Функциональное состояние организма младших школьников при использовании электронных средств обучения | Александрова И.Э., Айзятова М.В.

Введение

Современное качественное школьное обучение невозможно без цифровой образовательной среды, использования электронных средств. Согласно Федеральному закону от 29.12.2012 № 273-ФЗ (ред. от 30.04.2021) «Об образовании в Российской Федерации» (вступ. в силу с 01.06.2021) и Федеральным государственным образовательным стандартам общего образования школы обязаны активно использовать информационно-коммуникационные технологии и средства электронного обучения; так, в Москве активно развивается проект «Московская электронная школа» [1].

Одна из важнейших задач Национального проекта РФ «Образование», стартовавшего в 2019 г., — это «создание к 2024 г. современной и безопасной цифровой образовательной среды, обеспечивающей высокое качество и доступность образования всех видов и уровней». Наряду с преимуществами применения цифровых технологий в школе данный процесс сопряжен с возможными потенциальными рисками нарушения здоровья обучающихся, особенно младших классов, что обусловлено повышенной чувствительностью растущего организма к средовым факторам [2]. Это находит отражение в увеличении распространенности нарушений здоровья, что определяется длительным (на протяжении всего периода обучения) влиянием негативных факторов внутришкольной среды [3, 4].

Этиология многих функциональных нарушений связана с воздействием на детский организм цифровых устройств, электронных средств обучения. Показано, что длительность их использования связана как с нарушением зрения, осанки, сна, так и с отклонениями в психическом статусе ребенка, с формированием его когнитивных функций [5–10].

Ежедневное длительное пребывание у экрана и многозадачное использование гаджетов связаны с нарушениями настроения, внимания, памяти, вербального интеллекта, академической успеваемостью, а также с импульсивностью. Данные нейроморфологических и нейрофизиологических исследований свидетельствуют, что при интенсивном использовании гаджетов происходят перестройки мозговых механизмов внимания и памяти, а у детей снижаются темпы созревания корковых зон, отвечающих за речь, внимание, эмоции, подкрепление и исполнительные функции [11–17]. Показана роль использования современных технологий, мобильных телефонов в формировании нарушений зрения, ухудшения умственной работоспособности (УР) у детей [18, 19].

Согласно данным современных исследований «электронные средства способствуют удержанию внимания обучающихся на экране монитора, повышению зрительной концентрации, тем самым существенно увеличивая длительность работы органа зрения. Характер взаимодействия с электронными устройствами отличается от традиционных учебных занятий и предполагает формирование особого динамического стереотипа и дополнительной мобилизации функциональных возможностей организма детей» [20]. В научных публикациях по эргономике и зрению в связи с электронными устройствами в основном делается акцент на гигиенических аспектах зрительной работы [21].

Одними из самых распространенных цифровых средств обучения являются электронные доски, заменяющие традиционные меловые. Последнее поколение электронных досок — интерактивные панели (ИП) представляют собой большой сенсорный экран, способный реагировать на прикосновения пользователя, обрабатывать полученные команды и выводить на экран необходимые данные. Так, к началу 2020–2021 учебного года в рамках Национального проекта РФ «Образование» в школы страны поставлено почти 2000 интерактивных досок и панелей [22].

Широкое внедрение ИП в обучение школьников, начиная с младших классов, обусловливает необходимость изучения влияния их использования на организм детей.

Анализ комплекса факторов внутришкольной среды показал, что параметры микроклимата (температуры, относительной влажности воздуха) и аэроионного состава воздуха в классах с ИП имели более выраженную негативную динамику в течение учебного дня, чем в кабинетах с традиционной меловой доской [23].

В процессе изучения влияния использования ИП на самочувствие обучающихся выявлено повышенное утомление детей, негативное влияние яркого света от панели, повышение температуры воздуха. Среди основных жалоб детей отмечены: боль в области глаз, головная боль, ухудшение самочувствия и т. п. [24].

Некомфортность ряда параметров внутришкольной среды, обусловленная в том числе нерегламентируемым применением ИП на уроках, способствует повышению рисков нарушения здоровья школьников и актуализирует поставленную в нашем исследовании цель: физиолого-гигиеническое обоснование и регламентация использования ИП на уроках для обеспечения безопасных для здоровья школьников условий обучения в цифровой среде.

