追加反馈在运动技能中的学习机制与实践方向

陈文龙 田 浩 王 登 叶 强

(1.南京体育学院,江苏 南京 210014;2.马德里理工大学 体育与运动科学院,马德里 西班牙 28040)

在控制论和系统论中,反馈是用于描述一个系统如何通过监测输出并将其与预期的目标进行比较,然后采取相应的措施来调整系统的输入,以使系统能够更好地达到目标或保持稳定状态的过程[1]。在日常生活和工作中,反馈被广泛应用于教育[2-3]、管理[4-5]、医疗[6-8]和决策[9]等领域。目前相关学者对于反馈的研究是由宽泛到逐渐细化,他们将在运动技能学习中的反馈信息分为内在反馈(Extrinsic feedback)和追加反馈(Augmented feedback)[10]。通常情况下,学习者能够通过自身的内在反馈获取信息并对自身的运动行为进行加工处理。然而,当内在反馈无法满足学习需求时,追加反馈的重要性就得以凸显。Swinnen认为追加反馈是以人工手段提供与技能操作相关的附加信息,并作为学习者内在反馈的补充与完善[11]。由此可见,追加反馈是运动技能学习过程中作为除学习者内在反馈之外的重要影响因素,在运动技能学习中具有着重要的指导意义。 目前国内的相关研究多数聚焦在教学活动中提供追加反馈的不同类型、频率、时机、方式等多重影响因素对于学习效果的实验研究,然而未有对追加反馈的学习机制进行深入的研究和探讨。因此,本文在阐述追加反馈的基本概念和发展的基础上,对当前国外在追加反馈在运动技能学习中的应用进行现状研究,并尝试厘清其学习机制,以探究未来追加反馈在运动技能学习过程中的实践路径与发展方向。

1 资料与方法

1.1 文献来源

从中国知网,PubMed,Web Of Science全文数据库进行文献检索,截至2023年2月21日。中文检索式为(外在反馈OR追加反馈)和(技能获取OR运动技能学习OR运动能力),英文检索式为(extrinsic feedback OR augmented feedback)AND (skill acquisition OR motor learning OR motor skills OR motor performance),并通过 EndnoteX9 软件,将数据库中根据检索式检索到的、初步判断符合本研究内容的文献全部导入。再采用 EndnoteX9 软件的去除重复文献功能,检查并手动去除部分重复文献。

1.2 纳入和排除标准

纳入标准:1:以追加反馈在运动项目中的应用为研究对象2:文献类型均为实验类文章3:有明确的实验方法和评价指标4:受试者为运动功能正常人群

排除指标:1:综述类文章2:重复发表文章3:无法获得全文4:不符合纳入标准的文献

1.3 文献的纳入和排除

由研究者对检索到文献标题、摘要进行筛选、评估。主要提取的内容包括实验的参与者、干预措施、实验设计、对照组以及实验结果。随后,由另两名研究人员对最终纳入的文献进行审核,提取汇总文献信息。

2 结果

2.1 文献特征

初步检索到中国知网核心文献有9篇,Web of Science数据库检索到941篇文献,PubMed检索到了135篇文献,在排除部分文献全文无法获得以及文章类型不符合本研究要求的情况下,最终选取18篇[12-29]相关文献进行研究。文献检索流程见图1,文献基本特征见表1。

表1 追加反馈在不同运动技能学习中的主要研究情况一览表

图1 文献检索流程图

2.2 追加反馈的优化效果

通过对纳入参考文献的整理,可以表现出追加反馈在不同运动技能学习中在提高运动表现方面的巨大潜力。这些研究展示了追加反馈的多样性,包括反馈频率、反馈类型等(如图2)在不同运动项目和不同人群受试者中的应用。

图2 反馈的分类[10]

