Фигура и размеры Земли. Геоид, эллипсоид вращения, референц-эллипсоид.

Анализ приведенной таблицы показывает прогрессирующую динамику нарастания суточной умственной нагрузки детей в процессе обучения: уже 1-классник вынужден после относительно свободного дошкольного режима почти 5 часов ежедневно заниматься такой работой, 5-классник – 8(!), а 11-классник и студент – более 9 часов!

Является ли такая нагрузка чрезмерной для каждого из возрастов? Дать однозначный ответ на этот вопрос затруднительно, так как степень ее влияния определяется многими обстоятельствами: индивидуальными особенностями учащегося, организацией и методикой образовательного процесса, организацией режима жизнедеятельности и т.д. Тем не менее, существуют определенные обстоятельства, которые в процессе учебной деятельности оказывают несомненное отрицательное влияние на здоровье учащихся.

К ним следует отнести:

– высокую плотность необходимой к усвоению новой информации;

– необходимость в течение длительного времени поддерживать значительный уровень умственной работоспособности;

– длительное поддержание вынужденной позы и малоподвижность;

– большую нагрузку на зрительный аппарат;

– частые нарушения режима питания и (у студентов) сна;

– свойственную многим учащимся неорганизованность в обеспечении режима дня и учебы;

– отсутствие оптимальных условий в учебном заведении для обеспечения здоровья (мебель, освещение, вентиляция, питание, тепловой режим, возможность для рекреации и др.) и т.д.

Существующая в настоящее время система относительно жестких учебных планов, графиков учебного процесса, учебного расписания строго регламентирует жизнь учащегося в течение всего периода обучения – все это делает его заложником предельно интенсивного ритма жизни, причем ритма, не зависящего от индивидуальных особенностей, специфики его установок, традиций, биоритмов. Последнее обстоятельство оказывается исключительно важным, так как именно с ритмическим характером жизнедеятельности связан основной критерий эффективности и производительности умственного труда – работоспособность.

Работоспособность школьников и студентов во время учебной деятельности изменяется в том закономерном соответствии, которое уже было отмечено выше: в начале она повышается (враба-тывание), затем устанавливается на высоком уровне (устойчивая работоспособность) и постепенно снижается (развитие утомления). Причем такая закономерность свойственна любым периодам учебной деятельности: уроку, дню, неделе, четверти и году. В соответствии с такой особенностью, естественно, начало каждого указанного периода должно быть облегчено. Так, если исходить из классификации трудности изучения учебных дисциплин в школе по баллам*, то наиболее трудные предметы в течение учебного дня следует включать в расписание вторыми–третьими (для младшеклассников) или третьими–четвертыми уроками (для средних и старших классов), но не первыми и последними.

* В соответствии с 11-балльной классификацией, учебные дисциплины распределяются следующим образом: 11 баллов – математика, 10 – иностранный язык, 9 – физика и химия, 8 – история, 7 – русский язык и литература, 6 – естествознание и литература, 5 – физкультура, 4 – труд, 3 – черчение, 2 – рисование, 1 – пение. Разумеется, такая градация довольно условна и определяется не только индивидуальными особенностями учащихся, но и методикой преподавания. Кроме того, трудность отдельных дисциплин имеет и возрастную зависимость – например, в младших классах уроки письма и чтения оказываются более трудоемкими, чем математика.

Такое требование обусловлено соответствующими изменениями умственной работоспособности школьников в течение учебного дня. Так, у младших школьников уже на четвертом уроке отмечается заметное снижение работоспособности, которое скорее всего носит защитный характер. У средних и старших школьников аналогичная реакция возникает к пятому и шестому урокам соответственно. Вот почему на последних уроках умственная работа оказывается малопродуктивной, а для части учеников даже становится фактором, вызывающим психическое перенапряжение.

Анализ характера работоспособности учащихся предполагает, что нецелесообразно ставить два или даже три сложных урока подряд, а лучше чередовать трудные предметы с менее трудными, требующие значительных умственных усилий (математика, иностранный язык, химия, физика) – с преимущественно физическими нагрузками, связанные с письмом или записыванием (русский, иностранный язык) – с преимущественным объяснением учителя (история, география) и т.д.

