目标数量对篮球运动员视觉追踪表现的影响

目标数量对篮球运动员视觉追踪表现的影响
李军
【摘要】考察篮球运动员在多目标视觉追踪任务中的表现.专家组为篮球后卫、中锋和前锋各14人,新手组为篮球专选学生14人,实验运用多目标追踪和变化检测范式考察各组别在不同目标数条件下的追踪正确率.结果表明:随着目标数增多,专家组的追踪正确率与新手组的差异逐渐显著,出现显著性差异的顺序依次为后卫、中锋和前锋.专家组组块化的效率高于新手组；后卫的多目标追踪能力具有非常明显的优势,中锋略好于前锋.
【期刊名称】《天津体育学院学报》
【年(卷),期】2012(027)002
【总页数】5页(P133-137)
【关键词】篮球;多目标追踪;变化检测范式;组块化
【作者】李军
【作者单位】湖南工业大学体育学院,湖南株洲412008
【正文语种】中文
【中图分类】G804.8;G841
20世纪60年代以来，视觉注意一直是心理学研究的重要课题之一。

研究者从静态视觉信息的角度对视觉注意现象的规律和认知加工机制展开了一系列理论和实验研究，并获得了丰硕的研究成果。

但是在现实情境中，个体经常面对不断变化的动态信息，需要个体同时注意多个运动对象，基于静态场景或动态场景的单个注意焦
点的传统研究在一定程度上缺乏生态效度。

最近，研究者开始关注动态视觉信息的视觉加工机制，其中多目标追踪（Multiple Object Tracking，MOT）范式是比
较常用的研究范式。

在多目标追踪任务中，要求被试同时对多个运动物体进行注意追踪。

该范式已成为研究视觉注意系统对多目标进行追踪的规律及其机制的主要方法之一[1-2]。

在对多目标视觉追踪认知机制的研究中，研究者先后提出了视觉索
引理论[3]、知觉组织模型[4]、客体档案理论[5]、注意切换理论[6]和多焦点注意
模型[7]以及多身份捆绑模型[8]。

这些理论模型在解释多目标追踪现象时各自存在
一定的优势与不足。

运动员的认知优势结构特征一直是运动心理学所关注的焦点之一。

众多研究表明，运动专家的认知优势主要表现为知觉模式能力强，动作识别速度快，动作记忆容量大、表征问题效果好，自我调控水平高[9]。

环境主导注意项目运动员主要是通过
视觉通道获取各种外界信息，并对信息进行编码、储存、提取，做出决策和反应，因此，视觉选择性注意加工能力是环境主导注意项目运动员取得优异成绩的重要心理保障之一。

闫苍松[10]和张学民等[11]以静态视觉信息为加工对象探讨了运动员对多目标信息的视觉选择性注意加工能力；基于静态视觉信息研究的局限性，张学民等[12]则以动态视觉信息为加工对象研究了运动员在多目标追踪任务中的特点和规律。

但是，在张学民等[12]的实验中，追踪目标数量是恒定的（目标固定为3个），呈现刺激物数量通过操纵分心物数量来实现。

因此，其更多地是从注意抑制的角度来考察运动员的视觉追踪表现，而且这些研究[10-14]是将不同环境主导注
意项目的运动员作为一个实验组（如各种球类运动员和拳击运动员等混合为一组），而都没有将不同项目或集体球类项目不同位置的运动员区分开来进行深入比较。

在实际情境中，篮球运动员有时需要缩小注意范围，将注意力锁定在少数几个目标上，有时需要将更多的目标同时纳入到注意范围内进行追踪，才能有效地完成各种攻守任务，那么，专家水平与新手水平的篮球运动员在不同目标数量条件下的视觉追踪
任务中究竟会有怎样的具体表现？并且不同位置的专家水平的篮球运动员在多目标追踪任务中的表现是否也存在一定差异？目前还需要进一步的实证研究。

