Обоснование комплекса показателей диагностики функционального состояния учащихся в начальный период адаптации к образовательной среде

ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ УЧАЩИХСЯ В НАЧАЛЬНЫЙ ПЕРИОД АДАПТАЦИИ К ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ

И.А. Криволапчук*1, М.Б. Чернова*, А.А. Герасимова*, С.А. Баранцев*, В.В. Мышъяков** *ФГБНУ «Институт возрастной физиологии Российской академии образования», Россия, Москва **УО «Гродненский государственный университет имени Янки Купалы», Беларусь, Гродно

Анализ физиологических, психологических, поведенческих и педагогических показателей ФС детей 7-8 лет позволил выявить наиболее значимые факторы, определяющие его структуру. На основе данных о факторной информативности отдельных критериев ФС детей и их экспертной оценки сформирован гетерогенный комплекс показателей, пригодный для педагогической диагностики в условиях образовательного учреждения.

Ключевые слова: функциональное состояние, факторная информативность, экспертная оценка, комплекс показателей педагогической диагностики.

Functional state diagnostics in schoolchildren during the period of initial adaptation to the educational environment. The analyses of physiological, psychological, behavioral and pedagogical functional state indices in 7-8-year-old children allowed to identify the most significant factors determining its structure. According to the factor analysis and expert assessment of the functional state criteria, there has been created a heterogeneous complex of indices suitable for pedagogical diagnostics in educational settings.

Key words: functional state, factorial descriptiveness, expert assessment, educational diagnostics.

Прикладная направленность исследований функционального состояния (ФС) человека ориентирует, прежде всего, на поиск адекватных методов диагностики и прогнозирования его развития [15, 7, 16, 14]. Существует большое разнообразие методов оценки ФС организма, однако все они обладают разными возможностями в плане его контроля. Поэтому одной из задач, которую должна решить диагностика ФС в школе, является определение из их числа наиболее информативных и надежных и, одновременно, простых в применении и компактных методических процедур. Сегодня в диагностической практике предпочтение отдается физиологическим, психофизиологическим и психологическим критериям оценки ФС [16, 14, 9]. Педагогические показатели ФС используются в меньшей степени. В значительной степени это связано с тем, что нет сколько-нибудь завершенной теории педагогической диагностики, не разработаны добротные педагогические критерии

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

оценки и прогнозирования ФС организма детей в современных условиях обучения. Вместе с тем, что школа испытывает потребность в применении современных компактных диагностических методик, которые можно использовать для выявления детей с неблагоприятными изменениями ФС. В этой связи возникает задача обоснования комплекса различных показателей, пригодных для подобного рода диагностики. В силу известных причин, особенно важно проводить диагностику ФС детей в начальный период адаптации к образовательной среде [13, 19, 20, 23].

Цель исследования - обосновать комплекс показателей диагностики ФС школьников в начальный период адаптации к образовательной среде.

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании приняли участие дети 7-8 лет (п=250), отнесенные по состоянию здоровья к основной медицинской группе. Испытуемые не имели каких-либо противопоказаний для выполнения тестовых нагрузок, не употребляли лекарств и продуктов, содержащих кофеин. Исследование проходило в соответствии с требованиями Хельсинской декларации.

Моделью когнитивной нагрузки служила работы с буквенными таблицами Анфимова. Обследование осуществлялось в состоянии покоя и в двух режимах работы: 1) автотемп; 2) максимальный темп при наличии «угрозы наказания». Перед выполнением первого задания испытуемым сообщалось, что они должны работать в удобном для себя темпе, а перед реализацией второго - им давалась инструкция, содержащая требование безошибочно работать с максимально возможной скоростью. По результатам выполнения тестового задания рассчитывали объём работы (А) и коэффициент продуктивности Продуктивность когнитивной деятельности оценивали также в условиях образовательного учреждения до (А , и после (Аптсле, занятий в среду по традиционной методике [17].

Функциональное состояние ЦНС анализировали на основе измерения омега-потенциала (ОП) [9]. Регистрация осуществлялась с поверхности кожи головы с использованием портативной установки для исследования сверхмедленных электрических процессов головного мозга. В состоянии покоя на основании начальных значений омега-потенциала оценивали уровень активного бодрствования [9]. Определяли знак и величину омега-потенциала после выхода на плато и его изменения в условиях тестовых нагрузок.

