注意焦点的追加反馈对模拟足球接球任务反应时影响的实验研究

2021-04-22谭嘉辉周兴生

广州体育学院学报 2021年2期

关键词：接球焦点受试者

谭嘉辉，刘涛，周兴生，赖勤

(1. 中国海洋大学体育系，山东青岛 266100；2. 青岛市崂山区第七中学，山东青岛 266100；3.广州体育学院足球学院，广东广州 510500；4.韦恩州立大学体育健康与运动科学系，美国底特律，密歇根州 48202)

本文采用计算机模拟实验来调查不同注意焦点的追加反馈对开放性环境下模拟足球接球任务中手指按键动作反应时快慢的影响并进行分析，以期为运动技能学习理论的完善和体育教学与运动训练实践中如何有效学习运动技能提供支持与帮助。

1 研究对象与方法

1.1 反应时的操作定义

本研究将反应时定义为：光圈(足球)在显示屏上开始运动到手指开始按键之间的时间间隔。

1.2 实验条件和不同注意焦点的追加反馈类型

具体内容见表1。

表1 计算机模拟接球实验中的注意焦点追加反馈的形式与具体内容

1.3 研究方法

1.3.1 文献资料法

根据研究需要，检索了美国Medline、Web of Science和中国知网数据库，查阅与“注意焦点、运动表现反馈”有关的中外期刊论文，还查阅了美国Richard A. Schmidt·Timothy D. Lee编写的《Motor learning and control》专著以及张忠秋等《运动技能控制与学习》翻译版书籍，为本研究提供重要理论参考。

1.3.2 实验法

(1)实验对象随机选取以前没有任何与该实验有相关经历的80名(男40人,女40人,平均年龄21岁)美国韦恩州立大学体育系运动人体科学和体育教育专业的在读大学生参加实验，所有学生都自愿参加此项研究。在实验之前，让参加实验的所有大学生知道该实验任务的基本要求、操作方法与过程。实验分组如表1实验条件所述。直到整个实验结束，参加实验的全部学生都不知道该研究的真实目的与理论假设。

为什么使用没有对该实验有任何经历的初学者？由于技能学习就是新的技能掌握和保持的过程，若参与者具有该实验的经历，那先前的经验会对学习结果产生干扰，因此使用没有相关实验经历的初学者。对于实验任务使用在实验室控制条件下的计算机模拟是为了减少个体差异(如身体素质)对运动技能学习产生的影响，使得测量结果更加客观精确，从而更能得出科学的结论。这也是为什么美国和欧洲的运动技能学习与控制研究通常是在实验室里完成的。

(2)实验任务在电脑显示屏上，运动前在屏幕上端显示的白色小圆圈代表着足球，而在屏幕下端显示的白色长方形滚动条代表着接球者。实验中，由电脑程序控制的足球按一定的速度向底部以不同的运动曲线模式被随机踢出，同时由受试者控制的代表接球者的滚动条即刻反应左右移动(左按F键，右按J键)，尽可能将球接住。

(3)实验设备电脑屏幕大小为17-inch。白色小圆圈(足球)出现2000 msec后，立即从屏幕上端按一定的速度以不同的运动曲线模式向底部运动，小圆圈下落的垂直距离是200mm，所用的时间平均为1600msec。该实验任务和过程由韦恩州立大学运动行为实验室发展的计算机程序来执行。

(4)实验过程

实验过程由技能获得阶段和保持测试阶段构成。

技能获得阶段：共1次练习课，由7个练习模块组成，练习模块间的间歇时间是60s。任何一个练习模块中的15次练习又包括一、二、三共3个阶段(每一阶段是5次练习)。该实验将第二阶段设定为技能学习过程，该阶段的5次接球练习中每次球的下落运动方向一定但各不相同。为了将接球练习设置成开放性的实验环境，遂把第一与第三阶段里每次球的下落运动方向设定为完全随机模式，这样做是为了不让受试者在球下落前就预测到其下落的曲线模式。由于每个练习模块含有15次接球练习，所有受试者每完成3次练习后会收到一次反馈，所以反馈频率是33%。