首先,观察研究中的运动项目涵盖了多样性,从球类运动如篮球、乒乓球,到技巧类运动如高尔夫和射击,再到协调性运动如排球和体操。这表明追加反馈在不同类型的运动技能学习中都具有一定的普适性。同时,也展示出了研究对象的多样性,包括大学生、老年人、精英运动员和儿童,强调了追加反馈对不同群体的积极影响。

其次,实验设计的时长和频率对于追加反馈的效果至关重要,短期且频繁的干预计划可能更有效,这意味着在学习新的运动技能时,如果提供更频繁和短时间内的追加反馈,学习者可能会更快地改善其运动表现。同时,研究结果表明,学习阶段和保留阶段对追加反馈的效果可能会产生影响,在学习新技能的早期阶段,学习者对反馈的需求较大,因此较高频率的追加反馈可能更有帮助。而在保留阶段,学习者已经掌握了一定的技能,此时逐渐减少追加反馈可能更适合,以帮助他们在没有外部支持的情况下继续巩固所学。不同类型的追加反馈在不同阶段可能表现出不同的优势,因此,根据学习阶段的特点和需求来选择最适合的追加反馈策略至关重要。

最后,自我控制追加反馈在实验中显示出比其他外部反馈更优越的效果,这突显了运动员自主学习的重要性。通过自我控制追加反馈,运动员可以更好地参与到学习过程中,更深刻地理解运动技能,并取得更持久的学习效果。而视频反馈在一些研究中显示出积极效果,提供了更直观和可视化的学习方式。视频反馈不仅可以帮助运动员更好地理解技术动作,还能增强他们的自我评估能力,从而更好地进行调整和改进。如果将这两种方式进行组合,可能会是一种优势倍增的运动学习策略。

2.3 运动技能表现的评估

为了提供有效的追加反馈,指导者需要充分了解学习者当前的运动技能水平。在已有的实验研究中,为了更加全面、准确地评估学习者的表现,常常会从运动行为、生理状态及绩效成绩等三个方面进行综合评估。指导者应当对这些方面进行充分的测试和数据收集,以便更好地了解学习者的表现情况。

2.3.1 对运动行为表现进行收集

在运动技能学习过程中,指导者能够直接观察到学习者在执行技能时的动作过程,并根据其表现出来的结果进行评估。其主要的特征为学习者动作完成的情况以及动作的过程情况。在实际教学活动中,技评分就是对运动行为表现进行收集的表现形式之一。徐立斌等人在原地肩上投篮动作的追加反馈实验中,利用大纲规定的投篮技术评价标准,邀请三名体育教师对受试者的投篮动作进行观察,并根据标准给出相应的技评分[13]。在滑雪运动技能学习中,Carlos Martine在实验室中设计了10项滑雪的动作指标,由邀请的指导教师根据这10项动作指标对受试者的动作进行评分[28]。Cutton在实验中设定了网球正手动作的评分标准(准备姿势、眼神交流、转体、重心转移、拍头随挥等方面)对学习者的正手挥拍动作进行评分[24]。然而,以技评分作为提供追加反馈可能会存在着一定的缺陷。在进行相关实验时可能存在这一些,需要考虑技评分标准在不同区域、人群中的可能存在的差异,以及技评分主观性的影响。这可能会影响学习者的学习效果,不符合实验严谨性和客观性的要求。因此,在设计追加反馈实验时需考虑评估指标和评估方法的严谨性和科学性。

2.3.2 对生理状态表现进行收集

学习者的生理状态在一定程度上反映了其掌握运动技能的状况,但这些生理状态表现通常不能通过指导者直接观察外显的运动行为而获得。这些生理状态表现包括学习者的注意力指标、心肺功能状况、肌肉骨骼表现等,需要使用相应设备来进行测量和分析,例如心电图,血氧仪等等。但在现有的追加反馈实验中,收集学习者的生理状态表现以提供反馈的情况相对较少,仅在个别运动康复相关实验中得到应用。例如,在膝关节康复的运动中,医生可以通过显示器让患者观察自身膝关节伸展运动是否达到目标关节活动范围。当膝关节在伸展运动中达到目标关节活动范围时,患者将会收到蜂鸣声,获得增强反馈。Simmons在一项中风偏瘫患者运动康复的实验中采用类似的方法,通过可视化的测力器收集患者自身在站立时的重心是否符合目标设定,患者可以通过显示屏观察自己的重心位置[30]。

