网球运动员专项认知水平的眼动特征*

黄宏远，杨鹏飞

（1.中南财经政法大学 体育部，湖北 武汉 430073；2.武汉体育学院 院办，湖北 武汉 430079）

专家运动员能够在复杂多变的运动情境中搜索出关键的线索并迅速做出准确的判断和反应，主要是因为他们有更好的视觉处理“软件”，能够在众多的信息中有效选择那些对他们做出判断有预测性的线索，并能够提前对这些线索进行有效加工，实现“知觉预测”［1］。Kozar和Lord研究认为：高水平竞技比赛的成功10%～20%是由生理因素决定的，80%～90%是由心理因素决定的［2］。在众多心理因素中注意作为心理因素的基础和桥梁队比赛的致胜起着决定性的作用［3］。

眼动仪是被认为研究优秀运动员视觉搜索策略最有效的工具。不同的刺激呈现方式运动员的视觉搜索特征会不同，研究发现［4］，静态素材可能会导致时间性加工容量的降低和重要线索的丢失。由此看来，观看静态图片的眼动指标是不完整的，不一定完全能反应被试的实际视觉搜索方式。如果呈现动态的视频材料，那么在某个点反映的队员的视觉搜索特点则具有以前信息为基础的特征，更接近真实的运动情景。因此本实验以网球基本技术动作和比赛视频为实验材料，目的是找出针对不同水平网球运动员观看网球基本动作的视频时视觉搜索的差异，运用运动心理学的知识对差异存在的原因进行分析，为网球专业运动队的训练和网球教学提供理论依据。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象

表1 试验对象基本情况

1.2 实验方法

1.2.1 实验仪器

本实验使用的仪器为ASL-H6眼动仪，采样速率为120 Hz，分辨率为1024×768、刷新频率为100 Hz的19英寸的联想液晶显示器。

1.2.2 实验材料

实验材料是从四大网球公开赛截取的视频，经专家讨论筛选出能代表网球基本技术（正手、反手、削球、发球、截击、高压）的视频6段和1段比赛的视频（从发球开始直到该分结束）。利用rm分割系统把7段视频做成完整的一段，整个视频长度为1min 12s，视频格式为WMV格式，播放速度为25帧/S，实验材料在电脑上呈现给被试。

1.2.3 实验设计

组间对比实验。

1.2.4 实验程序

在武汉体育学院认知实验室进行个别实验，实验前被试填写好自己的个人信息，然后由一名主试给被试讲解实验的注意事项和目的，让被试按照平时的习惯观看视频，并根据视频内容，以最快的速度判断球的落点，但在实验过程中无需做判断落点的按键反应。被试明白之后在准备室的电脑上播放练习材料，消除被试的紧张心理。

进入实验室后，被试坐在计算机前保持双眼与屏幕平行，且被试双眼距计算机屏幕60cm左右然后对被试进行9点坐标定位，在计算机屏幕上播放试验视频材料，眼动仪开始记录试验数据。

实验结束，眼动仪自动停止记录数据，整个实验需要10min。

1.2.5 数理处理

对被试测试数据进行筛选，剔除无效被试，对数据进行整理分析。

2 实验结果

表2 两组被试的眼动指标比较

对两组被试观看网球视频的眼动指标进行了独立样本t检验，发现两组被试视觉搜索具有以下特征：从表2可以看出专家运动员与新手运动员在观看网球视频时注视点个数存在显著性差异（t=-2.797，P＜0.001），专家运动员的注视点个数显著少于新手运动员；专家运动员与新手运动员在观看网球视频时平均瞳孔直径存在显著性差异（t=-15.532，P＜0.001），专家运动员的平均瞳孔直径显著小于新手运动员；专家运动员与新手运动员在观看网球视频时注视点平均注视时间存在显著性差异（t=-1.910，P＜0.05），专家运动员的注视点平均注视时间显著少于新手运动员。说明专家运动员比新手运动员的视觉信息加工效率更高，视觉搜索策略更合理。

3 分析

3.1 专家运动员与新手运动员知识组织方式上的差异

许多的研究者（Lesgold et al，1988；Chase&Simon，1996）［5］对不同领域的专家进行了研究，他们发现不管在哪一个领域都有一个共同的现象：专家与新手的区别在于他们解决自己擅长领域里的问题时所用的图式不同（Glaser&Chi，1988）。图式（schema）是指为表征知识而建立的心理框架包括对一些相关概念进行排列，使其成为一个有意义的组织体。图式所表征的是事件或事物最典型的基本特征，当我们输入的刺激信息于图式一经比较，大脑会以最快、最适合的图式对刺激信息作出反应。如网球专家运动员发球时他们一般非常热衷于发球上网这种战术，一旦专家运动员决定发球上网，那么在发球时他们就会做出相应的调整，抛球会更靠前一些，身体的重心也会跟着前移，当球发出去之后他们的脚会顺势进入场地，当对手击球时，他们会立即冲上前去并做好击球的准备。同样是发球对于新手运动员这来说是最难掌握的一项技术，在发球过程中，关于站位的准备姿势、握拍方式、抛球位置、击球时机、随挥动作等都要被新手运动员所注意，这样他们才不至于会发球失误。新手运动员的所有反应都要消耗大量的注意资源，因为新手拥有的图式是相对比较贫乏，包含的关于某个领域的陈述性知识和有关问题策略的程序性知识相对较少且无关联的知识单元。它们只是根据表面相似性而被组织起来的。由此可以看出，本专业领域知识组织方式的差异是专家和新手的本质区别。

