籃球運(yùn)動員不同視野范圍的視覺搜索優(yōu)勢及眼動特征

付全 馮麗偉

摘 要：考察籃球運(yùn)動員在不同視野范圍內(nèi)和有無線索條件下的視覺搜索優(yōu)勢及眼動特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：與新手相比，專業(yè)組籃球運(yùn)動員在完成視覺搜索任務(wù)時(shí)，在正確率較高的基礎(chǔ)上，具有明顯的速度優(yōu)勢，這種優(yōu)勢并非無條件地表現(xiàn)在中央視野或外周視野，而只在有線索提示的情況下才表現(xiàn)出來；外周視野受線索影響顯著，有線索時(shí)被試搜索速度增加明顯；在有線索條件下，專業(yè)組籃球運(yùn)動員的注視點(diǎn)數(shù)目顯著少于新手，平均注視時(shí)間長于新手；專業(yè)組籃球運(yùn)動員在完成外周視野任務(wù)時(shí)平均眼跳幅度增加明顯，平均眼跳速度顯著快于新手。結(jié)果表明：專業(yè)組籃球運(yùn)動員的視覺搜索優(yōu)勢主要體現(xiàn)在對線索的利用能力上及在外周視野搜索過程上的眼動優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞： 籃球運(yùn)動員；視覺搜索；眼動

中圖分類號： G 804.8 文章編號：1009-783X（2014）04-0371-05 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract：In order to examine the differences between basketball players and novice in visual search and eye movements，four sorts of search tasks were designed and the subjects were asked to perform the search tasks of targets，which appeared at central visual field or peripheral visual field with or without cues.The results showed that basketball players were faster than the novices in the search task only with cues.The peripheral visual field was influenced significantly by cues and the participants performed fast in task with cues.In the task with cues，the basketball players numbers of fixation were significantly less than the novices，while the average fixation duration were longer than the novices.The average saccades size of basketball players were significantly longer than the novices and the average saccades velocity were faster than the novices in peripheral visual field.The results indicated that basketball players abilities of using advanced visual cues and eye movements were superior to the novices.

Keywords：basketball player；visual search；eye movements

在對抗性項(xiàng)目中，運(yùn)動員面臨諸多復(fù)雜的、開放的運(yùn)動情境，需要在短時(shí)間內(nèi)作出正確的決策和行動。與新手相比，優(yōu)秀運(yùn)動員在情境任務(wù)的決策能力上表現(xiàn)出明顯的速度和準(zhǔn)確性優(yōu)勢。這種專家優(yōu)勢的特征是什么，機(jī)制是什么，以及如何進(jìn)行訓(xùn)練是教練員和體育科研人員一直感興趣的重要問題。對專家優(yōu)勢的研究是理解運(yùn)動技能如何獲得的重要窗口[1]。通過區(qū)分專家和新手的關(guān)鍵特質(zhì)，有利于優(yōu)秀運(yùn)動員的選材，有利于教練員和運(yùn)動員確定何種訓(xùn)練能有效促進(jìn)專項(xiàng)知覺技能的提高[2]。20世紀(jì)70年代以來，大量研究者在“專家—新手”范式下對專家運(yùn)動員的決策優(yōu)勢進(jìn)行了探討。研究證實(shí)，視力對運(yùn)動員有重要作用，專家之所以能在短時(shí)間內(nèi)作出準(zhǔn)確的判斷和決策，是因?yàn)樗麄兙哂懈玫囊曈X物理系統(tǒng)，即硬件系統(tǒng)。評估這個(gè)系統(tǒng)的指標(biāo)包括視野范圍、視覺敏銳度、知覺深度、顏色辨別力等。由此引發(fā)的相關(guān)研究，形成了專家優(yōu)勢的“硬件”說；然而，也有研究證實(shí)，視覺能力及相應(yīng)的視覺訓(xùn)練對運(yùn)動成績的提高確有影響，但似乎和運(yùn)動技能水平?jīng)]有高度相關(guān)。由于研究結(jié)果的分歧，而且缺乏更多實(shí)證研究的支持，越來越多的研究方向轉(zhuǎn)向感知信息加工方面，形成了專家優(yōu)勢的“軟件”說。他們認(rèn)為由于多年的精細(xì)化、針對性訓(xùn)練，專家在頭腦中構(gòu)建了復(fù)雜的知識結(jié)構(gòu)，能夠?qū)?fù)雜運(yùn)動模式進(jìn)行更有效的編碼、再認(rèn)和編譯[3]；專家比新手能夠更有效地利用早期線索獲得對手動作變化的信息，能夠采用更高效的視覺搜索策略[4]。

