VR 技术在青少年男子足球运动员战术训练中的应用研究

孔凡明，米 靖，马 杰

加快青少年校园足球发展是夯实足球人才根基，提高足球发展水平和成就中国足球梦想的基础工程[1]。这一工程涉及足球青训的选材、训练、竞赛以及管理等。受场地匮乏、经费欠缺等因素的限制，战术训练一直是我国足球青训发展的薄弱环节。此外，传统战术训练既需要较大的场地，又需要多名运动员共同参与，同时对运动员的技术水平要求较高，这都导致在训练实践中青少年战术训练举步维艰，迫切需要一种新型的战术训练方式。

近些年虚拟现实技术的快速发展为这一思路提供了靶点，所谓虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)，一般指综合利用计算机图形学、计算机仿真技术、多媒体、人工智能、计算机网络、并行处理和多传感器等方面的技术。该技术通过模拟人的视觉、听觉和触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟环境中，并能够通过语言、手势等自然方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间[2]。基于此，本研究以VR 足球战术训练为切入点[3]，采用VR Focus 一体机并搭配适用于青少年群体的巴塞罗那Ekkono 战术部分训练场景，让不同年龄段的青少年运动员在虚拟环境中进行模拟训练，通过对比不同年龄段青少年在VR 训练后的战术表现，揭示VR 训练对青少年足球运动员战术训练的效果，探讨不同年龄段青少年训练效果的差异及其机制，进一步丰富足球战术教学与训练手段，以期为我国青少年足球战术训练与教学提供参考与借鉴。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取北京市两所中小学足球特色校48 名青少年男子足球运动员为实验对象。相关研究指出[4]，由于视觉、手眼协调能力和平衡能力尚未发育成熟，年龄较小的儿童不适用VR。故本研究小学组受试者选取小学四、五年级(10～12 岁)。初中组选择初二、初三年级，高中组选择高一、高二年级作为受试对象。为达到一定的统计学意义，α 为0.05，Power(1 -β)为0.8，每组至少需要8 个样本[5]。因此，本研究从每支球队中随机抽出实验组和对照组各8 名运动员，入选标准:(1)自愿参与本次实验；(2)所有受试者《瑞文推理测验[6]》的结果均为中等水平以上，以排除智力因素对实验效果的影响；(3)同一年龄组的受试者来自同一支足球队，以排除训练因素的影响。实验前告知所有受试者研究目的和注意事项，并签署知情同意书。受试者的基本情况见表1。

表1 受试者的基本情况()Table 1 Basic information of the subjects

表1 受试者的基本情况()Table 1 Basic information of the subjects

1.2 研究方法

1.2.1 战术知识系统测试

本文运用杨红军[7]编制的战术知识测试系统(已通过信度和效度检验)进行相关测试，测试题目难易程度适中，测试模拟场景具有较强的直观性和生动性，测试过程具备科学性和稳定性。该系统适用于10～20 岁年龄段的青少年，其测试结果基本反映了受试者战术知识的掌握程度。本研究选取该套测试系统分别在VR 干预前后各测试一次。在正式测试前给受试者反复、多次讲解测试方法和要求，并将例题给受试对象播放3～5 遍，以确保受试者正确理解测试方法与要求。

1.2.2 Ekkono 战术测试

为了更为直观地验证受试者在VR 训练前后战术能力的变化情况，本研究在VR 干预前后还选用Ekkono 战术进行战术测试(以下简称Ekkono 测试)并全程录像，聘请5 位专家通过观看视频录像并根据相关评分标准以专家评分的形式进行评分，包括1 名足球训练领域的教授、3 名足球校队教练和1 名Soccer Dream 公司的技术研发人员。Ekkono 战术评分标准的内容包括“是否在自己的区域内跑动”“是否追着球跑”以及“是否保持菱形站位”3 个环节，每1 环节的分值均为10 分，总分共计30 分。该评分标准的每1 环节的分值均设置为0 分、5 分和10分3 个分值。另外，为进一步增强评分数据的客观性，在专家评分前，笔者利用PS 软件对相关视频录像进行了视频剪辑与筛选，保证每一指标的有效视频样本(视频拍摄角度恰当且时长＞8 s)在5 个以上，并取其平均值作为最终成绩。

1.2.3 心理量表测试

干预前，为排除智力因素对VR 战术训练效果的影响，采用《瑞文推理测验》[6]对48 名受试者进行智力筛查。该量表共发放48 份，回收量表48 份，有效量表48 份，有效回收率100%。