基于以上问题，本研究试图采用专家—新手比较法，通过多目标追踪范式与视觉工作记忆
中的变化检测范式[15]——在试验中先呈现一组刺激，间隔一段时间后再呈现另
一组刺激，要求判断前后两组刺激是否完全相同相结合的方式。

以不同位置的篮球运动员作为专家组，以体育院校篮球专选学生作为新手组，进一步探讨不同运动水平和不同位置的篮球运动员在多目标注意追踪任务中的表现，旨在了解运动员多目标注意追踪的规律和机制，同时为青少年运动员的训练定向提供实证依据。

在本研究的预试验中，由于没有发现不同位置之间篮球专选学生追踪正确率存在显著性差异，同时考虑到他们的专项水平较低，因此，在正式试验中没有对篮球专选学生的位置进行区分。

篮球后卫、中锋和前锋运动员各14名（男7、女7）分别作为3个专家组，平均
年龄为（21±0．85）岁，运动水平均在一级以上（含一级）；体育院校篮球专选学生14名（男7、女7）作为新手组，平均年龄为（20±0．37）岁，运动水平
均在二级以下；所有被试视力正常，逐个完成试验，试验后获取一定报酬。

采用4（组别）×7（目标数）的混合设计。

组别（篮球后卫、中锋、前锋和新手组）为被试间变量，目标数（2、3、4、5、6、7 和 8个）为被试内变量。

因变量为判断反应的正确率。

试验在一台14英寸的便携式计算机上进行。

用托架将头部固定，眼睛与屏幕的距离为60 cm。

屏幕背景为灰色，刺激包括白色圆环和注视点“+”，白色圆环的内径为0．48°，外径为0．57°，“+”的大小为 1．43°。

屏幕背景为灰色。

首先，屏幕中央出现一个白色注视点“+”和若干个白色圆环（圆环数目为2、3、4、5、6、7 或8 个），白色圆环平均分布在以注视点“+”为圆心，直径为7．64°的圆周上（此圆周是不可见的）。

500 ms后，注视点“+”
消失的同时，所有圆环同时开始以视角3．34°/s的速度做匀速直线运动，运动持续时间为500 ms（此为记忆阶段）。

然后，所有圆环停止运动，保持静止状态，持续时间为1 000 ms（此为保持阶段）。

接着所有圆环又按照记忆阶段的速度重新开始运动，运动持续500 ms后所有圆环静止不动（此为检测阶段）。

其中在一半试验中，所有圆环在记忆阶段的运动方向与检测阶段均一致；而在另一半试验中，其中一个圆环在检测阶段的运动方向相对于其记忆阶段做90°的变化（按顺时针或逆时针方向），但其余的圆环在记忆阶段的运动方向与检测阶段均一致。

要求被试按键判断圆环的运动方向是否发生变化，如果运动方向发生变化则按“→”键，如果运动方向没有发生变化则按“←”键。

要求被试尽可能作出正确判断，但不要求反应速度。

按键反应500 ms后，自动进入下一次试验（见图1）。

每种试验条件包括40次试验，其中20次变化，另外20次不变化，试验共240
次试验（7×40=280）。

在整个试验中对圆环出现的数目和变化情况做随机化处理。

正式试验开始前练习20次。

正式试验分为4组，每组70次，两组之间休息
2 min。

整个试验约20 min。

各组被试在不同目标数条件下的追踪正确率见表1。

对试验数据进行重复测量方差分析。

组别主效应显著，F（3，52）=42．79，P＜0．01，后卫（87．78%）、中锋（84．01%）、前锋（79．62%）、新手组（74．97%）两两之间差异显著，P＜0．05；目标数主效应显著，F （6，312）=439．40，P ＜0．01，2 个（97．32%）、3 个（93．97%）、4 个（87．86%）、5 个（78．53%）6 个（74．06%）、7 个（71．11%）和 8
个（68．30%）两两之间差异显著，所有 P＜0．05；组别×目标数的交互作用显著，F=（18，312）=9．31，P＜0．01。