在实际指导运动技能学习的过程中,收集学习者的生理状态表现过程较为繁琐,需要使用专业设备进行测量和分析,难以广泛应用。因此,在设计追加反馈实验时,需综合考虑生理状态表现数据的收集和提供追加反馈的严谨性和实际可行性。

2.3.3 对绩效成绩表现进行收集

无论是运动行为表现还是生理状态表现,在评价学习者执行运动技能水平时都存在一定的局限性。而绩效评价是指按照对应的评价准则,构建科学合理的评价指标体系,运用一定的评价方法,根据对象对所确定的绩效目标的实现程度或达到最优目标的程度进行的一种综合性评价方式[31]。通过绩效评价对学习者的表现进行量化评价,从而使指导者对学习者的执行情况有更清晰、准确的了解,并为后期提供追加反馈提供可靠的数据基础。其主要特征包括学习者的绩效情况、得分情况、完成任务所耗时间等等。目前在追加反馈研究文献中,通过绩效评价是作为提供追加反馈前的主要数据来源,不同运动技能项目中使用不同的绩效评分标准。例如,研究者Aiken对28名女性受试者进行篮球投篮技术的追加反馈实验,制定了不同的分数,对受试者投篮结果是否命中、砸框、打板的情况进行评分,并通过高速摄像机拍摄受试者的投篮结果进行评定[14]。在Mckay的高尔夫追加反馈实验中,48名女性学习者需要将高尔夫球推至目标区域,使用一个5cm*5cm的网格线辅助测量推杆结果与目标结果的径向误差,以此作为后期提供追加反馈前的数据来源[16]。同样,在网球追加反馈的实验中,对结果绩效的评定标准也是不同的。Keller对10名网球运动员的发球技术行为进行了追加反馈实验,通过发球测速仪和摄像机记录了受试者的发球速度和发球落点落在相应区域的准确性[25]。由此评价方式所得数据较为客观,能根据不同运动技能项目去制定不同的评定标准,为指导者给予学习者追加反馈提供较为准确的判断依据。因此,在设计追加反馈实验时,也需结合绩效成绩表现的收集和分析,为有效的追加反馈提供数据支持。

2.4 数据的处理与评估

数据处理阶段是对学习者相关表现数据进行整合和处理的重要过程。这个过程将涉及对收集到的各种数据进行整理、分析和解释,以提取有意义的信息,并将其转化为有用的反馈和指导,帮助学习者优化运动技能的学习过程。

2.4.1 数据整理与筛查

首先,收集到的数据可能会包含一些不正确的数据,例如因测量误差、设备故障等造成的数据有误情况的发生。因此,在进行数据处理之前,需要对数据进行整理和筛查,去除异常值和错误数据,确保数据的准确性和可靠性。

2.4.2 数据分析与统计

通过数据分析,可以得到大量的数值和指标,但这些数字本身并没有直接的意义。数据解释是将这些数据转化为对学习者有意义的信息的过程。例如,通过分析动作技能的数据,可以判断学习者的动作准确性和稳定性,从而提供针对性的改进建议。

2.4.3 数据解释与提取信息

根据数据的解释和提取的信息,指导者可以为学习者制定个性化的反馈和指导方案。这些反馈可能包括对技能改进的具体建议、注意点、强化训练的方向等。个性化反馈可以更好地满足学习者的需求,使他们更有效地进行学习和提高。