Для оценки степени напряженности регуляторных систем использовали математический анализ сердечного ритма [26]. Реализация метода осуществлялась при помощи автоматизированного комплекса на базе персонального компьютера. Определяли среднюю продолжительность ЯЯ- интервала (RRNN), моду (Мо), амплитуду моды (АМо), разброс кардиоинтервалов (МхБМп), стресс-индекс ^Г). Частота сердечных сокращений (ЧСС) рассчитывалась по 6-секундным отрезкам записи.

Систолическое (СД) и диастолическое (ДД) артериальное давление крови регистрировали в соответствие с рекомендациями ВОЗ. Применяли адекватную возрасту детскую манжету.

На основании проведенных измерений рассчитывали среднее давление (САД), двойное произведение (ДП), вегетативный индекс Кердо (ВИК), показатели эффективности деятельности (Q/ЧСС, Q/SI, Q/ДП, A/ЧСС, A/SI, A/ДП).

В процессе исследования использовали методики, пригодные для обследования энергетического обеспечения мышечной деятельности и физической работоспособности детей. Регистрировали предельное время работы (^Вт/кг, 14Вт/кг) при выполнении «до отказа» нагрузок большой (2 Вт/кг) и субмаксимальной (4 Вт/кг) мощности. По результатам тестирования на основе эргомет-рической модели Muller рассчитывали величины мощности нагрузок, максимальное время реализации которых составляло 1 (W1), 40 (W40), 240 (W240), 400 (W400), 900 с (W900), коэффициенты, отражающие емкость аэробного (b) и соотношение возможностей аэробного и анаэробно-гликолитического источников (a) [12, 21]. Определяли также функциональные показатели: интенсивность накопления пульсового долга (ИНПД), максимальное потребление кислорода (МПК), мощность нагрузки при пульсе 170 уд/мин (PWC170) [10], ватт-пульс (ВтП), максимальную силу (МС).

Комплекс контрольных упражнений состоял из тестов, характеризующих уровень развития кондиционных физических качеств: 1) бег 20 метров с хода; 2) прыжок в длину с места; 3) челночный бег 4х9 м; 4) шестиминутный бег; 5) поднимание туловища из положения «лёжа на спине» за 1 минуту; 6) наклон вперёд. По результатам тестирования определяли общую оценку физической подготовленности (ОФП).

Рассчитывали показатели, характеризующие заболеваемость детей с временной утратой работоспособности [6]: количество заболеваний (КЗ); количество дней временной нетрудоспособности по болезни (КДБ); показатель средней продолжительности одного случая заболеваемости (ПОЗ).

В целях определения показателей ФС детей, наиболее пригодных для использования в условиях школы, проводился опрос опытных учителей, психологов, социальных педагогов, преподавателей вузов и научных работников (стаж работы более 10 лет). Всего в опросе приняли участие 59 респондентов.

Структура ФС детей изучалась на основе применения факторного анализа -метода главных компонент [8]. В целях получения воспроизводимых результатов факторного анализа обследовалась выборка испытуемых по объёму, значительно превышающая количество изучаемых переменных. Результаты факторного анализа использовались для обоснования информативности различных физиологических, психологических, поведенческих и педагогических показателей ФС.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

По данным, полученным в результате статистической обработки показателей, характеризующих разные аспекты ФС детей 7-8 лет, определены 6 ортогональных факторов, вклад которых в обобщенную дисперсию выборки превысил 55 % (табл. 1). К ним относятся: вегетативная регуляция ФС (фактор I); эффективность когнитивной деятельности (фактор 11); емкость системы энергетического обеспечения мышечной деятельности (фактор III); гемодинамическое обеспечение когнитивной деятельности (фактор IV); мощность системы энерге-

тического обеспечения мышечной деятельности (фактор V); неспецифическая устойчивость организма (фактор VI).

