運動技能學習與控制課件第九章運動技能學習概述

1第九章動作技能學習概述重要問題掌握運動技能學習的概念了解運動技能學習的基本理論理解運動技能學習的形成階段及其特征掌握運動技能學習的測量與評價方法理解運動技能學習過程的基本特征

3第一節(jié)運動技能學習概念 第二節(jié)運動技能學習的理論 第三節(jié)運動技能學習的階段 第四節(jié)運動技能學習的測量與評價 第五節(jié)運動技能學習的基本特征

目錄

4第一節(jié)動作技能學習概念動作技能學習是與導致運動能力產(chǎn)生相對持久改變的練習或經(jīng)驗相聯(lián)系的一系列過程。

5一、操作績效與運動技能學習操作績效是指在特定時間和特定情景下可直接觀察到的行為及可測量的行為結(jié)果。運動技能學習是指在體育運動領域，通過練習或經(jīng)驗，使個體動作操作能力發(fā)生相對持久改變的一系列內(nèi)在的過程。這種內(nèi)在的變化過程通常無法直接觀察到，但可以通過練習或經(jīng)驗所導致的操作績效發(fā)生相對持久的改變來加以間接的推斷。

6績效與學習的區(qū)別判斷依據(jù)持續(xù)性來源影響因素操作績效直接觀察到的行為暫時的可能不是由練習或經(jīng)驗而產(chǎn)生的可能受績效變量的影響運動技能學習通過操作績效加以推斷相對持久的一定是練習或經(jīng)驗的不受績效變量的影響7二、績效變量與學習變量

績效變量

是指對動作的操作績效產(chǎn)生影響的各種因素，這些因素的影響是即刻而短暫的，如注意、焦慮、疲勞等。

學習變量

是指對動作操作能力產(chǎn)生影響的各種因素。對動作操作能力的影響是相對持久的。如指練習或經(jīng)驗、觀察或表象等。8

第二節(jié)運動技能學習的理論

長期以來，為了更好地指導人們在各種環(huán)境中成功地習得和完成各種運動技能，研究者對運動技能學習提出了很多的理論解釋和過程分析，為開展科學的動作學習提供了理論基礎。9

聯(lián)結(jié)主義學習論認為：學習是一種嘗試-錯誤的過程，通過嘗試，淘汰錯誤反應，保留正確的動作。學習就是刺激與反應之間自動聯(lián)結(jié)的過程。聯(lián)結(jié)主義學習理論把動作技能的形成歸結(jié)為是刺激—反應聯(lián)結(jié)的形成和加強，強調(diào)練習和強化在動作技能形成過程中的關(guān)鍵性作用。聯(lián)結(jié)理論來源于Thorndike對動物的學習研究，后來應用于人類的動作學習上。一、聯(lián)結(jié)主義學習論10

不足：行為主義的學習觀沒有深入到動作技能學習的內(nèi)部心理過程和心理實質(zhì)，如心理表征問題，沒能解決高層次的學習動機問題，沒有認識到認知因素在動作學習過程中的重要作用，因而不能有效地解釋復雜的高水平動作技能的獲得，更難以解釋動作創(chuàng)新問題。1120世紀60年代，隨著行為主義受到各方面的挑戰(zhàn)，認知取向的動作學習理論隨之興起。Adams（1971）根據(jù)具有廣泛基礎的經(jīng)驗性動作學習規(guī)律提出了動作學習的閉環(huán)理論，該理論認為，所有的動作都是通過對來自于肢體的知覺反饋與動作標準參數(shù)的不斷比較實現(xiàn)的。學習是運用正確參照值進行錯誤覺察，再通過反饋進行不斷循環(huán)修正，使其與目標達成一致的過程。二、閉環(huán)控制理論12動作學習受內(nèi)部機制控制,是在動作反應、知覺痕跡和記憶痕跡三種因素的共同作用下實現(xiàn)的。13閉環(huán)理論為動作技能學習理論的專門化作出了開創(chuàng)性的貢獻,初步揭示了動作學習的內(nèi)部心理機制,它所提出的知覺反饋、錯誤勘測、動作矯正、過程控制等為后續(xù)研究開拓了思路,至今仍有指導意義。但也存在一些問題：一是記憶的容量問題,即記憶如何儲存那么多的動作細節(jié)并在需要的時候準確提??；二是反饋的時間問題,即對多變的快速動作，知覺何以能在瞬間作出反饋；三是動作的新異性和創(chuàng)造性問題,即人在新異情景下能根據(jù)環(huán)境和任務的要求做出靈活的適應性動作,閉環(huán)理論難以解釋這種靈活性。14為解決閉環(huán)理論所面臨的問題，Schmidt（1975）提出了運動圖式理論。認為動作圖式是在觀察和練習基礎上在大腦中形成的一種概括化的動作結(jié)構(gòu),它反映的不是具體的動作細節(jié),而是具有一定概括性的動作變量關(guān)系和一般性的動作程序。同類動作是由一種運動程序控制，程序由“不變特征”及“可變的參數(shù)”兩個部份所組成。圖式理論主要依靠的是動作的開環(huán)控制。用于解釋新異動作較有用。三、圖式理論1516