在这一阶段中,主要是通过对比学习者的运动技能预期目标或一定标准,评估当前需要对学习者进行修正和改善的要点。因此,数据处理在追加反馈的学习机制中发挥承上启下的作用。然而,目前现有的文献中对反馈机制中数据处理和评估的阐述仍较为有限。追加反馈的时机、频率等主要以实验预先设定为主,而追加反馈的内容则基于相关运动技能的学习目标或指导者的实验预期进行。目前通过相关实验的分析,仍难以清晰解释追加反馈机制中数据处理和评估的运作机制。为深入理解追加反馈机制的运作,未来的研究需要对此进行更深入的探究。

2.5 提供追加反馈的方式与途径

2.5.1 通过口头告知提供追加反馈

提供追加反馈最常见也是在日常教学活动中最普遍的方式就是口头反馈,早期研究者S Fishman在体育活动中发现,体育教师在绝大部分课堂活动中提供的追加反馈形式都是口头反馈,只是反馈的类型不同[32]。口头反馈能够向学习者提供更多的信息,帮助他们改善作为熟练表现基础的动作特征,告知学习者在执行动作时出现的错误或需要改进的地方。例如,纳入的文献中Barzouka在排球运动技能项目对受试者在特定区域接球和返回自由球的能力进行测试,期间提供了由体育教师所给出的10次基于拍摄受试者执行操作视频的口头反馈[20]。此外,Puklavec在小学生跳远技能的获取实验中,提供了不同类型和不同频率的口头追加反馈给学生[33]。在复杂的体操技能获取中, Sadowski向30名学习者提供了不同频率和内容的口头反馈[34]。通过口头提供追加反馈的途径一般出现在学习者开始学习某项运动技能时,由于指导者提供反馈方式的快速性、便利性和信息量大等特点。

2.5.2 通过视频记录提供追加反馈

随着运动高速摄像机设备的迭代更新,视频反馈逐渐成为一种流行的追加反馈方式之一。在Rothstein &Arnold的综述中,已经指出在技能学习情境中使用视频记录作为增强反馈来源,并证实了通过拍摄视频并回放提供给学习者,能够提高学习者技能获取的有效性[35]。我国学者刘晓茹在乒乓球发球的技能学习实验中,记录了学习者发球时动作的视频,并以不同频率向两组学习者提供视频追加反馈。学习者可以在拍摄的视频中看到自己执行技能操作时的过程[12]。Potdevin也在体操的教学实验中使用了这种方式。实验组的学习者在每5次练习后,都能在电脑屏幕上看到自己执行技能时的视频,由此判断自身的习得表现[27]。Guadagnoli在学习者高尔夫击球的距离和准确性方面,将视频回放作为KP与口头KP进行比较[36]。通过对以上相关研究的总结,可以得出,视频记录提供反馈的方式正在教学活动中逐渐普及,主要应用于学习者已经拥有一定的运动技能水平后,需要对技术动作进行进一步精细和优化的阶段。

2.5.3 通过听觉信号提供追加反馈

给予学习者特定的听觉信号也是提供追加反馈方式的一种,但目前在教学活动和相关实验研究中使用较少,更多地应用于运动康复的研究和一些特定的运动技能项目。在射击项目中,此类提供追加反馈的方式已被广泛运用于竞争性步枪射手的训练,通过声音来帮助这些运动员学习在心跳之间扣动步枪扳机,这是优秀射手所具备的一个特点[37]。Konttinen在射击项目准确度测试实验中,向学习者提供800-2400Hz的连续听觉信号,以此来改善学习者的射击精度。但在最终的结果中显示,与步枪稳定性相关的听觉反馈在练习情况下不利于射击表现[21]。Baudry将在鞍马上做圆周运动的体操运动员分为两组,分别为有并发听觉反馈和无并发听觉反馈组。并发听觉反馈组在执行技能操作时能够通过身上佩戴的蜂鸣器获得听觉信号,最终的结果显示,并发听觉反馈可以用来纠正复杂的动作,帮助体操运动员更加客观地了解自身的内部信息[38]。目前,通过听觉信号提供追加反馈能够作为促进运动技能学习的手段,但关于在特定情况下使用听觉信号反馈是否是一种有效和首选的增强反馈形式的争论仍在继续。