Таблица 1

Факторная информативность показателей ФСучащихся первых классов

Фактор Показатель Коэффициент

Вегетативная регуляция ФС (фактор I) ЧСС1, уд/мин 0,83

Моь с -0,83

Мо0, с -0,82

ЧСС2, уд/мин 0,81

Мо2, с -0,78

MxDMn 2, с -0,76

MxDMn 0, с -0,75

ДПьотн.ед. 0,74

ДП0, отн.ед. 0,72

ЧСС0 уд/мин 0,71

MxDMn ь с -0,70

Эффективность когнитивной деятельности (фактор II) А1, кол-во знаков 0,83

А1/ЧСС1, отн.ед. 0,83

Q1, отн.ед. 0,79

Q1/ЧСС1, отн.ед. 0,79

А1/ДП1, отн.ед. 0,78

Ql/ДПl, отн.ед. 0,75

А2, кол-во знаков 0,72

Емкость системы энергетического обеспечения мышечной деятельности (фактор III) Ь, отн.ед 0,91

W900, Вт/кг 0,91

W240, Вт/кг 0,89

a, отн.ед. 0,83

ИНПД2вт/кг, уд/с -0,79

t2Вт/кг, с 0,77

Гемодинамическое обеспечение когнитивной деятельности (фактор IV) ДД1, мм.рт.ст -0,86

САД1, мм.рт.ст -0,85

ДД0, мм.рт.ст -0,83

ДД2, мм.рт.ст -0,82

САД2, мм.рт.ст -0,79

САД0, мм.рт.ст -0,78

Мощность системы энергетического обеспечения мышечной деятельности (фактор V) PWC170, кгм/мин* кг 0,79

МПК, л/мин 0,74

PWC170, кгм/мин 0,73

МПК, л/мин*кг 0,69

Неспецифическая устойчивость организма (фактор VI) Количество дней болезни -0,64

Количество заболеваний -0,63

Продолжительность одного случая заболевания -0,62

Примечание: Индексы 0, 1, 2 - показатели ФС в покое, при информационной нагрузке в авто- и максимальном темпе, соответственно. Расшифровку аббревиатур см. в разделе «Методика»

Весовые коэффициенты, отражающие степень корреляции используемых показателей ФС с выделенными факторами характеризовались сильной (г=0,99-0,7), средней (г=0,69-05) и, реже, слабой (г=0,49-0,30) степенями статистической связи. Реализованный в исследовании системный подход позволил рассмотреть содержание данных факторов. По каждому из них выявлены наиболее информативные показатели, пригодные для диагностики ФС детей в начальный период адаптации к образовательной среде (см. табл. 1).

В нее вошли показатели ФС, отличающиеся сильной корреляционной связью с соответствующими факторами. Общее количество параметров отличающихся высокой факторной информативностью, составило 37 переменных. По отдельным факторам эти показатели распределяются следующим образом: фактор I - 11; фактор II - 7; фактор III - 6; фактор IV - 6; фактор V - 4; фактор VI - 3 переменных.

Диагностика ФС в школе имеет свою специфику и, поэтому, требует такого инструментария, который был бы прост и удобен в употреблении, а также позволял достаточно быстро получать информацию о состоянии учащегося. В этой связи необходим отбор не только информативных, но и компактных по объему методик. Это особенно важно в ситуациях диагностики динамики ФС в ходе учебного процесса, в которых временные затраты на проведение испытаний должны быть минимальны. В целях формирования комплекса таких методик, удобных для использования в условиях школы, проводился опрос опытных учителей, практических психологов, социальных педагогов и научных работников. Предварительно, участникам опроса сообщалась необходимая информация о каждом из рассматриваемых показателей ФС. Затем респондентам предлагалось из числа выделенных параметров, характеризующихся высокой факторной нагрузкой, выбрать наиболее простые, компактные и удобные в применении методики диагностики ФС, которые можно было бы применять в ходе учебного процесса в общеобразовательном учреждении. В процессе ранжирования показателей ФС, респонденты должны были учитывать и ряд требований, предъявляемых к протоколам тестирования физической работоспособности человека в «полевых условиях». Это, прежде всего, стандартность процедуры и условий тестирования, адекватность исследуемым функциональным свойствам и качествам, простота структуры тестовой нагрузки, не требующей специального обучения, портативность и надежность технического оборудования [24, 22, 1, 27].

