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儿童软式垒球挥棒击球的视觉落点特异性研究

来源:意榕旅游网
2015年第3O卷第3期 DOI:10.13297/j.cnki.issnl005一O0o0.2015.03.017 儿童软式垒球挥棒击球的视觉落点特异性研究 杨绿・,邱文信2,戴金宪2 摘要视觉控制能力对于运动学习的重要意义正如其对于课业学习一样,是认知活动的首要关卡。儿童软式垒球的教学与研究在我国方兴未艾。为 探究眼动特征与运动学习的关系,使用德制iView X HED4头戴式眼动仪,测量15名有过棒球训练的儿童与l5名从未接受过棒球训练的儿童,在击 球前0.167 s,0.1 s以及击中球体时的视觉落点偏移值,分析视觉落点偏移值与击球成功率的关系,比较有无棒球训练经验对儿童的视觉落点偏移值 的影响,以及击球成功率不同的儿童的视觉落点偏移值差异。结论:(1)无论有无棒球训练经验,视觉落点偏移值均与击球成功率呈现显著负相关 (P<0.O1);(2)棒球组儿童的视觉落点偏移值显著小于一般组(P<0.O5);(3)击球成功率为100%的儿童,存在明显不同于其他儿童的眼动特异性,视觉 控制能力显著优于其他儿童(尸<0.01)。 关键词软式垒球;运动学习;眼动;视觉控制;视觉落点 中图分类号:G 804.82 文献标志码:A 文章编号:1005—0000(2015)03—273—04 Speciifcity of Gaze-Point during Tee-ball Hitting for Children YANG Lv .OIU Wenxin .Dai Jinxian (1.School of Spots Humanities and Social Sciences,Jilin Sport University,Changchun 130022,China;2.Hsinchu University of Education, Hsinchu 300,Taiwan) Abstract The ability of visual controlling is impo ̄ant for motor learning,as well as it for schoolwork.Because it is the first bottleneck ofr cognitive activity. The teaching and study of children tee—ball is on the ascendant.To analyze the relationship between eye tracking and motor learning,collect samplee data coming from 15 students never playing baseball mad 15 students having played basebal1.Each participant was filmed by eye tracker(iView X HED4,200 Hz)to record the gaze—point before hitting O.167 s.0.1 s and hitting.Results:(1)There is high correlation between gaze—point and Success rate of hitting (P<0.01);(2)There 81"e diferences between two groups of participants gaze-Point(P<0.05):(3)There aYe differences between batting Success rate of 100% and others(P<O.O1). Key words tee-ball;motor learning;eye tracking;controlling of vision;gaze—point 软式垒球的英文名称为“Tee—ball”,起源自美国,1996年引 (distance)信息,分别表征动作的指向与远近。也就是说,动作的 进台湾,称为“乐乐棒球”,2000年前后引进中国大陆。2006年, 实施起始于个体对环境信息的选择与获取。而视觉是人获取外 中国棒垒球协会宣布正式将它命名为“软式垒球”[11。这项运动 界信息的第一感觉器官,可达听觉获取信息能力的430倍[31。