Учебно-исследовательская работа по биологии "исследование биоритмов учащихся"

Городская научно-практическая конференция «Первые шаги в науку»

Исследовательская работа

на тему:

Биоритмы. Зависимость успеваемости подростков от их биоритмического типа

Предметная область:

Биология

Авторы:

ученики 9 класса

Мельникова Александра,

Гладков Никита,

 Хотемской  Никита

Брянск

СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                                             Стр.

Введение ……………………………………………………………………..	3
1 Аналитический обзор литературы ………………………………………	4
3 Методика исследований …………………………………………………...	6
3 Результаты исследований 3.1 Индивидуальные суточные биоритмы школьников …………………	7
3.2 Изменение умственной работоспособности у учащихся 8- и 9-х классов в связи с их суточной биоритмической реакцией ………………	9
Выводы и практические рекомендации …………………………………….	12
Список использованной литературы ……………………………………….	14
Приложение …………………………………………………………………	15

Введение

Организм способен чувствовать и измерять время. Этой способностью обладают все живые существа – от растений до человека. Именно данное свойство помогло многим организмам выжить в борьбе за существование (Пехов, 2000; Чернова, Былова, 2006). Как в организме человека, так и во всем живом мире повторяются определенные явления, знаменуя собой наступление следующего отрезка времени. Цветение растений, сезонные миграции зверей и птиц, чередование сна и бодрствования, смена времен года и многие другие циклические процессы в природе – все это проявление биологических ритмов. У человека есть биологические часы, но не настолько точные как у некоторых животных. О ритмическом изменении состояния организма человека известно давно. Греческий врач Герофил за 300 лет до н. э. обнаружил, что пульс у здорового человека меняется в течение дня. Подсознательно человек выбирает время, когда ему легче работать. Приблизительно 400 - 500 лет назад человек стал жить по часам, а до этого в них необходимости не было, так как работали природные и биологические часы (Биологические ритмы, 1984; Биология для поступающих …, 2005; Черноа, Былова, 2006).

Цель исследования – изучить комплексные характеристики биоритмических

типов подростков (8-9 класс) в целях оптимизации учебной деятельности.

В процессе достижения цели решались следующие задачи:

1.                             Исследовать литературу по данным вопросам.

2.                             Определить частоту встречаемости учащихся разных биоритмических типов.

3.                             Изучить работоспособность подростков разных биоритмических типов.

4.                             Проанализировать показатели зависимости успеваемости от биоритмического типа в течение I – III четвертей.

Объект работы: индивидуальные биоритмы (биологические часы) и умственная работоспособность школьников 8- и 9-классов (на примере МОУ «Гимназия № 2»).

Практическая значимость: полученные результаты исследования могут быть использованы в организации учебного процесса, а также для ведения долгосрочного мониторинга и применения в практике школ для повышения качества учебно-воспитательного процесса.

1 Аналитический обзор литературы

Могущественный двадцатый век бурно ворвался в историю человечества невиданными и ошеломляющими переменами. Стремительные темпы развития науки и техники, поразительные достижения в области транспорта, связи, коммуникации и информации изменили наши представления о времени и пространстве, о масштабах земных расстояний. Будто бы сжалась наша планета, слились меридианы и параллели, и мир перестал уже казаться человеку необъятно огромным.

Решая актуальные проблемы, возникающие перед человечеством сегодня, мы сталкиваемся с тем, что корни некоторых из них уходят в биологию, в область основных феноменов живой материи. На «стыке» смежных научных дисциплин не только совершаются самые глубокие открытия, зарождаются новые подходы к изучению различных явлений природы, но и возникают новые научные направления.

Одна из молодых и быстро развивающихся наук двадцатого века — биоритмология, или хронобиология, т. е. наука, изучающая циклические биологические процессы, имеющиеся на всех уровнях организации живой системы (Биологические ритмы, 1984; Марков, 2001; Чернова, Былова, 2006).