Что касается расписания учебных занятий на неделю, то здесь следует исходить из суммарной нагрузки учебных дней в такой же закономерности, какая была отмечена для отдельного дня: с наименьшей суммой баллов в понедельник и субботу и с двумя подъемами суммарной сложности в среду и пятницу.

При учебной пятидневке в расписании может быть предусмотрено одно двухдневное плато оптимальной работоспособности – в среду–четверг.

В течение учебной четверти требования к учебной нагрузке учащихся также должны соответствовать отмеченной картине изменений работоспособности. Практика, однако, показывает, что наибольшую нагрузку (в виде контрольных работ и заданий) школьники получают в конце четверти, что на фоне уже наступившего умственного утомления усугубляет прежде всего психическое состояние учеников и ведет к их повышенной заболеваемости. С этих позиций гораздо рациональнее и эффективнее проведение так называемых тестовых заданий в течение значительной части четверти. Причем их проведение должно планироваться учебной частью школы таким образом, чтобы ни в одном временном отрезке учащиеся не испытывали перегрузок.

В течение учебного года напряженность учебной работы учащихся меняется. У школьников эта активность в течение четверти относительно равномерна, однако резко возрастает в последние две недели (неделю) перед каникулами, когда решается вопрос о четвертной (полугодовой, годовой) оценке и количество контрольных заданий порой достигает 6–10 в неделю. В течение каникул полное отсутствие учебной нагрузки заметно снижает умственную работоспособность школьника, и первые неделя–две учебы в новой четверти у него уходят на ее постепенную нормализацию.

У студентов в начале учебного года учебная активность минимальна и в основном ограничивается аудиторными занятиями. Затем постепенно нагрузка возрастает за счет индивидуальной и самостоятельной работы, к концу семестра Эти формы дополняются отработками, консультациями и др., и к самой сессии студент подходит если и не переутомленным, то в довольно близком к этому состоянии. В период сессии (особенно летней, когда количество зачетов и экзаменов больше) это состояние у большей части студентов все-таки наступает.

Умственная работоспособность учащихся определяется не только их физиологическими особенностями, но и методикой ведения самого урока и условиями, в которых он проходит. С одной стороны, есть целый ряд факторов, снижающих умственную работоспособность: монотония, чрезмерные или – наоборот – заниженные требования к ученику, высокая температура в классном помещении и т.д. С другой стороны, есть ряд методических и организационных приемов, которые обеспечивают поддержание высокого уровня внимания, восприятия и мыслительной деятельности учащихся на протяжении значительной части урока. Основу таких приемов составляет переключение или с одних видов деятельности на другие, или внимания учащихся. К ним можно отнести: переход от монолога учителя к диалогу с учащимися, использование индивидуальных заданий, применение технических средств обучения и т.д. Особенно эффективными оказываются двигательные паузы или физкультминутки*. Последние должны быть рассчитаны не только на поддержание и восстановление работоспособности, но и на устранение отрицательных сторон влияния самого образовательного процесса на здоровье учащихся. Так, в двигательных паузах в течение учебного дня можно на различных уроках и занятиях решать следующие задачи:

– устранение застойных явлений в легких, в нижних конечностях;

– тренировка мышц глаз, обеспечивающих аккомодацию;

– стимуляция иммунитета через массаж биологически активных точек;

– формирование правильной осанки и т.д.

* Сигналом к началу двигательных пауз может быть появление у нескольких учеников признаков начинающегося утомления, т.е. оно должно носить преимущественно предусмотрительный характер для основного контингента школьников.

Время, «потраченное» на двигательные паузы, оборачивается заметным повышением умственной работоспособности и производительности труда школьника.