保持测试：为了检验受试者运动技能学习效果的持久性，该实验进行了无任何注意焦点反馈信息提示的保持测试，只是告诉受试者在球被抛出后尽可能快的反应去按键，争取准确地接住下落的球。从学习的意义上来看，保持测试中不提供注意焦点指向的反馈信息更符合技能学习的规律，通过受试者的技能操作水平更能反映反馈信息是否给个体运动技能的学习带来了益处。要发生学习必须使保持测试成绩水平比第一天有显著地提高。保持测试是在技能获得阶段完成所有练习的48小时后进行，测试每名受试者的15次接球。

(5)数据采集本实验采集数据标准：接球练习与测试时，左右两手指按键动作的反应时时间数值。在技能获得阶段与保持测试中，计算每个练习组块第二阶段的5次接球练习反应时数据的平均值，供统计分析使用。

1.3.3 数理统计法

利用SPSS20.0处理实验数据，对技能获得阶段和保持测试阶段的反应时分别进行方差分析，并使用Duncan’s NMR进行后方差分析。统计显著性定在?=0.05。

2 结果与讨论

2.1 实验结果

2.1.1 技能获得阶段

为了确定注意焦点类型和追加反馈方式是如何影响了参与者的手指按键动作反应时，我们在技能获得阶段的练习中使用了一个2(外部 VS内部)×2(描述性VS 处方性)方差分析模式。结果显示(见表2)：注意焦点类型[F(1, 76) = 27.48, P<0.01] 和追加反馈方式[F(1, 76) = 7.96, P<0.01]对参与者的手指按键反应时的影响都呈现出了非常显著性的差异，但两者的交互作用[F(1, 76) = 1.10, P>0.05]对参与者手指按键反应时的影响差异不显著。此外，Duncan’s NMR检验发现：外部注意焦点(mean=678.29)比内部注意焦点(mean=927.75)产生了更快的手指按键反应时(见表3)；处方性反馈(mean=735.91)也比描述性反馈(mean=870.13)产生了更快的手指按键反应时(见表4)。

表2 技能获得阶段中不同注意焦点反馈组初学者手指按键动作反应时的重复测量方差分析结果

表3 技能获得阶段注意焦点类型影响技能表现Duncan’s NMR检验结果

表4 技能获得阶段反馈方式影响技能表现的Duncan’s NMR检验结果

2.1.2 保持测试

经方差分析显示：注意焦点类型[F(1, 76) = 26.93, P<0.01]和追加反馈方式[F(1, 76) = 17.26, P<0.01]对参与者手指按键动作的反应时都呈现出了非常显著性的差异(见表5)，但两者的交互作用[F(1, 76) = 1.70, P>0.05] 对参与者手指按键动作的反应时的影响却无显著性差异(见表7)。此外，Duncan’s NMR检验发现：外部注意焦点(mean=437.04)比内部注意焦点(mean=868.05)产生了更快的手指按键动作的反应时(见表6)；处方性反馈(mean=480.04)也比描述性反馈(mean=825.05)产生了更快的反应时(见表7)。

表5 保持测试中不同注意焦点反馈组初学者手指按键反应时成绩的方差分析结果

表6 保持测试中注意焦点类型影响技能表现Duncan’s NMR检验结果

表7 保持测试中追加反馈方式影响技能表现的Duncan’s NMR检验结果

2.2 讨论

反应时在体育运动情境中的作用尤为重要。反应时是指相关刺激施加于有机体后到有机体开始出现反应动作之间所需要的时间[3]，即从感觉器官接受刺激到肌肉开始反应之间的时距。反应时代表着信息加工和知觉预测的水平[2]，而知觉预测则是运动技能学习领域研究的重要内容，它是指体育运动中个体依据当时背景环境中出现的部分或先行相关线索信息对未来事件进行预测的信息加工的一个过程，它是个体依靠环境信息预测未来事件的一种内隐信息加工的过程。足球比赛中的知觉预测取决于运动场景中的有效信息，是运动员在时间短和压力大条件下依靠视觉系统捕捉有限信息而及时做出有效动作反应的重要依据[4]。有研究指出，利用神经影像学与神经生理学中有关方法，通过研究与触觉、听觉、视觉刺激有关的认知加工过程以及和动作准备与执行及表象相关的运动认知加工过程指出，长期的专业训练和比赛必定会使运动员具备较强的专业领域中大脑的信息加工能力，从而能不断地提高自身的知觉预测水平[1]。