在軟件與硬件差異的爭論中，視野范圍與不同視野范圍的信息加工能力成為新的可能的突破點(diǎn)。視野范圍通常分為中央視野和外周視野，被認(rèn)為是評估專家與新手感知技能“硬件”的有效指標(biāo)。外周視野既能感受外部事件的信息并進(jìn)行空間定位，又對自身進(jìn)行信息定位[3]。研究證實(shí)，在控制人的動作行為方面，這2條通路的作用是不同的。Yantis等[5]和Jonides等[6]認(rèn)為當(dāng)被試需注意對象在外周視野時(shí)，中央視野的注視被認(rèn)為是一個(gè)更自動化的過程，這時(shí)來自中央視野的信號更難影響來自外周視野的信號或是改變被試此時(shí)的注視焦點(diǎn)。當(dāng)運(yùn)動場景中同時(shí)出現(xiàn)重要的對象時(shí)，運(yùn)動員會在中央視野和外周視野執(zhí)行一個(gè)雙重功能。也有學(xué)者認(rèn)為，專家的技能優(yōu)勢并非來自中央視覺而是來自外周視野的信息加工能力[7]。在籃球運(yùn)動中，外周視野的作用顯得尤為重要，進(jìn)攻隊(duì)員間的傳切、掩護(hù)、策應(yīng)、突破分球等戰(zhàn)術(shù)配合不僅需要密切注意防守隊(duì)員的位置和移動，同時(shí)需要準(zhǔn)確把握同伴的相關(guān)信息；防守隊(duì)員間的協(xié)防、補(bǔ)防、搶斷等同樣需要廣闊的外周視野?；@球運(yùn)動員的廣闊視野范圍和高效的信息加工能力無疑是優(yōu)秀運(yùn)動員的重要條件；然而，高水平運(yùn)動員快速、準(zhǔn)確的判斷和決策是因?yàn)楦鼜V闊的外周視野呢，還是因?yàn)橥庵芤曇坝懈鼜?qiáng)的信息加工能力？有研究表明，優(yōu)秀運(yùn)動員具有優(yōu)越的視覺信息加工能力，具有恰當(dāng)?shù)囊曈X搜索策略和線索利用能力，以及簡潔、有效的眼動模式[8]；但這種優(yōu)勢究竟是表現(xiàn)在中央視野，還是外周視野尚不清楚，仍缺少實(shí)證研究?？疾爝\(yùn)動員不同視野范圍的信息加工能力研究的主要困難有2個(gè)方面：一是刺激呈現(xiàn)視野范圍的有效控制。當(dāng)人注視一個(gè)物體時(shí)，中央視野是一個(gè)非常狹小的范圍，確保刺激呈現(xiàn)在中央視野或外周視野，需要精確的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和條件控制。二是實(shí)驗(yàn)任務(wù)的確定。模擬運(yùn)動情境的實(shí)驗(yàn)任務(wù)難以在中央視野范圍內(nèi)完整呈現(xiàn)，需要設(shè)計(jì)簡化，但有與運(yùn)動情境任務(wù)的搜索機(jī)制相似的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

近年來，有研究者開始嘗試進(jìn)行專家-新手在不同視野范圍內(nèi)的信息加工特征和影響因素研究[9]，但研究報(bào)告中未見對實(shí)驗(yàn)任務(wù)視野范圍的明確界定和控制。對于籃球運(yùn)動員視野范圍上的優(yōu)勢表現(xiàn)在外周視野還是中央視野，是表現(xiàn)在一般的視覺搜索任務(wù)上，還是表現(xiàn)在有線索提示的搜索任務(wù)上還不清楚，需要更精細(xì)的任務(wù)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)控制才能回答這一問題。本研究擬通過設(shè)計(jì)不同條件下的視覺搜索任務(wù)，結(jié)合眼動追蹤的方法，從視野范圍和線索利用的角度對不同水平籃球運(yùn)動員的信息加工能力進(jìn)行深入考察。

