Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема здоровья школьников связана с учетом огромного числа физиологических, психофизиологических, биофизических параметров организма и требует создания новых формализованных подходов на базе (и в том числе) биофизики сложных систем (Иваницкий Г.Р., 1995-2011; Фе-сенко Е.Е., Чемерис Н.К., 1993-2010; Allensworth D.D., 1995; Р.И. Айзман, 1997; Kaplan D.W., 1998; Касаткин В.Н., 1998; Г.К. Зайцев, 1998; G. Juhn, 1999; Казин Э.М., 2000; Кучма В.Р., 2004; Агаджанян Н.А., 2006-2010). Вместе с тем, до настоящего времени не созданы теории и технологии комплексного управления оз-доровительной работой в системе образования, которые бы основывались на изу-чении организма учащегося как сложноорганизованной биофизической и биосоциальной динамической системы (БФБСДС), комплексной оценке (экспертизе) влияния учебно-воспитательного процесса на поведение БФБСДС в фазовом пространстве состояний, сочетали системно-технологическую и синергетическую парадигмы при осуществлении внешних управляющих воздействий (ВУВ) с ис-пользованием адекватных моделей.
В этой связи, возникает ряд серьезных противоречий и проблем в условиях массового образования, что особенно актуально для территорий с экстремаль-ной средой обитания, сложным комплексом природных и социальных условий, которые не позволяют установиться стабильным отношениям человека с внешней средой. В результате этого поддерживается постоянное напряжение регуляторных систем, и в первую очередь функциональных систем организма (ФСО) учащихся (Агаджанян Н.А., Нотова С.В., 2010; Еськов В.М., 1988-2008; Карпин В.А., 2002-2008). Недостаток адаптированных к местным условиям образователь-ных и оздоровительных управляющих программ серьезно затрудняет организацию системы образования, существенно снижает результативность мероприятий по сохранению, укреплению и формированию физического и психического здоровья подрастающего поколения.
Попытки решения проблемы путем изучения отдельных морфофункцио-нальных (Поборский А.Н., 1999; Соловьев В.С., 2004; Койносов П.Г., 2007; Логинов С.И., 2008; Литовченко О.Г., 2009; Нифонтова О.Л., 2009), медицинских (Карпин В.А. и др., 2003; Зуевский В.П. и др., 2006), биофизических (Филатов М.А., 2010) или педагогических (Серебрякова И.В., 2005) аспектов проблемы не создают целостного портрета детской, подростковой и юношеской популяции Югры в условиях учебно-воспитательного процесса, а, следовательно, и не могут являться достаточной теоретической основой для разработки оптимальных уп-равляющих оздоровительных воздействий.
В последние годы произошли принципиальные изменения и в характере са-мой проблемы. Современный этап эволюции биофизической парадигмы жизни, основанный на достижениях молекулярной генетики, характеризуется пониманием того, что траектория процессов в живом организме пролегает между собственной детерминированностью и хаотичностью (Иваницкий Г.Р., 2010). Между тем, классические детерминистско-стохастические подходы (ДСП) далеко не всегда могут в полной мере оценить и описать динамику поведения сложных динамически развивающихся систем организма ребенка в образовательном про-цессе, особенно в экстремальных условиях среды обитания. В этой связи, представляет интерес, наряду с традиционным анализом, рассмотреть это поведение с позиций современных междисциплинарных подходов на основе теории хаоса и синергетики (Пригожин И., Стенгерс И., 1986; Хакен Г., 2000, 2006; Князева Е.Н., Курдюмов С.П., 2007; Пригожин И., Николис Г., 2008; Чернавский Д.С., 2009; Еськов В.М., 1998-2011, Хадарцев А.А., 2000-2011). Процесс развития ФСО на школь-ном этапе онтогенеза весьма синергичен, так как проявляет все основные свойства открытой самоорганизующейся системы, а именно компартментно-класстер-ную структуру изучаемой популяции, сложность и открытость, подверженность внешним и внутренним колебаниям, нелинейность развития и появление качест-венных изменений, стохастичность, неустойчивость, неравновесность и диссипативность. Долгое время использование синергетического направления сдерживалось отсутствием общедоступных методов идентификации степени различий меж-ду хаосом и стохастикой, единых методических подходов в теории идентификации моделей, общих принципов построения таких моделей. Однако за последние 20 лет ситуация изменилась. Было дано обоснование единства детерминистского, стохастического и хаотического (синергетического) подходов, показана их гносео-логическая связь. На этой основе Сургутской и Тульской научным школам удалось идентифицировать уникальные параметры сложных человекомерных систем – размеры квазиаттракторов вектора состояний организма человека (ВСОЧ), степень синергизма, интервалы устойчивости биосистем на примере ФСО человека в многомерном фазовом пространстве состояний (МФП) (Еськов В.М., 1988-2011; Еськов В.М., Хадарцев А.А., Филатова О.Е., 2007-2010).