本文研究结果认为，外部注意焦点与处方性反馈都为准确地知觉预测以及快速准确地实施手指按键动作提供了重要的线索信息。这与M.I.POSNER的研究结果相一致，即有效信息的提示，可以使受试者把有限的注意资源分配到和提示信息相一致的靶刺激的识别过程中，这样能更大程度地激活视觉、触觉等相关皮层，从而降低反应时[5]。在本文研究中，外部注意焦点提供的球下落的运动模式输入信息在与过去记忆中的信息进行对比后，视觉系统会从中提取所需要的相关信息；处方性反馈则让个体知道如何快速地从视觉与触觉系统中去获得、整合、利用关键信息的知识。内在信息系统的每一次检索都来自于每一个外在刺激的呈现，不断练习能增长个体的直接经验知识，会促使可供检索或模式匹配的相关内在存储实例的信息不断增多，利于促进动作控制能力的提高，从而提高任务完成的速度与准确性[6]。

2.2.1 注意焦点类型的讨论

屏幕影像接球任务中技能获得和保持测试的结果显示：外部注意焦点比内部注意焦点产生更快的反应时。这个结果在诸如短跑起跑和游泳起跳等动作反应时的快慢也都与注意焦点反馈的提示有关的研究中得到了验证。例如，在动作开始之前，感觉定向条件下的个体注意各种声音的刺激信号(外部注意焦点)，运动定向条件下的个体则注意自己的启动动作(内部注意焦点)，Christina(1973)和Jongsma, Elliott and Lee(1987)的研究指出，运动定向条件下比感觉定向条件下的反应时要慢[7]。同样，Wulf, McNevin and Shea(2001)[12]和许翀(2017)[13]的研究也指出外部注意焦点能产生更快的反应时。本文的模拟实验，由于设置了开放性的环境，受试者需要面对大量的信息资源，这时他们的信息加工水平、处理效率能力和知觉预测速度会对反应时产生重要的影响，而反应时的快慢对于该实验任务中能否接到球则起了关键作用：反应时快，接到球的可能性就大；反之，则接到球的可能性就会变小。这种情况几乎存在于足球比赛中的所有情境中，接球运动员面对周围的大量线索信息，在有限的时间内必须通过视觉对这些场上环境信息进行及时的知觉预测，决定何时及如何去实施跑位接球的行动计划。

根据Wulf等人(2001)[8]的“动作限制假说”可知：(1)外部注意焦点能提高运动控制过程中的自动化程度和效率，此时的运动表现或学习更有效。如，Abernethy(1988)和Wulf 等人(2001)的研究发现，相对于内部注意焦点，外部注意焦点能产生更快的探针反应时和更高程度的动作自动化。Wulf 等人(2001)和 McNevin 等人(2003)指出当个体采用外部注意焦点时，平衡任务中会显示出更高频率调整姿势的特点，这被认为是自动化控制过程一种更快、反应利用率更高的迹象[9]。至于原因？Schneider(1984)“无意识的自动化水平越高的加工，会消耗更少的认知资源”的理论认为，在这种情况下，受试者能更快、更便捷地感知、觉察、搜集、记忆及理解相关重要信息，并能从中发现与提取有用信息，利于受试者接球的表现[10]。(2)内部注意焦点导致有意识地控制会限制或干扰运动系统自动化的控制过程，造成过多的肌肉活动。Wulf and Lewthwaite (2010) 认为，涉及到内部注意焦点(学习者自身动作)的指导或反馈能促进学习者进一步专注于自我，会导致他们忧虑和担心自己的表现，造成自我意识和随后自我评价状态的产生。努力处理与自己有关的想法和情绪可能会超过可用的注意容量，进而影响表现。因此，不难想象这些过程增强了对运动和自我调整活动两者的有意识控制[11]。

