Биологические объекты могут быть различной сложности. Их можно типизировать по многим признакам, систематизировать по различным уровням структурной и функциональной организации жизнедеятельности. Это позволяет приближенно определять адаптацию биологических объектов к воздействию окружающей и внутренней сред и отсюда – соответствующую эволюцию. Переходя к пониманию «биологическая система», отметим, что система является как открытой, так и закрытой, в которой обмен информацией, веществами и энергией происходит под контролем внутреннего управления и специфических механизмов генетической информации. Организм человека, являясь биологической системой, находится в непрерывном взаимодействии с преображающимися условиями окружающей среды, техногенной обстановкой, межличностным взаимодействием и др.
Возникновение возможных экстремальных, чрезвычайных ситуаций – предъявляет повышенные требования к функционированию органов и систем организма, двигательной сфере и психике человека, имеющимся резервным возможностям. В практике высших учебных заведений при подготовке к последующей профессиональной деятельности наблюдаются различные подходы в решении задач, направленных на совершенствование профессионально значимых качеств. При этом для участников образовательного процесса важным видится освоение учебных нагрузок, независимо от предмета, с повышением мотивации к обучению и сохранением здоровья.
Анализ проблемы подготовки человека к экстремальным ситуациям показал, что подобные задачи зачастую определяются не столько общественным заказом, сколько опытом преподавателя, пониманием важности выживания профессионала в любой ситуации, предпочтением развития определенных, порой специфичных психофизических качеств. Через освоение целенаправленных физических нагрузок организм выходит на более высокий уровень функционирования. Зачастую именно преподаватель устанавливает объем времени в системе урочных и внеурочных занятий. Преподаватель физического воспитания на практических занятиях осуществляет выбор средств и методов совершенствования способностей, воспитания личностных и необходимых профессионально важных физических качеств. В учебных заведениях Министерства транспорта преподавателями кафедр физической культуры интенсивно ведутся исследования физического состояния, резервов систем организма учащейся молодежи. Безусловно, что разумные физические нагрузки улучшают самочувствие, повышают уровень психического и физического здоровья, успешность освоения учебных программ, способность преодолевать экстремальные профессиональные нагрузки, способствуют повышению качества жизни.
По мнению большинства педагогов-новаторов, с одной стороны, для оптимизации физического здоровья необходим индивидуальный подход. Левушкин С.П. и др. утверждают, что «…индивидуализация в физическом воспитании осуществляется на основе персонификации методик подготовки, целью которых является достижение возрастно-половых нормативов физического состояния, основанных на среднестатистических нормах» [1]. Известны и методики реализации индивидуального подхода в физической подготовке школьников-подростков [1]. С другой стороны, сложившийся в медицине и в вузовском физическом воспитании подход, ориентированный на среднестатистическую норму, признается тормозом совершенствования профессионально значимых психофизических качеств специалиста, управляющего особо сложными системами.
Но индивидуальный подход к каждому обучающемуся фактически ограничивается временем занятия и количеством студентов/курсантов в учебной группе. В большей мере на практике реализуется типологический подход. Поэтому имеет смысл обратиться к работам авторов, рекомендующих учитывать типологические особенности [1; 2]. В значительной степени это относится к особенностям телосложения, физической подготовленности, деятельности центральной нервной системы. В этой связи авторами отмечается зависимость типа телосложения от моторики, связь телосложения с заболеванием, с уровнем физической подготовленности. Подобный подход менее затратен по времени, чем индивидуальный. Он позволяет давать задание и контролировать ход его выполнения, оценивать результат деятельности.
В последнее время широко обсуждаются индивидуально-дифференцированный подход и проблема типологизации в физическом воспитании на всех уровнях образования [3]. Авторами мониторируется физическая работоспособность студентов с разным уровнем двигательной активности [4], а также адаптация обучающихся к образовательной среде вуза [5]. Несомненно, что материализация физиологически обоснованных методик подготовки с учетом типологических и индивидуальных особенностей обучающихся будет способствовать оптимизации физического воспитания участников образовательного процесса, поскольку активная двигательная деятельность – условие укрепления здоровья и продолжительности жизни [5].
Актуальным является широкое внедрение компьютерной техники в образовательные учреждения, информатизация образования, получение большого объема информации, требующей анализа и практического использования. Это подтолкнуло к исследованию, целью которого явилась разработка компьютерной программы и ее апробация в вузе гражданской авиации для оптимизации процесса физической подготовки будущих авиационных специалистов. При этом велась разработка общей фундаментальной и прикладной основы анализа деятельности биосистем для последующего использования в медицинских информационно-измерительных комплексах.
