運(yùn)動技能學(xué)習(xí)與控制第2章運(yùn)動操作的測量

章運(yùn)動操作的測量Chapter

2

The

Measurement

of

Motor

Performance2021/5/91

一、應(yīng)用：

例1：網(wǎng)球發(fā)球教學(xué)—測量操作特征來評價(jià)學(xué)生的技術(shù)掌握

測量：①發(fā)球成功與出界的數(shù)量；②做標(biāo)記計(jì)算球的落點(diǎn)；③發(fā)球姿勢評價(jià)。

例2：偏癱病人重新學(xué)走路

測量：①步數(shù)或距離；②行走時(shí)的平衡和姿態(tài)，③分析走時(shí)腿、軀干和手臂運(yùn)動學(xué)特征。

完成測量的兩個(gè)步驟：

第一，

明確有效的操作測量應(yīng)該測量操作的那些方面；

第二，

確定如何測量已選定的操作特征。2021/5/92二、討論：兩類操作測量：

1、操作結(jié)果測量：指為了說明動作技能操作結(jié)果而進(jìn)行測量。如：行走對距離、跑對速度和屈膝的角度數(shù)等。

不足：①

沒有提供產(chǎn)生操作結(jié)果前肢體或身體行為對任何信息。

②

沒有關(guān)于運(yùn)動過程中參與工作的肌肉系統(tǒng)對活動信息。

2、操作過程測量：

為了說明在動作操作過程中運(yùn)動控制系統(tǒng)某些方面的操作狀態(tài)

而進(jìn)行的一種動作技能操作測量。如：運(yùn)動學(xué)特征、力量、肌電

圖和腦電圖等。2021/5/93三、反應(yīng)時(shí)（Reaction

time

RT）

1、定義：指從信號（刺激）發(fā)生到反應(yīng)產(chǎn)生之間的時(shí)間間隔。如在短距離游泳比賽中槍響到腳踏離跳臺。

反應(yīng)時(shí)只與活動開始前的時(shí)間有關(guān)。2021/5/94圖2.1反應(yīng)時(shí)和運(yùn)動時(shí)典型測試方法的過程及時(shí)間分段2021/5/952、反應(yīng)時(shí)的種類：(Type

of

RT

Situation)

簡單反應(yīng)時(shí)（simple

RT

or

A-reaction）選擇反應(yīng)時(shí)（choice

RT）辨別反應(yīng)時(shí)（discrimination

RT）（1）

簡單反應(yīng)時(shí)：指測試情景中只包含單一刺激并要求被試者做出單一反應(yīng)動作，這時(shí)所側(cè)的反應(yīng)時(shí)稱為簡單反應(yīng)時(shí)。

亮燈松開按鍵、計(jì)時(shí)、起跑

。2021/5/96（2）

選擇反應(yīng)時(shí)：指測試情景中包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號，每個(gè)信號都要特定的反應(yīng)形式，這時(shí)測的的反應(yīng)時(shí)為選擇反應(yīng)時(shí)。

如：紅燈-食指，藍(lán)燈----中指，綠燈—無名指-

十字路口

紅綠燈-----選擇反應(yīng)時(shí)2021/5/972021/5/98（3）

辨別反應(yīng)時(shí)：指測試情景中包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號，但被試者只需對其中的一個(gè)做出反應(yīng)，這時(shí)測得的反應(yīng)時(shí)為辨別反應(yīng)時(shí)。

在辨別反應(yīng)時(shí)中同樣有兩個(gè)或兩個(gè)以上的刺激信號但與選擇RT不同的是它只對其中一個(gè)信號做出反應(yīng)。

從刺激信號的數(shù)量來判斷是不是簡單反應(yīng)時(shí)，從做出的反應(yīng)的信號數(shù)量來判斷是不是辨別反應(yīng)時(shí)。2021/5/993、反應(yīng)時(shí)的時(shí)間構(gòu)成：----兩部分

在刺激信號發(fā)出和肌肉活動開始之間存在一個(gè)時(shí)間間隔，這個(gè)間隔便是反應(yīng)時(shí)的第一部分，稱為前動作時(shí)（pre-motor

time），

第二部分是從肌肉活動增加到外顯肢體動作真正開始之間的時(shí)距，稱為動作時(shí)