干预后，为比较分析不同组别受试者进行VR训练时的沉浸倾向以及进行VR 训练后的兴趣高低，让其分别填答中文版《沉浸倾向问卷》(简称ITQ)[8]和《体育情境兴趣量表》(简称PESIS)[9]。本文采用的是田雨[10]改编的中文版《沉浸倾向问卷》，改编后的问卷适合于测量网络学习、虚拟游戏等虚拟环境中的沉浸倾向。此量表共发放24 份，回收量表24 份，有效量表24 份，有效回收率100%。本研究选用张力为[9]等人修订的中文版《体育情境兴趣量表》，修订后的PESIS 量表包括新颖性、挑战性、注意力、探索性、愉悦感以及总体兴趣6 个维度，各维度和总表的内部一致性克隆巴赫α 系数均达到了0.80 以上[9]，此量表共发放24 份，回收量表24 份，有效量表24 份，有效回收率100%。

1.2.4 实验方案

对照组:按照各队教练员制定的训练计划进行传统的体能训练和技战术训练。

实验组:实验组在进行传统训练之余，运用两台HTC VIVE 公司提供的VR Focus 一体机(型号为VIVE S110)进行10 次VR 训练。本研究选用该设备主要基于以下三方面考虑:第一，该设备采用Inside-Out 追踪、World -Scale 大空间定位以及超高清3K AMOLED 屏幕等技术，可生成高度真实的虚拟环境；第二，该设备体积较小且携带方便，使用时无需连接手机或电脑，可以随时随地进行体验，且能够实现受试者在操作过程中身体的六自由度旋转移动；第三，基于该设备采用人体工学设计且内建防泼水衬垫，使用时佩戴舒适。软件由西班牙Soccer Dream 公司依据Ekkono 战术进行设计。相关研究已经证明[3]，该软件适用于我国小学四至六年级的足球运动员，并有效地提高了其战术能力。该软件共包含两种训练模式。其中，第一种训练模式为四攻三阵型(1—3 VS 3)，第二种模式为五攻四阵型(1—2—2 VS 2—2)。

VR 战术训练的具体过程包括如下两步:第一步，让受试者熟悉VR 操作。在正式训练之间，受试者会在软件提示语的指引下，熟悉虚拟场景内的球场概况(如场地大小和球门的位置等)，并基本掌握跑动、传球以及进球射门等动作。软件运行过程中，当运动员(即受试者)无球时，屏幕中始终会有一个红色小点代表运动员的视野朝向(以下简称红色小点)；当运动员持球时，屏幕中的红色小点则会变成“小足球”标志。运动员跑动时需要受试者将红色小点看向地面，同时按下扳机键即可完成跑动动作；传球时需要受试者将“小足球”瞄向队友的身体(最佳位置为队友的胸口处)，同时按下扳机键即可完成传球动作；射门时需要受试者带球至球门附近区域，当受试者满足射门条件时，球门附近会显示出一个白色方框，此时受试者将“小足球”瞄准球门位置即可完成射门动作。第二步，受试者正式进行VR 战术训练。当受试者基本熟悉了上述操作以后，便开始进行正式的VR 战术训练。

1.2.5 实验步骤

相关研究指出[11]10～12 岁的青少年注意稳定性大约维持25 min 左右，13～15 岁的青少年可保持30 min，16 岁以上的青年人可保持35 min 左右。此外，青少年尤其是小学生的注意稳定性[12]和运动兴趣稳定性[13]相对较差，对新兴事物难以长时间保持较高的兴趣，容易因新异刺激而转移[14]，且容易产生厌烦甚至是排斥心理。因此，为了让不同年龄组实验对象均在注意力高度集中的状态下进行实验，具体实施步骤为:受试者每周进行3 次VR 训练，一般隔日进行，每次持续10 min，共计10 次。其中，前2 次测试是让受试者熟悉并学会如何操控VR 设备，第3～5 次进行第一种模式训练，第6～8 次进行第二种模式训练，剩余两次采用两种训练模式交叉进行训练。

1.3 统计方法

统计分析软件选用SPSS 24.0。描述性统计以均值± 标准差()或百分比(%)的形式表示。变化率(%)=(后测得分—前测得分)/前测得分×100%。均数经S—W 检验后不符合正态分布，故干预前后的均值变化用非参数检验中两相关样本Wilcoxon 秩和检验进行检验。组间差异用多个独立样本Kruskal—Wallis 秩和检验比较，并使用两独立样本Mann—Whitney U 秩和检验比较两两差异。显著性水平设为P＜0.05。

2 实验结果

2.1 不同年龄组青少年Ekkono 测试和战术知识得分比较

表2 显示，干预前，各年龄组的Ekkono 测试得分和战术知识得分存在显著性差异(P＜0.05)。小学组Ekkono 测试和战术知识得分明显低于初中组和高中组，有显著性差异(均P＜0.05)，而初中和高中之间不存在显著性差异。

表2 干预前不同组别Ekkono 测试和战术知识得分情况()Table 2 Ekkono test and tactical knowledge scores of different groups before intervention

