基于人工智能要素理论的乒乓球技能训练体系指标研究

陈畅 滕守刚

(1.武汉大学体育部;2.武汉体育学院运动训练学院 湖北武汉 430072)

1 乒乓技能训练教学现状及不足

乒乓球是我国的“国球”，是我国传统优势项目，长期处于世界超一流水平［1］。自20世纪60年代起，我国建立起三级训练网，即从中小学校、省市业余体校到省队再到国家队的后备人才培养体系［2］。我国乒乓球群众基础厚实，全国各地有非常多的低龄儿童从4～6 岁开始进行乒乓球技能训练，经历十几乃至二十多年的乒乓球专项化训练之后，能够走进乒乓球专业队伍的运动员又是极少数的。由此可见，我国乒乓球的辉煌，是以高投入、高淘汰的方式换来［3］。提高乒乓球培养体系的成材率，优化乒乓球技能训练教学体系，还有巨大的发展空间。

乒乓球运动是一项技巧性较强，学习周期较长的运动项目。在我国三级训练网体系下，一名运动员要接受3位及以上的教练员指导，各阶段的教练员，其训练教学的侧重点各不同，如启蒙教练重点遵循训练中的积极性、趣味性、适应性及应变能力，以建立基本技术动作的正确性为主要训练目标［4］。省队教练更关注的是运动员专项技能质量的提升和综合身体素质的提高，激发运动员内在潜力。国家队的教练主要关注实战能力的突破，实战成绩是国家队员最主要的技术能力的体现。

通过查阅文献及走访体校了解到，当前乒乓球技能训练理论及方法主要集中在专项技术提升、技战术分析和身体素质训练方面，对运动员整体性训练教学体系研究不够，特别是三级训练网体系中，业余体校到省队阶段的训练教学衔接存在薄弱环节，对运动员训练成长状态的量化描述不足，更多是靠教练员的经验去感性判断，在制订训练教学方案时，对不同运动员的个性化训练针对性不强，一定程度上存在训练效果不佳的情况。

在乒乓球运动中，运动员需要具备较强的手脚协调能力，通过视觉、听觉以及本体感受获得信息，所以也需要具备眼脑观察及判断能力［5］，实战分析及决策能力。该文基于人工智能要素理论，提出乒乓球技能训练的关键要素，即手脚功、眼脑功和实战功，通过整体系统、循序渐进和因材施教训练原则，进行科学、量化、针对性的乒乓球技能训练，为运动员乒乓球技术可持续提高奠定良好基础，扩展更广阔的发展空间。

2 基于人工智能要素理论的乒乓球技能训练关键要素及教学体系

2.1 人工智能三大核心要素

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是计算机持续发展后逐渐形成的复杂技术体系，AI 技术包括了计算机、数学、信息论、控制论、逻辑、认知科学和伦理学等多种学科［6］。在过去60多年中，算法、算力和数据共同驱动着AI技术快速发展。学术界普遍认为，AI三大核心要素是数据、算力和算法。数据是AI 算法的“饲料”，算法是AI的背后推手，算力是基础设施［7］。

2.2 乒乓球技能训练的关键要素

人工智能技术的快速发展离不开算力、算法、数据三个关键要素。运动员的技能基本功也主要包括三要素：一是手上动作，脚下步伐；二是眼睛判断，头脑分析；三是实战套路，比赛经验。即眼脑功、手脚功、实战经验（详见图1）。

图1 乒乓球技能训练关键要素图

2.3 关键要素训练的教学体系

2.3.1 手脚功——算力

手脚功在乒乓球运动中有至高无上的地位，详见表1。

表1 手脚功训练的主要技术

手功是乒乓球技能的核心基础，直接影响击球速度的快慢、时间的长短及质量的高低。手功技能训练主要包括练习各种弹球，包括对托球、抛球、对墙面击球、平挡球等，其目的是熟练掌控正常弧线运行下的击球能力。

脚功是手功的后勤保障，新手看手功，高手看脚功。脚功包括起步动作、移动动作、还原动作。脚功运动员要根据乒乓球方向及时调整重心和蹬地力量，确保运动员、乒乓球和乒乓球台形成良好的战略合作伙伴关系。

乒乓球运动中的手脚功相当于算力，是一个运动员的硬实力，各种技战术的实现，都需要算力的支撑。手脚功硬实力越厚实，水平上升的潜力越大。随着乒乓球运动新技术的不断发展，技能训练要与时俱进，不仅要打好扎实的基本功，还要为新技术的训练打好基础。从目前乒乓球技术发展趋势来看，身体核心力量的加强必不可少。技能训练主要包括上肢、腰腹部和下肢训练。上肢训练主要集中在手臂、手腕和手指动作上；腰腹部训练集中在核心力量的加强和身体协同方面，起到手脚的承上启下的作用，它是乒乓运动在身体中的最重要的助力部分；下肢训练主要集中在起动、移动、支撑、重心的转换，每板球步伐到位，是击球的重要保障部分［8］。