Материал и методы

Для реализации цели исследования решались следующие задачи:

изучение влияния использования ИП на функциональное состояние организма (ФСО) первоклассников в сравнении с показателями ФСО у первоклассников из контрольного класса, в котором на уроках использовалась традиционная учебная меловая доска;

сравнительный анализ параметров ФСО школьников после уроков с разной продолжительностью использования ИП, оцененной методом хронометражных наблюдений за учебной деятельностью на уроке.

В рамках работы проведены нерандомизированные контролируемые исследования с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинкской декларации и Директивах Европейского сообщества (8/609ЕС).

Критерии включения: обучение в 1-х классах общеобразовательных организаций, наличие письменного информированного согласия от родителей на проведение исследований. Критерий невключения: несоответствие критериям включения.

С целью оценки влияния уроков с использованием ИП на организм школьника была проведена серия исследований в двух 1-х классах: в одном на занятиях использовалась ИП (экспериментальный класс), а в другом — традиционная учебная меловая доска (контрольный класс).

Всего в исследовании приняли участие 54 школьника. По возрасту и полу группы детей из сравниваемых классов значимо не различались: в экспериментальном классе было 28 детей, в том числе 15 мальчиков и 13 девочек, средний возраст 7 лет 8 мес.; в контрольном классе — 26 детей, в том числе 14 мальчиков и 12 девочек, средний возраст 7 лет 9 мес.

В контрольном классе оценка психофизиологических показателей проводилась ежедневно на протяжении недели перед началом учебного дня и в конце учебного дня (после последнего урока), поскольку ИП на уроках не применялась.

В экспериментальном классе замеры проводились также ежедневно на протяжении учебной недели, но не только перед первым занятием и после последнего занятия в течение учебного дня, но также и по окончании каждого школьного урока с применением ИП.

Применялся комплекс гигиенических, физиологических, а также статистических методов исследования.

Влияние использования ИП на уроке на ФСО школьника оценивали путем сравнения дневной динамики (и средненедельных значений) изучаемых показателей в двух классах. Анализ показателей ФСО ребенка после каждого урока в экспериментальном классе проводился для обоснования оптимально безопасного времени использования ИП.

Условия обучения, объем учебной нагрузки, расписание уроков в изучаемых классах были одинаковыми.

Исследования базировались на изучении УР, которая является интегральным показателем ФСО ребенка и имеет определяющее значение для учебной деятельности. Оценку УР проводили по результатам корректурного теста — дозированной по времени методике (С.М. Громбах, 1975), позволяющей получать информацию об основных параметрах, характеризующих УР: числе просмотренных знаков и количестве сделанных ошибок [25]. Соотношение данных показателей определяет продуктивность работы, и ей дается комплексная оценка: «отличная», «хорошая», «удовлетворительная», «плохая», «неудовлетворительная». Исходя из соотношения суммы «отличных» и «хороших» оценок к сумме «плохих» и «неудовлетворительных» вычисляется интегральный показатель работоспособности классного коллектива, его оптимальный уровень более 1,0 усл. ед. («удовлетворительные» оценки для расчета данного показателя не применяются).

Динамику функционального состояния центральной нервной системы оценивали с учетом характера индивидуальных сдвигов УР от начала к концу урока. Для анализа влияния организации обучения на УР школьников выбрали сдвиги, отражающие явное и выраженное утомление: когда наблюдается снижение (сохранение) числа просмотренных знаков при сохранении (возрастании) ошибок. За отсутствие изменений принимали колебания количества прослеженных знаков в пределах ±5% и количества ошибок ±0,5 на 500 знаков от исходных величин. При оценке изменений, происходящих за урок и учебный день, учитывалось суммарное количество сдвигов, отражающих явное и выраженное утомление.

Изучение функционального состояния зрительного анализатора проведено с помощью показателя критической частоты слияния мельканий (КЧСМ), одновременно характеризующего и функциональное состояние коры головного мозга [26]. Изучение КЧСМ широко используется в физиолого-гигиенических исследованиях для диагностики умственного и зрительного утомления.

Для обоснования безопасной длительности использования ИП в течение всего периода исследования ФСО детей в классах с применением ИП параллельно у этих же детей проводились хронометражные наблюдения за организацией учебной деятельности: регистрировалась продолжительность использования ИП, которая изначально не была задана, а определялась планом педагога. Поскольку особенности работы с ИП не позволяют обосновать безопасные гигиенические регламенты непрерывной длительности ее применения на уроке, рассчитывали суммарное (за урок) время использования. В экспериментальном классе проведено сравнение изучаемых показателей детей после уроков с различной продолжительностью использования ИП.