Вместе с тем, остаются серьезные методологические трудности, связанные с попытками перехода от детерминистских моделей и методов сразу в теорию хаоса и синергетики. Поэтому актуальной проблемой современной биофизики сложных систем является сравнительный анализ и моделирование в фазовом пространстве состояний оптимальных условий для управления поведением сложноорганизован-ной БФБСДС организма школьников в специфических условиях среды обитания одновременно с позиций детерминистско-стохастического и хаотического подходов, что и определяет актуальность настоящей работы.
Цель исследования – на основе анализа и оценки динамики поведения век-тора состояния физиологического и психофизиологического статуса школьников разработать модель управляющих воздействий для оптимизации биофизических, физиологических и психофизиологических функций организма школьника, что должно способствовать снижению цены адаптации к условиям образовательного процесса при проживании в ХМАО – Югре.
Задачи исследования
1. Выполнить анализ существующих подходов к оценке состояния здоровья участников образовательного процесса и организации оздоровительной работы в отечественной и зарубежной школе и на базе этого анализа разработать и апробировать компартментно-кластерную модель оценки состояния здоровья уча-щихся с позиций теорий хаоса, информации и системного синтеза.
2. На основе метода многомерных фазовых пространств (МФП) получить целостный портрет трехкомпартментной системы популяции учащихся младшего, среднего и старшего школьных возрастов ХМАО – Югры, как сложнооргани-зованной БФБСДС, являющийся теоретической базой для разработки эффектив-ных внешних управляющих оздоровительных воздействий.
3. С учетом возраста и пола выполнить анализ и синтез (идентифицировать наиболее важные признаки) параметров физиологических, психофизиологических и психосоциальных функций учащихся методом МФП в сравнении с детермини-стско-стохастическим подходом.
4. Изучить механизмы адаптации организма учащихся к многокомпартмент-ным факторам учебно-воспитательного и оздоровительного процессов в услови-ях задания оптимальных управляющих воздействий при специфических условиях урбанизированного Югорского Севера.
5. С позиций традиционных и новых биофизических методов моделирования динамики поведения вектора состояния биофизической и биосоциальной динами-ческой системы в фазовом пространстве состояний дать количественную оценку влияния ВУВ на физиологические и психофизиологические параметры организма учащихся.
6. Выявить взаимосвязь показателей здоровья, физического развития и фи-зической подготовленности учащихся ХМАО – Югры с природно-климатически-ми и социально-экономическими факторами региона. В рамках многомерных фазовых пространств провести анализ эффективности летнего отдыха учащихся как примера проявления ВУВ на организм в условиях округа и с выездом на юг страны в сравнении с традиционными стохастическими расчетами.
7. Осуществить системный анализ и синтез различных сторон учебно-воспи-тательного процесса с учетом физиологического и психоэмоционального напря-жения организма учащихся и результатов учебной деятельности.
8. Разработать и апробировать в образовательных учреждениях ХМАО – Юг-ры технологию многопараметрического мониторинга параметров здоровья, физического развития и физической подготовленности учащихся, системно-техно-логический и синергетический подходы к организации оздоровительной работы в массовой школе, адаптивную модель деятельности школьной службы здоровья. Осуществить оценку эффективности предлагаемых ВУВов в сравнении с ныне су-ществующей теорией и практикой такой деятельности.
Научная новизна работы.
1. Впервые разработан комплексный многофакторный подход к оценке со-стояния здоровья учащихся как сложноорганизованной БФБСДС с позиций теории информации, общей теории систем, теории хаоса и синергетики (ТХС). В рам-ках развиваемого подхода оценка складывается из результатов деятельности компартментов, воспринимающих структурную, сенсорную и вербальную информацию, динамических характеристик системы, параметров квазиаттрактора вектора состояния организма школьников.
2. Методом многомерных фазовых пространств, в сравнении с детерминист-ским подходом, в специфических условиях среды обитания выполнен анализ трех возрастных и двух, связанных с полом, компартментов, включающих параметры четырех основных кластеров (физиологических, психофизиологических, психоэмо-циональных и психосоциальных) организма учащихся.
3. Установлены новые количественные данные о возрастно-половых особен-ностях компартментов учащихся школ Югры, воспринимающих структурную, сенсорную и вербальную информацию, динамических характеристиках системы (управляемости, эффективности, устойчивости, надежности), параметрах квазиаттракторов и параметрах порядка изучаемых подпространств.
