不同观察学习和身体练习比例对不同年龄者追踪任务技能学习效果的影响

王晓波,章建成,李向东

1 前言

观察学习是指学习者通过观看他人行为及其强化性结果而习得新反应模式,或使已具有的行为反应模式得到矫正和完善的过程,它不仅是学习社会行为、培养社会价值观念和社会态度的最有效方式[6],而且是运动技能学习的重要途径之一[13,14]。

观察学习在运动技能学习的各个阶段都发挥着重要作用：学习之初,观察学习有助于学习者在短时间内了解所学运动技能的基本特征,建立运动技能的认知表征(cognitive rep resentation）,激发学习者的学习兴趣,对于游泳、体操等具有危险性的运动技能而言,观察学习还有助于减少学习焦虑,提高学习积极性；学习期间,观察学习不仅可以丰富教学手段,节省体力消耗,增强学习者的学习动机,而且,通过与示范动作的对比,有助于学习者纠正和完善自己的动作模式,提高技能水平；学习后期,观察学习有助于学习者掌握技、战术的合理运用,就连高水平运动员也常常通过现场观摩和录像观摩的形式来了解对手的技、战术特征,寻求制胜之策。因此,不少研究者们从观察学习的角度探讨如何促进运动技能学习效率的提高。

MacKay指出,运动技能学习既包括认知层面的学习,又包括肌肉层面的学习[12],观察学习虽然可以获得运动技能的时机控制信息、操作策略信息[7,11],在认知层面进行运动技能学习,但只进行观察学习无法进行动作执行过程中的认知加工,无法直接使用本体感觉反馈信息对动作进行评价和控制[4],因而,运动技能观察学习效果往往不如身体练习有效[14]。

Shea等人探讨了观察学习和身体练习结合的学习效应,发现50％观察学习+50％身体练习的学习方案所获得的运动技能学习效果好于100％的身体练习。研究者分析认为,该学习方案能获得较好学习效果的可能原因是：首先,充足的观察学习机会能够让学习者提取示范者通过错误尝试获得的多种有效操作策略和技巧,再结合足够的身体练习机会,学习者便能够将通过观察提取的信息在操作过程中筛选、整合,获得更为有效且适合自己的操作模式；其次,观察学习和身体练习相结合的学习方式可以使学习者从不同的视角(第三者和自己）来学习动作,使得对运动技能的认知表征更为明晰、精确；第三,两种学习方式的交替使用与只进行身体练习相比学习方式的多样化更能激发学习者的学习动机,使其更为积极地参与到学习过程之中[21]。虽然 Shea等人的研究表明,50％观察学习+50％身体练习的学习方案能够更有效地促进运动技能学习,但其他的学习方案(例如25％观察学习+75％身体练习、75％观察学习+25％身体练习）与之相比所获得的运动技能学习效果如何呢?国内、外运动技能学习领域未见有研究对此问题进行过探讨。

众所周知,年龄是个体重要的生物特征之一,不同年龄个体往往在认知加工能力、运动能力方面呈现出不同的特点。根据年龄发展的一般规律,进入青春期后,个体在信息加工速度、工作记忆、思维能力、加工复杂信息能力、决策速度、投掷准确性、运动速度等各方面的能力都有显著提高[4,10,16]。Wishart等人探讨了年龄对运动技能学习的影响,结果显示,在时机任务的准确性和运动一致性方面存在年龄差异[22]；林仲贤等人研究发现,视觉-运动控制及运动距离预测能力存在年龄差异[2]。这些研究表明,年龄同样是影响运动技能学习的重要因素。Shea等人对大学生运动技能学习方案的学习效应进行了探讨[21],但与大学生相比,小学生、高中生使用50％观察学习+50％身体练习的学习方案是否也能获得较好的学习效果呢?小学生和高中生使用其他的学习方案是否能获得更好的学习效果呢?国内、外学者同样未对此进行研究。

有鉴于此,本研究使用计算机追踪任务,以小学生、高中生以及大学生为研究对象,探讨不同的观察学习和身体练习比例对不同年龄者追踪任务技能学习的影响,以期为体育教学与运动训练实践中不同年龄者获得更高的学习效率提供理论支持。本研究的理论假设是不同观察学习和身体练习的比例对不同年龄者追踪任务技能学习有不同的影响。