Расчет размера выборки проведен по методике К.А. Отдельновой [27]. Результаты исследования подвергнуты статистической обработке с использованием методов параметрического и непараметрического анализа. Количественные показатели оценивались на предмет соответствия нормальному распределению (критерий Колмогорова — Смирнова, показатели асимметрии и эксцесса). Для данных, объединенных в вариационные ряды, проводился расчет средних арифметических величин (M), средних ошибок средних арифметических (m). Для оценки значимости различий в нормально распределенных совокупностях рассчитывался t-критерий Стьюдента. Статистически значимыми различия показателей считались при p<0,05. Статистическая значимость различий количественных показателей независимых групп определялась путем расчета критерия F (однофакторный дисперсионный анализ) с учетом поправки Бонферрони (при р<0,017) при апостериорном сравнении групп [28]. Для связанных выборок (значений до и после урока) при сравнении средних показателей использовался парный t-критерий Стьюдента. Статистический анализ проводился с использованием программы Statistica 13.3 (разработчик — StatSoft. Inc).

Результаты исследования

В результате сравнительного анализа показателей УР двух классов установлено, что в динамике уроков среди первоклассников, обучающихся с применением ИП, чаще регистрировалось явное и выраженное утомление (р<0,05), снижалось количество просмотренных знаков в тестах. Увеличение числа ошибок после урока отмечалось у обучающихся обеих групп (табл. 1).

Интегральный показатель работоспособности классного коллектива более выраженно изменялся после уроков с применением ИП, отражая превалирование доли «неудовлетворительно» и «плохо» выполненных корректурных тестов над количеством «отличных» и «хороших». Указанный показатель, будучи в экспериментальном классе вдвое выше в начале учебного дня, к концу занятий становился в 2 раза ниже, чем в контрольном.

Снижение параметров КЧСМ, свидетельствующее об ухудшении функционального состояния зрительного анализатора, было статистически значимо более выражено в экспериментальном классе (р<0,01).

Анализ средненедельных показателей УР также выявил, что обучающиеся контрольного класса делали меньше ошибок в тестах и у них значимо реже отмечались признаки явного и выраженного утомления (табл. 2).

Зрительная работоспособность первоклассников, обучающихся в классе с традиционными досками, была статистически значимо более устойчивой по сравнению со школьниками экспериментального класса (КЧСМ 37,1±0,15 против 35,3±0,2; р<0,01).

Для обоснования безопасной длительности использования ИП проанализировали изменения показателей УР обучающихся после уроков с различной продолжительностью применения ИП. По данным хронометражных наблюдений за организацией учебной деятельности было установлено, что суммарная продолжительность использования ИП на уроках составляла от 5 до 30 мин. В итоге все школьные уроки в зависимости от суммарного времени применения ИП были разделены на 3 группы: использование ИП не более 10 мин; использование ИП 11–20 мин; использование ИП 21–30 мин. Проведено сравнение показателей ФСО школьников в конце уроков с различной продолжительностью использования ИП (табл. 3).

На занятиях, где ИП суммарно использовалась более 10 мин, отмечали существенно менее благоприятные показатели УР: меньшее число просмотренных знаков, более низкие значения интегрального показателя УР, высокая доля детей с признаками явного и выраженного утомления. Параметры, характеризующие КЧСМ после уроков, на которых ИП использовалась более 10 мин, также свидетельствовали о большем зрительном напряжении.

Обсуждение

Согласно результатам ряда исследований последних лет [3, 10, 18, 19] установлено, что обучение современных школьников сопровождается большим объемом и интенсивностью учебной деятельности, отмечается высокая длительность непрерывного использования учащимися электронных устройств в учебное и каникулярное время, что обусловливает необходимость введения гигиенического нормирования, в частности частоты и продолжительности применения электронных средств обучения.

Изучение влияния использования ИП (электронного средства обучения последнего поколения) в процессе урока на ФСО младших школьников показало, что при нерегламентированном применении ИП регистрировалась более негативная динамика показателей умственной и зрительной работоспособности первоклассников по сравнению с занятиями, на которых использовалась традиционная меловая доска.

Полученные результаты согласуются с данными проведенных ранее исследований, касающихся регламентации использования ноутбука, персонального компьютера, ИП проекторного типа [29]. Так, применение ИП, повышая мотивацию и работоспособность учащихся, при нерегламентированном использовании значительно повышает интенсификацию учебной деятельности, риск переутомления школьников, обусловливает появление ряда жалоб на нарушение самочувствия учащихся и педагогов. Имеются исследования, описывающие возникновение подобных жалоб у участников образовательного процесса при применении ИП [24]. Комплексный анализ динамики ФСО учащихся в зависимости от различной продолжительности применения электронных средств обучения на уроках позволил обосновать безопасные регламенты использования ИП проекторного типа, а также персонального компьютера с жидкокристаллическим монитором и ноутбука. Использование электронных средств свыше установленных регламентов обусловливало значимую негативную динамику тех или иных показателей ФСО ребенка [29].