Из года в год возрастает интерес к проблемам биоритмологии, методологические принципы которой уверенно проникают в исследования всех уровней организации живого — от молекулярного до уровня целостного организма. И это понятно, если учесть, что в течение миллионов лет эволюционного развития шел процесс не только непрерывного усложнения и совершенствования структурной организации живых систем, но и процесс их временной организации. Адаптация организма к постоянно меняющимся условиям окружающей среды обеспечивалась не отдельными органами, а скоординированными во времени и пространстве и соподчиненными между собой специализированными функциональными системами. Не случайно в настоящее время через исследования временной организации биосистем изучаются эколого-физиологические механизмы адаптации к новой среде обитания и изыскиваются научно обоснованные средства коррекции нарушений, возникающих при воздействии на организм различных неблагоприятных факторов. Исследования проводятся на разных уровнях биологической организации – от индивидуума как основной единицы биологического сообщества через популяцию до экосистемы.

Наша работа изучает внутренние биоритмологические циклы человека – проявление сна и бодрствования, выражающиеся в трех основных типах – «жаворонках», «совах», «голубях – аритмиках» (Биологические ритмы, 1984).

Внутренние циклы – это прежде всего физиологические ритмы организма. Все внутренние ритмы организма соподчинены, интегрированы в целостную систему и в конечном счете выступают как общая периодичность поведения организма. Ритмически осуществляя свои физиологические функции, организм как бы отсчитывает время. И для внешних, и для внутренних ритмов наступление очередной фазы зависит, прежде всего, от времени. Поэтому время выступает как один из важнейших экологических факторов, на который должны реагировать живые организмы, приспосабливаясь к внешним циклическим изменениям природы (Чернова, Былова, 2006).

Каждому человеку важно уметь диагностировать свой биоритм, т.к. с ним связаны многие когнитивные и другие функции, оказывающее большое влияние на самочувствие и успешность в карьере.

2 Методика исследований

Исходя из задач нашего исследования, мы провели ряд исследований при участии учащихся 8-9 классов МОУ «Гимназия № 2» в течение 2008-2010 гг. с целью изучить комплексные характеристики биоритмических типов подростков в целях оптимизации учебной  деятельности. Типологию индивидуальных биоритмов диагностировали по стандартным методикам (Биологические ритмы, 1984).

Умственную работоспособность человека оценивали методом дозированной по времени корректурной работы. Согласно данным литературы результаты выполнения корректурной работы отражают не только состояние функции внимания, но и состояние электрической активности мозга. Для массовых наблюдений за состоянием умственной работоспособности школьников предлагаем использовать корректурный тест и таблицу Анфимова в модификации С. М. Громбаха (Куинджи, 2001)

Группы учащихся, согласившихся принять участие в исследовании, на первом и последнем уроках в понедельник, среду и субботу на протяжении учебных четвертей определяли свою работоспособность. Параллельно устанавливался тип биоритма каждого их участников тестирования. Из полученных данных мы составили сводные таблицы.

3 Результаты исследований

3.1 Индивидуальные суточные биоритмы школьников

         На протяжении двух лет в 8- и 9-х классах обследовано 68 учащихся. Среди школьников в целом (табл.1) преобладают «совы» – 26 человек, «жаворонков» – наименьшее число (20 человек). Однако эти различия статистически недостоверны.

Таблица 1 – Сводная таблица типов биоритмических реакций учащихся 8-х классов (2010 уч. год)

Тип биоритма	Число школьников, принявших участие в эксперименте
	8А - 27 человек	8Б- 25 человек	8В- 16 человек
Жаворонки	52%- 14 чел.	8%- 2 чел.	25%- 4 чел.
Голуби	22%- 6 чел.	52%- 13 чел.	18%- 3 чел.
Совы	26%- 7 чел.	40%- 10 чел.	56%- 9 чел.

В 9-х классах (табл. 2) более всего «жаворонков» – 27 человек, «сов» – наименьшее число (19 человек). Следовательно с течением времени биоритмологические проявления у школьников изменились.

Таблица 2 – Сводная таблица типов биоритмических реакций учащихся 9-х классов (2011 уч. год)

Тип биоритма	Число школьников, принявших участие в эксперименте
	9А - 27 человек	9Б- 24 человека	9В- 19 человек
Жаворонки	15%	16,6%	47%
Голуби	37%	41,7%	21%
Совы	48%	41,7%	32%

В целом, число школьников-аритмиков (голубей) количественно не изменилось. Возросло число «жаворонков», а «сов» уменьшилось. Эти различия могут быть связаны с перестройкой расписания занятий, а также с изменением режима дня.

