眼动与运动心理学

摘 要通过眼动分析可以比较深入地考察运动员在比赛中的心理活动过程,并且可以比较专家和新手的差异.该文对国内外的运动心理学的眼动研究进行了较为全面的回顾,同时对这个领域的研究现状和发展趋势进行了评述与展望.

关 键 词运动心理学,眼动,视知觉.

分类号B849

运动心理学是心理学的一个分支,它主要研究体育运动中心理活动的规律.20世纪70、80年代以来,运动心理学的研究不断发展,特别是在研究手段上越来越先进.眼动仪在运动心理学研究中的广泛应用就具体体现了这一趋势.本文主要介绍国内外在这个领域的一些研究成果.

在许多团体体育项目中,都存在着瞬息变化的比赛局面,这就要求运动员能够迅速地搜寻到有用的视觉信息,同时做出相应的动作反应.许多研究发现,专家运动员比新手运动员的视觉搜索策略更恰当和更有效率[1,2].视觉搜索策略是指在搜索相关的信息时眼睛的移动方式.运动员在比赛中的视觉搜索及注视情况,可以通过眼动仪来进行研究.

1对篮球运动员的眼动研究

在篮球运动中,一个运动员在做出动作反应（传球、运球或投篮,跑位等等）之前,必须从赛场上选择和分析有用的视觉信息.

在一项研究中,对专家运动员和新手运动员进行了考察.实验结果发现：（1）视觉搜索并不是穷尽赛场上所有的刺激.无论是专家运动员还是新手运动员,都是倾向于选择特定的信息,一旦获得足够的信息,就马上做出反应.不过,专家运动员倾向反复注视成对的进攻――防守队员,新手运动员则不注视防守队员,而只注视自己的同伴队员；（2）专家运动员注视重要的空当较多（空当是指从控制球的队员到篮筐之间无对方防守队员的区域）,这说明专家运动员能够注意到比较重要的关键信息；（3）专家运动员经验丰富,比赛场景的一般变化对他们影响不大[3].

预程序运动控制（preprogrammedmotorcontrol）检测说是关于运动员在瞄准远距离蓝筐时视觉搜索的检测说,该检测说认为相关视觉信息在最终的投篮运动之前就被检测到了.Oudejans等人研究了篮球运动员灌篮时的视觉控制[4],其研究结果支持了上述检测说.

张运亮研究了我国不同训练年限青年男子篮球后卫运动员的专项认知眼动特征[5].结果表明：（1）篮球后卫运动员的训练年限明显影响其对篮球比赛图片信息的加工效率；（2）在注视篮球比赛实景图片时,不同训练年限的运动员具有不同的注视分配；（3）不同训练年限的篮球后卫运动员具有不同的注视模式.

2对冰球运动员的眼动研究

在冰球运动中,运动员快速理解和处理比赛中的进攻和防御是非常关键的,但是对进攻和防御的处理,不同的运动员之间存在差异.

在一项实验中,让一个进攻队员在带球1秒、2秒或4秒钟后进行扫射,记录守门员的眼动情况.守门员的注视分配情况如下：两组守门员都是集中注视曲棍和冰球.新手守门员对冰球的注视次数比专家守门员多.实验表明：专家守门员对外界刺激反应较快,他们可以根据曲棍的位置和速度来判断和预测进攻运动员的击球情况,并对冰球注视次数较少.新手守门员则不能象专家守门员那样有效地判断进攻队员的击球情况[6].

Martell等人使用眼动仪对专家组（国际奥林匹克水平的运动员）和普通组（国家级水平的运动员）的运动员在冰球防御战术中的注视特点进行了研究[7].专家组和普通组的女运动员分别与专家组和普通组的男运动员进行比赛,实验检查了运动员的注视和追踪,在对冰球运动早期注视和追踪的过程中,如果冰球在空中的运动方向是可预期的,那么运动员就能在冰球来临之前有所准备,而在后期注视和追踪过程中,如果物体的运动是不可预期的,那么注视只能根据冰球后期的变化而进行调节.结果表明,在专家组中早期注视和追踪的时间显著短于后期的注视和追踪的时间,并且相对于普通组来说,在成功的比赛中,专家组在寻找最佳位置时更迅速.

3对足球运动员的眼动研究

Helsen等人以眼动为指标,对有比赛经验的足球运动员（专家组）和没有比赛经验的足球队员（新手组）进行研究[8].通过对眼动数据的分析表明,专家组由于长期的比赛经验,其视觉搜索模式是十分经济有效的,与新手组比,专家组的注视次数少,平均注视持续时间短,反应时短.

