливание, прогулки на свежем воздухе;

отдых, избегание стрессовых ситуаций и др.

Литература

1. Брин В.Б., Зонис Б.Я. Физиология системного кровообращения. – Ростов-на-Дону: РГУ, 1984.

2. Виноградов М.И. Физиология трудовых процессов. – М.: Медицина, 1966

3. Волков В.Н. Клиническая оценка утомления во врачебно – спортивной практике. - Челябинск: ЧГПИ, 1973.

4. Горшков С.И., Золина З.М., Мойкин Ю.В. Методики исследований в физиологии труда. - М., 1974.

5. Данилова Н.Н. Психофизиологическая диагностика функциональных состояний. - М.: МГУ, 1992.

6. Донской Д.Д. Биомеханика с основами спортивной техники. - М.: МГУ, 1971.

7. Думбай В.Н. Основы физиологии труда. Учебное пособие. - Ростов-на-Дону: РГУ, 1996.

8. Загрядский В.П., Сулимо-Самуйлло З.К. Методы исследования в физиологии труда. - Л., 1976.

Приложение 1

Критерии утомления и переутомления Таблица 1

Приложение 2

Схема оценки степени утомления по физиологическим данным Таблица 2

СМУ - мышечная выносливость,

КП - объем кратковременной памяти ,

ПЗМР - латентный период простой,

СЗМР - сложный латентный период,

СЗМР– показатель зрительно-моторных реакций,

ВН - показатель переключения внимания,

КЧСМ - критическая частота слияния световых мельканий.

Приложение 3

Классификация работ по уровню энергозатрат Таблица 3

Приложение 4

Приложение 5

Диагностика умственного утомления Таблица 5

Приложение 6

Критерии степени утомления Таблица 6

Приложение 7

Диаграмма 1

Приложение 8

Диаграмма 2

Приложение 9

Диаграмма 3

Приложение 10

Диаграмма 4

Приложение 11

Диаграмма 4