不同乒乓球技能水平的儿童在接发球时的视觉焦点研究

杨 绿，邱文信，李文宝，黄舜威

YANG Lu1，QIU Wen-xin2，LI Wen-bao1，HUANG Shun-wei2

不同乒乓球技能水平的儿童在接发球时的视觉焦点研究

杨 绿1，邱文信2，李文宝1，黄舜威2

YANG Lu1，QIU Wen-xin2，LI Wen-bao1，HUANG Shun-wei2

动作协调形态的获得与视觉通路的发展有密切关系，而视觉通路的信息加工起始于视觉信息的选择。使用德制头戴式iView X HED4眼动仪对不同运动水平的儿童乒乓球选手在接发球时的视觉焦点加以考察，得出结论认为：1）不同技能水平的儿童在接发球时的视觉焦点不同；2）优秀组的主要焦点为球拍，说明球拍的变化是影响选手进行运动预期和运动决策的重要信息；3）一般组和初学组的视觉焦点都集中在球、其它部位的AOI区域上，而较少落到对手球拍区域上，说明其对球的落点判断更依赖于已经发生的事实，而不能有效运用球拍的变化信息做到提前预测。

头戴式眼动仪；乒乓球；儿童；视觉焦点；运动学习； AOI区域

1 前言

动作能力是人类在进化过程中对生存环境的适应性表现，任何动作能力的发展都必然引发有机体的新协调形态的出现。这些新协调形态是有机体的运动机能、认知机能都达到“最适宜状态”的表现，也是运动训练所追求的目标；而对正处于成长中的儿童来说，这种新的协调形态更是个体自我发展的里程碑，是儿童运动学习的基本目的。正因为此，探讨是什么使得儿童更快地获得优秀的协调形态就尤为重要。目前运动学习领域比较流行的观点认为，协调形态的出现有赖于个体的成熟、环境与任务3个条件的达成［15］，这一理论被称为三角限制理论。其中个体的成熟既包括肌肉、骨骼、运动中枢与神经传导通路的成熟［17］，也包括信息加工能力的提升［2］。就运动中的视觉信息加工而言，影响运动协调形态出现的第1道关卡在于对繁杂世界的信息选择，即在真实情景中搜索到关键的视觉信息，是个体形成有效预期，并进而形成有效运动决策的前提［9］。研究表明，视觉搜索过程中存在着注意的空间分布的不均衡性［5］，说明不同空间位置在信息加工与决策过程中有着不同的重要性，即视觉凝视的焦点对注意选择与运动决策过程具有重要意义。对儿童群体而言，已经证明在软式垒球运动中，儿童的视觉焦点控制能力与其运动水平有显著相关［10］，但是普及较广泛的乒乓球运动，却鲜有视觉能力发展水平对其运动能力发展水平的影响研究。

乒乓球运动因球体小、速度快、旋转多，而对个体视觉信息加工能力要求较高，但在运动中，运动员身体需要快速位移并有较强烈的振动，因而限制了对运动员的视觉加工过程的研究。国内目前关于视觉焦点的研究通常使用台式眼动仪，采用时间阻断范式，观察不同运动水平的被试在观摩影片、图片、文字等材料时的眼动特征。如李安民（2011）对乒乓球运动在发球落点判断过程中的眼动特征研究［3］；肖坤鹏，孙建华（2012）对排球运动员接发球过程中的视觉搜索特征的研究［6］；解缤，于新彦（2014）对不同水平羽毛球运动员后场球落点判断过程中直觉性决策的眼动特征分析［7］。但台式眼动仪为静态眼动仪，囿于书桌前，头部固定，只能观看模拟运动情景的影片或图片，而不能亲历运动情景之中，被试所体验到的压力与真实运动情景下的压力是有差异的。也有人用架设摄影机的方法观察被试在运动情景中的视觉落点，但通过主试主观的对被试的“视觉落点”进行判断，精准性存在质疑。着力于真实运动情景下的视觉焦点研究，可以为与动作协调有关的视觉信息加工能力的研究提供有效证据。为此，本研究采用德国制造的头戴式iView X HED4眼动仪，被试可以自由活动身体，既满足亲历运动情景的要求，又可以精准地采集到眼动信息。头戴式眼动仪成为运动情景下的眼动研究的一个突破性手段。

