感觉信息与运动技能控制理论与实践应用

张璐

（华南理工大学体育学院 广东 广州 510641）

运动员的高超表现，往往取决于运动员合理地发现并运用了相应的感觉信息。体育运动明星常常是那些最快发现对手动作方式，或者最准确感觉到自身动作和位置的运动员。他们往往在体能、时间和心理能力消耗最少的情况下，获得最大的成功。根据信息加工的观点，感知就是对信息的感知，而视觉和听觉则是对感知信号的组成及其含义的另一种理解；运动技术的掌握是建立在人类运动调控的感觉机制基础上，而运动调控过程则是指人脑内预先储存的运动程序，在适当的运动参数影响下的能量释放过程。通过研究感觉信息理论和运动技术控制实践应用，力求进一步充实中国关于运动技术掌握和管理方面的知识与基础理论内涵，以促进运动心理学与运动训练学的理论和实践向更高水平发展。

1、感觉信息及感觉定义

感觉是客观事物在人脑中的主观反映。感受神经细胞将自身内、外界环境中的所有刺激都转化为电位变化后，以产生精神冲动的方式通过感受神经纤维传给周围神经的某些部位，最后在大脑皮质上形成了各种感受，如，视觉、听觉、味觉、痛觉等。必须说明的是,虽然某些感受器的传递冲动一般都可以产生主体感觉，但也有部分感受器一般都只能向中枢神经系统供给关于内、外界环境中特定因素变化的感觉信号，从而产生某种调节性反应,而在主体上却不能形成一定的调节感觉。感觉信息对于运动员有效地完成高水平的技术动作产生重要的影响。动作控制能够使用多个不同的感觉信号来源。在日常生活中,一个最常用的管理方法就是系统中通过比较实施任务的目的要求，以及通过审计或核减相应信息之间产生的差别来实现的。

首先，感受又带来了身体内外的环境信息。借助感受，人还可以了解外部事物的色彩、形态、味道等，进而认识事物的不同属性。而借助感受，人还可以了解到自身身体的不同状况，包括饥渴、寒冷等，因此人有机会进行自我调节，包括饥则食；其次,感受又维护着人体和周围环境之间的讯息均衡。因此人为了正常生存，就需要保持身体和环境均衡，其中也包含了信息的均衡。信息过载或缺失，都会损害环境均衡。例如，人们指出大城市由于信息过载，令人出现了冷漠的心态；人们通过分析，指出由“感官破坏”所带来的信息缺失，则会令人产生无法忍受的紧张与苦闷；最后，情感感受又是认知活动的开始，是人类所有较高级更复杂性的认知活动的基石，更是人类的所有心理现象的物质基础。人的认识、记忆、思考等较复杂性的认知活动都需要依靠感官所提取的原始资料。人的情感感受又需要借助人对周围环境以及人体内在状况的感知。

2、运动技能学习和控制的闭环控制模式

2.1、闭环控制模式

闭环控制模型是在日常生活中使用的一个受控机制，其主要由比较器、执行器和效应器等几部分所构成。比较器是比较理想状况反馈与现实状况反馈之间的部分；而执行器则是指决定采取动作，并维持理想目标状况的部分；效应器是完成理想动作的部分。首先，控制中心向效应器发送启动命令就是为了进行运动。真实地进行、实现的动作还取决于到达自动化中心的反馈数据。反馈提供关于运行情况的数据，让控制中心实现：根据初始命令不断地操作，或给出的命令使新的动作持续，甚至纠正操作上的问题。例如，房间内的温控装置,便是一个经典的闭环控制模型（图1）。

图1 运动控制的闭环系统图解

2.2、闭合环路控制系统

在运动技术练习和操控流程中起重要作用的一般性流程，类似于闭环管理。对运动技能者来说，闭环控制是指一个通过反馈信息、发现错误和纠正错误来维持合理目标状态的管理方法，由感觉信号或反馈从运行机到效应器，再返回运行机所构成的环路组成了一种可以实现特定动作的整个过程系统(图2)。执行机包含了刺激的确定、应答选项和应答设计等决定程式。执行机把命令发送给由多个重要组件所形成的效应器。一种是动态程式，它可以生成作用于脊髓的低级中枢并最终产生关于肌腱收缩和滑膜关节活动(比如，打排球时的挥臂动态)的所有命令。同时，设定了一种参考物来详细描述对真实动态的感受与知觉特性，包括在高尔夫球中有效击打时的感受。而这种参考物代表行动人所希望的反应，同时也是在真正进行动态并且与环境目标刚好吻合时所产生的感受。当挥臂或打排球时，动态比较器就会把所得到的实际反馈和所希望的真实反应加以对比。而所有不同都意味着动作发生错误，并把此信号上传到动作执行器。

