Влияние физических нагрузок на эффективность напряженной интеллектуальной деятельности у детей 5-6 лет

ШКОЛА И ЗДОРОВЬЕ

ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ НАПРЯЖЕННОЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ У ДЕТЕЙ 5-6 ЛЕТ

И.А. Криволапчук1 , С.А. Кесель ФГНУ “Институт возрастной физиологии " РАО, Москва УО “Гродненский государственный университет имени Янки Купалы ", Гродно

Результаты исследования свидетельствуют о возможности управления учебной деятельностью детей старшего дошкольного возраста на основе совершенствования регуляции их функционального состояния (ФС) средствами физического воспитания. Реализация данного подхода может способствовать оптимизации процесса обучения в условиях современной образовательной среды.

Ключевые слова: функциональное состояние, интеллектуальная деятельность, физические нагрузки, аэробная и анаэробная направленность, эффективность и психофизиологическая цена.

The influence of physical activity on the efficiency of intellectual activity in 5-6 year old children. The results of the study show that the enhancement of the functional state regulation through physical education may be used as the means of control of the educational activity in seniour preschool children. Such approach may help to optimize the process of education in current educational environmental conditions.

Key words: functional state, intellectual activity, physical exertion, aerobic and anaerobic activity, effectiveness andpsychophysiological cost.

Хорошо известно, что в практике дошкольного и школьного образования, управление процессом обучения детей производится, главным образом, на основе учета результатов их успеваемости. При этом, без внимания остается вопрос о том, является ли выбранный режим выполнения значимой для ребенка интеллектуальной деятельности оптимальным с точки зрения психофизиологических затрат организма [3]. Поскольку в процессе интенсивной деятельности ребенок дошкольного возраста испытывает, на фоне низких резервных возможностей организма, более высокое психическое напряжение, чем взрослый человек, поиск ответа на данный вопрос является особенно важным. Это требует разработки новых, эффективных и более физиологичных способов управления процессом обучения и воспитания, базирующихся на учете психофизиологической цены напряженной учебной деятельности, обеспечивающих позитивное влияние педагогических технологий на здоровье и развитие учащихся [4, 14, 17]. Учитывая данное обстоятельство, современная система обучения должна основываться не только на оценке приобретенных знаний, но и на мониторинге интегральных параметров функ-

Контакты:1 Криволапчук И.А. - E-mail: <i.krivolapchuk@mail.ru>

ционального состояния (ФС) организма. К таким наиболее общим показателям ФС относятся эффективность и цена деятельности [9, 8, 10]. Изменения эффективности выполнения интеллектуальной деятельности и ее психофизиологической цены, являются аутентичными критериями оценки динамики ФС учащихся [3]. Располагая совокупностью данных о результатах обучения, скорости и качестве переработки информации, числе ошибок и сбоев при выполнении учебных заданий, а также степени соответствия ответа функциональных систем содержанию решаемых задач и величине психофизиологических затрат организма на их реализацию, можно надежно судить об изменении ФС в процессе учебной деятельности.

Данные большого количества хорошо организованных исследований указывают на то, что физические упражнения, оказывают положительное влияние не только на уровень двигательной подготовленности и физической работоспособности, но и на ФС учащихся в условиях эмоционального и информационного стресса [21, 22, 26, 27, 29, 30]. Выявлена взаимосвязь физиологических и психологических показателей ФС организма детей школьного возраста с уровнем их физической работоспособности и двигательной подготовленности [22, 26, 27]. Вместе с тем анализ специальной литературы, свидетельствует, что рандомизированные исследования влияния систематических занятий физическими упражнениями различной направленности на динамику интегральных показателей ФС организма здоровых детей дошкольного возраста в условиях напряженной интеллектуальной деятельности не проводились.

В связи с вышеизложенным целью настоящей работы явилось изучение влияния занятий физическими упражнениями аэробной и анаэробной направленности на эффективность реализации информационных нагрузок различной степени напряженности у детей 5-6 лет.