就 与棒球相似,涵盖跑垒、滑垒、投杀、打击等多项运动技能,不同 挥棒击球这一动作而言,个体需要首先确认球体的高度、与身体 之处在于软式垒球击球时将球放置在固定的打击支架(rree)上, 的距离、球应该飞行的方向,并由此判断击球的位置、方向、力 降低了打击难度,且球及球棒的材质改为柔软轻便的泡棉,增加 量,在此基础上形成运动计划。 了安全性和趣味性,受到儿童及中老年运动群体的广泛喜爱。在 视觉信息在脑内的加工有两个通路,其一为腹侧通路(what 台湾以及国外,软式垒球也被用于专业棒球选手的挥棒击球训 通路),主要负责对知觉对象的形状、颜色、空间频率、方位、运动 练。挥棒击球是指当球放在支架上时,球手将球挥向球场界内的 和深度知觉等信息进行加工,并形成完整而精细的物体知觉;另 动作实施过程。 一条为指向顶下叶的背侧通路where通路),负责对更大范围的 SCHMIDT将动作实施过程划分为刺激确认阶段 空间信息和运动进行觉知嗍。腹侧通路使个体完成了对动作目标 (stimulus—identification stage)、反应选择阶段resPonse—selection 的初步判断,而背侧通路则帮助个体完成以自我为参照点的运 stage)以及反应编序阶段resPonse—Programming stage)m,也有人将 动计划。研究表明,前运动皮层细胞与皮层视觉区的细胞一样, 这一过程描述为计划、编码、执行阶段。任何一个简单动作的计 存在着感受野,只有视觉刺激呈现在特定的空间区域时,才会得 划表征,都起始于两类信息,即位置(1ocaiton)信息和距离 到信息编码嘲。也就是说,个体需要根据自我肢体的当前位置来 收稿日期:2015—02—24;修回日期:2015—04—06;录用13期:2015—04—07 作者简介:杨绿(1977一),女,吉林省吉林市人,讲师,研究方向为运动心理学、运动行为学;通信作者:邱文信(1973一),男,台湾苗栗人,教授,博士, 博士生导师,研究方向为运动生物力学,运动行为学。 作者单位:1.吉林体育学院体育人文社会科学学院,吉林长春130022;2.新竹教育大学,新竹300。 团Journal ofTUS Vo1.30 No.3 2015 2015年第30卷第3期 表征视觉刺激的位置,也能利用视觉信息来协调动作,并在三维 的关系;采用2×3的混合二因子设计来考察在软式垒球运动中 具有不同运动能力的儿童的视觉控制能力差异,其中,分组变量 世界中进行目标定位和动作执行。 此外,顶叶皮层在视知觉与运动协调的关系中具有重要意 为被试间因素,共有2个水平;视觉落点偏移值的采样时间为被 试内因素,共有3个水平,即击中球体前0.167 S、击中球体前 0.1 s、击中球体时3个时间点。 义。顶下叶是物体运动知觉和空间知觉的最高级中枢,不仅接 受视觉系统投射的信息,还接受来自前额叶、扣带回、颞上沟深 部等神经元传来的信息,以便形成复杂的综合知觉[61,为个体提 供一个先于肢体动作的内部参考系来协调眼睛与动作目标的距 离。这就为个体在动作执行过程中根据自身或客体的位置改变 进行自我调节提供了可能性。 7 13岁的青少年儿童的视神经已经接近成熟,对形状、深 试验使用的因变量为:(1)儿童挥棒击球成功率。每个被试依 照个人习惯全力挥棒击球10次,主试不提示任何挥击要领。如果 被试将球击至界内区域,则记为成功击球;如果挥棒落空或击至 界外区域,则记为失败击球。取1O次击球的成功率作为动作质量 的反应。(2)视觉落点偏移值,即在上述3个时间点上,被试的视 度、运动与距离,渐有正确辩认的能力[7】,但其表征能力与心理旋 觉凝视位置与球体之间的距离值。因为从300 Hz的高速摄影机 转能力发展不均衡;其视知觉.空间能力在智力的年龄差异中起 着十分重要的作用四。因此,在此时期,动作可视为个体的外显 智力[91。此时期的儿童,应配合正常的成长过程,增进感觉能力, 透过不断的练习与尝试,以建构完整的动作技能。 另一方面,大量关于儿童眼动特征与学习困难的研究表明, 儿童的眼动效率低与视觉搜索效率低关系密切;且这些儿童不 能准确把握信息之间的关系,导致利用信息解决问题的效果差㈣。 软式垒球是深受儿童喜爱又非常安全的一项运动。通过运动环 境下对儿童的视觉集中力进行训练,改善其专注于当下的注意 品质,必将有益于儿童的发展。 鉴于此,本研究采用头戴式眼动仪测量儿童挥棒击球动作 中的视觉注视点与目标(球体)之间的偏移值,探寻儿童视觉控 制能力与其动作执行能力之间的关系,为处于发展中的儿童运 动训练提供借鉴。 1 研究对象与方法 1.1 研究对象 试验随机选取小学男生30名,其中l5名有过棒球训练经 历(即棒球组);15名没有训练经历(即一般组)。选取条件为身 体健康,最近3个月内没有任何身体伤害;可以双手握住球棒; 裸眼视力为1.0以上。被试基本资料见表1。 