对交互作用进一步分析，表明：
（1）目标数为 2 个时，组别差异不显著，F=（3，52）=2．241，P＞0．05；（2）目标数为 3 个时，组别差异显著，F=（3，52）=5．30，P＜0．01，后卫
（97．50%）与新手组（91．07%）差异显著，P＜0．05，其余两两之间差异不显著，均为 P＞0．05；
（3）目标数为 4 个时，组别差异显著，F=（3，52）=15．80，P＜0．01，新手组（79．29%）与后卫（92．50%）、中锋（91．79%）的差异显著，均为 P ＜0．01，其余两两之间差异不显著，均为 P＞0．05；
（4）目标数为 5 个时，组别差异显著，F=（3，52）=27．31，P＜0．01，后
卫（88．21%）与中锋（81．43%）、前锋（73．75%）和新手组（70．71%）差异显著，分别为 P＜0．05，P＜0．01，P＜0．01，中锋（81．43%）与前锋（73．75%）和新手组（70．71%）差异显著，均为 P＜0．01，前锋与新手组
差异不显著，P＞0．05；
（5）目标数为 6 个时，组别差异显著，F=（3，52）=50．09，P＜0．01，新
手组（63．93%）与后卫（81．79%）、中锋（81．43%）和前锋（69．11%）差异显著，分别为 P＜0．01，P＜0．01，P＜0．05，前锋（69．10%）与后卫（81．79%）和中锋（81．43%）差异显著，均为 P＜0．01，后卫与中锋差异
不显著，P＞0．05；
（6）目标数为 7 个时，组别差异显著，F=（3，52）=21．70，P＜0．01，后
卫（78．71%）与中锋（73．04%）、前锋（70．18%）和新手组（62．50%）之间差异显著，分别为 P＜0．01，P＜0．05，P＜0．01，新手组（62．50%）与中锋（73．04%）和前锋（70．18%）差异显著，均为 P＜0．01，中锋与前
锋差异不显著，P＞0．05；
（7）目标数为 8 个时，组别差异显著，F=（3，52）=22．13，P=0．000，后卫（77．50%）与中锋（68．57%）、前锋（66．43%）和新手组（60．71%）差异显著，均为P＜0．01，中锋（68．57%）与新手组（60．71%）差异显著，P＜0．01，前锋与新手组差异显著，P＜0．05；前锋与中锋差异不显著，分别P
＞0．05。

统计分析结果表明，当追踪的目标为2个时，各组别之间的追踪正确率差异不显著；当追踪的目标较少时（2、3和4个），专家组3个位置的追踪正确率差异不明显，随着追踪目标的增多（5、6、7和8个），后卫与中锋、前锋的差异越来
越明显；当出现5个和6个目标时，中锋的追踪正确率高于前锋，但目标增至7
个和8个时，两者的差异再次消失；在追踪目标较少时（2、3、4和5个），前
锋与新手组的差异并不显著，但在追踪目标较多的条件下（6、7和8个），前者的追踪正确率高于后者。

当追踪目标少于4个时，中锋的追踪正确率与新手组的
差异不显著，从第4个开始，前者的追踪正确率高于后者（见图2）。

从统计分析结果可以发现以下趋势：（1）随着追踪目标增多，各组别之间的追踪正确率差异逐渐显著；（2）后卫在多目标视觉追踪任务中的表现呈现非常显著的优势，其次是中锋，前锋再次之，新手组的追踪正确率最低。

不同位置的专家组与新手组在多目标追踪任务中表现出来的差异程度是不一致的。

在追踪目标数为2个时，所有组别之间的追踪正确率没有差异，并且追踪正确率
非常高，均在95%以上，表明专家组与新手组均能保证以高记忆精度来表征项目，很好地完成2个目标的追踪任务。

后卫和中锋分别自3个和4个起，两者的视觉
追踪成绩均明显好于新手组。

尤其是后卫，在追踪目标超过4个以后，这种差异
表现得更加突出，说明后卫在多目标追踪任务中具有非常显著的优势。

前锋在追踪任务中的表现略好于新手组：当追踪目标少于6个时，前锋和新手组的追踪正确
率并没有表现出差异，但是，当追踪6个或6个以上的目标时，与新手组相比，
前锋在追踪任务中的优势便显现出来了。