         На основе анализа документов об успеваемости (табл. 3, 4) выявлены следующие закономерности оценочных знаний школьников 8- и 9-х классов в зависимости от их биоритмических типов.

Таблица 3 – Сводная таблица зависимости успеваемости от биоритмического типа (8-е классы)

Тип биоритма	Общая успеваемость
	хорошисты	с оценками 3-4
Жаворонки (20 человек)	45%	55%
Голуби (19 человек)	63%	37%
Совы (24 человека)	62,5	37,5%

         Выяснено, что успеваемость в 8-х классах лучше у «сов» и «голубей». Однако, у аритмиков и «сов» различия в общей успеваемости статистически значимы. По нашему мнению этот факт связан непосредственно с подготовкой домашних заданий. Все школьники учатся в первую смену, поэтому к следующему учебному дню готовятся накануне во второй половине дня, при этом посещая репетиторов. Т.к. «совы» активны во второй половине дня, следовательно, усвоение материала у них идет успешнее, чем у школьников других биоритмов. Аритмики при определенной организации режима дня

         Успеваемость у школьников 9-х классов в зависимости от биоритмических реакций следующая.

Таблица 4 – Сводная таблица зависимости успеваемости от биоритмического типа (9-е классы)

Тип биоритма	Общая успеваемость
	хорошисты	с оценками 3-4
Жаворонки (27 человек)	64,7%	35,3%
Голуби (22 человека)	64%	36%
Совы (19 человека)	62%	38%

         Возросла общая успеваемость школьников независимо от групп биоритмологических реакций. Это связано, прежде всего, с повышенной ответственностью самих обучающихся в выпускных классах школы, подготовкой к экзаменам. У «жаворонков» и «голубей» различия в общих показателях успеваемости статистически достоверны, у «сов» – нет. Значит, при четкой организации режима дня суточный эндогенный тип биоритмов имеет вторичное влияние на общую успеваемость.

3.2 Изменение умственной работоспособности у учащихся 8- и 9-х классов в связи с их суточной биоритмической реакцией

Работоспособность – это также биоритм, который различается у одного и того же человека в зависимости от времени года (сезонные колебания), в зависимости от дня недели и от времени суток.

Проведенные исследования показали, что работоспособность изменяется по сезонам года очень четко (Приложение 1). Максимальная работоспособность наблюдается в конце сентября – первые дни недели октября, минимальная работоспособность – во вторую и третью декаду декабря. Повышение работоспособности начинается со второй декады апреля.

Рисунок 1 – Проявление утомления по результатам корректурной пробы у учащихся

Школьники уходят на зимние каникулы при минимальных показателях работоспособности, восстанавливая утраченные силы во время отдыха. Наименьшая работоспособность зарегистрирована у всех школьников, независимо от их индивидуальных биоритмов. Однако, у «сов» снижение работоспособности минимально, у аритмиков – среднее, у «жаворонков» – значительное.

Только тщательно продуманный режим труда и отдыха будет способствовать успешной аттестации.

В зависимости от дня недели работоспособность также изменяется.

Рисунок 2 – Недельные пики работоспособности по результатам корректурной пробы учащихся

Имеется один пик работоспособности (наименьшего утомления) – во вторник. Наиболее ярко выраженное утомление наблюдалось в субботу. Таким образом, недельная динамика работоспособности говорит о закономерном наступлении некомпенсированного утомления к концу недели.

Анализ дневной динамики работоспособности-утомления не показывает ярко выраженного конечного прорыва: т.е.уменьшения утомления и повышения работоспособности на последнем уроке по сравнению с предпоследним.

В старшей школе (8-9 класс) наименее продуктивны (с быстрой утомляемостью) 1-ый и 6-ой, 7-ой и последующие уроки. Второй и третий уроки характеризуются наименее ярко выраженной утомляемостью. Четвертый и пятый уроки совпадают с периодами компенсированного утомления (школьники могут волевым усилием преодолеть начальные стадии утомления и поддержать нужный уровень работоспособности). Эти данные могут быть использованы для построения школьного расписания.