2.3.2 眼脑功——算法

乒乓球运动是一项持拍击球的运动，眼睛盯准来球是持拍击球的第一步。眼脑功主要是指运动员对来球精准的洞察和分析能力，通过眼睛获取信息，包括对手身体的细微动作和来球，头脑中快速进行判断和分析，形成预判，确定击球方案，对身体下达行动指令。乒乓球运动的眼脑功相当于算法，是一套模型，是一种方案，是一项策略。这套算法的优化重点在于解决对乒乓球旋转的判断，对球的运动轨迹的精确预测及击球策略的选择［9］。技能训练就是培养这种算法的形成，不断地精准化、快速化。面对来球，形成无意识的决策，培养乒乓球击球思维。详见表2。

表2 眼脑功训练的主要技术

眼脑功技能训练主要包括：利用持拍不断地向上弹球或利用不同的力量和速度向墙面击球，观察乒乓球在墙面上的反弹力，同时观察由反弹力而产生的各种弧线。

2.3.3 实战经验——数据

实战套路，即比赛经验，可以说是通过大量实战获取的经验。用人工智能的话语来说，就是数据。乒乓球运动员要成为高手，就必须经过不断的训练，熟才能生巧。只有经过大量的训练和实战，处理乒乓球的神经网络才能总结出规律。能够利用以往的经验，预知未来，就能比对手快一步，每一拍的击球就比较从容。如果实战中出现了训练中从未有过的场景，运动员则会出现瞎猜的状态，成功率将大打折扣。比如从未遇到过的发球，在以往训练集中的“数据”中没有，接发球的成功率或质量将会大幅下降。对于乒乓球运动员而言，大量的实战“数据”太重要了，而且需要覆盖各种可能的场景，这样才能更大范围地提高成功率和击球质量，详见表3。

表3 实战功训练的主要战术

3 乒乓球技能训练教学体系模型

3.1 整体系统性原则

教练员应当遵循对运动员整体系统训练的原则，按照手脚功、眼脑功、实战功的特性，进行科学的整体系统性训练，培养运动员手脚动作协调，眼脑观察判断与决策执行统一，实战中让运动建立战术意识和经验积累的体系结构。以手脚功、眼脑功、实战功三要素为根本，按照6 个专项的螺旋提升模型（详见图2），促进运动员乒乓球技能的全面发展。

图2 乒乓球技能螺旋提升模型

3.2 关键构成要素

急功近利的训练对运动员技术水平的提高是最不利的，乒乓球技能训练应当基于科学的训练方法，结合每位运动员身体素质的不同，循序渐进地练习手脚功、眼脑功、实战功，按照乒乓球技能螺旋提升模型，制定乒乓球技能专项训练教学体系模型（详见图3），稳步扎实提高训练质量，以不断迭代各项乒乓球专项技能的方式进行训练，从而科学有效地达到预期训练效果。

图3 乒乓球技能专项训练教学体系模型

3.3 量化描述指标

“技术全面，特长突出，无明显漏洞”是培养高水平乒乓球运动员的目标。教练员对运动员状态的了解方式，大多是通过观察训练和比赛，获得直观感性的印象，如技术多么全面，特长多么突出，在多数情况下会被定性描述。目前在乒乓球技能训练教学中对运动员各项技能成长状态的量化数据收集是极少的，运动员状态的量化描述方式还不足。该文基于乒乓球技能专项训练教学体系模型，构建乒乓球技能成长状态指标体系，通过层次分析法建立结构、体系分明的指标体系，对同一层的各指标进行两两比较，构造两两比较判断矩阵，同时依据专家的意见进行一致性检验，确定各指标权重，然后利用同一层次中所有本层次对应的从属指标的权重值，以及上层次所有指标的权重值，进行加权计算，最后得出乒乓球技能成长状态三级指标权重，详见表4。

表4 乒乓球技能成长状态三级指标权重汇总表

3.4 成长状态分析

该文按照乒乓球技能专项训练教学体系模型，使用乒乓球鹰眼系统和专项测试，从某体育职业学院乒乓球队选取8名8～15岁的运动员进行测试。按照乒乓球技能成长状态指标三级权重，计算出8 名运动员成长状态指标，详见表5。

表5 乒乓球技能指标得分表

从测试的8 名运动员成长状态指标来看，不同年龄段的运动员，特点不尽相同，从8 名运动员中选取8岁、11 岁和15 岁运动员的成长状态指标，制作成成长状态图（详见图4、图5、图6）。