Несомненным эффектом активного отдыха, дающим быстрое и заметное восстановление работоспособности, может обладать перемена между уроками и занятиями. Но такой результат она дает при обязательном условии именно активного отдыха – переключении на другие, кроме умственных, виды деятельности. Такому требованию в полной мере соответствует двигательная активность. Однако последняя должна быть специально организованной, так как ее чрезмерное проявление на перемене приводит к тому, что школьники приступают к следующему после нее уроку на фоне двигательной доминанты и долго не могут переключиться на умственную деятельность. Для администрации подавляющего числа учебных заведений это обстоятельство дает повод не к организации подвижных перемен, которая сама по себе требует значительной подготовительной работы, а к ограничению двигательной активности учащихся на них.

Из представленной выше таблицы видно, что значительное время в режиме дня учащихся занимает самостоятельная работа – от одного часа в день у первоклассников до трех часов у школьников выпускного класса и 4,5 часа у студентов. Однако, по мнению самих учащихся, у них уходит на самостоятельную работу гораздо больше времени. Анализ показывает, что все-таки на непосредственную продуктивную работу они затрачивают, как правило, не более указанных объемов времени, однако отсутствие четкого планирования бюджета времени приводит к тому, что в процессе выполнения такой работы учащиеся постоянно отвлекаются (телевизор, развлечения, еда и т.д.), и в их расчетах остаются только временные точки началами конца выполнения самостоятельной работы. Отсюда становится понятным, насколько важно для школьника или студента планировать выполнение домашних заданий или других видов самостоятельной работы по времени.

При выполнении самостоятельной работы учащимся необходимо учитывать определенные обстоятельства, касающиеся как состояния своего организма, так и объективных процессов, характеризующих работоспособность. Прежде всего, следует учесть, что после окончания обязательных уроков и занятий и обеда нецелесообразно сразу приступать к выполнению заданий (хотя и понятно желание быстрее освободиться от них и почувствовать себя свободным). Это обусловлено тем, что после еды (см. гл. 6) происходит перераспределение крови, причем оно сопровождается оттоком ее от головного мозга (что и обусловливает возникающую после плотной еды сонливость). Кроме того, в период с 13–14 до 15–16 часов у человека отмечается закономерное снижение работоспособности, что делает выполнение домашних заданий в это время малопродуктивным. Учитывая эти обстоятельства можно рекомендовать, во-первых, не есть днем плотно, а, во-вторых, после еды можно выполнить какую-либо спокойную двигательную деятельность, желательно – на свежем воздухе. Такое времяпрепровождение не только отражает заботу о здоровье, но и по механизму активного отдыха способствует более быстрому снятию вызванного учебной деятельностью в первой половине дня утомления и восстановлению работоспособности,

Приступая к выполнению домашних заданий, следует помнить о закономерностях изменений умственной работоспособности. Поэтому начинать лучше с заданий средней тяжести (врабатывание), затем выполнить сложные, а в конце – легкие. Через каждые 45–50 минут необходимо делать перерывы, которые, опять-таки по принципу активного отдыха, следует посвятить переключению на другие виды деятельности, идеальным вариантом которых является движение (небольшая зарядка, активные танцы или мини-тренаж).

В режиме дня учащегося помимо рациональной организации учебной деятельности самого серьезного внимания заслуживает обеспечение полноценного сна как одного из важнейших средств восстановления состояния организма и работоспособности.

В настоящее время не подвергается сомнению, что сон – не пассивное состояние отдыха, а активное состояние мозга и всего организма (см. гл. 5). В последнем во время сна происходят процессы обмена веществ (интенсивность которых определяется полноценностью сна) преимущественно анаболического характера, направленные на компенсацию возникших в состоянии бодрствования изменений. В ЦНС же во время сна идут процессы, связанные со систематизацией полученной накануне информации. В этот период последняя перерабатывается, «сортируется» в зависимости от ее важности: что-то уходит в глубины подсознательного, другое переводится в резервы долговременной памяти, третье, наоборот, извлекается из глубин памяти в сферу сознательного. Важно, что самочувствие человека утром во многом определяется тем, насколько полно прошла «обработка» информации во время сна: если этот процесс завершен и мозг готов вновь воспринимать новую информацию, то человек просыпается бодрым и отдохнувшим («утро вечера мудренее»), и освобожденный от информации мозг готов в полном объеме выполнять интеллектуальную деятельность; если же «переработка» информации не завершена, то, оставшись в сфере сознательного, она затрудняет умственную деятельность, делает ее малопродуктивной. Вот почему так важно обеспечить условия для нормального сна. В решении этой проблемы не должно быть мелочей, и эти условия должны определенным образом регламентироваться. К ним следует отнести:

– поведение человека непосредственно перед сном: спокойная обстановка, стереотипные действия, предшествующие сну (например, чтение литературы, прогулка, гигиенические процедуры и т.д.);

– строго определенное время отхода ко сну;

– привычная и удобная кровать;

– чистый и свежий воздух в помещении;

– отсутствие раздражителей, которые делают сон поверхностным и неполноценным (неудобное ложе, шум, яркий свет и др.), и т.д.

Главным критерием полноценности сна является самочувствие проснувшегося человека, который утром должен быть бодрым, отдохнувшим и с удовольствием включающимся в повседневную активность.

С учетом указанных выше задач, поставленных перед режимом дня, и особенностей изменения жизнедеятельности школьников в течение суток можно рекомендовать следующий режим дня.

Примерная схема режима дня для учащегося, занимающегося в 1-ю смену (начало занятий в 8 час. 30 мин.).

Примерная схема режима дня для учащегося, занимающегося во 2-ю смену (начало занятий в 13 час. 30 мин.)

Разумеется, предложенные схемы режимов носят ориентировочный характер и должны конкретизироваться для каждого школьника в отдельности. Так, они не учитывают особенности типологии высшей нервной деятельности ученика (а от нее зависит время, необходимое для успешного приготовления домашних заданий), занятия дополнительным образованием (в музыкальных, спортивных и других школах, с репетитором, углубленное изучение отдельных предметов и пр.), принятый в семье режим, наличие определенных обязанностей в семье и т.д. Однако в любом случае режим должен отражать все необходимые компоненты жизнедеятельности школьника и соответствовать особенностям суточных изменений его функционального состояния.

У значительной части школьников дополнительные виды занятий обычно бывают не ежедневно, а два–три–четыре раза в неделю. Исходя из этого, более рационально регламентировать свой режим не на день, а на неделю – в этом случае представляется возможность определенным образом перераспределить в пределах недели часть ежедневных обязанностей, с тем чтобы сделать нагрузку более равномерной.

Еще более насыщена разнообразными обстоятельствами жизнедеятельность студента. Однако и она может быть рационально регламентирована и организована целенаправленным планированием при условии четкого распределения приоритетов на данном этапе жизнедеятельности.

Важным обстоятельством, которое следует учитывать при разработке режима дня учащегося, является его согласование с режимом семьи в целом – искусственная изоляция режима учащегося от режима семьи и исполнения своей части обязанностей делает его исключительным и ведет к воспитанию у ребенка эгоистических черт характера.

Видимо, наиболее разумно поступают те учащиеся, которые (младшеклассники – вместе с родителями) уже в воскресенье определяют круг обязательных дел, необходимых для выполнения в предстоящую неделю помимо тех, которые строго регламентированы во времени (учебные занятия по расписанию, занятия в секции, на курсах и т.д.). Практика показывает, что если такие дела четко выделены, то распределить их в течение недели уже не представляет труда. Вместе с тем важно в конце недели подвести итог выполнения намеченного на прошедшую неделю плана и проанализировать причины возможного невыполнения его, с тем чтобы в дальнейшем внести соответствующие коррективы либо в планирование жизнедеятельности, либо в свое поведение.

К сожалению, зачастую многие учащиеся неоправданно легкомысленно относятся к планированию выходного дня. Одна часть из них предпочитает «ничегонеделание», считая, что заслужили его напряженной учебной неделей. Однако такой режим не позволяет им не только освободиться от накопившейся усталости, но и снять рабочую доминанту, которая и привела к возникновению утомления. Другая часть учащихся использует выходной день для того, чтобы доделать то, что не успели сделать в течение недели. Поэтому нет ничего удивительного в том, что они в понедельник приступают к занятиям на фоне не только усталости, но и утомления.