В соответствии с такой перспективой была поставлена задача: реализовать на практике вуза гражданской авиации индивидуальный подход в психофизической подготовке курсантов, основанный на учете типа телосложения с применением компьютерной программы, сконцентрированный на оптимизации их физического состояния при возникновении возможных профессиональных экстремальных ситуаций.
Материал и методы исследования
В проведенном нами исследовании использовались следующие методы, позволившие собрать массив для формирования базы данных:
1. Исследования функций внешнего дыхания с помощью сухого спирометра.
2. Исследования сердечно-сосудистой системы (электрокардиография и холтеровское мониторирование с помощью прибора «СМАД МД-01»).
3. Психофизиологические методы, в частности электроэнцефалография для анализа функционального состояния головного мозга и реакций при воздействии экстремума.
4. Тестирование физической подготовленности с использованием батареи двигательных тестов (быстрота: бег 30, 60, 100 м; общая выносливость: 1000, 3000 м; координационные способности – челночный бег 10х10 м; гибкость – наклон вперед; силовые качества: подтягивание на высокой перекладине, прыжок в длину с места).
5. Антропометрические методы исследования с определением длины и массы тела, окружности грудной клетки.
6. Метод исследования силовых показателей: динамометрия силы мышц сгибателей кисти с использованием динамометра ДК-100.
7. Математико-статистические методы: методы логической систематизации – группировка, классификация, и методы математической статистики с использованием пакетов Statistica и Excel.
Известно, что компьютеризация и информатизация образовательного процесса с использованием мультимедийного сопровождения практических и лекционных занятий – стимулируют интерес обучающихся к самостоятельной работе, в т.ч. по сохранению собственного здоровья. Гипотезой выступало предположение, что с использованием компьютерной программы оптимизируется подготовка курсантов к возможным профессиональным экстремальным ситуациям на занятиях по физической культуре. В последующем следовало определить эффективность методов развития основных, а также профессионально значимых физических качеств обучающихся на всех ступенях получения образования.
В исследовании приняли участие курсанты 1-4 курсов ФГБОУ ВО «Ульяновский институт гражданской авиации имени Главного маршала авиации Б.П. Бугаева» (УИ ГА), юноши и девушки (n=340) в возрасте 17-22 лет, обучающиеся на факультете подготовки авиационных специалистов.
На этапе разработки прототипа компьютерной программы нами не ставилась задача дифференцировать курсантов по специальностям. Но при этом было важно собрать значительный массив данных, характеризующих исходный уровень физического здоровья и физической подготовленности курсантов с целью подготовки к специфическим экстремальным ситуациям в профессиональной деятельности.
При организации исследования были предложены критерии распределения курсантов на группы по типам телосложения. При разработке данных критериев мы пользовались методом сигмальных отклонений от выборочной средней величины [6]. Для нормирования определена величина 0,67 сигмы.
Результаты исследования и их обсуждение
С использованием методов исследования преподавателями кафедры физической культуры и спорта определен (по возрастам, курсам обучения, гендерным различиям) уровень физического развития, физической подготовленности курсантов. Также определены состояния функций дыхательной, мышечной и сердечно-сосудистой систем.
Рис. 1. Интерфейс программы (1-я страница)
Рис. 2. Интерфейс программы (2-я страница)
Параллельно с проводившимися исследованиями шла разработка прототипа компьютерной программы по оценке и коррекции физической подготовленности курсантов, выполняющая:
1) систематизацию данных с учетом возраста, специализации, группы, развития двигательных качеств, общей подготовленности;
2) оценку развития физических качеств, общего уровня физической подготовленности;
3) статистическую обработку с определением средней арифметической величины, ошибки средней, среднего квадратического отклонения, подготовку и формирование отчета по результатам тестирования;
4) выгрузку в электронном и печатном виде индивидуальных рекомендаций по организации двигательной активности с определенным количеством занятий, продолжительности отдельного занятия, комплексом упражнений и пульсового режима для самоконтроля.
При этом программа при формировании отчетов учитывает зависимость между физическими характеристиками, физиологическими резервами биосистемы, их реализацией при проведении тестирования и экономизацией функций.
На рисунках 1 и 2 показан интерфейс программы по оценке и коррекции физического развития и физической подготовленности курсантов.
Форма сформированного отчета программы по оценке и коррекции физического развития и психофизической подготовленности конкретного курсанта представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Форма отчета программы
Рис. 4. Форма рекомендации программы
Отталкиваясь от запроса (по уровню здоровья, полу, возрасту и других определяющих характеристик), программа выдает индивидуальные рекомендации курсанту по физической активности, учитывающие общую продолжительность занятий, количество занятий в неделю, длительность отдельного занятия, оптимальный пульсовый режим, конкретные комплексы физических упражнений.