表1被试基本资料表 1.2研究方法 1.2.1试验器材试验使用德国iView X HED4头戴式眼动仪 (refresh rate 200 Hz)1组,搭配CASIO EX—F一1数码摄影机 (300Hz)l部,笔记本电脑1台(内有与眼动仪配合使用的软件 ExPeriment Suite 360。一Release V2.4 iView X)。iView X HED4头 戴式眼动仪可以采集被试在真实运动中的眼动信息,使得眼动 研究超越了依赖电脑模拟运动场景的研究范式。 1.2.2试验设计 试验采用相关分析眼动偏移值与击球成功率 录影资料的分析中得知,儿童由启动到完成挥棒约需0.25—0.35 S, 由启动至击中球体则约需0.2~0.28 if。所以,本研究需选取自击 中球体前大于100 ms的时间至击中球体时的一段时间内发生的 视觉落点来比较差异。德国iView X HED4头戴式眼动仪所录制 的影片为30格/s,击中球体前0.167 S,即击中球体前第5格的影 片;击中球体前0.1 S,即击中球体前第3格的影片。 1.2.3试验实施试验选择在晴天、户外进行,试验顺序采用随 机排序。击球后检试录制的影片,挥棒击球过程中视觉落点是 否可察,如果视觉落点已经偏移至屏幕之外,则不符合试验要 求,不记录结果,并重新挥棒击球。 2试验结果 2.1 视觉落点偏移值与击球成功率的关系 根据SHELIGA,RIGGIO与RIZZOLATYI的注意力前动作 理论(Premotortheory ofattention),注意力和眼动系统同属于一个 神经机制,因此,特殊的眼动行为常被视为注意力的重要线索『11]。 在本研究中,无论有无棒球训练经验,被试的击球成功率与击球 前0.167 S的视觉落点偏移值、击球前0.1 S的视觉落点偏移值、 击中球体时的视觉落点偏移值,都有显著的负相关(见表2)。这 说明当偏移值越高,即视觉落点离球体越远时,击球成功率越 低;偏移值越低,即视觉落点离球体越近时,击球成功率越高。 表2 视觉落点偏移值与击球成功率的相关性(r) 前O.167 S前0.1 s击中球体时 注: P<0.05.一P<0.01。 2.2一般组与棒球组的视觉落点偏移值差异比较 从表3可知,一般组学生在各时间点上的视觉落点偏移值 大于棒球组,击球成功率小于棒球组;一般组学生在各时间点上 的视觉落点偏移值的组内差异大于棒球组,其偏移值全距是棒 球组的2.46倍。说明没有经历过棒球训练的学生,平均视觉集 中力不如有过棒球训练经历的学生。对两组偏移值差异的显著 性进行检验,F=6.21,大于If缶界值 =4.20,达到O.05水平 上的显著。被试的视觉落点偏移值在击球前O.167 s、击球前 l冒团 儿童软式垒球挥棒击球的视觉落点特异性研究 0.1 s、击中球体时的3个时间点之间不存在差异;被试的分组变 量与时间变量间不存在交互作用。 表3被试视觉落点偏移值及击球成功率的描述表(n=l 5) 对试验数据进行单纯主要效果变异数分析发现,在击球前 0.167 s,两组的视觉落点偏移值的差异为F=4.54,大于临界值 R95f。㈣=3.85,达到0.05水平上的显著;在击球前0.1s,两组的视 觉落点偏移值的差异为F=5.17,大于临界值R 删=3.85,达 到0.05水平上的显著;在击中球体时,两组的视觉落点偏移值 的差异为F=7.36,大于临界值R ( 】=7.00,达到O.O1水平上 的显著。 两组在击球成功率上的差异值为7.56,高于临界值R =4.20,达到0.05水平上的显著。 2.3击球成功率为100%的学生与其他学生在视觉落点偏移 值上的比较 描述统计结果显示,一般组里有部分学生击球成功率达到 100%;棒球组里有部分学生击球成功率达不到100%,因此,当 不考虑是否受过棒球训练,而是依照击球成功率是否达到 100%的标准来将数据分组时发现,两组的差异更加明显(见表 4)。经过变异数分析发现,击球成功率达到100%的儿童的视觉 落点偏移值显著小于其他学生,F=7.345,大于临界值R . = 7.0o,达到0.01水平上的显著。由图1可知,击球成功率达到 100%的学生,其在击球前0.167 S至击中球体时,视线有效收回 到球体附近,在击球时两组差异最大,说明这一组学生的视觉集 中力更强。 表4依不同成功率分组时的视觉落点偏移值描述 3讨论 3.1 击球成功率为100%的儿童的眼动特异性 由两组的平均数比较及图1可知,成功率为100%的儿童, 在击球前0.167 S的视觉落点离球体最近,击球前0.1 S时的视 觉落点离球体最远,而在击中球体时视线又回落到与前O.167 s 很接近的位置。这是因为,眼球的主动性运动可分为眼跳 (saccades)和注视(ifxation),眼跳的目的是使感兴趣的视觉信息落 Journal ofTUSVo1.30No.3 2015圜 入中央窝,从而进行充分的加工。