本研究选取接发球为研究情景，是因为国内通常认为，乒乓球比赛中前3板的争夺具有重要意义［11］，而接发球是其中承上启下的环节，对球局进入相持阶段，还是进入快杀阶段有着重要的影响。因此，接发球时球员的视觉信息加工能力和运动决策能力具有重要的研究价值。本研究通过对不同运动水平的儿童在乒乓球接发球时视觉焦点进行研究，探索优秀儿童乒乓球选手在接发球时选择哪些视觉信息来判断发球落点、发球力量、是否旋转等；从而为儿童乒乓球教学时的视觉注意引导和运动协调能力发展监测提供参考。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

研究选取不同运动水平的儿童乒乓球选手23人为被试，其中优秀组8人，均为全国少年男子乒乓球赛的前4名选手；一般组7人，均为参加过省级少年赛的男子运动员；初学组8人，均为刚刚接受过半年左右的乒乓球训练的男童。具体信息如表1。

表1 被试基本情况Table1 Basic Information of Participants

2.2 研究方法

2.2.1 文献资料调研

分别以“儿童”、“运动学习”、“视觉焦点”、“视觉搜索”、“眼动”等为关键词，在CNKI、Springer等数据库检索文献近200份。在对这些文献的梳理中确定本研究的内容和方法。

2.2.2 实验法

实验任务：被试头戴眼动仪，选择自己习惯的接发球姿势，接实验助手发的8颗球。发球顺序为反手位短球、反手位长球、正手位短球、正手位长球，以及高抛球的侧身正手左侧上旋球、侧身正手左侧下旋球、反手右侧上旋球、反手右侧下旋球。发球前被试不知道发球目的，且每个被试都是单独进入实验场地，其他等待被试没有观察学习的机会。

实验仪器：采用德制头戴式iView X HED4眼动仪（refresh rate 200 Hz，如图1）、IBM笔记本电脑1台（内有眼动仪数据分析软件）、Nittaku 40mm白色乒乓球、摄影灯（用于补强灯光，使眼动仪的画面更清晰、自制定位板（用于辅助眼动仪进行眼动数据分析）。

眼动仪器校正：首先确认眼动仪配戴正确无误，视野摄影机的方向正确；然后撷取瞳孔与角膜反射资料（瞳孔资料呈圆型，角膜反射点清晰可见）；再使用自制校正板进行仪器的5点校正，每点的校正都必须保证瞳孔与角膜反射正确无误；最后被试按照主试指令，依序看目标，当目标与视野摄影机上的焦点相同，即完成校正。

图1 德制头戴式iView X HED4眼动仪示例图Figure 1. Typical example for iView X HED4

数据采集：使用Experiment Suite 360–Release V2.4 iView X软件，将被试的眼动资料录制成AVI格式影片，采集自发球者拋起球至被试球拍触球后，球离开球拍的瞬间为止的视觉落点。

实验设计：实验采用3×2混合二因子设计，其中分组变量为被试间因素，共有3个水平，即优秀组、一般组、初学组；发球方式为被试内因素，共有2个水平，即低抛发球和高抛发球。因变量为被试的视觉焦点落在每个AOI区域（即发球者球拍、球、头部、球台及其它部位，其中其它部位包含发球者身体其它部位以及身体与球台的空隙）内的时间占总采集时间的百分比。数据统计使用SPSS18.0。