4. Выявлены новые зависимости между природно-климатическими, социаль-но-экономическими факторами и состоянием здоровья, физическим развитием и физической подготовленностью учащихся округа. Динамический мониторинг дет-ского населения ХМАО – Югры обнаружил тенденцию поляризации показателей физического развития и физической подготовленности учащихся 7-17 лет. Показано, что на физическое развитие школьников региона оказывают влияние как при-родно-климатические, так и социально-экономические факторы. Природно-клима-тические факторы, в основном, влияют на длину тела, окружность грудной клетки и в меньшей степени – на массу тела, причем, влияние на длину тела осуществляется преимущественно в подростковом периоде, а на окружность грудной клетки – в младшем и старшем школьном возрастах. Обнаружены связанные с полом особенности физической подготовленности детей.
5. Состояние здоровья, физического развития и подготовленности учащихся в условиях ХМАО – Югры отражает суммарный эффект влияния многих факторов в их взаимодействии путем синергизма, антагонизма или кумуляции. Обнаружен ряд конкретных адаптивно-компенсаторных проявлений в физическом развитии, системах внешнего дыхания и кровообращения организма школьников в ответ на специфику региона.
6. Выявлено, что мальчики-мигранты отличаются от своих сверстников, по-стоянно проживающих в Югре, не только конституциональными, но и приспособительными особенностями.
7. Впервые с помощью статистического и синергетического подходов прове-ден анализ поведения организма учащихся во время летнего отдыха как примера управляющего воздействия. Выявлено, что к летнему отдыху в условиях Югры лучше адаптируются мальчики и дети в целом с преобладанием активности сим-патического отдела вегетативной нервной системы, в то время как отдых на Юге страны лучше переносят учащиеся с балансом симпатического и парасимпатического отделов ВНС.
8. Показано, что наименьшие объемы квазиаттракторов и наибольший синер-гизм показателей учебной деятельности регистрируются в годы перехода к оче-редной ступени образования, что объясняется своеобразной мобилизацией ФСО, обеспечивающих достижение полезного приспособительного результата.
9. Впервые осуществлена комплексная оценка (экспертиза) различных сто-рон учебно-воспитательного процесса с учетом физиологического и психоэмоцио-нального напряжения детей и результатов учебной деятельности одновременно с позиций метода многомерных фазовых пространств и статистики. Показано, что расчеты с использованием метода МФП являются более чувствительными в выявлении преимуществ здоровьесберегающего образования. Это проявляется в уменьшении объемов параллелепипедов, внутри которых находятся квазиаттракторы поведения ВСОЧ, что является количественной мерой хаотичности исследуемых параметров.
10. Выявлено, что различные по характеру физические упражнения избира-тельно воздействуют на симпатический и парасимпатический отделы вегетатив-ной нервной системы (ВНС) в зависимости от исходного вегетативного тонуса. С позиций фазатонной теории мозга это открывает возможности целенаправленного использования физических упражнений для регуляции вегетативного статуса организма школьников.
11. Изучены прогностические возможности холодовой пробы для дифферен-цированного подхода к закаливанию организма учащихся.
Теоретическая и практическая значимость.
1. Впервые проведены многопараметрические исследования, обеспечиваю-щие получение целостного портрета в многомерном фазовом пространстве детской, подростковой и юношеской популяции ХМАО – Югры с учетом особых природно-климатических и социально-экономических факторов, возраста и пола, что ста-ло теоретической основой для разработки эффективных стратегий и технологий сохранения и укрепления здоровья школьников Югры.
2. Примененные методы многомерного анализа и синтеза, базирующиеся на минимизации размерности фазового пространства, дают возможность принципи-ально нового теоретического объяснения динамики поведения вектора состояния организма школьников в условиях ХМАО – Югры. Выявлено, что наибольшие раз-бросы в стохастических и хаотических параметрах квазиаттракторов вектора состояния организма школьников наблюдаются в периоды интенсивной морфофунк-циональной перестройки и перехода к новой ступени образования. Определены па-раметры порядка (наиболее значимые признаки) для дифференцировки различий между возрастами, а также показатели, связанные с успеваемостью учащихся.
3. Установлено, что соотношение физиологического и психоэмоционально-го напряжения и результатов учебной деятельности различно на отдельных школь-ных этапах онтогенеза, а принципиальные изменения, во многом определяющие дальнейшие перспективы школьного образования и его психоэмоциональную и физиологическую цену, происходят до 9-10 лет.
4. Показано, что повышение результативности в учебной деятельности, орга-низованной с учетом здоровьесберегающих функций урока, может достигаться и без традиционного усиления эрготропных влияний на сердце в начале занятий и последующего снижения уровня активности сердечно-сосудистой системы в свя-зи с утомлением. При этом наблюдается усиление активности гуморального кана-ла и снижение централизации в регуляции деятельности сердца, сохраняется достаточная активность симпатического отдела, что проявляется в стохастических и хаотических параметрах квазиаттракторов, а также в улучшении количественных и качественных показателей умственной работоспособности и сохранении хорошего самочувствия.