圖式學習理論的核心思想是，動作操作時首先要選擇一個一般動作程序，用一些不變的動作特征進行構(gòu)架，如時序，然后再根據(jù)具體的情境需要進行參數(shù)附值，即根據(jù)動作程序來執(zhí)行具體要求。圖式理論有效地解決了動作技能學習中的儲存、新異性、反饋控制和認知問題，對動作學習的解釋也更加全面、合理和深刻。17

生態(tài)學習理論認為學習是在特定目標下的尋找最佳動作與感知的協(xié)調(diào)能力的過程。而不是如Schmidt所提出的增強動作的規(guī)則或圖式。生態(tài)系統(tǒng)是一個整體系統(tǒng)，是一個動態(tài)的開放系統(tǒng)，是一個具有自組織功能的穩(wěn)定的復雜系統(tǒng)。整體論是現(xiàn)代生態(tài)學最重要的思想，中國古代的宇宙觀和自然觀具有非常重要的生態(tài)學意義。生態(tài)學習理論認為學習者首先需要了解動作與感知的動作工作空間，其次需要了解學習者可使用的動作尋求策略，最后是提供增強的感知線索以幫助學習的過程。四、生態(tài)學理論18動作程序是指在執(zhí)行動作前預先組織好的一系列動作指令，它決定了技能性動作的基本細節(jié)，使人能夠在沒有反饋的情況下完成動作，相當于中樞模式發(fā)生器。動作程序是一種以記憶為基礎的結(jié)構(gòu)，控制著協(xié)調(diào)運動。動作程序形成的基礎是“開環(huán)控制”系統(tǒng)。動作程序的兩個重要概念：固有特征和可變參數(shù)。動作程序理論還認為動作參量的變化越多，就越有利于掌握技能。隨著練習的增加，動作程序儲存在長時記憶就越深刻，在需要時就能夠快速高效的提取。五、動作程序理論19動力系統(tǒng)理論認為人類的運動控制是一種復雜的系統(tǒng)，其行為方式與那些復雜生物或物理的系統(tǒng)相似。作為一種復雜的系統(tǒng)，人類動作控制是從非線性的動力學觀點的角度來解釋的。這就意味著，行為在時間上的改變不是持續(xù)的、線性的過程，而是突然發(fā)生變化的。動力系統(tǒng)理論強調(diào)人和技能表現(xiàn)的物理環(huán)境之間的相互作用，其核心就是穩(wěn)定性，穩(wěn)定性是指一個系統(tǒng)在行為上的穩(wěn)定狀態(tài)。六、動力系統(tǒng)理論20第三節(jié)運動技能學習的階段

開始階段：獲得動作的協(xié)調(diào)模式，初學者改進、發(fā)展自己已有的協(xié)調(diào)模式，使其與所學動作操作的環(huán)境特征相匹配；其次要區(qū)分操作環(huán)境中與動作相關(guān)的變量和無關(guān)變量。后期階段：學習者需要完善、優(yōu)化自己獨特的動作協(xié)調(diào)模式；提高完成動作技能的一致性；提高動作技能的經(jīng)濟性和有效性。后期階段的最終目標是要固定動作協(xié)調(diào)模式的一般特征。