Beilock 等人(2002)指出外部注意焦点给受试者提供了更多的与操作任务有关的信息，以持续提醒他们要注意自己的学习与表现；而内部注意焦点的提供可能扰乱了感知觉与运动区域之间有效神经信号的传递，从而阻碍了个体的学习与表现。有研究指出外部注意焦点是将注意转移到和操作任务需要的有关视觉、听觉等感知觉上。该研究中的外部注意焦点好像增强了视觉和触觉输入信息模式的处理，受试者为了能成功地完成任务需要手眼协调，可能使用了视觉(球的下落曲线模式、接住球与否)与肌肉运动知觉(手指按键左右移动滚动条)的信息来不断改善手指按键速度、频率与左右移动滚动条去准确接到球之间的关联性[12]。这些视觉和触觉信息对提高知觉预测速度、降低动作反应时供了重要的信息与线索，从而提醒学习者持续对外部注意焦点的关注。Proteau, Marteniuk and others 的研究中已经指出在带有视觉反馈的练习之后，撤销视觉反馈时会损害表现，由此可见视觉信息的重要性[13]。因此，在体育运动中，个体需要注意引导机制以便快速地从复杂视觉环境中选择有效信息去实现优化目标的选择与加工[14]。

2.2.2 追加反馈方式的讨论

在技能获得阶段和保持测试中，结果显示处方性反馈比描述性反馈产生更快的反应时。Kernodle and Carlton(1992)[15]认为，提供包含错误和校正信息的处方性反馈对于难度较大的任务更有用。Wulf, Shea and Matschiner(1998)[16]、Kemodle, Johnson and Arnold(2001)[17]、Willians and Hodges(2005)[18]的研究指出当任务困难时，处方性反馈是提高表现的有效方法。从技能的复杂性方面来看，对于某项简单技能如打字、写字，描述性反馈已经足够，个体知道怎么样觉察、修正错误。但是，该模拟实验的背景环境是开放性的，大大增加了实验任务中线索信息的数量，导致任务操作难度变大，此时受试者需要根据背景环境变化及时生成新异反应，但在这种开放性的背景环境中一开始较难形成知觉痕迹，从而影响接球的表现。所以在练习后既指出受试者的错误又提供解决问题的正确办法，不仅能帮助学习者快速从视觉与触觉系统中获得、利用关键信息，并且经过大量练习还能发展学习者依赖现有场景不断提高从过去记忆中快速检索出合适应答动作的能力，这样能不断提高知觉预测速度，保证正确实施动作技能[12]。此外，该研究中球下落的随机模式决定了刺激和选择数量的增多，符合海克定律(Hick，1952)的观点，即当刺激—反应选择的数量增加时，反应时会成对数增加[7]。因此，要在开放性环境中成功地接住球，受试者需要加大注意资源的投入，信息加工过程负荷较大，他们需要得到处方性反馈强大功能的支持，经过反复的练习去弄清楚各种线索反馈信息的正确含义后[12]，才能提高环境刺激和反应选择的相容性，以达到既降低反应时又准确接到球的表现效果。所以，该研究得出了动作技能学习中处方性反馈优于描述性反馈的结论。此外，从参与者的经验水平来看，该研究中处方性反馈提高了初学者的表现，符合Magill和Tzetzis等人(2002)的处方性反馈更适合于初学者的结论[19]。虽然在运动学习理论上，处方性反馈对体育运动技能的重要性是不言而喻的，但到目前为止，并没有什么实验结果来支持处方性反馈也利于开放性环境中学习认知技能这一假设，而该研究得出的结果则提供了对这一假设的支持。

总之，外部注意焦点和处方性反馈更有利于提高开放性认知技能的学习和表现。注意焦点反馈作为一种有效的追加反馈方式，可以帮助我们理解为什么不同的注意焦点追加反馈机制是有效的。以后可在体育教学和运动训练的情境中将不同类型的学习者、不同复杂程度的运动技能或其它变量结合起来进行研究，以不断完善运动技能学习理论，满足体育教学和运动训练实践的需要。