Физиологические основы производственного упражнения

Производственное упражнение — необходимое условие успешного обучения профессиональному труду. Без продолжительного упражнения невозможно образование прочных умений и навыков. На основании рассказа мастера и показа рабочих движений, необходимых для выполнения рабочего действия, у обучающегося может возникнуть понимание задачи, которую решает данное действие, представление о последовательности необходимых для этого рабочих движений. На этой стадии обучения учащийся приобретает знание способа работы. Следующий шаг обучения — применение полученных знаний на практике и самостоятельное выполнение рабочих движений.

Новые рабочие движения первоначально строятся как сочетания ранее усвоенных движений, выработанных в предыдущем индивидуальном опыте. Поэтому они не всегда приводят к достижению поставленной цели или, если и достигают цели, то ценой больших затрат энергии и времени. Для выработки нового рабочего действия необходимо многократное повторение попыток совершить его. При каждом таком повторении учащийся анализирует ощущения, которые ему сообщает мышечное чувство, и определяет те моменты и те мельчайшие отрезки рабочей траектории, где применение коротких мышечных усилий скорее и легче приводит к решению поставленной задачи. Найденные таким образом более совершенные варианты выполнения рабочих движений получают условнорефлекторное подкрепление в виде более быстрого, легкого и точного достижения полезного результата. С другой стороны, те варианты рабочих движений, которые не обеспечивают эффективного достижения цели, не получают условнорефлекторного подкрепления и исключаются при участии нервного торможения. Таким образом, условнорефлекторное подкрепление удачных вариантов движений, торможение ненужных мышечных напряжений окончательно формируют рабочее движение, совершенствуют навык и обеспечивают устойчивое и совершенное выполнение рабочего действия.

Важнейшей физиологической особенностью совершенного рабочего двигательного навыка является сосредоточение интенсивных мышечных усилий на коротких отрезках рабочей траектории движущихся частей тела и на коротких интервалах времени (до нескольких сотых секунды). Это явление, получившее в физиологии наименование концентрации мышечной силы, отражает концентрацию нервных процессов, так как изменения в деятельности скелетных мышц и в рабочих движениях в норме обусловлены нервными импульсами; рабочие движения и соответствующие мышечные сокращения становятся невозможными после нарушения связи между нервными центрами и мышцами (например, вследствие заболевания или перерезки нервов).

Рассмотрим формирование трудовых навыков поднятия груза.

Чтобы изучить формирование навыка поднятия груза (штанги массой 10 кг) на вытянутых руках, фотографировали последовательные положения руки с грузом через каждую 1/40 с. На полученных снимках исследовали перемещения по вертикальному и горизонтальному направлениям отдельных точек, руки, отмеченных лампочками от карманного фонаря. Зная отрезки пути, пройденного по тому и другому направлениям за каждый интервал времени, равный 1/40 с, можно определить вертикальную и горизонтальную составляющие скорости и ускорения в каждый момент движения.

На рис. 36 представлены кривые вертикальных и горизонтальных составляющих скорости и ускорения центра тяжести системы двух кистей и груза при выполнении движения поднятия груза на вытянутых руках в начале и в конце упражнения. По оси абсцисс нанесено время в сороковых долях секунды, по оси ординат — значения составляющих скорости по вертикали (Vу) и по горизонтали (Уж) в м/с и ускорения по вертикали (Wу) и по горизонтали (Wx) в м/с2. При сравнении кривых, соответствующих началу и концу периода упражнения, можно заметить, что, во-первых, развитие скорости и ускорения (возрастание в начале движения и убывание в конце его) происходит в конце упражнения быстрее, за меньший отрезок времени, чем в начале упражнения; во-вторых, наибольшие значения скорости и ускорения возрастают по мере упражнения.


Рис. 36. Изменения скорости и ускорения центра тяжести кистей рук и груза (при поднятии груза на вытянутых руках):
а — в начале упражнения, б — в конце упражнения

В картине протекания рабочего движения это и есть внешнее выражение концентрации нервных процессов (возбуждения) на уменьшающемся интервале времени. Так как темп работы во время упражнения остается постоянным, то с концентрацией возбуждения на определенном отрезке времени, на интервале, остающемся от общей продолжительности движения, концентрируется торможение. Таким образом, возникает короткая (несколько десятых или сотых  долей секунды) пауза между двумя последовательными движениями, во время которой мышцы расслабляются, в мышцах и в соответствующих нервных центрах наступает преобладание торможения и восстановительных процессов.

О концентрировании нервных процессов во времени в рассмотренном примере можно заключить по картине развития и завершения скорости и ускорения движений, так как изменение скорости невозможно без развития усилия и мышечного сокращения, а нормальное сокращение скелетных мышц невозможно без притока импульсов из центральной нервной системы. Но в концентрации нервных процессов при упражнении можно убедиться и другим путем, регистрируя биоэлектрические явления в мышцах. Для этого над исследуемой мышцей на кожу приклеивают специальные электроды. Если их соединить проводами с очень чувствительным электроизмерительным  прибором (гальванометром), то прибор покажет во время возбуждения мышцы слабые электрические токи. Это и есть биотоки мышц. Напряжение их может достигать нескольких милливольт {тысячных долей вольта), частота изменяется в пределах от 10—20 до 100 и несколько выше колебаний.

При нормальных условиях жизнедеятельности возбуждение мышц возникает под влиянием нервных импульсов, которые в виде биотоков нервов (значительно слабее биотоков мышц) притекают к мышцам по двигательным нервам. Нервные импульсы могут иметь различную частоту и следовать непрерывным потоком или с перерывами. Соответственно этому изменяются биотоки мышц, ритм и сила возбуждения мышц, а следовательно, и характер мышечных сокращений. Регистрация электрических явлений, происходящих в мышцах во время работы, дает возможность изучить регуляцию мышечной  деятельности со стороны нервной системы.

На рис. 37 дана запись ускорения центра тяжести груза при поднятии его на вытянутых руках и мышечные токи действия (биотоки) в начале и в конце упражнения. На рисунке видно, что мышечные биотоки (переднего лучка дельтовидной мышцы) и ускорение поднимаемого груза в конце упражнения сосредоточиваются в меньшем интервале времени, одновременно максимумы мышечных токов и ускорения увеличиваются, а между периодами электрической активности мышцы появляются короткие периоды покоя, во время которых ненужные напряжения и соответствующее им развитие биотоков исключаются путем торможения [23].


Рис. 37. Запись движения, ускорения и мышечных токов действия (при поднятии груза): а — в начале упражнения, б — в конце упражнения; 1 — движение, 2 — ускорение, 3 — биотоки мышц