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании принимали участие здоровые дети в возрасте 5-6 лет (п=90), отнесенные к основной медицинской группе. Родители обеспечили письменное согласие на основе полной информации на участие их ребенка в обследовании. Из общего числа испытуемых методом рандомизации было сформировано 4 экспериментальные (ЭГ) и 1 контрольная (КГ) группы. В экспериментальных группах в содержание физкультурных занятий были включены специально разработанные комплексы физических упражнений различной направленности. В ЭГ-1 и ЭГ-2 программа была ориентирована на преимущественное развитие аэробных возможностей. В ЭГ-3 и ЭГ-4 направленность педагогических воздействий обеспечивала преимущественное развитие анаэробных возможностей. Объем экспериментальной нагрузки развивающего характера не превышал 50% от времени отдельного физкультурного занятия. Средняя интенсивность нагрузки в экспериментальных группах находилась в диапазоне 70-80 % индивидуального резерва ЧСС [25], в КГ - не превышала 40-50 %. Занятия, с применением специально разработанных программ, проводились 2 раза в недельном цикле с суммарным объемом экспериментальной нагрузки 36 минут (ЭГ -1, ЭГ-3) и 5 раз с объемом 90 минут (ЭГ-2, ЭГ-4). Продолжительность педагогического эксперимента составила 34 недели.

Интенсивность применяемых упражнений, их модулей и комплексов оценивали по величинам ЧСС и показателю интенсивности накопления пульсового долга (ИНПД). Были составлены варианты комплексов для детей с высоким, низким и средним уровнем физической подготовленности и работоспособности [5, 6]. Для расчета средней интенсивности нагрузки в экспериментальных комплексах использовали формулу В.С. Келлера, Л.В. Сайчука. В содержание экспериментальных программ были включены основные виды движений, средства и методы ритмической и психогимнастики, базовые элементы спортивных упражнений, подвижные игры, элементы йоги и др. Развитие двигательных способностей осуществлялось с помощью направленного применения методов, методических подходов и технологий, принятых в практике дошкольного физического воспитания [1, 12, 13, 15, 18, 16]. Планирование физкультурных занятий осуществлялось с учетом сезонно-климатических условий.

Моделью информационной нагрузки служила работа с фигурными таблицами в модификации ФГНУ РАО. Обследование производилось в состоянии покоя и в двух режимах работы: 1) автотемп; 2) максимальный темп при наличии звуковых помех и «угрозы наказания». Продолжительность нагрузки на каждом уровне составляла 2 минуты, а интервалов отдыха - 3 минуты. Применяемые в настоящем исследовании режимы информационной нагрузки характеризуют различные формы ФС напряженности [7]. Детальное описание модели используемых нагрузок и данные о добротности процедуры тестирования представлены в другой работе авторов настоящей статьи, опубликованной в данном номере журнала.

Функциональное состояние детей оценивали посредством исследования вегетативных реакций и показателей эффективности деятельности.

Умственная работоспособность изучалась на основании расчета показателей объема (А) и продуктивности ^) деятельности [11]. Параллельно регистрировались ритм сердца и артериальное давление крови.

Запись сердечного ритма проводилась на электрокардиографе ЭК1Т-07 «Ак-сион» с дополнительной возможностью подключения к персональному компьютеру. Определяли частоту сердечных сокращений (ЧСС), моду, амплитуду моды и вариационный размах. На этом основании рассчитывали стресс-индекс ^1) [2, 19]. Измерения систолического и диастолического артериального давления крови осуществляли с помощью метода Н.С. Короткова с использованием манжетки соответствующего размера. По результатам этих измерений определяли двойное произведение (ДП).

Эффективность деятельности определяли на основании соотнесения результативности работы с величиной вегетативных сдвигов при ее выполнении. Для этого определяли показатели: А/ЧСС, Q/ЧСС, А/ЧСС, А/ДП, А^, Q/SI. Увеличение этих переменных отражает уменьшение цены деятельности. Регистрация описанных выше параметров осуществлялась дважды: в начале и в конце формирующего педагогического эксперимента.

Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета статистических программ Statistica 6.0. Значимость различий средних величин показателей ФС детей экспериментальных и контрольной групп выявлялась посредством применения параметрических и непараметрических критериев достоверности оценок.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Под влиянием условий педагогического эксперимента отмечены существенные изменения ФС детей 5-6 лет во всех рассматриваемых экспериментальных ситуациях. Прослеживается определенная взаимосвязь наблюдаемых изменений ФС с интенсивностью, объемом и направленностью программ педагогических воздействий.

Анализ полученных результатов показал, что за время исследования у испытуемых экспериментальных групп произошло существенное (р<0,05-0,001) увеличение показателей объема (А) и продуктивности ^) интеллектуальной деятельности, отмечаемое как в комфортных условиях (рис.1), так и при работе с максимальной скоростью (рис. 2).

В конце педагогического эксперимента обнаружено статистически значимое увеличение (р<0,05-0,01) в ЭГ1-ЭГ4 показателей А/ЧСС, А/ДП, А/ИН, Q/ЧСС, Q/ДП, Q/ИН при реализации тестовой информационной нагрузки с комфортной скоростью Исключение составил недостоверный (р>0,05) сдвиг параметра А/ДП, выявленный в группе детей, применяющих нагрузки преимущественно анаэробного характера, объемом 36 минут в недельном цикле (ЭГ-3).