3.2 专家运动员与新手运动员问题解决方式上的差异

问题解决（Problem Solving）是指由一定情境引起，按照一定目标，应用一定认知操作或技能活动使问题得以解决的过程。问题解决是一个有目的的、主动的认知过程。研究者（Chi et al，1982）发现，专家和新手在问题解决的方式上存在差异。对实验中专家运动员与新手运动员在观看网球基本技术的视频材料注视点注视时间进行了比较（如图1所示），发现专家运动员对前面几个注视点加工速度慢，对后面几个注视点的加工速度快即专家运动员花更多的时间去表征问题，而在运用策略解答问题上花费的时间较少；而新手运动员则刚好相反，他们对前面几个注视的加工速度快，而对后几个点的加工速度慢，即他们对问题的表征时间相对较少，而在考虑可能的策略较多。这是因为两组被试问题解决的方式不同，专家运动员采用的是逆向搜索，逆向搜索也叫反向搜索（Backward search）是指从问题的已知目标状态开始往回搜索，直到找到通往初始状态的路径或方法的启发问题解决策略。如果说从初始状态到达目标状态有少数几个途径时，那么解决问题比较适宜采用逆向搜索，它可以大大提高搜索速度和决策的准确性。专家运动员在对材料进行加工搜索时，开始花费更多的时间在考虑如何将搜索到的已知信息与自己已有的图式相匹配，这个过程相对比较慢，由于专家运动员的图式是组织良好的高度联系的知识单元，而且图式中有大量专门领域相关问题策略的程序性知识，因此一旦找到了一个正确的匹配，他们便可以很快地提取问题并进行决策。而新手运动员采用的是手段—目的的分析，手段—目的的分析（Means-end Analysis）是从问题的初始状态或当前状态出发，逐步接近并达到目标状态，是一种正向前进性搜索的认知操作过程。手段—目的的分析是一种不断减少初始状态与目标状态之间差异而局部前进的问题解决策略，是一种较受约束的搜索方式，因此，新手运动员在对材料进行搜索时，先对材料的信息进行快速的搜索，从未知信息开始到达已知信息，这个过程相对来说比较快，然后再对每一个信息与自己已有的图式相匹配。新手运动员的图式中只有散乱的、联系松散的和零星的知识单元，包含相对较少的专门领域相关的问题解决策略的程序性知识，因此，对于后面的图式匹配来说，要花费新手运动员更多的时间，专家运动员比新手运动员都表现出了更高的加工效率。

图1 两组被试注视点前后注视时间分配

3.3 专家运动员与新手运动员认知加工方式上的差异

虽然人的认知资源有限，但是专家似乎不受这些限制的制约，他们往往比新手做的更好，更能节约注视所需要的时间。这是因为专家运动员和新手运动员的认知加工方式不同。专家属于自动加工（automatic process）无需有意识控制，很大程度上自动加工是在没有意识觉知的情况下进行的，很少或几乎不需要任何的注意，因此，他们可以将问题解决的负担从容量有限的工作记忆转移至容量无限的长时记忆，作为平行加工属于相对比较低层次的认知加工所以加工速度相对较快，加工效率更高。而新手的认知加工方式属于控制加工（controlled process）需要有意识的控制，控制加工需要完全的有意识觉识下进行，因此新手必须利用他们的工作记忆来努力保持问题的多项特征以及各种可能的有效策略，这些努力或许会使得新手只能有少量的工作记忆用来监控他们解决问题的正确性。这些加工是按系列进行的。属于相对比较高层次的认知加工所以加工速度相对来说比较慢，加工效率低。专家的良好表现是由于运动的专门知识和技能使信息加工变量的结构和序列规律化了。这在本研究中得到了体现：专家运动员比新手运动员。

4 结论

（1）专家运动员与新手运动员在观看网球视频时注视点平均注视时间、平均瞳孔直径、注视点个数都存在显著性差异。专家运动员的注视点个数显著少于新手运动员；专家运动员的平均瞳孔直径显著小于新手运动员；专家运动员的注视点平均注视时间显著少于新手运动员。

（2）专家运动员与新手运动员在观看网球视频时知识组织方式、问题解决方式和认知加工方式不同。专家运动员的图式是庞大的、彼此高度联结的陈述性知识和有关问题策略的程序性知识单元，新手运动员的图式只是根据表面相似性组织起来，是相对贫乏、无关联的陈述性知识和有关问题策略的程序性知识单元；专家运动员问题解决方式是逆向搜索，新手运动员采取的是手段—目标的分析；专家运动员的认知加工方式属于自动加工，很少或不需要消耗任何注意资源，新手运动员属于控制加工，需要意识的控制，加工速度慢。

［1］Neill W T.Inhibitory and facilitatory processes in select iveattention［J］.Journal of Experiment al Psychology：Human Percept ion and Performance，2003（3）：444-450.

［2］John.R.Anderson.The Architecture of cognition［M］.Harvard University Press，2003（4）：221-236.

［3］Ripoll H.Analysis of visual scanning patterns of volley-ball players，in a problem solving task［J］.International Journal of Sport Psychology，2004（1）：9-25.

［4］王树明，张建成，张静.运动中视觉搜索行为的研究现状及其发展趋势［J］.心理科学，2005（3）：731-734.

［5］Lesgold，A.M.，Rubinson，H.Expertise in a complex skill：Diaagnosing x-ray pictures［M］.NJ：Erlbaum，1998.