Наиболее рационально посвятить выходной день активному отдыху, который в значительной степени должен не только снять умственную доминанту, но и компенсировать неблагоприятные последствия влияния учебной деятельности на здоровье учащихся: гиподинамии, нервно-психического напряжения, жесткого режима деятельности и т.д. Кроме того, сама жизнь школьника и студента должна быть наполнена не только учебными и регламентированными обязательными делами, но и личными интересами, без которых сама жизнь становится скучной и обыденной. Уже исходя из этих предпосылок становятся понятными основные формы и средства организации и проведения выходного дня учащимся. Тем не менее необходимо предложить по этому вопросу несколько советов и пожеланий.

По возможности следует сменить обстановку и отвлечься от той, с которой связываются у учащегося (даже на уровне подсознания) представления о повседневной деятельности, которая, собственно, и привела к возникновению усталости. Поэтому следует постараться провести выходной день вне дома с его обстановкой, книгами, конспектами и т.д. – всем тем, при взгляде на что, невольно возникают мысли о предстоящей новой учебной работе.

Воскресный отдых должен быть обязательно активным, а не заключаться только в том, чтобы предаваться лени или пассивному восприятию информации (например, просмотру телепередач). Сам активный отдых предполагает, как уже отмечалось, переключение на виды деятельности, отличные от тех, которые привели к возникновению утомления. Для учащихся, у которых утомление к концу недели обусловлено напряженной умственной деятельностью, средствами активного отдыха могут быть лыжные прогулки и поход в кино, рыбалка и дискотека, занятия любимым делом (хобби) и встречи с приятными людьми, участие в дискуссиях и в соревнованиях...

В воскресном отдыхе обязательно должен быть представлен двигательный компонент, который сам по себе снимает накопившееся нервно-мышечное напряжение за счет нейтрализации гормонов стресса и вместе с тем – стимуляции формирования в ЦНС двигательной доминанты, способствующей улучшению психо-эмоционального состояния и настроения человека.

Анализ жизни выдающихся людей показывает, что большинству их присущи не только достижения в своей профессиональной деятельности, но и широкий круг интересов (вполне возможно, что именно последнее обстоятельство позволяло деятелям науки широко взглянуть на проблему и найти ее решение), когда научная деятельность сочеталась с глубоким интересом к искусству (А. Эйнштейн), к спорту (академик А. Тамм, академик С. Федоров), к общественной деятельности (академик Д. Лихачев) и т.д. Подобную высокую работоспособность и плодовитость все они несомненно связывали и связывают с жесткой регламентацией режима своей жизни, в котором находилось место не только для профессиональной деятельности, но и тому, что составляло круг их личностных, человеческих интересов, – именно это и позволяло им, не упуская ничего важного из поля зрения своих интересов, свести к минимуму затраты времени, сделать свою жизнь насыщенной и интересной и, вместе с тем, добиться высоких профессиональных достижений.

Фигура и размеры Земли. Геоид, эллипсоид вращения, референц-эллипсоид.

Планета Земля сама по себе имеет уникальную форму. Суда совершают плавания на водах Мирового океана, который является частью этой планеты, а поэтому для задач морской навигации необходимо знать её форму и размеры. Речь идёт о воображаемом земном теле, которое можно представить поверхностью уровня вод Мирового океана, продолженной под всеми материками. Такая поверхность называется уровенной, и важным её свойством является то, что в любой точке она перпендикулярна, или, как говорят математики нормальна вектору силы тяжести g.

Плотность масс Земли в её толще распределена чрезвычайно неравномерно, поэтому уровенная поверхность образует сложное в математическом отношении трёхмерное тело. Эта фигура, образованная уровенной повехностью, имеющая неправильную геометрическую форму, и называется геоидом, что в переводе с греческого означает «землеподобный».