一、兩階段模型21

認知定向階段動作的聯(lián)結(jié)階段自動化階段

二、Fitts動作技能形成的三個階段

從開始學習運球到在比賽中隨心所遇地扣籃，需要經(jīng)歷幾個不同的學習階段。2223第四節(jié)運動技能學習的測量與評價一、運動技能學習的測量

測量分類結(jié)果測量過程測量反應時、誤差值、成功率和練習次數(shù)、次任務等。運動學、動力學、肌電、腦電圖和協(xié)調(diào)性。241誤差值測量RMSE（rootmeansquareerror）其計算公式為目標操作26(一)運動結(jié)果測量a:常誤很小，但可變誤差較大；b:常誤很大，但可變誤差較小，穩(wěn)定性高。動作的穩(wěn)定性遠比動作的偏離更重要27常誤(誤差平均值)與可變誤差(結(jié)果的一致性)2準確性測量28在有關(guān)動作行為的研究中，有很多任務是不能通過簡單的打分進行評價的。追蹤任務是關(guān)于準確性的一個重要任務，在這種任務中動作的操作是連續(xù)進行的，因而可以避免對不連續(xù)動作錯誤的計算。在追蹤任務中有四個典型的動作任務，分別是轉(zhuǎn)子追蹤、協(xié)同任務、固定平衡儀和雙手協(xié)同任務。3時間與速度測量29反應時：是指從刺激的呈現(xiàn)到反應的開始之間的時距。反應時是一種反應變量，它既可以作為內(nèi)部心理過程復雜程度的指標，也可以作為辨別的快慢、學習和動作反應等指標。動作時：動作時是指從應答開始到動作完成的時間間隔。動作時的值可長可短，范圍可從幾毫秒的快速動作到馬拉松比賽的幾小時之間不定。4運動幅度測量30評估技能的第三種方法是測量運動的幅度，在許多體育運動中都通過測量運動幅度來評價成績的好壞，如在標槍的運動中，操作者所投擲的遠度以及在舉重中，練習者所舉起的重量等都是對動作幅度的測量。盡管那些以追求最大操作數(shù)量的任務與那些追求速度或準確性的任務有明顯區(qū)別，但它們的基本原則差異不大。5次任務測量31次任務測量是讓操作者在進行負荷作業(yè)（稱為主任務）的同時再從事另一事先選定的作業(yè)（稱為次任務），通過次任務績效來反映主任務工作負荷狀況?；谟邢奕萘坷碚?。運動學測定：是以記錄技能操作中特定身體部位的運動軌跡為基礎的測量方法。位移、速度、加速度、角度、協(xié)調(diào)模式32(二)運動特征測量1運動學測定33動力學測定是從力的角度來對動作操作進行評價的，并認為力是運動產(chǎn)生的原因。作用在身體上的推力或拉力，有內(nèi)力和外力之分，如重力和空氣阻力屬于影響人走和跑的外力、水的阻力是影響游泳動作操作的外力、肌肉通過牽拉人體關(guān)節(jié)為人提供了產(chǎn)生運動的內(nèi)力等。研究中通常使用測力板、力傳感器和拉力計等設備直接測量某些力的大小，例如對起跳時的用力評價、投擲時肘關(guān)節(jié)的力學分析等。342動力學測定肌電圖：描述了神經(jīng)系統(tǒng)對肌肉活動的控制模式