2 方法

2.1 受试

本研究随机抽取小学生(11.61±0.60岁）、高中生(16.89±0.57岁）、大学生(20.50±0.74岁）各36名(其中男、女生各18名）,然后将3组受试根据不同观察学习和身体练习比例再分别划分为3个小组(共计9组,每组男、女各6人）,所有受试均为没有参加过类似实验的志愿者。

2.2 实验设计

实验为年龄×学习方案的3×3双因素被试间实验设计。其中,年龄有3个水平：小学组、高中组、大学组；学习方案即观察学习和身体练习的比例,分为3个水平：75％观察学习+25％身体练习、50％观察学习+50％身体练习、25％观察学习+75％身体练习。因变量为受试在不同测试阶段的操作绩效(RMSE）。

2.3 实验任务

实验任务为计算机追踪任务,受试面向计算机显示器端坐,并调整键盘到舒适位置,屏幕上呈现高3 cm、宽0.1 cm的红色长竖线和高1.5 cm、宽0.1 cm的黄色短竖线,程序开始后,红色长竖线以5 cm/s的速度向左或向右匀速移动,并于第2.5 s、7.5 s、12.5 s反向改变原运行方向,而黄色短竖线以80 cm/s2的加速度随机向左或向右移动,要求操作者用双手食指分别敲击键盘上的J键和 F键,控制黄色短竖线使其尽可能与红色长竖线重叠(图1）。

图1 任务操作示意图

由于运动技能学习的最终目的不仅仅要使所学技能在相同练习条件下保持较好的绩效,更重要的是要将所学技能有效地迁移,在新异环境中保持较好的绩效,也就是说,运动技能学习不仅要学到运动技能的具体特征,更重要的是学到运动技能的一般特征(general characteristics）,即一般运动程序(generalized motor program）[19],所以,本研究通过改变黄色短竖线的移动加速度这一参数设计了相应的迁移测试任务,以此来反映对追踪任务技能一般运动程序学习的效果。在迁移测试任务中,黄色短竖线的移动加速度由80 cm/s2变为120 cm/s2,其他条件不变,同样要求受试用双手食指分别敲击键盘上的 F键、J键,控制黄色短竖线尽可能与红色长竖线重叠。

图2 操作结果示意图

2.4 示范录像的制作

在运动技能观察学习的研究中,通常采用两种呈现方式,一种是录像示范呈现方式,即预先将示范者的操作过程进行录像,随后让学习者观察示范录像进行学习；另一种是现场示范呈现方式,即一人作为示范者进行现场操作,学习者直接对其操作过程和结果进行观察学习。此外,示范者技能水平也有两种：一种是学习型示范,即由不熟练的初学者进行示范；另一种是熟练型示范,即由经过长时间练习的熟练操作者进行示范。

已有研究显示,对于初学者学习追踪任务技能而言,学习型示范效果优于熟练型示范[1],而笔者前期的一项研究显示,录像示范和现场示范对初学者学习追踪任务技能的影响没有显著性差异,因此,本实验采用学习型录像示范方式。

学习型示范录像的制作：随机抽取1名志愿者,告知其任务的操作要求,并进行两次适应性练习后,要求其进行15次操作,摄像机摄下整个操作过程,将操作过程作为学习型示范录像,录像示范只呈现计算机显示器、键盘和示范者手部动作(图1）。

2.5 实验步骤

实验前,要求受试者在参加实验期间除规定的练习外,不能进行类似的任务练习。实验准备阶段,向所有受试讲解实验任务的操作方法和基本要求,并进行两次适应性练习后,进行了5次一组的基础水平测试。

正式实验共进行4天,不同年龄组受试分别在3种不同条件下进行计算机追踪任务学习。第1～3天,75％观察学习+25％身体练习组受试进行1组示范录像(45次示范）的观察学习,再进行3组(共计15次）身体练习； 50％观察学习+50％身体练习组受试进行2组示范录像(共计30次示范）的观察学习,再进行2组身体练习(共计30次）；25％观察学习+75％身体练习组受试进行1组示范录像(共计15次）的观察学习,再进行3组身体练习(共计45次）。第3天学习结束后,进行5次一组即刻测试,并于第4天进行5次一组的24 h后保持测试,然后立即进行5次一组的迁移测试。