2021/5/910分段反應(yīng)時(shí)圖解說明EMG信號活動和動作前及動作部分的RT間隔之間的關(guān)系2021/5/911

圖2.8使用EMG記錄運(yùn)動反應(yīng)。左側(cè)圖顯示反應(yīng)一時(shí)間設(shè)備以及放置EMG表面電極的位置。右圖顯示三個(gè)肌群的EMG記錄以及每次反應(yīng)的時(shí)間間隔(經(jīng)授權(quán)摘自Lee,Wynne，1980.JournalofMotorBehavior，12，187)。2021/5/912前動作時(shí)是測量神經(jīng)系統(tǒng)對外部環(huán)境信息加工并轉(zhuǎn)達(dá)到肌肉所消耗的時(shí)間。前動作時(shí)的產(chǎn)生很可能與動作準(zhǔn)備過程中的認(rèn)知決策活動有關(guān)，而動作時(shí)的間隔說明在外顯肢體運(yùn)動產(chǎn)生之前存在的肌肉活動研究人員一致認(rèn)為，這種肌肉活動說明肌肉在接到收縮指令后出現(xiàn)的收縮滯后現(xiàn)象，是由于克服肢體惰性而產(chǎn)生的。2021/5/9134、反應(yīng)時(shí)在研究中的應(yīng)用（1）用來測量開始指令動作速度的快慢。

（2）評價(jià)人對指定動作的動作形式和開始時(shí)間的預(yù)判斷。

5、反應(yīng)時(shí)與動作時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間在人對信號做出反應(yīng)的情景中，還有兩個(gè)操作量度可以作為評價(jià)依據(jù)，即運(yùn)動時(shí)和響應(yīng)時(shí)。運(yùn)動時(shí)開始于反應(yīng)時(shí)結(jié)束的同時(shí)，是動作從開始到結(jié)束的時(shí)間長度；響應(yīng)時(shí)是反應(yīng)時(shí)和運(yùn)動時(shí)的總和。2021/5/914圖2.1反應(yīng)時(shí)和運(yùn)動時(shí)典型測試方法的過程及時(shí)間分段2021/5/9156、決策情景中應(yīng)用反應(yīng)時(shí)和動作時(shí)評估技能操作問題的實(shí)例

例1、足球前鋒接隊(duì)友的傳中球射門時(shí)出現(xiàn)了遲疑：

原因：（1）注意不夠，（2）信心不足，（3）動作太慢

前兩種與反應(yīng)時(shí)有關(guān)，后一種與動作時(shí)有關(guān)。2021/5/916例2、在模擬器上學(xué)駕駛，突然“街道”上出現(xiàn)物體只能停車，

是決策問題還是動作速度問題？

反應(yīng)時(shí)：從物體出現(xiàn)到駕駛員的腳松開加速器。

動作時(shí)：從松開加速器到接觸剎車踏板。

如果反應(yīng)時(shí)增加運(yùn)動時(shí)不變，原因只與注意力和決策有關(guān)。如果運(yùn)動時(shí)改變說明與動作有關(guān)。2021/5/917四、誤差測量

1、定義：指把人在操作中出現(xiàn)的失誤次數(shù)作為一種操作量度。

（1）

它可以用來評估以精確性為動作目標(biāo)的技能，如伸手拿茶杯，沿指定路徑走等，這些技能需要時(shí)間和空間上的精確性。

（2）

可以反應(yīng)操作的精準(zhǔn)性，某些誤差測量可以為分析產(chǎn)生操作問題的原因提供必要的信息。

（可以跳高、跳遠(yuǎn)和投擲等項(xiàng)目的步點(diǎn)準(zhǔn)確來例子說明）

2021/5/918教練或醫(yī)生可根據(jù)動作前后的一致性和偏差性來判斷外顯動作存在的問題。動作前后出現(xiàn)一致性問題說明基本技術(shù)動作掌握的不熟練，而偏差性問題說明操作者已經(jīng)掌握了技術(shù)動作，但對操作情景中的特殊要求的適應(yīng)能力較差。

在康復(fù)訓(xùn)練中可用于設(shè)計(jì)和訓(xùn)練技能動作，在體育教學(xué)中如排球的傳接球技術(shù)、籃球的三步上籃技術(shù)。

2021/5/9192、一維動作目標(biāo)的誤差測量

在重復(fù)性的操作中，我們至少需要計(jì)算三種誤差才能評價(jià)出操作的準(zhǔn)確性或找到導(dǎo)致準(zhǔn)確性問題的原因。

絕對誤差：指每次操作的實(shí)際成績與目標(biāo)之間的絕對差異，將誤差值相加再除以練習(xí)次數(shù)得到絕對誤差的平均值。是操作準(zhǔn)確性的整體指標(biāo)，只以它來評價(jià)會隱藏關(guān)于錯(cuò)誤操作誘

因的信息。

2021/5/920常誤：指操作成績偏離目標(biāo)的量，通常用“+”或“—”進(jìn)行標(biāo)示。

動作過程中出現(xiàn)失誤的原因有兩方面動作不足或動作過火，所以計(jì)算常誤對判斷人在技能操作過程中產(chǎn)生操作誤差的傾向具有重要的意義。計(jì)算方法與絕對誤差相同。