Полученные результаты позволили установить, что наиболее простыми и, в то же время, добротными показателем ФС детей в начальный период адаптации к образовательной среде, являются: по фактору «вегетативная регуляция ФС» -ДП0, ЧСС0; по фактору «эффективность когнитивной деятельности» - Аь Q1; по фактору «емкость системы энергетического обеспечения мышечной деятельности» - ИНПД2Вт/кг, ^Вт/кг; по фактору «гемодинамическое обеспечение когнитивной деятельности» - ДД0, САД0; по фактору «мощность системы энергетического обеспечения мышечной деятельности» - PWCl70, МПК; по фактору «неспецифическая устойчивость организма» - количество дней болезни, количество заболеваний. Респонденты отметили их в качестве основных критериев оценки ФС детей, пригодных для использования в условиях образовательного

учреждения. Далее было выбрано по одному показателю, характеризующемуся удобством измерения и простотой интерпретации (табл. 2).

Материалы исследования свидетельствую о том, что отобранные в комплекс для диагностики ФС детей в школе показатели, обладают высокой факторной и содержательной информативностью. Исключение составляет средняя информативность показателя заболеваемости и абсолютной величины МПК (см. табл.1). Полученные результаты позволяют сделать заключение, что рассматриваемый комплекс показателей обладает высокой информативностью и может быть использован в процессе педагогической диагностики ФС в условиях общеобразовательной школы.

Анализ литературы показал, что в области диагностики ФС организма ключевую роль играют сведения об информативности и надежности различных его показателей [14, 16]. Одной из важнейших является проблема валидизации используемых физиологических, психологических, поведенческих и педагогических переменных [18, 11, 14, 4].

Таблица 2

Комплекс показателей для диагностики ФС детей в условиях образовательного учреждения

№ п/п Фактор Показатель Информативность

г уровень

1 Вегетативная регуляция ФС Частота сердечных сокращений в состоянии покоя (ЧСС0). 0,71 высокий

2 Эффективность когнитивной деятельности Количество просмотренных знаков при работе с таблицей Анфи-мова с комфортной скоростью (А1). 0,83 высокий

3 Емкость системы энергетического обеспечения мышечной деятельности Время выполнения «до отказа» нагрузки 2Вт/кг (12Вт/кг). 0,77 высокий

4 Гемодинамическое обеспечение когнитивной деятельности Среднее артериальное давление (САД0) в состоянии покоя. -0,78 высокий

5 Мощность системы энергетического обеспечения мышечной деятельности Мощность нагрузки при пульсе 170 уд/мин (относительная величина PWC170). 0,79 высокий

6 Неспецифическая устойчивость организма Общее количество дней болезни (КДБ). -0,64 средний

К сожалению, многие ее аспекты и сегодня не решены до конца. Поскольку ФС обладает системными свойствами, в практике его диагностики большое значение придается факторным критериям информативности [16]. Методологии применения факторного анализа посвящено большое количество исследований в различных областях научного знания. В частности, математический аппарат факторного анализа нашел широкое применение в психологии, биологии, экономике, социологии, теории тестирования двигательных способностей [2, 8, 3, 25, 4, 5 и

др.]. Факторная информативность является одной из наиболее распространенных моделей теоретической информативности, основанной на использовании сложного аппарата многомерного статистического анализа. В ходе факторного анализа многочисленные взаимосвязи между всеми переменными сводятся к сравнительно малому числу факторов. Весовые коэффициенты, представляют собой корреляции между фактором и значениями отдельных переменных, входящих в этот фактор. Они показывают, до какой степени величины конкретного показателя совпадают с основополагающим параметром данного фактора. Природа фактора определяется значениями переменных, имеющих с ним высокую степень статистической взаимосвязи [8, 11, 25, 4].