2.6 测试指标

本研究的测试指标为两竖线间距离的离散值 RMSE (其值越小说明操作绩效越好）,测试过程中,计算机以20次/s的频率自动采集数据,RMSE的计算公式如下(其中xi为某一时刻黄色短竖线的位置,Ti为同一时刻红色长竖线的位置）：

2.7 统计方法

本实验使用 SPSS 13.0中的双因素方差分析对实验数据进行统计分析,然后采用LSD法对各组数据的均值进行多重比较,显著性水平定为α=0.05。

3 结果

3.1 即刻测试

对小学组、高中组、大学组受试3天学习后即刻测试绩效进行双因素方差分析显示,年龄主效应非常显著,F(2,99）=245.178,P＜0.01；学习方案主效应显著,F(2, 99）=4.445,P＜0.05；年龄和学习方案交互作用显著,F(4,99）=3.355,P＜0.05。对相同年龄条件下3组学习方案的即刻测试绩效进行多重比较显示：在小学组中, 25％观察学习+75％身体练习组操作绩效RMSE的值显著小于75％观察学习+25％身体练习组,且显著小于50％观察学习+50％身体练习组,P＜0.05(图3）,这说明对于小学组受试而言,25％观察学习+75％身体练习组即刻测试绩效好于另外两组；在高中组中,50％观察学习+ 50％身体练习组操作绩效RMSE的值显著小于75％观察学习+25％身体练习组,且显著小于25％观察学习+ 75％身体练习组,P＜0.05(图3）,这说明对于高中组受试而言,50％观察学习+50％身体练习组即刻测试绩效好于另外两组；在大学组中,50％观察学习+50％身体练习组操作绩效RMSE的值显著小于75％观察学习+25％身体练习组,且显著小于25％观察学习+75％身体练习组,P＜0.05(图3）,这说明对于大学组受试而言,50％观察学习+50％身体练习组即刻测试绩效好于另外两组。对相同学习方案条件下不同年龄组即刻测试绩效进行比较显示,大学组和高中组操作绩效 RMSE的值无显著性差异,但均显著小于小学组,P＜0.01(图4）,这说明在相同比例条件下,大学组与高中组受试操作水平相同,但均显著好于小学组。

3.2 保持测试

对小学组、高中组、大学组受试24 h后保持测试绩效进行双因素方差分析显示：年龄主效应非常显著,F(2, 99）=185.019,P＜0.01；学习方案主效应非常显著,F(2, 99）=5.295,P＜0.01。年龄和学习方案交互作用显著,F(4,99）=3.196,P＜0.05。对相同年龄条件下3组学习方案的24 h后保持测试绩效进行多重比较显示：在小学组中,25％观察学习+75％身体练习组操作绩效RMSE的值显著小于75％观察学习+25％身体练习组,且显著小于50％观察学习+50％身体练习组,P＜0.05(图5）。这说明对于小学组受试而言,25％观察学习+75％身体练习组24 h后保持测试绩效好于另外两组；在高中组中, 50％观察学习+50％身体练习组操作绩效RMSE的值显著小于75％观察学习+25％身体练习组,P＜0.05,且显著小于25％观察学习+75％身体练习组,P＜0.05(图5）。这说明对于高中组受试而言,50％观察学习+50％身体练习组在24 h后保持测试中绩效好于另外两组；在大学组中,50％观察学习+50％身体练习组操作绩效RMSE的值显著小于75％观察学习+25％身体练习组,且显著小于25％观察学习+75％身体练习组,P＜0.05(图5）。这说明对于大学组受试而言,50％观察学习+50％身体练习组保持测试绩效好于另外两组。对相同学习方案条件下不同年龄组24 h后保持测试绩效进行比较显示,大学组和高中组操作绩效RMSE的值无显著性差异,但均显著小于小学组,P＜0.01(图6）,这说明相同学习方案条件下,大学组与高中组操作水平相同,均显著好于小学组。