图2 运动技能学习与控制的闭环控制模式

人体动作信息的闭环控制如图所示，信息输入后，通过视觉、听觉和本体感觉，人做出正确动作，达到动作目的，这一理想状态储存在比较器中。达到理想状态的动作程序指令从执行器送到受动器，即位于脊髓的低级中枢，引起肌肉收缩和关节运动。通过比较器与理想状态进行比较，发现错误及时进行反馈调节。在动作闭环监控中使用反馈会带来更平稳和精确的动作，但是这就要求一种可以使用反馈信号的动作控制设备。开环控制也可能不要求闭环运动控制系统的设计和程序，但是它并不满足于闭环系统所可以提供的灵敏度和精确性。其决策是根据应用及其需求而定；开环控制和闭环控制都有各自的好处和不足。

2.3、闭环控制系统的优势与劣势

（1）闭环控制系统的优势。

闭环控制中的信息过程不但提高了对动态的反应时间，同时也给动态的控制系统带来了极大的适应作用和准确度，使动态更具备构造上的可塑性和调整的操作灵活性，也可以让人做出还没有进行练习的动态。如，了解保持在人体特定状态下，身体直立姿态动作、在静止的吊环上，作手倒立动态等；或是一些比较动态的连续追踪技术，如，追踪圆盘实验、长跑等都是最有用的。同时，闭环控制模型中还可以使用多种不同来源的感觉数据信息。

（2）闭环控制系统的劣势。

运动技术的闭环控制模式并不能完全充分说明一个相当快的运动技术动作的形成过程，就如同在体育项目中常用的射击、投掷、踢球和击打等动作。因为信息加工流程需要高度集中注意力来实施和纠正动作，而且花费时间往往过长，特别是在反应程序阶段。

3、感觉信息与运动技能控制实践应用

3.1、运动技能

动作能力是指个体肢体动作的实现过程，它是生物体在内外自然环境影响下行为表达活动的综合反映。运动学、神经科学和心理学都从各个视角对体育运动能力做出了解释，这对于人们理解其内涵十分有价值。而在运动学范畴中，通常泛指“人类经过认真学习，以最精确、费时最短、最节省能量的方式达成既定目标的能力”。实质内容是在人类大脑体育运动中枢引导下，完成在一定时间内和空间上骨骼、肌腱和关节之间的协调配合工作的过程。在神经科学范畴中，运动技术是指人类大脑神经中枢和神经对体育行为有有效控制能力的直接输出管理。而实质内容则是指神经系统的感觉、信息加工与调节等功能工作过程。在社会心理学范畴中，运动技术被人类看作是因为情感、特质、情绪等心理影响的综合体。实质内容则是指体育运动技术接受内外心理调控和干扰因素的综合影响。经过对这主要的3个专业范畴的定义后的综合分析，人们可能对运动技术有更全面、更综合的认识。综上所述，运动技术并不仅仅是外在的动作表现，更是内在神经系统活动特性、情感和应激因素影响下内在与外在信号输入、信息加工和信号传递的综合流程，更是在主体与客观环境中融合后的综合与外在信息表达流程。所以，运动技术也应当看作运动器官、脑神经系统和心理意识系统中按照个体运动任务要求而显示出来的，肢体、神经系统思维和心理意识对外在社会环境功能的运动动作适应性与综合外在协同而表现出的运动过程。

3.2、运动控制的实践

为实现日常生活中的不同动作技术，人们往往需要配合不同的肌肉和关节，让它们相互协调并起作用。而各种技术所要求的肌肉和关节配合也不同。一些技术，比如，在网球中的发球动作或从轮椅上站起来等，人们必须配合躯干和肢体之间的肌肉和关节；另一部分技术，则要求双臂、手和手指之间的配合，比如，拿起笔、弹奏吉他或者打字等。仅用一侧胳膊或者手指就可以实现的技术，人们往往仅要求配合少数的肌肉或者关节。比如，在操作车辆换档时便是如此的。而除了躯干和肢体之间的配合，动作技术的表现还有其他重要的基本特征。一些技术用比较缓慢的身体运动就能够实现，比如，在射箭之前调整弓箭的位置和拿杯子喝水等动作；有一种类似掷球，或从长条凳上跳跃到地面的快速、抛物线样的运动；也有比较复杂的，类似于完成一套舞蹈动作的运动。