总而言之，目标数量的变化对新手组的视觉追踪成绩的影响比专家组更为显著；在多目标追踪任务中，专家组表现出一定的优势效应。

在执行认知操作任务中，工作记忆是一个临时加工与储存系统，该系统的认知资源
量是有限的。

资源共享模型认为，中央执行机构会在加工过程和存储过程之间对认知资源进行灵活分配，尤其在需要的资源紧缺，超过一定的激活量情况下，认知资源的分配将偏向于加工过程。

如果个体对操作任务不熟练，加工过程将会占用较多的认知资源，势必会减少存储靶项目信息量的认知资源，导致更低的记忆成绩[16－17]。

资源共享模型强调对认知操作任务的熟练程度对操作成绩的影响，它所持的是一种领域特殊性观点[18]。

在多目标追踪任务中，专家组所表现出的优势效应验证了这种观点。

篮球项目特点决定篮球运动员较一般人更为频繁地接触大量时空信息，因而对时空信息的认知加工表现出熟练性、简约性和快捷性。

专项运动水平越高，这种领域内的优势特征越突出。

这种优势与专家组在认知操作过程中所采取的加工策略是相关联的。

试验结束后，在对被试进行访谈中，发现不论是专家水平的篮球运动员还是新手水平的篮球专选学生，均报告对追踪2个目标进行正确判断的把握很大，表明现有的认知资源足以保证他们能够高质量完成追踪任务而无须刻意地采取过多的注意控制策略。

当追踪3～4个目标时，专家组和新手组普遍是将多个目标知觉为一个三角形或四边形，并将注意保持在中心位置，利用空间构型是否变化进行判断反应；在更多目标出现的情况下，目标之间的交叉重叠会使知觉组织的作用受到一定限制，尤其在兼顾所有目标较困难的情形下，一些新手组被试会使用组块化策略，而另一些新手组被试甚至采取将注意集中在某个区域范围而忽略其余部分的注意控制策略，这是迫于认知资源的限制而采取的一种下策；而专家水平的篮球运动员更倾向于采取组块化策略，追踪目标越多，组块化效应越明显。

本研究认为，专家组组块化的效率与新手组是有明显差别的。

这种差别主要体现在组块化的加工速度与合理性方面。

注意焦点的可调整观认为，通过注意控制可以调整注意焦点的范围，使注意焦点缩小或扩大，注意焦点可以缩小为1个，也可以扩大为3～5个信息组块[19]。

当目标数量超过注意焦点容量时，个体便倾向于采用组块化策略，将几个目标整合为1个信息单元，产生一个信息组块，而将另外
的几个目标整合成另外的信息单元，产生另外的信息组块。

在组块化过程中，中央执行机构遵循少组块原则，尽可能地将更多的目标整合成一个有意义的信息组块，将信息组块调整到注意焦点范围之内，注意焦点的数量越少，项目表征精度就越高。