1 方法

1.1 被試

研究選取某體育院校籃球代表隊(duì)的19名籃球運(yùn)動員（平均訓(xùn)練年限10.68年，平均年齡21.02歲，均為一級或相應(yīng)水平運(yùn)動員，本研究中定義為專業(yè)組）和19名體育院校非球類專項(xiàng)大學(xué)生，修完36學(xué)時(shí)的籃球普修課（平均年齡20.89歲，本研究中定義為新手組），所有被試的視力或矯正視力正常，均為右利手。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

籃球運(yùn)動員在比賽中需要對同伴、對手、球及相關(guān)的比賽信息進(jìn)行快速識別，并與頭腦中已有的同伴、對手或比賽經(jīng)驗(yàn)等信息進(jìn)行快速匹配，從而作出各種決策，高水平運(yùn)動員可能會形成某種模式或利用相關(guān)線索提高信息加工的速度。為能夠?qū)崿F(xiàn)視野范圍的有效控制及實(shí)驗(yàn)任務(wù)與運(yùn)動情境視覺搜索機(jī)制相似的任務(wù)，我們設(shè)計(jì)了圖形識別和匹配搜索任務(wù)。材料和任務(wù)具體如下。

刺激材料為8個(gè)圖形構(gòu)成的圖片，圖形具有不同的形狀，在圖片的不同位置上隨機(jī)分布。圖片分為大、小2種，如圖1所示：大圖片為13°視角（視角為被試距離刺激呈現(xiàn)屏幕60 cm處，圖片邊緣與眼睛的夾角），共64張；小圖片為1°視角，共64張。所有圖片均通過Photoshop制作完成，制作和實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)圖片的計(jì)算機(jī)分辨率均為1024×768。

實(shí)驗(yàn)采用德國SMI公司生產(chǎn)的iView X RED 250 眼動儀，采樣率250赫茲，呈現(xiàn)刺激的顯示屏大小為22英寸。實(shí)驗(yàn)程序用E-prime編制完成。

1.3 實(shí)驗(yàn)任務(wù)與程序

實(shí)驗(yàn)任務(wù)：在屏幕的中央隨機(jī)出現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)圖形（8種圖形中的1個(gè)），200 ms后出現(xiàn)靶子圖片（大或?。?，要求被試在靶子圖片中迅速找出剛剛出現(xiàn)的目標(biāo)圖形，并準(zhǔn)確地按下對應(yīng)的數(shù)字鍵盤，如圖1所示。例如，目標(biāo)圖形是“□”，在靶子圖片中出現(xiàn)在左上方，被試就按數(shù)字鍵盤“7”。實(shí)驗(yàn)任務(wù)分為2種：一種是無線索提示的任務(wù)，即目標(biāo)圖形出現(xiàn)后靶子圖片直接出現(xiàn)；另一種是有線索提示的任務(wù)，即目標(biāo)圖形出現(xiàn)后，會在靶子圖片相應(yīng)位置出現(xiàn)一個(gè)200 ms的“*”提示，表示該圖形將在提示位置出現(xiàn)，然后再呈現(xiàn)靶子圖片。

實(shí)驗(yàn)程序：被試坐在眼睛距離屏幕60 cm處。在明確指導(dǎo)語并完成練習(xí)（20次）后，進(jìn)行眼動實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，注視點(diǎn)“+”在屏幕中央呈現(xiàn)500 ms，目標(biāo)圖形呈現(xiàn)200 ms，之后為200 ms的線索或白屏，然后出現(xiàn)靶子圖片。被試在靶子圖片中搜索到之前出現(xiàn)的目標(biāo)圖形后，即快速按下數(shù)字鍵盤區(qū)的相應(yīng)數(shù)字鍵。按鍵后圖片消失，灰屏1 500 ms后開始下一試次，如圖2所示。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)為2×2×2的混合設(shè)計(jì)。組間變量為組別（專業(yè)組、新手組）；組內(nèi)變量為視野范圍（1°視角的中央視野，13°視角的外周視野區(qū)）和線索（有線索，無線索）。因變量為被試按鍵反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)和正確率。研究考察的眼動指標(biāo)包括注視點(diǎn)、平均注視時(shí)間、平均眼跳幅度和平均眼跳速度。