         У ярко выраженных «сов» и «голубей» ярко выраженного утомления не зарегистрировано к концу учебного дня, однако, результаты их тестовой пробы на первых уроках достаточно низкие. Т.е. эти учащиеся плохо «врабатываются» в учебный ритм, именно для них необходима динамическая пауза между 1-2 и 3 уроком.

В старшей школе новые предметы характеризуются большей степенью утомления, т.к. они более трудоемки. Неблагоприятно влияют на работоспособность и внешние экологические факторы-параметры микроклимата, особенно температурный дискомфорт. Утомление наиболее ярко выражено на уроках любой трудности, если в помещении очень холодно или душно.

         В процессе обучения к концу года напряжение функциональных систем организма больше выражено у «жаворонков». При исследовании годовой динамики умственной работоспособности школьников в зависимости от индивидуальных биоритмических реакций выявлено, что два биоритма накладываются друг на друга, иногда существенно снижая успеваемость.

Выводы и практические рекомендации

1.     Оценка биоритмических реакций учащихся имеет особое значение для внедрения и реализации здоровьесберегающих технологий. Индивидуальные биоритмы «жаворонки», «совы» и «голуби» не остаются постоянными. Различия биоритмических реакций с течением времени у школьников могут быть связаны с перестройкой расписания занятий, а также с изменением режима дня.

2.     «Голуби» (аритмики) легче адаптируются к учебной нагрузке, т.к. их индивидуальная активность, а следовательно и успеваемость в школе меньше всего зависит от внешних причин.

3.      Работоспособность – компонент адаптационного потенциала учащихся старших классов. Исследования работоспособности показали, что она изменяется по сезонам года очень четко: максимальная работоспособность – в конце сентября – первые дни недели октября, минимальная работоспособность – во вторую и третью декаду декабря. Повышение работоспособности начинается со второй декады апреля. Следовательно, необходимо планировать валеологические мероприятия по оптимизации работоспособности учащихся.

4.      В течение года наименьшая работоспособность зарегистрирована у всех школьников, независимо от их индивидуальных биоритмов. Однако, у «сов» снижение работоспособности минимально, у аритмиков – среднее, у «жаворонков» – значительное.

5.       Наиболее ярко выраженный процесс утомления и снижения психо-физиологических и эмоциональных функций школьников наблюдается в субботу. В старшей школе наименее продуктивны (с быстрой утомляемостью) 1-ый и 6-ой, 7-ой и последующие уроки при всех типах организации учебного процесса. Второй и третий уроки характеризуются наименее ярко выраженной утомляемостью. Эти данные могут быть использованы для построения школьного расписания.

6.      У ярко выраженных «сов» и «голубей» ярко выраженного утомления не зарегистрировано к концу учебного дня, однако, результаты их тестовой пробы на первых уроках достаточно низкие. Для них необходима динамическая пауза между 1-2 и 3 уроком.

7.      В старшей школе новые предметы характеризуются большей степенью утомления, т.к. они более трудоемки. Неблагоприятно влияют на работоспособность и внешние экологические факторы-параметры микроклимата, особенно температурный дискомфорт. Утомление наиболее ярко выражено на уроках любой трудности, если в помещении очень холодно или душно.

Общие рекомендации

Любому преподавателю, родителю учащихся, а также самим школьникам необходимо ознакомиться с активными методами преподавания, направленных на активизацию резервных возможностей организма и высокую работоспособность обучаемых:

- суггестопедия (метод внушения);

- релаксопедия (способ обучения, использующий релаксацию);

- ритмопедия (использование ритмической стимуляции органов чувств как инструмент для формирования у обучаемых состояния, наиболее адекватного для усвоения данного вида информации);

- аудиовизуальный и аудиолингвальный  методы

- метод субсенсорных воздействий, основанный на эффекте суммирования большого числа повторяющихся слабых сигналов.

         Всем родителям необходимо знать, что режим дня и благоприятные условия для умственной деятельности школьников позволит преодолеть влияние индивидуальных биоритмических реакций на общую успеваемость.

Список используемой литературы

1 Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

2 Биологический энциклопедический словарь / Главный редактор М.С. Гиляров. – Москва:  Большая Российская энциклопедия, 1995.