因为视觉信息引起感觉转换以 及眼肌运动路径的延迟,所以在眼跳执行之前存在一段大约 100 ms的不应期 。与眼跳行为相关的刺激分为外源性刺激与 内源性刺激。外源性刺激是被视物体本身所具有的颜色、大小、 位置、材质等特征,内源性刺激是与个体记忆、动机、情感等因 素。外源性刺激丰富繁杂,大量涌入个体眼中,但却不是所有信 息都进入个体大脑进行信息加工的,对外源性刺激的选择取决 于个体的认知、情感、记忆等内源性因素。也就是说,当个体对挥 棒动作的运动计划有所分析,明确知道应击向哪一个点时,就会 通过眼跳调整视觉注意的焦点至球体的位置,确定其是有意义 的信息,并进行信息加工。如果击中球体时是个体通过眼跳将球 体位置调整至中央窝进行充分的信息加工,则击球前0.1 S刚好 是眼跳前的视觉不应期。因此,在这个时间点上,我们所测察到 的视觉落点偏移值是最高的。而在击中球体时,视觉落点又有所 回落'冈0好说明这些个体对球体位置的信息进行了有效加工。 在低成功率组则看不到上述的眼动特异性。随着身体运动 的展开,这一组儿童的视觉落点离球体却越来越远,没有再回到 球体,说明他们不能有效控制视觉焦点,视觉集中力较差。 7o0 6舯 5 O0 癌 蓑4.00 《 挑 篓3 O0 2 oo l+o0 d}拌耐0 167 新球舸O l B 击中珲体时 图1 不同击球成功率的被试在不同时间点的视觉落点偏移值比较 3_2个体动作能力差异的解释 在本研究中,挥棒击球动作成功率达到100%的学生共有 11人,其中接受过棒球训练的学生有9人,从未接受过棒球训 练的学生有2人。在视觉偏移值方面,以击球前O.167 S为例,棒 球组的平均偏移值为1.89 cm,棒球组内高于此值的有8人,一 般组内低于此值的有3人。可见,虽然在平均数上,棒球组学生 的击球成功率高于一般组,视觉落点偏移值低于一般组,但就个 体而言,动作表现并不总是比没有接受过棒球训练的学生好。也 就是说,个体运动学习的效果是因人而异的。 根据NEWELL的三角限制理论,个体动作表现乃个体 (organism)、环境(environment)、与工作(task)Z者交互影响下的产 物,运动学习或发展会因为个体限制、环境限制与工作限制而有 不同的运动表现,也因此会产生不同的运动协调形式【l3】。其中个 体限制包含身高、体型、力量、本体感觉等结构性的限制,以及来 自心理的、认知的、情绪的功能性限制;而风向、温度、场地、教学 方法等则为环境限制;工作目标、规则、器材等为工作限制。就儿 童挥棒击球的单一动作而言,个体的成长与成熟因素、力量、本 体感觉等因素固然是动作表现的限制,而个体的视觉控制能力、 手眼协调能力以及个体对速度、力量、方向、风向、器材特点的感 团Journal ofTUSVo1.30No.3 2015 2015年第30卷第3期 知能力、动作计划能力等认知因素也将成为动作表现的限制。 而导致这些能力出现差异的原因,除了个体的成长与成熟的水 参考文献: 平不同外,还有个体先前所经历的运动练习经验不同,这些运动 [1]李春光.感受软式垒球在校园推广的魅力lJ1.当代体育科技,2013,3 练习的经验便由个体成长的环境与成长中所遇到的任务(task) (26):114—116. 来赋予。也就是说,个体生长在运动刺激丰富的环境中,经常对 【2】SCHMIDT R A.Motor learning and Performance:From PrinciPles to 不同的任务进行练习,必然会有更多的机会来对各种能力进行 Practice[M].ChamPaign,IL:Human Kinetics,1991.20. 历练和统合,从而使个体的运动学习能力获得发展。 [3]关伟驾驶员对交通标志的视觉信息认知过程试验研究[D】.北京:北 3.3从认知发展的视角看运动学习的意义 京工业大学,2014. 认知心理学认为,注意力是学习、记忆与表现的首道关卡, [4]NIEUWENHUIS S,BROERSE A,NIELEN,et a1.A goal activation 正常的注意力保持是从事所有认知活动的先决条件。眼睛的注 aPProach to the study of executive function:An aPPlication to anti saccade 视和眼跳活动,不仅与运动情景下的动作能力相关,也与阅读活 tasks[J].Brain and Cognition,2014,56:198-214. [5]RIZZOLATrI G,FOGASSI L,GALLESE V.Cortical mechanisms 动相关。隋雪【 。