3 研究结果

3.1 不同乒乓球技能水平的儿童接低拋发球时的视觉焦点分析

兴趣区（Area of Interest，AOI）是指研究者关注和感兴趣的被试对刺激信息的注视区域，是分析眼动结果的基本单位［1］。在本研究中即发球者球拍、球、头部、球台及其它部位。各组的接发球AOI时长百分比如表2所示。

表2 各组接低抛发球时AOI区域内凝视时长 （%）Table2 AOI gaze-time with low toss serve in different groups（%）

由表2可知，优秀组选手主要凝视的位置是球拍与球，且比例相当接近；而凝视球台与头部的时间相当少。一般组选手主要凝视的位置是球，其次为其它区域；对球台、头部的凝视多于优秀组，对球拍的凝视却明显低于优秀组。初学组与一般组较相似，主要凝视区域为球，次为其它区域，对球的凝视比一般组更低。经方差齐性检验，F值分别为16.960，6.417，9.110，5.401，9.559，P值均＜0.05，方差齐性。对各组在各AOI区域内的凝视时间的差异进行检验发现（表3），分组变量差异不显著；凝视区域变量差异显著；组别与凝视区域的交互作用差异显著。为探求差异来源，分析凝视区域上的单纯主效应，结果如表4。

表3 不同乒乓球技能水平的儿童接低抛发球时AOI区域内凝视时长的方差分析Table3 Variance of AOI gaze-time with low toss serve in different groups

表4 不同乒乓球技能水平儿童在接发球凝视区域上的单纯主效应摘要表Table4 Summary table of simple main effects for different groups’ AOI gaze-time with low toss serve

由表4可知，接低抛发球时在球台、头部的AOI区域中，各组之间的凝视时长没有显著差异；在球拍、球、其它部位的AOI区域中，各组之间的凝视时长有显著差异。经多重事后比较可知，在球拍的AOI区域上，优秀组与其它两组都有显著差异，一般组与初学组差异不显著；在球的AOI区域上，一般组、初学组高于优秀组，且一般组与优秀组差异显著；在其它部位的AOI区域上，优秀组低于一般组和初学组，且优秀组与初学组差异显著。

3.2 不同乒乓球技能水平的儿童接高抛发球时的视觉焦点分析

高抛发球是指发球者先将球抛至高度为2～3m的空中，待下落到适当高度时击球。高抛发球在挥拍时上臂外展的幅度较大，可充分借助转腰和蹬地的力量提高击球力量；且由于抛球高度大幅度提升，使球体下落时的速度骤增，因此具有球速快、旋转强、时间差明显、球路变化多等特点［8］。本研究设置高抛发球情景来进一步考察被试在接球前（做出运动决策前）的视觉焦点的特征（表5）。

表5 各组接高拋发球AOI区域凝视时长 （%）Table 5 AOI gaze-time with hight toss serve in different group

由表5可知，优秀组的主要凝视位置依然是球拍与球，凝视球台与头部的时间相当少，其它部分的凝视时长则比接低抛发球时略有增加。一般组和初学组主要凝视的位置还是球，次为其它部位，但与接低抛发球相比，一般组和初学组的视觉焦点变化量都高于优秀组。

经方差齐性检验，F值分别为15.732、5.693、8.756、 5.609、8.768，P值均＜0.05，方差齐性。对各组在接高抛发球时的区域内凝视时间的差异进行检验发现（表6），分组变量差异不显著；凝视区域变量差异显著；组别与凝视区域的交互作用差异显著。为探求差异来源，分析凝视区域上的单纯主效应，结果如表7。

表6 不同乒乓球技能水平儿童接高抛发球凝视区域的方差分析Table 6 Variance of AOI gaze-time with high toss serve in different groups

表7 不同乒乓球技能水平儿童接高抛发球凝视区域单纯主效应摘要表Table 7 Summary table of simple main effects for different groups’ AOI gaze-time with high toss serve