При нормировании продолжительности применения ИП нами был использован аналогичный подход, позволивший установить для первоклассников предельное время применения ИП на уроке, превышение которого значимо уменьшало количество просмотренных знаков в тестах и увеличивало долю детей, имеющих «неблагоприятные» сдвиги в динамике УР, а также значимо ухудшало показатели КЧСМ. Это согласуется с научными работами, свидетельствующими о выраженном снижении КЧСМ при напряженной зрительной работе, в том числе при чтении с LCD-дисплея [20, 30].

Таким образом, применение ИП на уроке в 1-х классах свыше 10 мин, обусловливая более неблагоприятные показатели умственной и зрительной работоспособности детей, повышает риск возникновения у них переутомления и развития «школьных» болезней. Результаты исследования использованы при подготовке санитарно-гигиенических документов, регламентирующих режим работы организаций воспитания и обучения детей.

Исследования по обоснованию безопасной длительности использования ИП для учащихся других возрастных групп продолжаются.

Заключение

Для сохранения оптимального ФСО школьников, предотвращения развития переутомления и профилактики возникновения школьно-обусловленных заболеваний в условиях цифровой среды необходима строгая регламентация использования электронных средств обучения на уроках при соблюдении гигиенически оптимальных условий их эксплуатации, и в частности ИП. Организация медицинского обеспечения обучающихся должна включать и вопросы безопасного для здоровья использования цифровых средств, что определяет необходимость актуализации знаний школьных медицинских работников (на этапе обучения в вузах, колледжах, при повышении профессиональной квалификации и т. п.) по данному направлению деятельности. Оптимальные условия и режим использования электронных средств обучения на основе физиолого-гигиенической оценки их влияния на ФСО детей — важнейшая составляющая формирования профилактической среды в современной школе.

Сведения об авторах:

Александрова Ирина Эрнстовна — д.м.н., заведующая лабораторией НИИ гигиены и охраны здоровья детей и подростков ФГАУ «НМИЦ здоровья детей» Минздрава России; 119991, Россия, г. Москва, Ломоносовский пр-т, д. 2, стр. 1; ORCID iD 0000-0002-8664-1866.

Айзятова Марина Викторовна — соискатель НИИ гигиены и охраны здоровья детей и подростков ФГАУ «НМИЦ здоровья детей» Минздрава России; 119991, Россия, г. Москва, Ломоносовский пр-т, д. 2, стр. 1; врач по общей гигиене отдела гигиены детей и подростков филиала ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Москве» в СВАО города Москвы; 129327, Россия, Москва, ул. Летчика Бабушкина, д. 19/1; ORCID iD 0000-0003-0381-3253.

Контактная информация: Александрова Ирина Эрнстовна, e-mail: accialex@yandex.ru.

Прозрачность финансовой деятельности: никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах.

Конфликт интересов отсутствует.

Статья поступила 28.02.2022.

Поступила после рецензирования 25.03.2022.

Принята в печать 19.04.2022.

About the authors:

Irina E. Alexandrova — Dr. Sc. (Med.), Head of the Laboratory of the Research Institute of Hygiene and Health Protection of Children and Adolescents, National Medical Research Center for Children’s Health; 1 bldn. 2, Lomonosovsky Av., Moscow, 119991, Russian Federation; ORCID iD 0000-0002-8664-1866.

Marina V. Aizatova — candidate of the Research Institute of Hygiene and Health Protection of Children and Adolescents, National Medical Research Center for Children’s Health; 1 bldn. 2, Lomonosovsky Av., Moscow, 119991, Russian Federation; hygiene specialist of the Department of Hygiene of Children and Adolescents, Moscow Center of Hygiene and Epidemiology; 19/1 Letchika Babushkina str., Moscow, 129327, Russia Federation; ORCID iD 0000-0003-0381-3253.

Contact information: Irina E. Alexandrova, e-mail: accialex@yandex.ru.

Financial Disclosure: no authors have a financial or property interest in any material or method mentioned.

There is no conflict of interests.

Received 28.02.2022.

Revised 25.03.2022.

Accepted 19.04.2022.