353肌電圖測量（EMG）圖9-10運動中不同肌肉的肌電圖比較(引自Carter等，1984)手臂動作與肌電圖變化(引自Lee,Wynne,1980)36374眼動測量TobiiGlasses2可穿戴眼動儀眼動測量主要通過眼睛注視物體時的瞳孔和角膜光線反射來評價被試的注視區(qū)域、時間以及路徑轉(zhuǎn)換策略。腦電圖測定：測量學的新進展在腦科學研究中發(fā)明了多種腦活動測量技術(shù)，這些測量結(jié)果對動作技能的學習與控制具有重要的啟發(fā)與借鑒意義。但現(xiàn)在使用這些方法來描述運動操作過程中的腦活動還處于初級階段，有些技術(shù)還不十分成熟，廣泛運用可能還需要時間。385腦活動測量（EEG）39EEG檢查系統(tǒng)正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)（PET）：正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)是評估大腦活動技術(shù)中的第一個神經(jīng)影像學技術(shù)。PET可以展示腦部血流或代謝的活動情況，并為研究大腦各個領域提供一個窗口?？梢酝ㄟ^PET成像技術(shù)對一個人操作動作技能的表現(xiàn)情況進行研究，即只需掃描操作者的頭部（在整個掃描過程中需要被試平躺下來）即可完成操作。當被試在操作特定的動作技能時，PET掃描可以檢測到被激活的大腦區(qū)域。4041正電子發(fā)射斷層成像（PET）功能性核磁共振成像技術(shù)（簡稱fMRI）：是當前研究腦功能最常用的一種方法。由于fMRI與其他腦功能成像手段相比，具有較高的空間和時間分辨率、對人體無輻射性傷害、能夠精確定位腦部不同位置的活動狀況以及費用較低等優(yōu)點，已成為目前腦功能成像研究中最常用的手段。利用功能磁共振成像技術(shù)來研究運動訓練與大腦的可塑性之間的關(guān)系、專家和新手完成動作表象時大腦激活異同情況。由于fMRI的使用需要較長時間，對于極短時間快速完成的動作或者需要多肢體參與動作幅度較大的運動技能，這些設備在使用上還存在一定的局限性。4243功能性核磁共振成像（fMRI）腦磁圖（簡稱MEG）：是一種最新的研究大腦活動的技術(shù)，它通過對腦神經(jīng)電流產(chǎn)生的微弱生物磁場的測量，而對腦活動進行功能性成像。MEG能夠反映毫秒時間范圍內(nèi)的神經(jīng)活動變化，可以用它來進行人腦的動態(tài)行為。MEG在軀體運動功能定位方面應用較多。44圖9-15癲癇患者MEG檢查腦成像定位圖45經(jīng)顱磁刺激（TMS）經(jīng)顱磁刺激(TMS)是一種利用脈沖磁場作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)（主要是大腦），改變皮層神經(jīng)細胞的膜電位，使之產(chǎn)生感應電流，影響腦內(nèi)代謝和神經(jīng)電活動，從而引起一系列生理生化反應的磁刺激技術(shù)。

練習績效保持測試遷移測試協(xié)調(diào)動力學測試次任務技術(shù)46二、運動技能學習的評價

47評價運動技能學習的最常用方法是練習曲線，即通過記錄個體在各練習階段的操作績效，并繪制成績效曲線圖，通過練習階段操作績效的變化情況來評價運動技能學習。評價指標可以是單位時間內(nèi)完成的數(shù)量或正確率，也可以是反應時、錯誤率、距離、位移、速度、加速度等指標，這里提到的單位時間既可以是幾秒鐘、幾分鐘、一天或數(shù)天，也可以是一次操作或多次操作所用的時間。1練習曲線的一般類型(一)練習績效48練習曲線的一般類型49復雜追蹤任務的練習曲線(引自Magill,2004)練習次數(shù)2

操作結(jié)果曲線503

運動學曲線

運動員膝角變化與地反力垂直分量對應關(guān)系（引自張勝年等，2014）51使用績效曲線存在的問題：被試間差異和被試內(nèi)差異：績效曲線通常是由多名被試的均值繪制的。平均數(shù)據(jù)，可以平衡抽樣誤差，但掩蓋掉某些個體間的真實誤差。同時，被試的各次操作也是不穩(wěn)定的?？冃€：不是一種學習反映，是績效函數(shù)而不是能力天花板效應和地板效應：如在大多數(shù)實驗中，被試不會超越絕對分值，沒有比0個錯誤更少，某些時機任務的操作時間不會小于0秒。當個人接近某一成績的最高或最低點時，成績提高開始變得越來越困難，如體操的滿分是10分，把一個人的分數(shù)從6.0提高到6.5要比從9.0提高到9.5容易的多。高爾夫從140桿減到135與從75桿減到70桿截然不同。這類數(shù)據(jù)統(tǒng)計是有問題的。

52

練習后間隔一定時間測（時間要足以所有影響績效的因素），與練習前的水平比較。通過保持量，評價技能績效的持久性。關(guān)鍵要區(qū)分績效水平的變化。通常間隔24小時或更長。