从表7可以看到，优秀组、一般组与初学组在接高拋发球时凝视球台、球、头部的百分比没有差异；只有在凝视球拍和其它部分两个AOI区域上有显著差异。经多重事后比较发现，在球拍AOI区域，优秀组与其他两组差异显著；在其它部位AOI区域上，初学组与其他两组差异显著。

4 讨论

4.1 儿童乒乓球选手在接发球时的视觉焦点差异

优秀组无论在接低抛发球，还是接高抛发球时，其视觉焦点的最主要停留区域都是球拍，而一般组和初学组与其存在显著差异，说明球拍的位置、朝向、速度等信息以及球的方向、速度、旋转与否等信息，是选手对发球落点进行判断时应该利用的主要视觉信息，其中，对球拍的关注要早于对球的关注，因此，信息加工的时间也早，选手做运动决策的时间就更充裕。

近年在无遮挡发球的规则下，发球假动作逐渐增加，发球方的身体形态所能提供的有效信息逐渐减少，球拍变化所提供的信息就更加重要。因此，教练通常会在教学中强调习练者注意观察对手的球拍。我们对于不同运动水平的儿童乒乓球选手在接发球时的视觉焦点的研究，也发现了其应然模式。但在训练与实战中，并不是所有的儿童都能做到如教练所愿的那样，仔细“观察到”对手球拍的变化，“观察到”球拍与球的接触点。本研究揭示了经过一定时间的训练，但训练效果不佳的一般组选手，以及较少经过训练的初学者等两个群体的视觉焦点特征，并在如何帮助这两个群体达成运动协调形态方面引发了进一步的讨论。

4.2 儿童乒乓球选手在接发球时的视觉焦点差异研究对乒乓球训练的启示

根据以往研究，注意选择被认为是运动决策的前提，而视觉焦点被认为是注意选择的外显表现［14］。注意选择不仅仅是像“聚光灯”（spotlight）［16］一样，由注意中心向周边呈强度上的逐渐递减，而是通过增强和抑制两种方式的协同工作来实现的，即当注意焦点集中在一个区域时，它的旁边同时存在着抑制的区域［13］。注意的增强和抑制效应是两个相互独立的过程，其在空间上的协同工作，可以将目标信息从干扰信息中凸显出来［12］。由此，可以解释，当优秀乒乓球选手将注意焦点集中在球拍上时，注意机制会抑制其它干扰信息，进而保证大脑以最优势的资源加工、分析球拍变化所带来的信息对球路的影响，因此，才能较稳定地做出有效的运动决策。而初学者和一般组的注意焦点更多地落在球、运动员身体等处，球拍更多地落入抑制区域，影响他们的有效运动决策。

因此，在实际训练中，可对“观察不到”球拍变化以及球、拍接触点的习练者进行分段练习－先不要求习练者举拍接球，而只是让他观察并回答球拍的位置、方向、球与拍的接触点等信息，并可尝试预测球所受到的力量以及球路变化，在认知层面上促进其注意选择机制的成熟。这样，可以避免儿童因急于接球而慌乱，将视觉焦点集中在抛球动作和球的运行轨迹上。根据Newell的三角限制理论，在适宜的环境下，当成熟的有机体遇到恰当的任务时，才有可能出现协调形态。所以，先训练儿童在认知能力上的成熟，再训练其在运动决策和运动技能上的成熟，会有助于更快地达成其在接发球动作上的协调形态的出现。