在认知加工过程中，由于时间的紧迫性，任务要求须在短时间内迅速完成组块化过程，因此，组块化的加工速度是影响组块化效率的一个重要因素。

另外，将哪些目标整合为一个有意义的信息组块会更具有合理性，最终将影响个体进行表征的精确性。

在组块化过程中，长时记忆中表征相关知识的图式与当前刺激模式进行匹配来实现模式识别，并在当前刺激组块信息群中选择最佳组块模式。

专家化是个体解决某一领域问题能力提高的过程，是长期的、不断积累经验的过程。

运动专家的专项优势体现在加工信息的认知能力上，他们能够更有效地运用长时记忆中的知识与技能，从而形成更有效的信息加工策略和信息组集能力。

专业知识结构与竞赛经验决定了专家水平组进行模式识别和组块选择的快捷性与合理性，使得组块化的效率显著提高。

在本研究中，专家组在多目标追踪任务中的优异表现验证了前述研究[9]
的观点。

试验发现，不同位置的专家组在多目标追踪任务中的表现存在差异，5个目标的追踪任务是专家组之间工作记忆能力差异的分水岭。

当没有超过4个追踪目标时，3个位置专家组的追踪正确率没有差异，均可以保持在90%左右，说明在小信息量
情况下，所有的专家组在认知任务中具有充足的认知资源，工作记忆中的中枢系统—中央执行机构—无须过多的使用加工策略就能够很好地完成追踪任务；当追踪
目标超过4个时，三者之间的追踪正确率出现显著的变化，后卫的追踪正确率普
遍好于中锋，而且后卫与前锋的差异尤为明显。

尽管目标数量逐渐增加，后卫的追踪正确率也逐渐下降，但是下降的趋势相对比较平缓，即使同时追踪8个目标的
正确率仍然维持在75%以上。

相比之下，中锋和前锋下降的幅度比较大，尤其是
前锋的追踪正确率呈急剧下降的态势，自追踪5个目标起，前锋的追踪正确率低
于75%，甚至同时追踪8个目标时追踪正确率接近65%。

这表明在大信息量情况下，认知资源不足会对专家组的认知操作产生不同程度的影响，与中锋和前锋相比，后卫在追踪任务中具有非常明显的优势。

通过上述对专家组与新手组之间差异的原因分析可知，组块化是降低工作记忆负荷并提高追踪正确率的有效策略，尤其在认知资源紧缺时，专家组更倾向于使用组块化的加工策略来提高记忆成绩。

本研究认为，后卫在多目标追踪任务中表现出来的优势效应主要是体现在其更有效的组块化策略上，而不同位置专家组之间组块化效率的差异，可能与他们所具备的专业知识结构和其工作记忆中的中央执行机构的注意控制与认知协调能力密切相关。

专家组的专业知识与技能以运动图式的形式表征在长时记忆中，这些运动图式是运动员通过总结过去的一些特殊情境中的运动经验而形成的知识结构，该结构可以帮助运动员在以后相同或类似的情境再次出现时作出快速而准确的预测和反应。

通过长期地练习，这些运动图式不断发展与丰富，从而使专家在进行特殊的知觉任务时能够表现出优异的成绩。

在篮球比赛中，后卫是整个比赛战术的组织者和指挥者，不仅承担着运球推进、控制比赛节奏和组织进攻等责任，还要捕捉稍纵即逝的战机进行突破或突破分球等任务。

经过长期的专门练习，后卫储存了大量蕴含专项技战术知识的运动图式，这些运动图式的数量与类型远比中锋和前锋丰富，为以后应对专项运动领域内各种特殊的情境积累了丰富的经验。

与此同时，后卫也能将这种认知能力熟练自如地迁移到与真实运动情境类似或相联系的各种情境中。

由于多目标追踪任务与篮球运动情境具有某些类似的特征，在多个目标追踪任务中，后卫激活了更多储存于长时记忆中相应的运动图式，能够快速而准确地加工当前情境中的刺激信息，将知觉到的刺激信息组集成更有意义、相互联系的信息组块。

尤其在复杂多变、信息量大的类似情境中，后卫对运动图式的可利用性具有相对优势，因此，其组块化的能力自然要比中锋和前锋更胜一筹。

此外，由于后卫运动员在赛场上需要具有非常开阔的视野和敏锐的洞察力，以便时
刻掌握同伴和对手的攻防情况，其中央执行机构必定具备更高的效能。

作为工作记忆的中枢系统，中央执行机构负责控制和引导信息的流动，并通过注意的集中和转移来协调语言环路和视空展板的活动，并且还负责当前环境的输入与过去经验之间的协调工作，使得个体能够形成有效的运动策略。

当认知负荷较低时，3个位置的专家组均有充分的认知资源，中央执行机构无须过多的注意控制就能轻松有效地完成追踪任务。

然而在认知负荷较大、资源紧缺时，对中央执行机构的功能提出了更高的要求，它必须通过实施更为有效的注意控制，在信息加工过程中合理地调配注意资源，协调当前的刺激信息与长时记忆中运动图式的联系。