2 結(jié)果

2.1 專業(yè)組較新手組在行為數(shù)據(jù)上的優(yōu)勢

專業(yè)組和新手組在中央視野、外周視野和有無線索的條件下，完成搜索任務(wù)的反應(yīng)時(shí)如圖3所示，正確率見表1?？梢钥闯觯谒袟l件下專業(yè)組的反應(yīng)時(shí)均短于新手組，反應(yīng)正確率均高于或等于新手組。這表明實(shí)驗(yàn)任務(wù)在行為結(jié)果上可以有效區(qū)分不同籃球水平的運(yùn)動員。

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行重復(fù)測量的方差分析，結(jié)果顯示：組別主效應(yīng)顯著，F(xiàn)（1，36）=5.416，P=0.026；視野范圍主效應(yīng)顯著，F(xiàn)（1，36）=44.71，P=0.000；視野范圍和組別的交互作用不顯著，F(xiàn)（1，36）=0.757，P=0.390；線索主效應(yīng)顯著，F(xiàn)（1，36）=260.63，P=0.000；線索和組別的交互作用顯著，F(xiàn)（1，36）=3.928，P=0.042。簡單效應(yīng)分析表明：在有線索條件下專業(yè)組的搜索速度顯著快于新手組；視野范圍和線索的交互作顯著，F(xiàn)（1，36）=86.142，P= 0.000。外周視野受線索影響顯著，有線索時(shí)被試搜索速度增加明顯；視野范圍、線索和組別的交互作用不顯著，F(xiàn)（1，36）=0.784，P=0.382。

結(jié)果表明：在搜索任務(wù)有線索時(shí)，專業(yè)組和新手組均能利用線索有效縮短反應(yīng)時(shí)間，但專業(yè)組利用線索的能力更強(qiáng)，無論刺激呈現(xiàn)在中央視野還是外周視野，反應(yīng)時(shí)間均顯著短于新手組。

2.2 專業(yè)組和新手組的眼動差異

為進(jìn)一步分析眼動過程對視覺搜索的影響，分別對被試完成搜索任務(wù)過程中的注視點(diǎn)數(shù)目、平均注視時(shí)間、平均眼跳幅度和平均眼跳速度等指標(biāo)進(jìn)行考察，結(jié)果見表2～表5。

3 討論

3.1 專業(yè)組籃球運(yùn)動員的視覺搜索優(yōu)勢

研究結(jié)果表明：與新手相比，專業(yè)組籃球運(yùn)動員在完成視覺搜索任務(wù)時(shí)，在正確率較高的基礎(chǔ)上，具有明顯的速度優(yōu)勢。這種優(yōu)勢并非無條件地表現(xiàn)在中央視野或外周視野，而只在有線索提示的情況下才表現(xiàn)出來，且無論在中央視野還是在外周視野，專業(yè)組運(yùn)動員的表現(xiàn)均優(yōu)于新手組。方差分析的結(jié)果表明：在本實(shí)驗(yàn)的圖形識別和匹配搜索任務(wù)中，專業(yè)組籃球運(yùn)動員較新手組在行為數(shù)據(jù)上表現(xiàn)出了可靠的優(yōu)勢。專家的優(yōu)勢為什么會表現(xiàn)為對線索的依賴呢？本研究中線索在靶子前200 ms出現(xiàn)，加快了籃球運(yùn)動員和新手搜索目標(biāo)圖形的速度，但線索對籃球運(yùn)動員的影響更顯著，即在有線索時(shí)籃球運(yùn)動員能更好地利用線索提高反應(yīng)速度。由此，我們推論專業(yè)組籃球運(yùn)動員對線索的利用能力高于新手。這可能是由于專業(yè)組籃球運(yùn)動員長時(shí)間的專業(yè)訓(xùn)練使他們對線索信息更敏感，并能夠快速建立一種利用線索捕獲目標(biāo)的反應(yīng)模式，從而大大提高反應(yīng)速度和正確率。