表2 干预前不同组别Ekkono 测试和战术知识得分情况()Table 2 Ekkono test and tactical knowledge scores of different groups before intervention

注:“*”表示P ＜0.05，“—”表示P ＞0.05，下同。

2.2 干预前后各组Ekkono 测试和战术知识得分比较

比较各年龄的实验组和对照组干预前后Ekkono 测试和战术知识得分，仅小学实验组干预后的Ekkono 测试和战术知识得分明显增加(P＜0.05)，其他组别均不存在显著性差异(表3)。

分别比较高中、初中和小学组的战术知识得分和Ekkono 测试得分的变化率，小学实验组和对照组组间有显著性差异(P＜0.05)，而初中组和高中组的组间无显著性差异(表3)。

表3 Ekkono 测试和战术知识得分情况()Table 3 List of Ekkono test and tactical knowledge scores

表3 Ekkono 测试和战术知识得分情况()Table 3 List of Ekkono test and tactical knowledge scores

注:“*”表示P ＜0.05。

2.3 实验组沉浸倾向和体育情境兴趣得分

由表4 可知，沉浸倾向得分，三组间存在差异(P＜0.05)。小学组明显高于初中组和高中组(均P＜0.05)，而初中和高中之间不存在显著性差异。三组间的PESIS 总得分存在差异(P＜0.05)。小学组明显高于初中组和高中组(均P＜0.05)，而初中和高中之间不存在显著性差异。从量表的各维度得分可以看出，三个年龄组的新颖性维度、注意力维度和挑战性维度得分均无显著性差异；而探索性维度、愉悦感维度和PESIS 总得分存在差异(P＜0.05)。两两比较后发现，小学组的探索性和愉悦感均明显高于初中组和高中组(均P＜0.05)，而初中和高中之间不存在显著性差异。

表4 实验组不同组别沉浸倾向得分和PESIS 得分情况()Table 4 List of immersion propensity scores and PESIS scores of different experimental groups

表4 实验组不同组别沉浸倾向得分和PESIS 得分情况()Table 4 List of immersion propensity scores and PESIS scores of different experimental groups

3 分析与讨论

本研究表明，不同年龄组的战术测试系统得分和Ekkono 测试评分有明显差异，小学组最低。同时，小学组对VR 训练干预也更为敏感。干预后，小学组的战术测试系统得分和Ekkono 测试评分均有明显提高，且与对照组相比，提高幅度更大，而初中组和高中组无明显变化。

皮亚杰的“认知发展阶段”理论认为，学习者的学习以及认知发展是循序渐进的阶段性发展过程[15]。因此，学生所处的学段可能对学习效果产生影响。学习者的起点能力[16]一般是指学习者已经具备的，或是还缺乏的知识和技能，如先拥知识和技能、目标知识和技能等。在足球战术教学和训练中，学习者已经具备的战术知识或技能即为先拥战术知识。本研究发现不同年龄组的Ekkono测试得分和战术知识得分存在显著性差异，小学组明显低于初中和高中，即各组别的先拥战术知识不同。战术知识和战术经验是影响运动员战术能力水平的重要因素[17-18]，而足球战术经验的积累，主要来源于足球训练和比赛中战术行为的直接体验[19]。与小学组相比，初中组和高中组的运动员训练年限更长，参加比赛的数量更多，经历的战术场景更复杂，积累的战术经验也更加丰富，所以其前测得分较高。

相关研究指出[20]，儿童已有的经验体系是其进行经验建构的基础和必备条件，并会直接影响到新经验的生成。所谓经验的生成不仅是外界信息的简单输入，还需要对所输入的信息进行加工和重组，这种重组既可能有利于新经验的再建构，也可能有碍于新经验的再建构。目前VR 在体育领域的应用尚不成熟，在足球战术训练中的应用仍处于起步阶段。同时，由表4 可知，三个组别的挑战性维度得分均较低，说明Soccer Dream 软件难度相对较低，其训练内容对于初中组和高中组运动员来讲已经是他们先拥战术知识的一部分，所以现有技术和设备很难在短期内冲破其原有的战术知识结构。而小学组运动员先拥战术能力较差，或小学组运动员战术能力的“可训练性[21]”较高，这都可能是其战术测试得分在短时期内得以快速提高的重要原因。

4 结论与建议

(1)VR 训练能够有效提高10～12 岁小学足球运动员的战术训练效果。

(2)不同年龄段青少年运动员在战术知识、沉浸倾向以及对VR 训练的兴趣等方面的差异可能是引起训练效果差异的原因。

(3)VR 战术训练作为一种新型的辅助战术训练形式，可当做青少年足球运动员理论学习和训练后的复习与回顾。它是传统战术训练形式的有益补充，但并不能代替或取代传统的战术训练。