3.3 迁移测试

图3 不同年龄组即刻测试绩效直方图注：＊P＜0.05,＊＊P＜0.01,下同。

图4 不同观察学习和身体练习比例的即刻测试绩效直方图

图5 不同年龄组24 h后保持测试绩效直方图

图6 不同观察学习和身体练习比例的24 h后保持测试绩效直方图

对小学组、高中组、大学组受试迁移测试绩效进行双因素方差分析显示：年龄主效应非常显著,F(2,99）= 142.355,P＜0.01；学习方案主效应非常显著,F(2,99）= 5.538,P＜0.01。年龄和学习方案交互作用显著,F(4, 99）=2.698,P＜0.05。对相同年龄条件下3组学习方案的迁移测试绩效进行多重比较显示：在小学组中,25％观察学习+75％身体练习组迁移测试绩效RMSE的值显著小于75％观察学习+25％身体练习组,且显著小于50％观察学习+50％身体练习组,P＜0.05(图7）。这说明对于小学组受试而言,25％观察学习+75％身体练习组迁移测试绩效好于另外两组；当高中组受试进行迁移测试时,50％观察学习+50％身体练习组操作绩效RMSE的值显著小于75％观察学习+25％身体练习组,且显著好于25％观察学习+75％身体练习组,P＜0.05(图7）。这说明对于高中组受试而言,50％观察学习+50％身体练习组在迁移测试中绩效好于另外两组；在大学组中,50％观察学习+50％身体练习组迁移测试绩效RMSE的值显著小于75％观察学习+25％身体练习组,且显著好于25％观察学习+75％身体练习组,P＜0.05(图7）。这说明对于大学组受试而言,50％观察学习+50％身体练习组迁移测试绩效好于另外两组。对相同学习方案条件下不同年龄组迁移测试绩效进行比较显示,大学组和高中组操作绩效RMSE的值无显著性差异,但均显著小于小学组,P＜0.01 (图8）。这说明相同学习方案条件下,大学组与高中组操作水平相同,均显著好于小学组。

图7 不同年龄组迁移测试绩效直方图

图8 不同观察学习和身体练习比例的迁移测试绩效直方图

4 讨论与分析

本研究的目的是探讨不同的观察学习和身体练习比例对不同年龄者追踪任务技能学习的影响。研究结果显示,在即刻测试、保持测试、迁移测试中,对于小学组受试而言,25％观察学习+75％身体练习组受试操作绩效好于另外两组,而对于高中组和大学组受试而言,50％观察学习+50％身体练习组受试操作绩效好于另外两组；此外,在使用相同学习方案时,高中组和大学组受试的操作绩效显著好于小学组。研究结果验证了本研究的预期假设,即不同观察学习和身体练习的比例对不同年龄者追踪任务技能学习有不同的影响。

在相同观察学习和身体练习比例条件下,因为基础水平测试显示不同年龄者操作本实验的计算机追踪任务基础水平相当,但在学习后进行的即刻测试、保持测试、迁移测试中,高中组和大学组受试操作绩效都显著好于小学组,这就表明年龄因素影响运动技能的学习。与小学组受试相比,高中组和大学组受试在力量、运动准确性、运动协调性、运动速度、视觉-动觉控制等运动能力方面的优势使得他们能够在相同的身体练习次数条件下获得更高的操作绩效[2,10,16,22]；而注意持久性、记忆、思维等认知加工能力方面的优势又使得高中组和大学组受试能够在相同次数的观察学习条件下获得更多的操作策略和技巧信息[1,4],形成更为丰富、准确的运动技能认知表征,正是运动能力和认知加工能力这两方面的优势使得高中组和大学组受试获得了较高水平的运动技能学习,绩效始终显著好于小学组。