3 讨论

3.1 追加反馈的学习机制

国内的追加反馈研究目前主要侧重于追加反馈的基本概念和学习效果实验,而对于其在运动技能学习中的具体机制关注较少。因此,我们通过文献筛选和整理,探索了追加反馈实验的特点,结合反馈基本原理,明确了追加反馈的学习机制。这有助于指导者更好地引导运动技能学习,提高学习者的效率和表现。

在闭环反馈系统中,反馈原理通过比较系统输出和期望之间的偏差来控制系统。闭环反馈控制包括前向通路和反馈通路,它们一起构成一个闭环。在追加反馈实验中,我们通常先测试学习者的运动技能表现并收集数据,然后提供必要的追加反馈。根据不同运动项目的学习目标,学习者接到追加反馈后可能需要多次调整才能达到最佳效果。这与闭环反馈系统的运行原理相符。闭环反馈控制系统方框图如图3所示。基于相关文献的干预过程特征和闭环反馈系统运行机制的双重逻辑,对追加反馈的学习机制进行建立,详细说明学习机制内的内容和过程(如图4),以此更加明确和优化追加反馈的学习机制,帮助指导者提供更加科学有效的追加反馈。

图3 闭环反馈控制系统方框图

图4 追加反馈在运动技能中的学习机制图

因此,可以将追加反馈的学习机制概括如下:追加反馈是一种闭环反馈系统,通过将学习者表现与目标进行比较和分析,反馈信息为学习者提供正确和及时的指导,使学习者能够逐步接近目标并达到最佳运动表现。此外,追加反馈还需要不断进行调整、修正和更新,以确保学习者在学习过程中保持正确的学习轨迹和持续进步。

对于追加反馈的学习机制,需要借助闭环反馈系统的理论,并结合实验数据进行详细解析,才能理解其内部的复杂性和关键特征。只有深入探究追加反馈的学习机制,才能更好地指导运动技能的学习和提高学习者的学习效率和运动表现。

3.2 追加反馈的未来实践方向

3.2.1 基于学习者自身提供追加反馈

自我控制追加反馈是一种有效降低反馈频率的方法,激发学习者更积极地参与学习,提高其学习动力。研究结果表明,自我控制追加反馈的学习效果明显优于由指导者确定频率的反馈组。这种方式使学习者能够自主选择是否接受反馈,满足他们的需求,将学习的焦点重新聚焦在他们身上。相比于传统的指导者频繁给予反馈的方式,学习者作为学习运动技能的主体,自我控制追加反馈在实际应用中可能更具价值。国外已经进行了自我控制追加反馈的实验,结果显示这种方式有助于提高运动技能表现。然而,其在不同运动技能学习情境中的适用性和普遍性仍需进一步验证。因此,自我控制追加反馈是一个值得关注的研究和实践领域。通过让学习者积极参与追加反馈过程,根据需求进行调整,可以提高对自身技能进步的认知和掌握,有助于优化学习过程,增强学习者的动机和自信心。然而,为了更深入地了解其普遍适用性和实际应用价值,需要在不同运动技能学习情境中进行更多的实证研究,考虑不同类型的学习者。