William等人认为,专家运动员使用丰富的知识来控制眼动模式,这种知识对寻找和提取重要信息资源是必要的[9].专家足球运动员会在不同比赛情境下,如小型对抗（如1人对3人,3人对3人时）和大型比赛（如11人对11人时）,使用不同的搜索策略,这表明不同情境的比赛对所使用的搜索类型有重要影响.

Geert等人使用了一个新颖的方法来考察在足球罚球过程中,不同水平的运动员在预测罚球方向和视觉搜索行为上的差异[10].参加实验的被试为14名运动员,专家组由7名平均年龄为29.9岁,至少在荷兰打过10年半职业联赛的运动员组成,新手组由7名平均年龄为21.3岁的被试组成,这些人很少参加专门的比赛.在一个屏幕上给专家组和新手组守门员观看罚球动作,要求他们移动操纵杆来做出反应.使用应用科学实验室生产的4000SU眼动仪记录视觉搜索行为.结果表明：（1）通常专家守门员预测罚球方向时更准确；（2）专家守门员使用了更有效的搜索策略.新手花费更长的注视在罚球运动员躯干、手臂和臀部,而专家注视罚球运动员腿部(罚球腿和非罚球腿)和球这些信息量大的区域,特别是脚将要接触足球的时候；（3）两组被试在观看成功的和不成功的罚球场景时,在视觉搜索行为方面没有差异.

4对网球教练员观看网球动作时的眼动研究

网球教练员通常能够通过视觉搜索找到队员动作的关键因素,并给予运动员及时准确的反馈,要做到这一点,教练员应该知道如何进行有效的视觉观察.Ward等人检验了专家网球运动员和新手网球运动员在预期一个地面击球时在视觉搜索上的眼动特征[11].Petrakis对网球教练员观看网球运动员发球时的眼动进行了研究[12].被试有12名,6名是没有教练员经验但是有平均6年的打网球的经验（称新手组）,6名是平均有11年经验的网球教练员（称专家组）,且平均15年以上的打网球经验.被试坐在离网球运动员4.3米远的对方,要求被试现场观看该运动员的5次正手击球和6次发球,用眼动仪记录其眼动情况.结果发现：（1）两种不同动作在总注视次数上没有显著差异.两种不同动作在注视持续时间上有差异.两组被试在注视持续时间上没有差异,说明专业水平不影响注视持续时间；（2）在观看正手击球和发球时,两组被试的注视位置存在较大差异.正手击球时,对注视位置的卡方检验显著；发球时,对注视位置的卡方检验也显著.具体表现为,专家组对运动员身体的中间部位（臀部和胸部）注视次数较多,新手组对运动员身体的靠上部位注视次数较多.在观看发球时,专家组被试注视次数主要集中在运动员的头部、肩部和球拍,新手组则主要集中在运动员的头部和球拍.

5观看体操运动的眼动研究

Bard等人对体操裁判员观看体操运动员平衡木项目时的眼动进行研究[13].裁判员分为两组,一组是由经验丰富的老裁判员组成（专家组）,另一组是由没有经验的新裁判员组成（新手组）.两组被试在观看运动员在平衡木上的动作时,注视的位置存在差异.专家组对运动员身体的上部（头部和臂部）注视较多,而新手组对运动员的腿部注视较多.研究者还发现,专家组和新手组在观看体操录像时,他们之间的注视次数没有差异.而动作类型则显著地影响两组被试的注视次数.两组裁判员在观看运动员的自选动作时,注视次数较多,而在观看规定动作时,注视次数较少.

在另一项实验中,当体操运动员和非体操运动员注视体操动作时,注视区域主要集中在运动员的头部和身体的中间部位,体操运动员的眼动轨迹较非体操运动员的眼动轨迹更为紧凑、集中[14].

蔡庚等人通过对不同等级裁判员评分过程中注视的次数、注视的时间进行分析,探究裁判员眼球运动和女子跳马运动评分客观性之间的关系[15].该实验采用耐克公司生产的EMR-600角膜反射眼动仪对被试进行测试,被试均为女性.根据裁判等级,将被试分为3组,国际级裁判2名（高水平裁判组）,一级裁判2名（中等水平裁判组）,二级裁判和裁判各2名（低水平裁判组）.运用角膜反射技术,测定了被试观看1995年体赛女子跳马团体的录像时注视点停留次数、注视时间、停留时间以及移动速度等指标,揭示女子跳马运动评分时,裁判员的注视运动特征及不同等级裁判员注视运动的变化规律.结果表明,随着裁判水平的提高,评分趋向于更接近运动员的实际得分,验证了高水平的裁判员评分比低水平裁判员的评分更准确,客观性更强.但在注视次数和注视时间方面,新手和专家之间没有显示出明显的差异.