根据任务分工特点，后卫往往需要随时监控赛场上多名同伴和对手的活动情况，通过长期大量地练习和丰富的竞赛经验提高了其中央执行机构的注意控制机能和认知协调能力，使得后卫在类似情境的认知操作任务中比中锋和前锋更具有熟练性和灵活性，能够更快、更适宜地做出决策。

MILLSLAGLE在以篮球运动员为被试的试验中报告了后卫具有类似的优势效应[20]。

让篮球运动员观看发生在比赛情景中经组织的和未经组织的比赛幻灯片，然后再进行再认测试。

发现后卫比中锋和前锋再认的准确率更高。

因为在比赛中，后卫在做决策与执行决策比中锋和前锋有更多的体验机会。

该试验结果与本试验都验证了专项技战术知识的组块化能力对工作记忆存储信息的影响。

值得注意的是，中锋与前锋之间追踪正确率的差异呈峰形态势，中锋比前锋略占优势。

在追踪2、3和4个目标时，两者追踪成绩没有差异，而且追踪正确率均维持在90%左右，说明在信息量小、任务难度较低的情况下，中锋和前锋在信息加工过程中能够充分利用中央执行机构的注意控制和认知协调功能，合理地调控自身的认知资源，有效地完成追踪任务。

在追踪目标为5个或6个时，中锋的追踪正确率明显好于前锋，说明中锋在具有一定难度的追踪任务中的认知能力比前锋占据一定优势。

这种优势的形成与两者在技战术特点上和打法风格上的差异是有关联的。

在进攻过程中，中锋通常落位于内线，处于其他队员的中枢位置上，是全队进攻的
枢纽之一。

中锋要担负策应分球、适时掩护、及时补防以及抢篮板球后的快速一传的任务，必然要求中锋比前锋能够注意到更多的目标信息，并且要求中锋善于在瞬息万变的环境中做出快速而准确的认知决策，形成有效的运动策略。

认知能力上的优势是中锋在长期不断地练习中存储了大量的相关知识经验的结果，无论是在运动图式的可利用性方面，还是在中央执行机构对认知活动的注意控制与协调能力方面，都是前锋无法比拟的。

当目标数增至7个和8个时，两者的差异再度消失，而且
中锋和前锋的追踪正确率均低于75%，说明当信息量大、任务难度较大时，中锋
和前锋的认知负荷增加，认知资源严重不足，两者的中央执行机构都无法形成有效地加工策略、难以有效地应对当前的复杂的情境信息，在认知操作中都表现出相对较低效率的组块化效应。

总而言之，认知优势是专家从事专业领域活动所具备的典型特征之一，运动专家专项优势表现在加工信息的认知能力上，他们能够更有效的使用记忆中的知识与技能，从而形成更有效的知觉预测能力和信息加工策略。

这种认知优势主要基于专项知识经验的积累，是后天培养、长期习得的结果。

随着现代篮球运动的发展，篮球运动技术动作不断创新，战术精湛，力求实效，阵形多变，后卫、前锋和中锋的分工越来越模糊，各位置的职责和技术特点也越来越综合化和全面化。

因此，为适应现代篮球发展的趋势和特点，提高中锋运动员，尤其是前锋运动员的多目标视觉追踪能力是当今高水平篮球运动训练不可忽视的重要环节之一。

普遍认为，专家需要经过10年打磨或1万小时以上的训练，本研究将“专家”定义为一级以上（含一级）水平的篮球运动员，毕竟与真正的专家水平还存在一定的距离。

今后可以开展眼动研究以进一步比较不同位置篮球运动员在多目标追踪任务中的视觉搜索模式；以后在多目标追踪研究中，可以尝试采用更具生态化的真实运动情景信息，以提高试验的生态化效度。

与新手组相比，专家组在多目标追踪任务中的表现具有优势效应，在认知加工过程。