可變誤差：指描述操作變異性（或一致性的）的誤差值。

例子：2021/5/921上圖中薩姆出現(xiàn)的是一致性的問題，喬出現(xiàn)的是偏差性的問題。2021/5/9223、二維動作目標(biāo)的誤差測量

當(dāng)技能的操作結(jié)果同時(shí)要求垂直和水平兩個(gè)方向的準(zhǔn)確性時(shí)，一維動作的評價(jià)就必須調(diào)整。二維測量情景中準(zhǔn)確性的量度稱為半徑誤差。

半徑誤差：計(jì)算x軸與y軸（及水平方向與垂直方向）形成的直角三角形的斜邊長度得到。2021/5/923計(jì)算步驟：

●

測量誤差水平方向的長度（X軸）；求出這個(gè)數(shù)的平方。

●

測量誤差垂直方向的長度（Y軸）；求出這個(gè)數(shù)的平方

●

將X軸和Y軸的平方相加求和；求和的平方根。2021/5/924

圖2.3運(yùn)用半徑誤差RE測量操作準(zhǔn)確性的范例。操作任務(wù)是個(gè)體向圓形目標(biāo)投擲飛鏢，投擲的目標(biāo)是擊中圓形的中心(在圖中用+表示)。個(gè)體擊中目標(biāo)的位置用O表示。RE就是有X軸和丫軸圍成的直角三角形的斜邊(h)。圖2.4個(gè)體每次反應(yīng)與目標(biāo)之間的差異用均方根誤差《RMSE)計(jì)算《經(jīng)授權(quán)摘自Franks，I.M.etal.，1982.Thegenerationofmovementpatternsduringtheacquisitionofapursuittrackingtask.HumanMovementScience，1:251-271.Copyrights1982Elsevier/North-Holland，Amsterdam，TheNetherlands)。2021/5/9254、連續(xù)技能的誤差評估

連續(xù)技能的誤差測量中常用的一種誤差分?jǐn)?shù)是均方根誤差，均方根誤差可以看成是連續(xù)性任務(wù)中的絕對誤差。選取連續(xù)技能特定時(shí)間段的操作曲線與目標(biāo)曲線進(jìn)行對比并計(jì)算出誤差值。

2021/5/926五、運(yùn)動學(xué)測量（kinematics）

指不涉及力和質(zhì)量因素，而對運(yùn)動進(jìn)行描述，包括位移、速度和加速度。通常與生物力學(xué)測量結(jié)合實(shí)施。

運(yùn)動學(xué)的測量是以記錄技能操作中特定身體部位的運(yùn)動軌跡為基礎(chǔ)的測量方法，屬于操作過程測量。

1、位移（displacement）

是描述肢體或關(guān)節(jié)在運(yùn)動過程中空間位置變化的運(yùn)動學(xué)量度。

2、速度

是描述物體特定時(shí)間內(nèi)位置變化率的運(yùn)動學(xué)量度，用位移除以是時(shí)間便可以得到速度。

2021/5/9273、加速度是描述運(yùn)動過程中速度變化率的運(yùn)動學(xué)量度。用速度變化量除以變化持續(xù)的時(shí)間。

4、直線運(yùn)動和角運(yùn)動

（1）直線運(yùn)動

指全部身體或操作對象沿直線在相等的時(shí)間內(nèi)運(yùn)動相等距離。（2）

角運(yùn)動

也稱為轉(zhuǎn)動，指圍繞轉(zhuǎn)動軸進(jìn)行的運(yùn)動。

角—角圖通常描述兩個(gè)鄰近身體部位的角度，對動作的描述更加準(zhǔn)確和具體。

圖2-6的角—角圖

描述的是在跑步中大腿和膝關(guān)節(jié)的經(jīng)典步態(tài)關(guān)系圖形。所測的四個(gè)時(shí)相為蹬伸、支撐緩沖、對側(cè)角蹬伸、對側(cè)腳支撐緩沖。

下圖顯示的是小腿切除者，注意，他們在支撐開始階段膝關(guān)節(jié)并沒有象熟練者那樣產(chǎn)生彎曲。2021/5/928圖2.6角-角圖顯示熟練跑步者(上圖)和三例肘一膝切斷手術(shù)患者(下圖)在跑步時(shí)膝-大腿之間的關(guān)系。圖中的縮寫同側(cè)支撐(IFS)、同側(cè)騰空(ITO)、對側(cè)支撐(CFS)、對側(cè)騰空(CTO》表示跑步的四個(gè)組成部分(經(jīng)授權(quán)摘自Enoka,R.M.etal.,1978.Belowkneeamputeerunninggait.AmericanJournalofPhysicalMedicineandRehabilitation，6