图4 8岁运动员成长状态图

图5 11岁运动员成长状态图

图6 15岁运动员成长状态图

8～10 岁的运动员模仿能力较强，打球更多依靠肌肉记忆，即习惯性动作，较少动脑，这些年幼的运动员手脚功具有极强的可塑性，是手脚基本功训练的最佳时期。11～13岁的运动员其眼脑功能提升较快，会逐渐有意识地分析判断来球，懂得用脑，这时是训练眼脑功的黄金时期，手脚功和眼脑功相结合的训练内容，能够更有效提升其技能水平。14～15 岁的运动员手脚功基本定型，眼脑功也得到快速提升，此阶段应重点加强实战功，通过实战发现不足，定制化训练内容，以查漏补缺的方式加强手脚功和眼脑功的不足，从而提高综合实力。

4 乒乓球技能基本训练方法

建立乒乓球技能训练体系指标能够直观了解运动员各项关键要素的成长状态。针对手脚功、脑眼功、实战功三大关键要素进行专项训练，能够有效提升成长状态。手脚功中主要分为手上技术和脚下能力，手上技术的训练包括手感培养、基本动作、击球变化能力的训练；脚下能力提高包括基本步伐、重心转换和移动速度的训练。眼脑功主要是对来球的信息进行收集、判断以及迅速做出回球的决策。实战功则是通过大量模仿实战的训练及比赛，提升实战能力，获得比赛经验。根据不同年龄段运动员的特点，进行针对性较强的训练，低龄儿童主要以手脚功训练为主，经过三四年训练后要着重培养眼脑功思维，少年期要重点加强实战经验的技能提升，为以后更高质量的乒乓球训练和比赛打下扎实基础。

4.1 手脚功训练

4.1.1 基本动作和手感练习

该部分的练习包括正手攻球、反手推挡（快拨）、拉球、搓球等。主要训练方法有模仿动作、徒手挥拍练习、对墙击球练习、上台多球训练等，从定点单一动作到移动多项动作结合训练，使基本动作正确流畅，能够充分发力及提高上台命中率。乒乓球运动的手感主要是指持拍手利用手中球拍击球时的感觉，是一种间接的、动态控制的、一刹那间的触球感觉。可以通过托球、颠球、对墙打、上台击球来练习手感，练习中通过手臂、手腕和手指的发力来体会击球后的效果。

4.1.2 击球变化控制能力练习

乒乓球的变化主要包括：节奏变化即击球点的变化（上升初期、上升后期、高点期、下降期）、摩擦球方式的变化（以向前摩擦为主或以向上摩擦为主）、拍触球时打摩方式的变化（借力、卸力、发力，以打为主或以摩擦为主）、回球弧线的变化（弧线低而平或弧线曲度较大）等［10］。还有速度变化、力量变化、旋转变化和落点变化，这些击球变化的控制能力，是体现运动员水平的重要能力。

4.1.3 基本步法和重心转移练习

通过步法练习来训练脚步移动，提高跑位技术水平，来保证手上动作的稳定性。乒乓球运动是一项需要身体持续保持重心稳定的项目，身体重心在两腿之间转换。重心是击球力量启动的发源地，也是步伐移动时身体稳定的基石。可以通过跨步、跳步、并步、交叉步、小碎步来练习重心的转换，提升蹬地、转胯、止步的身体重心流畅转换和协调能力。

4.2 眼脑功训练

4.2.1 眼脑思维及想象力练习

通过观察来球、对手的球拍和对手的一举一动，来获取球到本方球台的落点、时间点、旋转度和力度。通过观察收集来的信息，进行快速分析是一种思维能力。乒乓球运动的特点在于速度快且变化多，要在极短的时间内，对来球信息进行分析。通过大量乒乓球运动的训练可引起脑可塑性的变化，在处理视觉和空间信息的脑区，脑自发活动变异性增强［11］。如接发球时，当判断出来球不转后，就需要采取果断的挑打或快拨等技术；判断出来球是下旋球后，就需要采取搓球技术，这是一种定向思维模式。如果无法判断来球是转还是不转，就需要想象力来协助，盯准发下旋球的动作，不是发下旋球的动作就采取果断的挑打或快拨等技术。通过排除法或寻找对手的发球规律，来弥补眼力观察能力收集不全的信息。脑力是迅速决策能力，定向思维加上想象力的结合，能够使得运动员对于来球的处理更趋于合理，同时也保持打球的创新能力。