3.2.2 基于不同运动技能项目提供追加反馈

在不同运动技能项目的学习中,学习者所接受的追加反馈也是不同类型、时机和频率的。然而,相关文献总结表明,不存在一种追加反馈适用于所有运动技能项目的学习。这是因为不同运动技能项目具有独特的特性,无法找到一种普遍适用的追加反馈方式来满足所有运动技能项目的学习需求。因此,未来的研究应该针对不同运动技能项目提供更细化的追加反馈。Wulf和Shea认为,追加反馈频率与不同变量(如任务难度和技能熟练程度等)之间的交互作用会共同影响运动技能的学习[40]。例如,在简单任务的学习中,降低反馈频率既有利于初学者学习,也有利于有经验个体的学习;而在复杂任务的学习中,高频追加反馈则有利于学习者的学习。同时,我国学者陈敬也探讨了任务性质对反馈频率适宜值的影响[41]。综上所述,现有研究认为在简单运动技能学习中,低频追加反馈有效;而在复杂运动技能学习中,高频追加反馈更有帮助。这为不同运动项目提供追加反馈的研究提供了基础。未来的研究可以进一步明确哪些运动技能是简单或复杂的,以及哪种追加反馈方式适合不同类型的反馈,以支持更有效的运动技能教学。此外,研究还可以考察不同年龄、性别和技能水平的学习者在接受追加反馈时的差异,以提供个性化的反馈策略,提高学习效果。总之,基于不同运动技能项目的追加反馈是未来研究的重要方向之一,也是提高运动技能教学效果的关键途径。深入研究追加反馈的应用,将更好地引导学习者的技能习得,提高他们的表现水平,为体育教育和训练带来积极影响。

3.2.3 基于大数据提供追加反馈

基于大数据的追加反馈提供了解决这一困境的途径。大数据平台能够收集学习者在学习过程中的多维度运动数据,用客观的数据来补充传统追加反馈中存在的主观性问题,提供更准确、客观的评估依据。传统教学和指导过程中,指导者往往以学习者的运动行为表现为核心信息,对学习者提供的追加反馈往往基于指导者主观判断。这对指导者的经验、个人能力和指导水平有较高的要求,且从指导者获得的追加反馈数据来源和维度较低,数量也相对较少。然而,大数据平台可以收集并分析大量学习者的运动数据,从中发现规律和模式,为指导者提供更全面、准确的反馈信息,帮助指导者更好地了解学习者的学习进程和需求,从而更有效地进行指导和辅导。在信息化推进的背景下,教育和训练技术设备的普及率不断提高,这要求指导者善于利用身边已有的资源,充分发挥大数据带来的数据客观性和及时性等优势,及时为学习者提供更具针对性的追加反馈,以提高学习效率。利用大数据平台进行追加反馈不仅可以优化学习者的学习过程,还可以提高学习者的学习动力和参与度,推动运动技能的学习和提高。因此,将大数据应用于追加反馈的研究和实践,是值得指导者们重视和探索的发展方向。

4 结论

经过对追加反馈在运动技能学习中学习机制的研究,本研究基于反馈基本理论和控制论,通过收集相关实验文献,探究了追加反馈在学习过程中的重要作用。研究发现追加反馈是一套闭环的通路系统,通过多种方式的反馈帮助学习者改善运动表现,不断调整和修正以达到预期的学习目标。然而,目前关于追加反馈内在机制的研究文献较少,难以得出确切的结论,需要后续研究者进行相关实验并不断完善结论。

在文中讨论部分,提出了三个关于追加反馈在未来运动技能学习过程中的实践方向:首先,可以基于学习者自身特点提供个性化的追加反馈;其次,针对不同运动技能项目,可以设计特定的追加反馈策略;最后,借助大数据分析和挖掘,可以提供更精准的追加反馈信息。

本研究的意义在于填补了追加反馈在运动技能学习中学习机制探究方面的研究空白,并为体育工作者如教师、教练员、康复师等提供了理论依据,以更好地指导技能的学习和教学。然而,在实践应用中,还需进一步完善追加反馈的相关理论体系,促进理论与实践的相互验证。期望该研究能为未来的相关研究提供新思路和研究方法,推动追加反馈在运动技能学习中的应用和发展,以促进运动学习效果的提升,同时也为学习者提供更好的学习体验。