Для решения задач морской навигации используют аппроксимацию (приближение) геоида телом неправильной математической формы. Это тело – эллипсоид вращения, полученный в результате вращения эллипса вокруг малой оси. Другими словами, геоид заменяют его моделью. Сочетание геоида, а также эллипсоида по экватору и мередиану 80Е…100W.

Используют следующие способы апроксимации:

- объём эллипсоида предполагается равным объёму геоида;

- большая полуось элипсоида а совпадает с плоскостью экватора геоида;

- малая полуось bнаправлена по оси вращения Земли;

- сумма квадратов уклонений поверхности эллипсоида от поверхности геоида выбирается минимальной;

Для геодезических и картографических расчётов в определённых районах Земли необходимо иметь земной эллипсоид, поверхность которого максимально совпадает с поверхностью этого района. Очевидно, что такой эллипсоид должен иметь вполне определённые ориентацию и размеры. Это референц-эллипсоид. В конкретном государстве к нему и относят измерения на земной поверхности.

В России в качестве референц-эллипсоида принят референц-эллипсоид Ф. Н. Красовского. Этот референц-эллипсоид вычислен группой учёных под руководством профессора Ф. Н. Красовского. Модель имеет следующие параметры:

- большая полуось a = 6378245 м;

- малая полуось b = 6356863 м;

- полярное сжатие a = (a –b) / a = 1/298.3;

- эксцентриситет e =Ö(a²-b²) / a = 0.0818

Отклонения данного эллипсоида от геоида на территории нашей страны не превышает 150 м.

В навигационных задачах, не требующих высокой точности, Землю принимают за шар, объём которого равен объёму земного эллипсоида, исходя за соотношение:

4/3pR³ = 4/3pR²b.

Для референц-эллипсоида Красовсокого радиус модели Земли как шара равен:

R = 6371110 м.

В качестве модели геоида для спутниковых навигационных систем до недавнего времени, например, использовали эллипсоид WGS-72, в настоящее время используется более точная модель WGS-84 (World Geodetic System – 1984).

2. Поправка компаса. Вычисление и учёт поправки компаса. Определение и исправление румбов.

Румбовая система счёта направлений дошла в наш век из эпохи парусного флота. В ней горизонт разбит на 32 румба, которые имеют соответствующие номера и наименования. Один румб равен 11,25^о. Направления N,S,E, и W называют главными направлениями, NE, SE, SW, NW – четвертными направлениями, а остальные 24 – промежуточными. Чётные промежуточные румбы имеют названия от ближайшего главного и четвертного румбов, например, NNW, WSW, ESE и т. д. В названия нечётных промежуточных румбов входит голландская приставка «тень» (ten), что означает «к», например, NtE читается как «норд-тень-ост» и означает, что направление N «сдвинуто» на один румб к E, и т. д.

Румбовая система счёта применяется для обозначения направлений ветра, течения и волнения – это традиционная система счёта.

Магнитное склонение d – это угол в плоскости истинного горизонта между географическим (истинным) и магнитным меридианами.

На 1985 г. d = 1^о W, годовое изменение Dd = 0,2^o, склонение в 2000 г. - ?

Решение:

Dt = 2000-1985 = 15 лет

d₂₀₀₀ = d + DdDt = +2^o E

На судне обычно устанавливают два различных компаса: главный компас для определения места судна и путевой – для управления судном. Главный компас устанавливают в ДП судна, в месте, обеспечивающем круговой обзор и максимальную защищённость от судовых магнитных полей. Обычно – это навигационный мостик судна.

Расчёт девиации:

d_i = МП - КП_i

И составляют таблицу или график девиации как функции компасного курса.

Если производят сличение путевого и главного магнитных компасов или путевого и гирокомпаса, то справедливы соотношения:

ККп + dп = ККгл + dгл

ККп + dп = ГКК + DГК - d

По требованиям ПДНВ-78/95 требуется, чтобы вахтенный помощник каждые 4 часа определял поправку компаса. Существуют следующие виды вычисления поправок:

1. По створам;

2. По пеленгу удалённого ориентира;

3. С помощью пеленгования светила;

4. По сличению с другим компасом;

5. Методом взаимных пеленгов.