視野范圍影響運(yùn)動員的視覺搜索速度，但對專業(yè)組和新手組的影響趨勢是一致的，即在中央視野的搜索速度較快，在外周視野的搜索速度較慢。線索和視野范圍的交互作用分析表明，被試對外周視野呈現(xiàn)的搜索任務(wù)可以通過線索的利用而顯著提高完成速度。說明線索對外周視野的影響更明顯。本研究中，中央視野的任務(wù)圖片呈現(xiàn)在1°視角范圍內(nèi)，被試?yán)弥醒胍晠^(qū)完成搜索任務(wù)無需大范圍的注意轉(zhuǎn)移，因此，速度較快；外周視野的任務(wù)圖片呈現(xiàn)13°視角范圍內(nèi)，緊靠中央視區(qū)無法一次獲得更多圖片信息，在更大范圍內(nèi)搜索目標(biāo)圖片需要更多的主動性的注意轉(zhuǎn)移，并可能需要某種注意策略的參與，因此，需要更長的時(shí)間。

可見，線索對專業(yè)組和新手組的視覺搜索過程產(chǎn)生了顯著影響。由此看來，專業(yè)運(yùn)動員并不必然在某個(gè)視野范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)勢，而是通過某種條件表現(xiàn)出差異，即專家對線索的利用能力更強(qiáng)。以往研究和經(jīng)驗(yàn)表明區(qū)別不同水平運(yùn)動員的重要標(biāo)志是能否提早利用對手的動作過程和身體姿態(tài)等信息預(yù)測后續(xù)動作。專家利用線索的優(yōu)勢效應(yīng)已經(jīng)在很多運(yùn)動項(xiàng)目中得到證實(shí)[10-12]。Tyldesley等通過記錄眼動信息，證明專家的行為更趨建設(shè)性和一致性，并有更好的預(yù)判能力[13]。而在網(wǎng)球、羽毛球、足球運(yùn)動中，這種優(yōu)勢尤其體現(xiàn)在關(guān)鍵動作出現(xiàn)之前[3]?；@球是同場對抗類的集體項(xiàng)目，運(yùn)動員需要在復(fù)雜的運(yùn)動情境中作出快速、合理的動作；因此，對早期線索的利用也是區(qū)分不同水平籃球運(yùn)動員的關(guān)鍵指標(biāo)?；@球運(yùn)動員對運(yùn)動情景中早期線索的利用能力與其運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)有著直接聯(lián)系；但在本研究中，任務(wù)呈現(xiàn)和線索的形式均為抽象化的，沒有運(yùn)動情境，運(yùn)動員不能依靠以往的訓(xùn)練和比賽經(jīng)驗(yàn)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。抽象的任務(wù)和線索使實(shí)驗(yàn)控制更為精細(xì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠差異表明專業(yè)組籃球運(yùn)動員對線索信息的利用具有概括化的能力，這種跨情境的線索利用能力很可能是專家運(yùn)動員的穩(wěn)定特質(zhì)。這種品質(zhì)有利于運(yùn)動員在面臨不同比賽情境、不同對手時(shí)作出快速、合理的行動。