В процессе исследования установлено, что дошкольники экспериментальных групп (ЭГ1-ЭГ4), по величине приростов изучаемых показателей, характеризующих эффективность реализации информационной нагрузки, достоверно (р<0,05-

0,001) превосходили своих сверстников из контрольной группы (см. рис. 1): в ЭГ1 различия отмечены в отношении А, А/ЧСС, А/ДП, Q/ЧСС, Q/ДП; в ЭГ2 - А, А/ЧСС; в ЭГ3 - А, А/ЧСС, А/ДП, Q, Q/ЧСС, Q/ДП; в ЭГ4 - А/ЧСС, А/ДП, Q, Q/ЧСС, Q/ДП.

Таким образом, обнаружены выраженные приросты средних величин большинства рассматриваемых переменных при работе в режиме автотемпа, в группах детей, использующих программы физических упражнений развивающего характера 2 и 5 раз в неделю с интенсивностью 70-80 % резерва ЧСС, по сравнению с контрольной группой, применяющей нагрузки интенсивностью 40-50 % резерва ЧСС 2 раза в неделю.

При сопоставлении сдвигов используемых показателей ФС при работе в индивидуально оптимальном темпе в зависимости от объема физической нагрузки, выявлены две противоположные тенденции. Одна тенденция характеризуется снижением показателей эффективности с увеличением недельного объема нагрузки высокой интенсивности, а другая - повышением эффективности деятельности с увеличением объема высокоинтенсивных упражнений. Следует подчеркнуть, что при использовании комплексов упражнений преимущественно аэробного характера, проявилась только первая тенденция, тогда как, под влиянием занятий преимущественно анаэробного характера - обе тенденции. В последнем случае показатели эффективности, рассчитанные на основе коэффициента продуктивности интеллектуальной деятельности ^), с увеличением объема физической нагрузки возрастали, а показатели, учитывающие скорость работы (А), наоборот, снижались.

40.00

30.00 -

20.00 -10,00

т

ЭГ1

ЭГ2

ЭГ3

ЭГ4

КГ

А ША/ЧСС ША/ДП ПА/ИН

*

**

*

*

*

**

*

0,00

80,00

70.00

60.00

50.00

40.00

30.00

20.00 10,00

0,00

Автотемп

ЭГ1

ЭГ2

ЭГ3

ЭГ4

КГ

О  Q/ЧСС  Q/ДП  Q/ИН

**

**

*

*

*

*

*

*

Рис. 1. Изменение (в %) эффективности реализации информационной нагрузки у детей 5-6 лет при работе с комфортной скоростью после педагогического эксперимента.

Примечание: Достоверность отличий экспериментальных групп (ЭГ) от контрольной группы (КГ): * -p<0,05, ** -p<0,01, *** -p<0,001.

Величины сдвигов показателя Q/ИНуменьшены на порядок.

Иная динамика рассматриваемых показателей ФС, обнаружена при работе с максимальной скоростью (см. рис. 2). Сопоставление ФС детей экспериментальных групп при напряженной информационной нагрузке с учетом недельной продолжительности занятий, выявило зависимость сдвигов рассматриваемых показателей ФС от объема физических нагрузок развивающей интенсивности. Установлено, что испытуемые, реализующие программы занятий преимущественно аэробной (ЭГ3) и анаэробной (ЭГ4) направленности продолжительностью 90 минут в неделю, превосходили своих сверстников, использующих физические

нагрузки развивающего характера 36 минут в неделю (ЭГ-1, ЭГ-2) по сдвигам ряда показателей ФС.

90 , 00 80 , 00 70 00 60 00 50 00 40 00 30 00 20, 00 -I— 10 00 0 00

Максимальный темп

ЭГ1

ЭГ2

ЭГ3

ЭГ4

О  О/ЧСС ШО/ДП ШО/ИН

КГ

*

*

*

*

*

*

Рис. 2. Изменение (в %) эффективности реализации информационной нагрузки у детей 5-6 лет при работе с максимальной скоростью после педагогического эксперимента Примечание: Обозначения те же, что на рисунке 1.

Это свидетельствуют о том, что у детей старшего дошкольного возраста, использующих программы занятий, базирующиеся на направленном применении комплексов физических упражнений “тренирующего” характера объемом 90 минут в неделю, произошли наиболее выраженные приросты рассматриваемых по-

казателей эффективности деятельности, реализуемой в режиме максимального темпа. На закономерный характер полученных изменений указывает наличие существенных межгрупповых различий, обусловленных общей продолжительностью физических нагрузок развивающей интенсивности.