3 Биология для поступающих в вузы / Под редакцией академика РАМН, профессора В.Н.Ярыгина. – Москва: Высшая школа, 2005.

4 Марков, В.В. Валеологическое образование в современном мире / В.В. Марков // Биология в школе – 2001 – № 6. – С. 14-19.

5 Куинджи, Н.Н. Валеология: пути формирования здоровья школьников // Н.Н. Куинджи // Методическое пособие. – М.: Аспект Пресс, 2001. – 139 с.

6 Пехов, А.П. Биология с основами экологии / А.П. Пехов. – Санкт-Петербург: Лань, 2000.

7 Чернова, Н.М. Экология / Н.М. Чернова, Л.М. Былова. – Москва: Дрофа, 2006.

Приложение

Таблица1  – Описание динамики работоспособности учащихся 8А класса

Фамилия	Динамика работоспособности
	Понедельник		Среда		Суббота
	первый	последний	первый	последний	первый	последний
Алибандова	161	125	133	152	159	138
АнненковГ	96	90	102	97	83	76
АнненковН	148	103	135	169	163	153
Арипов	105	96	175	172	150	152
Белятов	190	173	190	186	191	146
Варос	153	113	127	194	151	143
Васина	122	120	139	139	132	124
Горяинова	142	129	125	142	148	131
Дмитриев	153	139	168	162	132	150
Журба	164	189	193	182	258	301
Ильин	142	208	133	160	130	128
Лагуткина	147	161	126	165	154	122
Маркелов	70	120	85	143	80	125
Морозова	138	122	140	164	162	138
Мотарыкин	140	142	123	128	46	129
Ноговицын	96	187	128	146	115	110
Оскретков	127	90	112	112	161	127
Павлюченко	125	142	139	150	163	145
Пиневич	150	122	140	163	176	173
Пронин	82	133	100	154	132	156
Редин	154	112	137	139	149	149
Самсонова	148	132	126	144	139	120
Свинчукова	137	134	174	143	160	151
Стрельников	149	110	129	140	46	99
Фурса	122	30	135	101	119	98
Хотемской	136	128	148	145	139	144
Шульга	165	103	140	175	165	115

Таблица 2 – Описание динамики работоспособности учащихся 8 Б класса

Фамилия	Динамика работоспособности
	Понедельник		Среда		Суббота
	первый	последний	первый	последний	первый	последний
Абрамашвили	135	140	145	156	144	140
Анохова	142	152	153	164	152	146
Апурина	135	110	142	165	120	130
Артемьева	101	116	131	120	120	114
Баранов	148		121	134	109	114

Продолжение таблицы 2

Боровиков	110		130	120	120	114
Бойко	161	152	147	145	145	142
Гладков	159		167	174	150	157
Жигунова	151	146	140	157	142	137
Журавлев	130		110	146	130	122
Заушицын	136		50	60	70	100
Зинова	141	140	144	132	138	131
Кривошеева	164	150	152	174	146	146
Лужецкая	115	132	190	182	135	120
Мехейкина	105	120	125	130	125	120
Морьякова	130	115	120	123	121	122
Москаленко	168		178	225	200	170
Панов	127		140	158	125	136
Саврухина	146	146	152	165	144	165
Сивков	131		165	170	163	144
Упатова	188	154	136	135	105	142
Халипина	63	93	131	136	133	120
Широкова	103	108	113	123	126	138
Широкова	113	120	131	134	116	136
Юрченко	164	152	172	167	155	145

Таблица 3 – Описание динамики работоспособности учащихся 8В класса

Фамилия	Динамика работоспособности
	Понедельник		Среда		Суббота
	первый	последний	первый	последний	первый	последний
Анциферова	81	74	59	54	67	73
Бохан	131	143	154	129	64	89
Жарова	96	114	112	116	92	139
Васекина	134	131	124	119	72	134
Гожин	86	122	55	109	131	162
Егиазарян	59	52	74	54	69	130
Ильина	64	113	69	108	82	92
Меновщиков	88	112	86	118	78	123
Меркулова	106	72	121	97	134	130
Никишаев	74	150	59	84	84	122
Смирнов	59	85	69	87	49	131
Софонова	127	102	72	76	86	152
Телков	122	134	96	113	105	130
Хопатнюковская	143	99	78	152	179	279
Шевелёва	92	69	144	91	84	132
Южанинова	94	79	81	76	79	65
Яковлев	60	136	138	149	156	211