本研究选取的高中组和大学组受试在即刻测试、24 h后保持测试以及迁移测试中绩效没有显著性差异,这说明高中组及大学组受试使用相同学习方案所获得的运动技能学习效果没有差异。有研究显示,高中生和大学生在信息加工速度方面不具有显著性差异[3],这可能是两组受试运动技能学习效果没有显著性差异的一个原因。虽然有研究显示,大学生的力量、运动准确性、运动协调性、运动速度、视觉-动觉控制好于高中生[2,10,16,22],但由于本研究所使用的操作任务为左、右手食指敲击计算机键盘上 F、J键进行的追踪任务,该任务为小肌肉群参与的任务,力量对该任务的操作绩效影响较小,而且敲击键固定,操作过程中不需要过多考虑运动准确性,这就使得大学生运动能力方面的优势无法在本研究中体现,这可能是两组受试运动技能学习效果没有差异的另一原因。

本研究对不同学习方案的学习效果进行了比较,研究结果显示,对于大学组和高中组受试而言,50％观察学习+50％身体练习的学习方案所获得的学习效果最好,这与Shea等人研究中大学生学习计算机追踪任务得出的50％观察学习+50％身体练习学习效果较好的结果一致。Newell等人指出,运动技能的观察学习可以获得运动技能操作的许多信息,这些信息需要结合一定的身体练习,在自己的操作过程中筛选出适合自己的操作策略及技巧,融入到自己的操作模式中[14]。由于本研究使用的计算机追踪任务既对任务操作策略和技巧的学习有较高要求,又对通过身体练习提高左、右手的敲击速度以及彼此的协调性,进而建立感受器、神经中枢、效应器之间的高效联结有较高要求[18]。学习者不但要有充足的观察学习机会以获得有效的操作策略和规则[8],而且要有充足的身体练习机会将观察获得的运动操作策略和技巧应用于操作中,在操作中校准动作系统[15]。MacKay也指出,运动技能的学习既包括认知层面的学习,又包括肌肉层面的学习[12],本研究50％观察学习+50％身体练习的学习方案能够满足两方面的学习需求,因而获得了较好的学习效果。如果使用操作策略、技巧学习需求较高,动作操作需求不高的任务,可能75％观察学习+25％身体练习的学习方案能够获得较好的学习效果,而对于操作策略和技巧学习需求不高,动作操作要求较高的任务而言,可能25％观察学习 + 75％身体练习这种学习方案能够获得更好的学习效果,这将是未来进一步研究的课题。

与大学组、高中组不同,25％观察学习+75％身体练习组小学生所获得的运动技能学习效果好于另外两组小学生。这可能是因为：一方面,Gallagher指出,运动技能观察学习的效果有赖于学习者注意、记忆、思维等认知能力的发展,儿童认知能力的发展有限,使得他们无法通过观察的形式获得较好的运动技能学习[9]。根据这一观点,本研究中3组小学生受试虽然使用不同学习方案进行观察学习的次数不同,但认知能力发展水平的限制使得不同学习方案条件下的小学生通过观察获得的运动技能学习都非常有限；另一方面,本研究中小学组受试尚处于认知发展阶段中的具体运算阶段[17],该阶段的认知特点是认知加工活动与身体经验密切相关,也就是说,该阶段的儿童通过实际操作的方式能够获得更为有效的学习。本研究中, 25％观察学习+75％身体练习组小学生在3天的学习中共进行了135次身体练习,实际操作次数方面的优势使得该组受试更有效地改善了操作过程中左、右手的敲击速度和协调模式,获得了更为明晰、精细的运动技能认知表征,因而,该组受试与另外两种学习方案相比进行了更多的运动技能学习,在保持测试和迁移测试中,操作绩效显著好于另外两组小学生受试。

5 结论

本实验采用先观察后练习的学习方式,使用学习型录像示范探讨了不同观察学习和身体练习比例对不同年龄初学者学习追踪任务技能的影响,结果显示：

1.高中生和大学生使用50％观察学习+50％身体练习的比例所获得的追踪任务技能学习效果好于25％观察学习+75％身体练习的比例和75％观察学习+25％身体练习的比例。

2.小学生使用25％观察学习+75％身体练习的比例所获得的追踪任务技能学习效果好于50％观察学习+ 50％身体练习的比例和75％观察学习+25％身体练习的比例。

3.在同一种观察学习和身体练习比例条件下,高中生和大学生追踪任务技能学习效果相同,但都好于小学生。

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