Установлено, что занятия с низкой интенсивностью физической нагрузки (4050 % резерва ЧСС), не оказывают оптимизирующего воздействия на ФС детей дошкольного возраста при напряженной интеллектуальной деятельности. В то же время материалы исследования указывают на то, что с увеличением средней интенсивности используемых комплексов упражнений (до 70-80 % резерва ЧСС) при сохранении неизменными недельного объема и преимущественной направленности нагрузки, наблюдается повышение эффективности деятельности и снижение ее психофизиологической цены во всех рассматриваемых экспериментальных ситуациях. Увеличение эффективности реализации информационной нагрузки, выполняемой в удобном и максимальном темпе, обусловлено, с одной стороны, повышением экономичности ее вегетативного обеспечения, а с другой -улучшением качества и скорости переработки информации при напряженной деятельности. С ростом недельного объема физической нагрузки, обнаруженные тенденции усиливаются. Так, динамика рассматриваемых показателей ФС детей в условиях интеллектуальной деятельности, осуществляемой с максимальной скоростью, при применении занятий с суммарным объемом экспериментальной нагрузки 90 минут, оказалась более выраженной, по сравнению с использованием занятий с объемом экспериментальной нагрузки 36 минут в неделю.

Полученные данные, возможно, свидетельствуют о том, что для коррекции состояний функционального комфорта и психической напряженности необходимо использовать различные по своим параметрам программы направленных занятий физическими упражнениями. Однако, для подтверждения или опровержения данного предположения необходимы дальнейшие исследования рассматриваемого вопроса с участием репрезентативных выборок детей и подростков разного возраста.

Материалы исследования согласуются с результатами ряда работ, указывающими на то, что увеличение недельного объема физической нагрузки в рамках оптимального диапазона, отражающего приспособительные возможности организма детей, способствует более существенному улучшению их ФС в условиях психической напряженности и профилактике широкого спектра неинфекционных заболеваний [19, 20, 24, 23, 28]. В исследованиях детей разного возраста показано, что применение в процессе физического воспитания нагрузок развивающего характера, улучшает работу систем вегетативного обеспечения деятельности, благоприятно влияет на умственную работоспособность, способствует снижению избыточной психофизиологической реактивности и тревожности при стрессе [21,

22, 26, 27, 29].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследования свидетельствуют о возможности управления учебной деятельностью детей предшкольного возраста на основе совершенствования регуляции их ФС средствами физического воспитания. Реализация данного под-

хода может способствовать оптимизации процесса обучения в условиях современной образовательной среды.

ВЫВОДЫ

1. Результативность направленного применения комплексов физических упражнений для совершенствования регуляции ФС детей 5 -6 лет при напряженной интеллектуальной деятельности, определяется соотношением основных параметров физической нагрузки.

2. Оптимизирующий эффект занятий физическими упражнениями в отношении ФС детей в условиях напряженной интеллектуальной деятельности, зависит от средней интенсивности, объема и преимущественной направленности нагрузки.

3. Введение в содержание физкультурно-оздоровительных занятий комплексов упражнений аэробной и анаэробной направленности, включающих адекватные приспособительным возможностям с детей старшего дошкольного возраста нагрузки, способствует снижению психофизиологической цены напряженной интеллектуальной деятельности и повышению ее эффективности.

Работа поддержана грантом РГНФ (№13-06-00191а).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бабанкова И. К. Использование различных методических подходов к организации физкультурных занятий с дошкольниками // Фізічная культура і здароуе.

- 2002. - № 1. - С. 47-51.

2. Баевский Р.М., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. - М.: Медицина, 1984. - 220 с.

3. Данилова Н.Н. Психофизиология. - М.: Аспект Пресс, 2008. - 372 а

4. Дубровинская Н.В., Фарбер Д.А., Безруких М.М. Психофизиология развития: Психофизиологические основы детской валеологии. - М.: Владос, 2000. -144 с.

5. Корниенко И.А., Сонькин В.Д. «Биологическая надежность», онтогенез и возрастная динамика мышечной работоспособности // Физиология человека, -1999. - Т. 25, № 1. - С. 98-108.

6. Криволапчук И.А. Энергообеспечение мышечной деятельности детей 5-6 лет и комплексная оценка физической работоспособности // Физиология человека.

- 2009. - Т. 35, № 1. - С. 76-87.