1在儿童观看图片的眼动模式的研究中发现,从学 subserving object grasPing and recognition:A new view on the cortical 优儿童到一般儿童、学困儿童,注视次数逐渐增加,眼跳距离逐 motor functions.In M.S.Gazzaniga(Ed.),The New Cognitive Neum— 渐减小,且差异显著;注视点持续时间逐渐增加。这是因为学困 sciences[M].Cambridge,MA:MIT Press,2000. 儿童有效的注视范围小,信息提取能力差,要用多次注视才能完 【6】GAZZANIGA M S,IVRY R B,MANGUN G R.Cognitive Neuroscience: 成图片观看任务,也就缩小了眼跳距离。 The Biology of the Mind.(2nd ca)【M】.NewYork:W.W.Norton& 适宜的运动可能是改变这一状况的有效且健康的方式。有 ComPany,2002. 学者认为,运动可以使大脑的发展最佳化【】al。也有大量研究证 [7]DAVID L Gallahue.儿童发展与身体教育[M].许义雄,译.台北:美商 实,生活形态较不活跃的儿童,在学术表现、智力表现、认知功 麦格罗希尔国际股份有限公司,2000. 能、大脑结构与功能上也会相对较差 。wu等 让不同有氧 『8郭筱琳,8J李春花,李春霞,等.儿童青少年空间能力发展及其对智力发 适能的9~10岁儿童执行旁侧抑制作业,结果发现,高有氧适能 展的作用[C].中国心理学会成立90周年纪念大会暨第十四届全国 儿童的正确率较高,反应变异性resPonse variability)较小。反应 心理学学术会议论文摘要集.西安:中国心理学会,2011:11. 变异性是个体执行任务时的反应时间标准分除以平均反应时 f9]董奇,陶沙.论动作在个体发展早期心理发展中的作用【J].北京师范 间。个体的反应变异性愈大,代表其注意力控制的能力愈差。相 大学学报:社会科学版,1997(4):48—55. 【1 o]隋雪.学习困难儿童观看图片的眼动研究[J].中国特殊教育,2006,74 反,反应变异性越小,代表其反应越稳定,受到无关刺激的干扰 (8):62—67. 越小。由此说明,有氧适能与认知控制的稳定性有关。 [11】王丽岩.运动信息模式结构特征及中枢加工机制【D].上海:上海体育 儿童期为神经系统、协调性发展最快的时期,到12岁时已 学院,2013. 接近成人发育状态。因此,在儿童期提供适宜的运动环境与运 [12]任延涛,韩玉昌.视觉搜索过程中的眼跳及其机制[J].心理科学进展, 动任务就显得尤为重要。 2006,14(3):340—345. 4结论 【13】刘有德.运动技能学习【M】.台北:禾枫书局有限公司,2008:7—25. [14】HILLMAN C H,ERICKSON K I,KRAMER A F.Be slrla ̄,exercise 儿童软式垒球的挥棒击球动作质量与其视觉落点偏移值呈 your heart:Exercise effects on brain and cognition[J】.Nature Reviews 显著负相关(P<0.01),即击球时视觉落点离球体越近,击球成功 Neuroscience,2008,9(1):58—65. 率越高;视觉落点离球体越远,击球成功率越低。接受过1—4 【l5]YU Z,HAN S,CAO X,et a1.Intelligence in relation to obesity:A 年棒球训练的试验组儿童,在挥棒击球时视觉落点偏移值显著 systematic review nad meta-naalysisⅡ】.Obesity Reviews,2010,1 1(9): 小于控制组(p(0.05),即其视觉落点更接近球体。分析击球成功 656-670. 率为100%的儿童的眼动数据发现,存在不同于其他儿童的眼 [16]Wu C T,PONTIFEX M B,RAINE L B,et a1.Aerobic fitness and resPonse variability in Preadolescent children Perforating a cognitive 动特异性,视觉控制能力显著优于其他儿童(P<O.01)。因为运动 controltask.[J].NeuroPsychology,2011,25(3):333-341. 环境是儿童愿意接受的,所以在儿童的运动学习中引导其加强 视觉控制力的练习,也必将促进儿童的课业学习能力。 

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