Таблица 4 – Описание динамики работоспособности учащихся 9A

Фамилия		Динамика работоспособности
		понедельник			среда			суббота
	первый		последний	первый		последний	первый		последний
Алибандова	141		157	134		160	142		156
Анненков	90		97	89		106	89		98
Анненков	146		153	173		170	165		152
Арипов	145		129	169		200	178		172
Белятов	178		182	181		176	203		158
Варос Иван	208		140	150		199	148		173
Васина	131		128	126		134	157		131
Горяинова	123		145	136		151	136		139
Дмитриев	140		160	183		168	146		151
Журба	170		180	183		190	248		289
Ильин	144		180	108		160	124		134
Лагуткина	146		127	156		173	153		160
Маркелов	84		120	76		135	78		121
Морозова	152		164	130		174	172		142
Мотарыкин	129		151	131		156	109		130
Ноговицын	100		168	121		162	123		117
Оскретков	83		122	79		111	154		109
Павлюченк	167		141	162		148	142		156
Пиневич	128		156	201		172	180		170
Пронин	131		166	127		150	176		164
Редин	150		166	189		141	158		162
Самсонова	112		131	76		140	116		137
Свинчукова	140		140	138		147	160		143
Стрельнико	127		137	140		146	108		101
Фурса	146		165	135		157	127		91
Хотемской	127		162	125		152	141		152
Шульга	138		157	110		169	164		142

Таблица 5 – Описание динамики работоспособности учащихся 9Б

Фамилия	Динамика работоспособности
	Понедельник		Среда		Суббота
	первый	последний	первый	последний	первый	последний
Абрамашвили	132	145	135	147	138	148
Анохова	139	179	142	163	164	159
Апурина	131	148	148	158	164	137
Артемьева	117	118	140	140	142	150
Баранов	78	78	70	72	80	80
Бойко	138	173	158	167	175	178
Валучев	102	141	149	201	153	172
Гладков	130	154	142	205	1	137
Жигунова	128	140	140	140	146	153
Журавлев	133	156	110	164	143	150
Журов	136	151	141	158	160	164
Заушицын	128	91	130	105	88	80
Зинова	146	154	153	154	172	174
Кривошеева	137	137	144	131	145	146
Лужецкая	143	150	140	128		130
Мехейкина	105	115	116	120	127	151
Морьякова	122	118	125	114	132	103
Панов	132	135	137	141	105	1
Саврухина	159	147	156	132	158	159
Сивков	174	150	180	130	167	190
Упатова	93	111	108	125	136	145
Халипина	127	144	130	135	153	104
Широкова	130	138	132	124	129	133
Широкова	102	109	114	115	135	153
Юрченко	145	172	141	171	124	173

Таблица 6 – Описание динамики работоспособности учащихся 9В

Фамилия	Динамика работоспособности
	Понедельник		Среда		Суббота
	первый	последний	первый	последний	первый	последний
Анциферова	96	87	94	83	97	94
Бохан	147	146	149	140	150	134
Васекина	170	181	168	160	173	167
Василевская	110	118	140	140	142	150
Василевская	125	150	123	144	120	131
Ветошко	171	160	167	155	165	170
Гожин	150	146	155	140	170	161
Егиазарян	73	86	94	120	100	120

Продолжение таблицы 6

Жарова	104	123	113	128	130	148
Ильина	86	115	96	121	90	104
Миронова	143	126	128	116	113	104
Меркулова	156	131	161	144	160	151
Немцев	130	131	100	118	97	114
Сафонова	180	165	176	151	138	127
Сазонтова	144	131	153	141	160	149
Телков	170	175	163	184	113	123
Шевелева	94	99	97	103	100	110
Южанинова	187	171	176	183	165	171
Яковлев	174	163	183	175	181	164

Частота встречаемости биоритмических типов

 

Рисунок 1 – Частота встречаемости биоритмических типов в 8-х классах

 

Рисунок 2 – Частота встречаемости биоритмических типов в 9-х классах