教學中的測驗多為保持測驗。(二)保持測試53

評價新技能的適應性特征，消除暫時效應。有兩種方法：

⑴情境遷移：無反饋、新環(huán)境、個體特征（焦慮、壓力等）。

⑵新技能遷移：主要也是改變某些操作環(huán)境，從而評價個體對技能的駕馭能力。沒有人一直用同樣的速度走路！可采用雙側(cè)遷移，平衡實驗設計(三)遷移測試54協(xié)調(diào)動力學是描述、解釋和預測協(xié)調(diào)模式在自然系統(tǒng)中如何形成、適應、持續(xù)和變化，通過在兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)變和在新狀態(tài)下的穩(wěn)定性和可變性來評價動作學習。運動技能學習的實質(zhì)就是從已有的動作協(xié)調(diào)模式向新動作協(xié)調(diào)模式轉(zhuǎn)化的過程，學習者第一次練習某項技能時，首先在自己已有的動作協(xié)調(diào)模式中選擇一個相近或一類的動作程序，然后通過練習建立一種新的動作協(xié)調(diào)模式。(四)協(xié)調(diào)動力學5556熟練者的技能操作已經(jīng)相當熟練，操作績效呈現(xiàn)明顯的“天花板效應”，相對于自身的水平績效提高很小。熟練者運動技能學習的評價通常是在學習者完成主任務的過程中加入次任務，如算數(shù)、信息判斷等，通過對次任務的正確應答情況間接評價學習者對主任務的學習情況。這種評價方法所依據(jù)的理論就是注意的有限容量理論，即人類的注意容量是有限的，注意的信息加工是需要消耗容量的，容量的分配與技能熟練程度有關(guān)，一個任務的操作技能越熟練，可分配的剩余容量就越多。(五)次任務技術(shù)57一、操作速度進一步提高二、動作協(xié)調(diào)性越來越好三、新的協(xié)調(diào)模式趨于穩(wěn)定四、參與肌群的優(yōu)化與重組五、能耗節(jié)省化六、注意特征進一步優(yōu)化七、覺察錯誤與糾錯能力的逐步提高八、大腦神經(jīng)可塑性的改善九、不變操作特征的內(nèi)化第五節(jié)運動技能學習的基本特征58一、操作速度的進一步提高從動作技能學習的初期到熟練階段，最顯著的變化就是動作操作的績效逐步提高，并表現(xiàn)為典型的負增長模式，即在運動技能學習的早期，學習者的操作績效在單位時間提高很快，但隨著練習的進行，學習者單位時間操作績效提高幅度則逐漸減小。5960二、協(xié)調(diào)性變化越來越好運動技能學習過程中，學習者的動作協(xié)調(diào)性也發(fā)生了變化，表現(xiàn)為動作協(xié)調(diào)模式不斷完善并逐步穩(wěn)定下來，操作更加一致且高效，外顯的操作績效逐步提高。61三、新的協(xié)調(diào)模式趨于穩(wěn)定當人們學習一項新技能時，通常先判斷它與人們已經(jīng)掌握的技能在操作上有哪些相似之處，然后利用人們已有的、習慣化的動作技能來嘗試操作所要學習的新技能。已有的運動模式向目標模式轉(zhuǎn)化的過程中具有明顯的“穩(wěn)定-不穩(wěn)定-穩(wěn)定”的特征。62四、參與的肌群的優(yōu)化與重組在動作技能學習的初期，學習者普遍存在肌肉群使用不當?shù)默F(xiàn)象，首先是使用的肌肉群比目標動作需要的多，其次是各肌肉組織激活的時間順序不合理。但隨著練習的進行，參與動作操作的多余肌肉群數(shù)量逐漸減少，最終達到正確激活肌肉群，肌肉群被激活的時間順序變得更加合理。在技能學習的不同階段，肌肉的動作控制系統(tǒng)會進行重組。參與技能的肌肉群也會變化，重組。63五、能量節(jié)省化練習不僅可以提高動作操作的熟練性，還能引起自身能量消耗的變化，提高能量消耗的經(jīng)濟性。學習者動作操作的能量消耗隨著練習而減少已經(jīng)得到了許多研究的證實。64六、注意特征進一步優(yōu)化運動技能學習會導致學習者注意特征發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為選擇性注意的變化和有意注意的變化。選擇性注意更有效(來自眼動儀的證據(jù))。有意注意向無意注意過渡。65七、覺察錯誤與糾錯能力的逐步提高動作技能學習除了提高操作的熟練性外，還可以提高學習者自我覺察錯誤和糾錯能