而且，在一次又一次的动作尝试中，人们能够建立非常精确和一致的运动模型。在所有不同情景中，甚至没有出现过的情况，都可以十分顺畅地完成动作。因此，在竞赛中，娴熟的网球选手往往需要在多种不同的情境中，使用正手击打网球的动作。由于不同情境中的许多不同特点，如，球的飞行轨迹、加速、回旋、弹跳方向和落点及其对手的方位、风力、日照程度等，虽然完全相同的两种情况都极少出现，但是一个娴熟的网球选手总是能够很顺利地进行正拍击球动作。

在运动课程中，体育项目通常以身体锻炼为主要手段，而运动课程中的技术重点、难点也是教学中必须处理的关键问题，特别针对技术难度更高的运动项目来说，其学生必须在瞬间迅速地进行一系列的连贯性动作。比如，运动中的鱼跃前滚翻、在足球正面，我们的双手垫球、在篮球运动中的三步上篮、在啦啦操运动中的阿拉C杠动作等等，老师都通过亲自示范动作，学生可以认真欣赏老师的示范动作，进而形成合理的动作表达。另外老师在讲授本节课时，也可结合微课视频教学内容，把本堂课程重点和难点的内容做成了微视频，将本节课教师难以用语言表达出来的连续性动作通过视频慢镜头播放、连贯播放、动作路线展示播放等方式，帮助学生直观、清晰明了地看出运动技能动作中各个瞬间的细节动态，使原来的抽象动态视觉变成了直观动态视觉。并利用将课程中动态和静止的概念有效融合，从而减轻学员掌握运动技能动作的困难，进而更为有效地增强学员掌握运动技能动作的能力自信。

学生的运动能力将对其一生的体育参与及体质健康产生重要影响，国家对学生体质健康也予以高度重视。动作协调能力是综合的运动神经机能力量，优秀的动作协调力量可以对学习者掌握运动技能、提高运动力量很有帮助，也可以提高其与人体各系统的协调配合能力和发展，从而形成优秀的人体姿势，促进人体的健康生长发育，为成长和未来发展打下良好的基础。必须要充分把握动作协调能力发展的关键期，通过探索科学有效的方式发展学生的动作协调能力。运动视觉训练为提升机体的运动能力提供了一种新方法，尤其对于视觉发育正处于活跃阶段的学生而言更加重要。运动视觉训练在国外的研究和实践中受到高度重视，然而在国内研究较少，尤其是在青少年身体运动功能训练中对运动视觉训练缺乏必要的认识和研究实践。

视觉是人与动物之间最主要的感官。就人体活动来说，视觉技术提供了周围环境中所有物体运动的信号，除了周围环境中物体自身的运动信号外，还含有很多的动态控制信息以调整物体自身的动态行为，使其与视觉信号中的环境要求相适应。而排球，作为最经典的视觉运动技术的同场竞技对抗项目，排球选手拥有良好的视觉运动技术是在竞赛中克敌制胜的一项关键因素。排球运动员能否注视发球运动情境中的有效部位和区域也是运动员预期能力的关键。因此，视觉搜索分配的合理性就决定了运动员预判发球落点准确性的重要因素。同时，在运动技能学习的过程中，技巧性的动作需要精确的空间与时间调控才能顺利完成。研究表明，听觉导引状况下的节律性手指动作在目标信号与动作间出现的吻合度较高，而视觉导引状况下的吻合度则较听觉导引差。但是，不同感觉信息是如何影响最终动作表现的目前还不清楚，听觉在运动控制中的作用也还需要进一步探索。

4、结语

不同的运动技术之间在许多基础环节以及细小环节等方面都存在着近似或相同的动作方式，在实践中彼此也会产生相互影响，而这种影响对运动技术的学习与提升可以有良性的影响，也可以有不良的影响。因此，在学习中要充分利用好的影响，规避不良影响，加速运动技能的形成。根据信息加工的观点，感知就是对信息的感知，而视觉和听觉则是对感知信号的组成及其含义的另一种理解；运动技术的掌握是建立在人类运动调控的感觉机制基础上，而运动调控过程则是指人脑内预先储存的运动程序，在适当的运动参数影响下的能量释放过程。通过研究感觉信息理论和运动技术控制实践应用，力求进一步充实中国关于运动技术掌握和管理方面的知识与基础理论内涵，以促进运动心理学与运动训练学的理论和实践向更高水平发展。