6对乒乓球运动员的眼动研究

在乒乓球运动中,检测如一个运动员能在每一时刻都注视到适当位置,就能够更准确地预测乒乓球的运动轨迹以及球下落的时间.Sergio等人对正手击球时运动员的头部、眼睛及手臂的运动情况通过眼动分析进行了研究[16].16个成年自愿者参与实验,将他们分为经验丰富的专家组和缺乏经验的新手组,专家组平均年龄为27.9岁,新手组平均年龄为26.6岁.被试的对手是一个经验丰富的乒乓球运动员,他每次以同样的方向与速度给被试发球,然后要求被试在三种情形下将球击回到发球人球案的左方或右方区域.实验者通过一个激光发射装置给予被试击球方向的提示线索,线索光线的给予分为四种情况,一是前线索,在被试的对手发球前用激光光线告知被试将球击回的区域；二是初期线索,球在空中飞行的早期告知被试；三是晚期线索,球在空中飞行的晚期告知被试.结果表明,在前线索和初期线索情形下,专家组和新手组的视线都能当球在空中时就追踪到球,并且能在球与球拍接触前将注视点保持在球之前某个稳定的位置.但专家组比新手组追踪到球的时间更早,而且记录下的结果比新手组更准确.

7自行车运动员专项认知水平眼动特征的研究

张忠秋等人使用眼动仪,对竞技自行车运动的专家运动员和新手运动员的眼动特征进行实验对比研究[17],探讨专家组和新手组在自行车专项认知水平特征方面的差异.专家组为10名具有6年以上专业自行车训练和比赛经验的优秀自行车运动员,新手组为10名专项自行车初学者.使用美国应用科学实验室（ASL）生产的4200R型眼动仪.实验材料是6组运动员的对比比赛录像.实验时,每次在显示器上呈现一对不同专项技术水平的自行车运动员的骑行动作图像,让受试者判断是左边还是右边的运动员为最好的骑行动作时,当被试做出判断后,眼动仪停止记录.结果表明：（1）在实验条件下,专项骑行技术动作知识经验的多少明显影响被试对骑行技术动作的判断过程；（2）专项骑行技术动作知识经验较多者,对专项骑行动作技术动作的注视时间比较少者显著要长,但是注视频率则相反,表明专项骑行技术动作经验较多者对每个骑行动作的加工更为细致；（3）无论是专项骑行动作知识经验多者还是较少者,对判断为最好骑行动作的注视时间均比对判断为较差的骑行动作的注视时间要长；（4）专家组被试注视点注视主要信息区次数明显比新手组多,在注视轨迹方面,专家组的注视轨迹比新手组更加紧凑、集中,而新手组相对比较散乱,表现出专家组对视觉信息搜索的有效性更强.

8对职业国际象棋选手的眼动研究

Rayner对象棋大师的眼动进行了研究[18],结果发现,他们通常只成对地注视与进攻或防守有关的棋子.

在另一项实验中发现,国际象棋名家在短暂地观察系统的而非随机摆放的棋子的位置后,重新摆放这些棋子时比经验不足的新手更准确[19].结合使用窗口随眼睛注视点移动（gaze-contingentwindowparadigm）等技术发现,国际象棋名家在观察系统而非随机的棋子位置时具有非常大的视野范围.另外,在一项观看一个3×3的小型棋盘过程中,专家组都比新手组的注视少,而且大部分的注视集中在个别棋子之间,而不是散乱的棋子上.

9对台球运动员的眼动研究

William等人在研究中使用了专家台球运动员和新手台球运动员各12人作为被试,以静止注意时间为指标,分别进行了两个实验[20].“静止注意时间”（quieteyeduration）被定义为先于运动开始之前对目标的最后一次注视.实验中使用应用科学实验室生产的4000SU眼动仪记录被试的静止注意时间.在实验一中,与新手运动员相比,专家运动员在动作的准备过程中有更长的静止注意时间.静止注意时间的增长和击中难度有函数关系,所有被试对成功击球的静止注意时间比对失败击球的静止注意时间长.在实验二中,参与者在三种时间限制的条件下击球,在这个过程中研究者操纵静止注意时间.结果发现,静止注意时间越短则操作成绩越差,这与参与者的技术水平无关.