7. Криволапчук И.А., Чернова М.Б Разработка модели тестовых нагрузок для изучения стрессовой реактивности подростков // Новые исследования. - 2010. -№ 3 (24). - С. 25-37.

8. Леонова А.Б. Комплексная методология анализа профессионального стресса: от диагностики к профилактике и коррекции // Психологический журнал. -2004. - № 2. - С. 76-85.

9. Леонова А.Б. Психодиагностика функциональных состояний человека. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. - 200 с.

10. Медведев В.И. Адаптация человека. - СПб.: Институт мозга РАН, 2003. -584 с.

11. Методические рекомендации по физиолого-гигиеническому изучению учебной нагрузки / Под общ. ред. М.В. Антроповой. - М.: Изд-во АПН СССР, 1984. - 67 с.

12. Ноткина Н.А. Двигательные качества и методика их развития у дошкольников: учеб. пособие. - СПб.: Образование, 1993. - 33 с.

13. Осокина Т.И. Физическая культура в детском саду. - М.: Просвещение,

1990. - 324 с.

14. Развитие мозга и формирование познавательной деятельности ребенка / Под ред. Д.А. Фарбер, М.М. Безруких. - М.: Изд-во Московского психологосоциального института, 2009. - 432 с.

15. Симошина Л.Е. Методика и организация физкультурно-оздоровительной работы в дошкольном учреждении: к проблеме оптимизации физического состояния детей 3-7 лет // Физическая культура. - 1997. - № 1. - С. 15-20.

16. Фараджева Н.А. Обоснование эффективности физкультурнооздоровительных занятий с детьми 5-7 лет: Автореф. дисс. ... канд. пед. наук. -Улан-Удэ, 2004. - 21 с.

17. Физиология развития ребенка: Руководство по возрастной физиологии / Под ред. М.М. Безруких, Д.А. Фарбер. - М.: Изд-во Московского психологосоциального института, 2010. - 768 с.

18. Шестакова Т.Н., Логвина Т.Ю. Оздоровительная и лечебная физкультура для дошкольников: пособие для педагогов и мед. работников дошк. учреждений. -Мн.: Полымя, 2000. - 176 с.: ил.

19. Шлык Н.И. Сердечный ритм и тип регуляции у детей, подростков и спортсменов. - Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2009. - 259 с.

20. Шлык Н.И. Сердечный ритм и центральная гемодинамика при физической активности у детей. - Ижевск: Филиал издательства Нижегородского университета, 1991. - 418 с.

21. Crews D., Landers D. A metа-analiytic review of aerobic fitness and reactivity to psychosocial stressors // Med. Sci. Sports Ехегс. - 1987. - Vol. 19, №5. - Р. 144120.

22. Ferrara L.A., Mainenti G., Fasano M.L. et al. Cardiovascular response to mental stress and to handgrip in children. The role of physical activity // Jpn Heart J. -

1991. - Vol. 32, № 5. - P. 645-654.

23. Global Recommendations on Physical activity for Health. - Geneva: World Health Organization, 2010. - 60 p.

24. Janssen I, Leblanc A. Systematic Review of the Health Benefits of Physical Activity in School-Aged Children and Youth // International Journal of Behavioural Nutrition and Physical Activity. - 2010. - Vol. 7, № 40. - Р. 1-16.

25. Karvonen M.J., Vuorimaa T. Heart rate and exercise intensity during sport activities: Practical application // Sports Medicine. - 1988. - № 5. - P. 303-312.

26. Krivolapchuk I. A., Chernova M. B. Physical performance and psychophysio-logical reactivity of 7-8 year-old children to different types of exercise // Medicina dello Sport. - 2012. - 65(2). -Р. 173-185.

27. Lambiase M.J., Dom J., Roemmich J.M. Systolic Blood Pressure Reactivity During Submaximal Exercise and Acute Psychological Stress in Youth // Am J Hyper-tens. - 2013. - Vol. 26, №3. - P. 409-415.

28. Physical Activity Guidelines Advisory Committee Report, 2008. Washington, DC, US Department of Health and Human Services, 2008. - 683 p.

29. Roemmich J.N., Lambiase M., Salvy S.J., Horvath P.J. Protective effect of interval exercise on psychophysiological stress reactivity in children // Psychophysiology.

- 2009. - Vol. 46, № 4. - P. 852-861.

30. Verhaaren H.A., Schieken R.M., Schwartz P. et al. Cardiovascular reactivity in isometric exercise and mental arithmetic in children // J. Appl. Physiol. - 1994. - Vol. 76, № 1. - P. 146-150.