Форма рекомендации компьютерной программы отдельному курсанту представлена на рисунке 4.
Вследствие применения программы по оценке и коррекции физического развития и физической подготовленности исследуемые имеют индивидуально значимую оценку своего уровня физического здоровья по пятибалльной системе: 1 – низкий уровень; 2 – ниже среднего, 3 – средний; 4 – выше среднего; 5 – высокий.
По запросу курсантам выдают персональные карты с индивидуальными результатами, что при наличии соответствующего программного обеспечения дает возможность в домашних условиях осуществлять самоконтроль и коррекцию физического состояния.
Поиск конвергенции средств физической культуры и включение их в подготовку человека – оператора особо сложных систем, по нашему мнению, будет положительно сказываться на темпах совершенствования физического развития и физической подготовленности, на результатах обучения. Конвергентный подход, как оказалось, дает возможность систематизировать знания не только в области предмета «Физическая культура», но и всю подготовку специалиста в учебном заведении. Проведенный анализ развития двигательных качеств исследуемых позволил выявить конвергенции и в структуре двигательной подготовленности представителей каждого соматотипа. Было предположено, что это обусловлено составом скелетных мышц, который является врожденным и в существенной степени предопределяет свойства мышц, активность отвечающих механизмов энергообеспечения. Так, ведущие свойства моторики дигестивного типа телосложения – быстрота и сила; отстающее – выносливость. Ведущими двигательными качествами представителей мышечного типа являются скоростно-силовые, а отстающими – сила и гибкость. Ведущим физическим качеством представителей астенического соматотипа видится выносливость, но отстающими качествами являются быстрота, гибкость, сила. Рациональная двигательная активность, как правило, способствует росту функциональных возможностей организма, улучшению физического состояния.
Авторами разработаны комплексы упражнений и планы-конспекты 156 занятий различной направленности: с преимущественным развитием выносливости, с наибольшим воздействием на скоростно-силовые качества, а также комплексное (равномерно-пропорциональное) развитие двигательных способностей. Рекомендации программы позволяют курсантам заниматься дополнительно, вне расписания, повышая свой уровень физической подготовленности.
Комплектование учебно-тренировочных групп курсантов, учитывая типологические особенности, позволило использовать более рациональную методику подготовки и наиболее прочное усвоение знаний и навыков при возможном возникновении экстремальных ситуаций в будущей профессиональной деятельности.
Перспектива использования компьютерной программы в учебном процессе видится в том, что полученные результаты мониторинга физического развития и физической подготовленности курсантов учебного заведения гражданской авиации могут систематизироваться в зависимости от учебного заведения, даты обследования, количественного значения каждого из вводимых показателей, доступны выгрузка отчетов по выбранным группам, сохранение отчетов в спецбазе данных.
Заключение
Исследование обосновывает важность анализа массива антропометрических, физиологических параметров, показателей физической подготовленности с использованием разработанной компьютерной программы. Проведенная работа по внедрению разработанной компьютерной программы по оценке и коррекции физического развития и физической подготовленности курсантов дала возможность получить важные для учебного процесса данные, систематизировать их и повысить качество подготовки авиаспециалистов. Это выразилось в индивидуально значимой оценке уровня физического здоровья, подготовленности на каждом этапе проведения мониторинга (в конце каждого семестра). Индивидуальные рекомендации компьютерной программы по физической активности стимулировали самостоятельные занятия курсантов. При этом дифференцированный зачет при сдаче контрольных нормативов, обязательных к выполнению всеми курсантами, также являлся показателем успешного освоения учебной программы.
В реализованном проекте отчасти решена проблема физической подготовки курсантов учебного заведения гражданской авиации к экстремальным факторам профессиональной деятельности, и на основе типологических особенностей становится возможным судить об эффективности различных двигательных режимов и подходов к развитию моторики, культуры движений, экономизации функций организма.
Полученные при мониторинге результаты подтолкнули к идее проектирования принципиальных схем специальных микроустройств скрытого ношения для дистанционного мониторинга. Разрабатываемые в настоящее время коллективом авторов статьи носимые мониторинговые микроустройства планируется апробировать у курсантов-пилотов во время учебных полётов и использовать в работе авиационных специалистов гражданской авиации для контроля и коррекции двигательных действий при возникновении экстремальных ситуаций. Это позволит минимизировать роль человеческого фактора в возникновении и развитии экстремальных и чрезвычайных ситуаций в профессиональной деятельности авиаспециалистов, снизит материальные потери и жертвы при авиапроисшествиях.
Публикация подготовлена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов № № 20-07-00573, 20-07-00597, 20-07-00593.