Использование в настоящем исследовании факторного анализа позволило объединить показатели ФС, имеющие общую качественную основу, и определить их удельный вес в каждом из выделенных факторов. Параметры ФС с наибольшей факторной нагрузкой, как было отмечено выше, являются самыми информативными. На этой основе установлены показатели ФС, обладающие наивысшей информативностью у детей 7-8 лет. Они могут найти применение при разработке комплекса добротных показателей, позволяющих проводить диагностику ФС учащихся непосредственно в ходе учебного процесса в школе. Понятно, что предъявление специфических требований к выбору комплекса адекватных методических процедур зависит от характера диагностической задачи и содержания деятельности детей. Учет данных обстоятельств позволяет с большей достоверностью диагностировать особенности ФС школьника и оценивать психофизиологическую эффективность учебной деятельности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ физиологических, психологических, поведенческих и педагогических показателей ФС детей 7-8 лет позволил выявить наиболее значимые факторы, определяющие его структуру. На основе данных о факторной информативности отдельных критериев ФС детей и их экспертной оценки сформирован гетерогенный комплекс показателей, пригодный для педагогической диагностики в условиях образовательного учреждения. Полученные материалы свидетельствуют, что предлагаемый комплекс показателей, обладает высокой эмпирической информативностью в отношении оценки ФС детей рассматриваемой возрастной группы и может быть использован для комплексного педагогического контроля в начальный период адаптации к образовательной среде.

Работа поддержана грантом РГНФ (№16-06-18011е).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белоцерковский З.Б. Эргометрические и кардиологические критерии физической работоспособности у спортсменов. - М.: Советский спорт, 2009. - 348 с.

2. Берталанфи Л. Общая теория систем: критический обзор // Исследования по общей теории систем. - М.: Прогресс, 1969. - С.23-82.

3. Благуш П. К теории тестирования двигательных способностей. - М.: Физкультура и спорт, 1982. - 165 с.

4. Бурлачук Л.Ф. Психодиагностика. - СПб.: Питер, 2011. 378 с.

5. Воронов В.В., Гришин А.А., Краско В.Д. Факторный анализ потребительских настроений в экономике. - Даугавпилс: Daugavpils Universitates Akademiskais apgads «Saule», 2014. 102 с.

6. Гигиена детей и подростков / Под ред. Г.Н. Сердюковской, А.Г. Сухарева. - М.: Медицина, 1986. - 496 с.

7. Данилова Н.Н. Психофизиологическая диагностика функциональных состояний. - М.: Изд-во МГУ, 1992. - 192 с.

8. Иберла К. Факторный анализ: Пер. с нем. - М.: Статистика, 1980. - 398

с.

9. Илюхина В.А. Психофизиология функциональных состояний и познавательной деятельности здорового и больного человека. - СПб.: Изд-во Н-Л, 2010. -368 с.

10. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Тестирование в спортивной медицине. - М.: Физкультура и спорт, 1988. - 208

11. Клайн П. Справочное руководство по конструированию тестов. Введение в психометрическое проектирование. - Киев: Ника-Центр Лтд, 1994. - 283 с.

12. Корниенко И.А., Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Возрастное развитие энергетики мышечной деятельности: Итоги 30-летнего исследования. Сообщение II. «Зоны мощности и их возрастные изменения// Физиология человека, 2006. Т.32. - №3. - С. 46-54.

13. Костяк Т.В. Психологическая адаптация первоклассников. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. 176 с.

14. Леонова А. Б. Психическая надежность профессионала и современные технологии управления стрессом// Вестник МГУ. Сер. 14. Психология. 2007. № 3. С. 69-81.

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

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

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

18. Общая психодиагностика /Под ред. А.А. Бодалева, В.В. Столина. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 304с.

19. Поляшкова Н.В., Соловьев А. Г., Новикова И.А. Адаптационный потен-цил младших школьников и его взаимосвязь с параметрами физического развития // Экология человека. - 2008. -N 2. - С. 34-38.

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

21. Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011. - 368 с.

22. Уилмор Дж., Костилл Д. Физиология спорта и двигательной активности. - Киев: Олимпийская литература, 1997. - 500 с.

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

24. Фомин В. С. Физиологические основы управления подготовкой высококвалифицированных спортсменов.- М.: МОГИФК, 1984, - 63 с.

25. Хъелл Л.А., Зиглер Д.Д. Теории личности. - СПб.: Питер, 2000. - 608 с.

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

27. Kenney W.L., Wilmore J., Costill D. Physiology of Sport and Exercise. - Published by Champaign, IL; Human Kinetics, 2011. - 640 p.