4.3 乒乓球接发球落点判断的眼动研究范式与时空阻断研究范式的比较

乒乓球接发球好坏，对比赛影响非常大，因此，接发球能力一直是教练员、学者的研究重点。李今亮博士（2005）率先使用时间阻断范式与空间阻断范式研究乒乓球接发球落点判断、旋转判断［4］。精致的实验设计得到了与使用眼动仪研究相似的研究结果，即在对旋转球的判断中，发球者球拍是被试要观察的首要信息。但其论文中亦指出，时空阻断范式“使用控制环境变量和动作变量的方法，因此不可避免地存在知－动关系问题，即在实际运动过程中认知过程同动作过程是不可分割的，单纯进行认知过程的研究，而忽略动作过程的研究缺乏生态学效度”；尤其是，为求实验能够精细考查被试的认知过程，而不得不“人为地将落点和旋转剥离开来”，使研究者为生态学效度而扼腕叹息。正是前辈学者对待科研的严谨态度，激发了研究方法上的不断改革与尝试。随着近10年科技的发展，眼动研究成为这一领域里的有力研究工具。在没有眼动仪的帮助下，时空阻断范式以被试的反应时和反应错误率为因变量，代表的是被试的判断能力。研究者借助操纵时间或空间信息，考察哪些时空信息会影响被试进行发球落点或发球旋转的判断，而在眼动仪的直观呈现下，可以直接看到被试在判断（接发球）的过程中利用了哪些视觉信息。

另外，李安民，李晓娜（2011）采用时间遮蔽范式考察乒乓球运动员在发球落点判断过程中的眼动特征的研究（以下简称前述研究），其结论认为，优秀组的重要AOI区域为头、球拍、手腕。本研究与之不尽相同，原因主要在于二者所采集的时间段不同，前述研究采集时间从发球准备阶段开始，到发球者球拍触球时为止［3］，本研究为自发球者拋起球至球与接发球者球拍接触后，球离开球拍的那一刻为止。

当然，本研究也存在一定的不足之处，在实验设计之初，没有充分考虑到时间因素在落点判断的研究意义。德制头戴式iView X HED4眼动仪不仅可以采集视觉焦点的空间信息，也可以采集时间信息。因此，后续研究将着力于时间因素与空间因素的并行考查，探讨优秀选手在哪些时间结点关注哪些空间信息，将更有利于我们精细地了解接发球技术的认知因素，促进运动知能研究的发展。

5 结论与建议

1.在不同乒乓球技能水平的儿童中，接发球时的视觉焦点特征不同，由此而导致他们在接发球时观察到不同的画面，影响了后续的视觉信息加工。

2.无论接低抛发球，还是接高抛发球，优秀球手的视觉焦点都是给予对手球拍以最多的关注，其次为球、其它部位，较少关注对手的头部和球台，说明球拍的变化是影响接球方运动决策的重要信息。

3.无论在接低抛发球，还是接高抛发球时，一般组和初学组的视觉焦点都集中在球、其它部位的AOI区域上，而较少落到对手球拍区域上，说明其对球的落点判断更依赖于已经发生的事实，而不能有效运用球拍的变化信息做到提前预测。一般组与初学组的视觉焦点特征提示，我们在教学与训练中应加强对其运动知能的训练。

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Study on the Deference of the Children Gaze-point between Deferent Level Table Tennis Players

The relationship of coordination patterns and development of visual pathway is very close. Study on the deference of the children gaze-point with different level by eye tracker （iView X HED4，200 Hz），The conclusion is that：1） children gaze-point on service is different between different level players. 2）The racket is the important AOI in excellent group ，therefor，racket changes is the effective information of influence on the players’ motor anticipation and motor design.3）The ball and others are important AOIs in general group and novice group. It prove that two groups speculate the point of the ball falling by relying on the fact already accomplished.

Head-mounted eye tracker ；table-tennis；children；gaze-point；motor learning；Area of Interest

1002-9826（2017）04-0053-05

10. 16470/j. csst. 201704007

G846

A

2016-04-07；

2017-05-12

杨绿，女，讲师，硕士，研究方向为运动心理学，运动行为学，Tel:（0431）84694032 E-mail: yanglv@126. com。

1.吉林体育学院，吉林 长春 130033；2.清华大学南大桥区 体育学系，台湾 新竹1.Jilin Sport University, Changchun 130033, China；2.Tsinghua University，Xinzhu，China.