3.2 專業(yè)組籃球運(yùn)動員的眼動特征

專家運(yùn)動員為何能較好利用早期線索呢？有學(xué)者認(rèn)為，專家可以利用高度具體化的動作信息，并將注意集中于特定的線索[14]。近年來，精細(xì)的眼動追蹤設(shè)備已廣泛應(yīng)用于檢測專家和新手視覺搜索行為的不同。這類研究主要對靜態(tài)的片段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究，這使得我們能夠?qū)W(wǎng)球或籃球這類運(yùn)動項(xiàng)目進(jìn)行有效分析[15]。已有研究表明，專家比新手有更優(yōu)越的視覺搜索策略，有更長的注視時(shí)間，關(guān)注豐富且最重要的信息；但是，也有一些研究結(jié)果與之相矛盾，他們認(rèn)為當(dāng)專家和新手的搜索策略沒有那么明顯的時(shí)候，感知技能水平不同也可引起知覺預(yù)測的不同[3]。在研究搜索策略的過程中，研究者發(fā)現(xiàn)專家利用外周視覺可以專注于提取更有質(zhì)量的信息并進(jìn)行有效加工。本研究眼動實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方差分析表明：在注視點(diǎn)數(shù)目上，組別效應(yīng)及組別和線索的交互作用顯著，表明專業(yè)組籃球運(yùn)動員在有線索條件下表現(xiàn)出了顯著的注視點(diǎn)少的特征；平均注視時(shí)間長于新手，且在有線索條件下具有高度顯著性。這與王小春等的研究結(jié)果一致[16]。在外周視野的搜索任務(wù)中，專業(yè)組籃球運(yùn)動員和新手在無線索條件下，注視點(diǎn)數(shù)目顯著增加，而在有線索條件下，平均注視時(shí)間顯著高于新手，這可能是專業(yè)組籃球運(yùn)動員視覺搜索策略在眼動上的一個(gè)重要特征。這種特征在有線索和外周視野上表現(xiàn)明顯。這表明越是高水平的運(yùn)動員越重視對線索的利用，且能夠通過高效的眼動模式快速獲取正確的信息。Eriksen[17]提出了注意資源的空間分布是從焦點(diǎn)到外周連續(xù)遞減，即“透鏡”模型。通過對目標(biāo)圖形呈現(xiàn)位置的控制，發(fā)現(xiàn)視野位置對專業(yè)籃球運(yùn)動員和新手的目標(biāo)搜索都有顯著影響，搜索呈現(xiàn)在外周視野上的目標(biāo)的時(shí)間明顯較長。反映了反應(yīng)時(shí)與注意焦點(diǎn)距離的關(guān)系，證實(shí)了“透鏡”模型的有效性。專業(yè)組的優(yōu)勢在于能有效地控制注意分配，這種注視點(diǎn)較少，平均注視時(shí)間較長的特征為視覺搜索任務(wù)的完成提供了保障，在一定程度上形成了完成搜索任務(wù)的注意特征和注視策略。專業(yè)組籃球運(yùn)動員的這種特征和策略具有一定的穩(wěn)定性，有利于目標(biāo)信息的提取。在眼跳幅度和眼跳速度上，專業(yè)組在完成外周視野任務(wù)時(shí)平均眼跳幅度增加明顯，平均眼跳速度顯著快于新手。充分表明了專業(yè)組籃球運(yùn)動員在更大范圍內(nèi)搜索目標(biāo)時(shí)的眼動特征。這符合籃球運(yùn)動的基本特征，也是籃球運(yùn)動員長期訓(xùn)練的結(jié)果。

可見，專業(yè)組籃球運(yùn)動員的視覺搜索過程更具經(jīng)濟(jì)性，搜索速度更快、幅度更大、效率更高，并且相較新手而言，專業(yè)組在外周視野和有線索的條件下表現(xiàn)出的優(yōu)勢更明顯。以上眼動特征為解釋專業(yè)組籃球運(yùn)動員在視覺搜索任務(wù)上的優(yōu)勢提供了有效支撐，有助于我們更好地理解專家在具體比賽情境中的優(yōu)秀表現(xiàn)。

4 結(jié)論

在中央視野和外周視野范圍內(nèi)，專業(yè)組籃球運(yùn)動員的優(yōu)勢均體現(xiàn)在對線索的利用上；專業(yè)組對線索的利用能力表現(xiàn)出了概括化特征。

在外周視野內(nèi)，專業(yè)組籃球運(yùn)動員利用線索完成搜索任務(wù)時(shí)表現(xiàn)出了注視點(diǎn)少、平均注視時(shí)間長、眼跳幅度大和眼跳速度快的特點(diǎn)。

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