5. Разработана, апробирована и внедрена в практику образовательных учреж-дений ХМАО – Югры технология мониторинга показателей здоровья, физического развития и физической подготовленности учащихся, с операциональным взаимодействием организаторов, исполнителей и потребителей данных мониторинга на уровне округа, муниципальных образований, образовательных учреждений и учащихся. Совокупность этих данных обеспечила системно-технологический и си-нергетический подходы в организации ВУВов и создании адаптивной модели деятельности службы здоровья образовательного учреждения.
6. Рассчитаны региональные центильные шкалы для оценки физического развития и физической подготовленности детей на этапах школьного онтоге-неза и на их основе уточнены сенситивные периоды в развитии базовых физических качеств. Разработаны методики дифференцированного использования ин-терактивных сред обучения, физических упражнений различной направленности, закаливания, летнего отдыха в лагере дневного пребывания в зависимости от исходного вегетативного тонуса организма учащихся с учетом параметров квазиаттракторов различных групп.
Внедрение результатов исследования. В процессе теоретико-эксперимен-тальной работы в школах Югры внедрены программы оптимизации здоровьесбе-режения, что подтверждено 8-ю актами внедрения. Базовые экспериментальные площадки в Ульт-Ягунской и Белоярской СОШ № 3 удостоены грантов президен-та России (2007-2008 г.г.), а специальная (коррекционная) школа 8-го вида г. Сургута стала победителем окружного конкурса на лучшую постановку оздоровитель-ной работы (2008-2010 г.г.). Разработана и внедрена в практику Сургутского госуниверситета авторская программа курса «Оздоровительные технологии в образовании», 2 монографии автора получили гранты Губернатора ХМАО – Югры в 2007 и 2010 годах. Результаты исследования вошли в национальные отчеты «Здо-ровье и поведение российских школьников» в рамках международного проекта «Health Behavior in School-aged Children» за 2003 и 2006 годы.
Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы диссертации доложены и опубликованы в материалах 2-го съезда физиологов Казахста-на «Актуальные проблемы физиологии» (Караганда, 1992); Международной научно-практической конференции «Физическая культура и спорт учащихся в развивающемся мире» (Шуя, 1994); Всероссийских научно-практических конференциях «Актуальные проблемы валеологии в образовании» (Липецк, 1995, 1999); 3-го Национального Конгресса по профилактической медицине и валеологии (Санкт-Петербург, 1996); 1-ой Всероссийской конференции «Научно-ме-тодические основы формирования физического и психического здоровья детей и молодежи» (Екатеринбург, 1996); 1-ой Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы валеологии в образовании» (Москва, 1997); Международной научно-практической конференции «Новые направления в сис-теме подготовки специалистов физической культуры, спорта и оздоровительной работы с населением» (Ижевск, 1999); 2-ой межрегиональной научно-практиче-ской конференции «Здоровье ребенка и пути его формирования и защиты» (Липецк, 2000); Международного конгресса «Здоровье, обучение, воспитание детей и молодежи в 21 веке» (Москва, 2004); Международного симпозиума «Здоровье и поведение школьников» (Санкт-Петербург, 2004); XIX съезда физиологическо-го общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004); 3-ей Всероссийской научно-практической конференции «Дети России образованы и здоровы» (Москва, 2005); 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека» (Ростов-на-Дону, 2008); Международной научно-практической конференции «Адаптивная физическая культура, спорт и здоровье: интеграция науки и практики» (Уфа, 2009-2011); Всероссийской научно-практиче-ской конференции с международным участием «Физическая культура, туризм и спорт» (Ханты-Мансийск, 2009); Всероссийской конференции «Мониторинг здоровья и физической подготовленности молодежи (Новосибирск, 2009, 2010); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Здо-ровьесберегающая деятельность в системе образования: теория и практика (Кеме-рово, 2011); Всероссийских и Международных научно-практических конференци-ях «Совершенствование системы физического воспитания, спортивной тренировки, туризма и оздоровления различных категорий населения» (Сургут, 2000-2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 116 работ, в том числе: 5 монографий, 25 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 17 статей в других жур-налах и сборниках научных трудов, 5 учебно-методических пособий и 64 публикации в материалах конференций, конгрессов, съездов, симпозиумов.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 372 страницах и состоит из введения, пяти глав собственных результатов, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы (614 источников, из которых 109 на иностранных языках), приложения и содержит 102 рисунка и 121 таблицу.