4.2.2 脑手结合控制能力

根据相关研究，竞技水平越高的乒乓球运动员表现出的无意识加工能力越强。大量脑手结合的训练，能够提升无意识状态下脑手结合的控制能力［12］。设置多个不同的击球落点，加强乒乓球运动员击球落点质量，这是变换练习法。通过长期的变化练习法能够提高运动员对击球落点的控制能力，能够达到想打哪能打哪的水平，有助于乒乓球技能的获得、保持和迁移，能够提高运动员脑手结合控制能力［13］。

4.2.3 脑心情绪控制能力

在乒乓球训练和比赛中，运动员的情绪对其水平的发挥和比赛结果往往产生很大的影响，一种适宜的情绪，能够提高运动员的竞争力和训练效果，而过于紧张或放松的状态，都会在一定程度上限制运动员竞技水平的发挥，久而久之，就会限制运动员的进一步发展。常见的不良情绪有紧张和焦虑，比赛中适度的紧张情绪是必不可少的，它可以更加充分地调动运动员的各项生理机能，使运动员获得最佳的竞技状态。然而，过度紧张的运动员就会出现全身肌肉紧张、动作变形、视野变小、注意力下降的情况，甚至还会出现对方位、时间、距离的判断错误等问题，严重影响运动员竞技水平的发挥。赛场上过分紧张，赛场外则往往存在焦虑情绪，焦虑是预感到某种不祥事件将要发生，从而出现的紧张、不安、惧怕、烦躁、压抑及神经过敏等情绪，进而影响赛前睡眠，导致运动员的竞技能力下降。通过调节呼吸法、肌肉控制法、自我肯定法、注意力转移法等训练方法可以有效缓解紧张和焦虑情绪［14］。

4.3 实战功训练

4.3.1 模拟实战训练

运用多球训练中多人供球模式，即两人以上在球台的不同位置发多球，能与比赛实际情况更为相符。一方面，有助于增强训练的运动负荷，锻炼到运动员的意志品质和体能；另一方面，能够提高运动员训练的趣味性与积极性，有效加强运动员组合技战术的实战能力，从而提升训练效果，解决单球训练中来球质量和强度不够的问题［15］。

4.3.2 主动战术与控制战术

一局比赛11分，一般有3～5轮发球，手握发球权时即可运用主动战术，此时就涉及3至5套主动战术如何运用，得分成功率有多少等问题，主动战术的强弱基本就决定了输赢的走势。接发球即是在控制战术，能有效控制对方主动战术的运用，能在接发球时控制住局面，赢球的概率就在一半以上了。主动战术可以通过日常训练不断地提高，精益求精。控制战术更多的靠实战经验，实战体会，实战数据去分析总结，悟出其中的奥秘。

4.3.3 局势的掌控

比赛的局势大致分为三种，主动式即比分领先，被动式即比分落后，焦灼式即比分僵持。在比赛占据主动式时，关键要保持稳定的心态和技战术，要稳中求进，不可骄傲自满，此时处于落后方的运动员往往会改变原有的战术进行搏杀，这时要仔细观察对手的战术变化，及时调整自身的战术安排，保持主动式的局势。在比赛过程中，当比分落后处于被动式时，要克制焦急的心态，分析失分的主要原因，冷静研判局势，观察对手的球路和弱点，进行针对性的技战术调整，可改变发球及接发球的方式，变换球速和落点，打乱对手的进攻节奏，改变被动的比赛局势。在比赛过程中，当比分焦灼时，往往是双方运动员主动战术或控制战术不相上下，大概率是谁拿到发球权，谁得分优势大，在比赛陷入僵局的情况下，运动员要树立强烈的取胜信念，对战术的贯彻要坚决，运用最娴熟的得分手段，通过战术的运用以及精神的坚韧，打破赛场上的困境。

5 结论及展望

5.1 结论

乒乓球技能训练周期长，影响训练效果的因素多。该文提出手脚功、眼脑功和实战功的乒乓球技能关键要素，运用人工智能机器学习策略和先进的技术工具，构建了量化可视化的乒乓球技能训练体系指标，能够整体系统地反馈运动员的成长状态，量化运动员的手脚功、眼脑功和实战功在训练和比赛中的状态。通过运动员成长状态图，能够更直观地总结训练经验，从而更有针对性地改进训练方法，不断科学提升训练效果，以达到提高乒乓球培养体系的成才率，优化乒乓球技能训练体系的目标。

5.2 展望

该文构建的乒乓球技能训练体系指标，还需通过更大范围和更长周期的实践测试，不断迭代各项指标的权重及计算方式，在收集运动员各项数据方面，还需进一步运用乒乓球鹰眼系统，运用基于ESP32 的智能手环［16］及身体机能评估仪器等智能设备，实时获取客观的数据，从而更准确地反馈运动员的成长状态，为运动员提供更具针对性的训练方案。