10其它运动项目的眼动研究

10．1观看铅球运动员动作时的眼动研究

Mockel和Heemsoth在1984年对铅球项目进行了眼动研究[21].被试分为三组,第一组是新手组,第二组是中等水平组,第三组是专家组.实验前,另外请三名铅球教练员观看这部投掷铅球的示范教学片,并记录其眼动,然后标出运动员做每一个动作时应该观察的重要身体部位一两个.当被试注视的位置与教练员注视位置相同时,则计为击中一次.结果表明,随着选手对投掷铅球知识了解水平的不同,击中的频率也不同,知识水平高,击中频率就高.

10．2对拳击运动员观看拳击时眼动的研究

Ripoll等人研究了不同水平拳击运动员观看拳击录像时的眼动情况[22].实验结果表明：（1）被注视次数较多的身体部位大都是总注视时间和平均注视时间较长的部位；（2）注视模式与被试的专业水平有紧密的关系.每组被试都有自己认为重要的视觉线索.他们都有着不同的注视模式；（3）专家组的注视模式与其他两组被试比,有着比较经济的注视特点,如注视次数少等；（4）专家组在注视时,常常在被他们认为重要的几个部位之间反复注视,形成了一个环形的注视模式,即在身体重要的部位之间反复循环注视,而新手组注视时则是一种线性注视模式,而没有形成一个环形的注视模式.

10．3对板球运动员的眼动研究

Michael等人发现,在板球运动中,击球手观察投手投出的球,当球高速飞来并在不确定硬度的地上反弹的时候,尽管他观察板球飞行轨道的时间几乎不到半秒,但他能准确地判断球将在什么时间到达和到达什么位置.并且不同水平的板球运动员的眼动策略不同[23].

以上回顾了眼动分析技术在运动心理学研究中的应用,从上述研究中可以发现,运动心理学的研究有以下几个特点和发展趋势：

（1）运动心理学领域眼动研究繁荣时期的即将来临.随着眼动记录技术与计算机技术的完美结合,加之其它相关技术的飞速发展,眼动仪的造价已经大幅度下降,这为运动心理学眼动研究的广泛开展提供了可能性.同时,眼动仪的性能也有了很大的改善,如眼动数据记录精度和速度较之以前已经有了较大的提高；再如,目前的许多眼动仪,既可以研究静态的体育运动图片,也可以研究动态的图像.这一切吸引着众多的运动心理学家和认知心理学家的研究兴趣,也预示着运动心理学领域的眼动研究的繁荣时期即将到来.

（2）眼动理论模型的建立.从运动心理学的眼动研究历史可以看出,尽管在这一领域有一些研究成果,但是尚没有发现一些共同的规律,这与缺乏相应的理论探索有关.到目前为止,虽然有一些解释阅读过程的眼动理论模型,但是还没有一个认知加工的眼动理论模型来解释和预测运动员在运动时的认知过程.然而已经有一些心理学家认识到这个问题,他们已经开始在这个方向进行了初步的探索.笔者相信,加强这个领域的理论探索将是今后研究的一个重要趋势.

（3）生态学效度的提高.生态学效度就是指研究的外部效度.这些实验都尽力使实验情境与真实情境二者更加接近,特别是便携式眼动仪的问世,使得眼动研究可以在实际的比赛场景中进行,运动心理学研究的生态学效度得到了实质性的提高,这样获得的实验结果更具有实际意义.

（4）新手―专家范式的使用.在新近的一些考察视觉观察模式的研究中,大多采用新手―专家范式.这种研究范式主要是考察专家和新手之间在进行视觉观察时,他们在注视次数、注视持续时间和扫描轨迹之间的差异.这种研究范式有利于找到一种高效、实用的注视模式.对于培养和提高新手的业务水平具有重要的实际意义.

11PaulW,WilliamsAM,SimonJB.Visualsearchandbiologicalmotionperceptionintennis.ResearchQuarterlyforExercise&Sport2002,73:107~113

12PetrakisE.Analysisofvisualsearchpatternsoftennisteachers.In:G.d＇YdewalleandJ.vanRensbergen(Eds.),Perceptionandcognition:Advancesineyemovementresearch.North-Holland:ElsevierSciencePublishers,B.V.,1993.159~168

13BardC,FleuryM,CarriereL,etal.Analysisofgymnasticsjudges＇visualsearch.ResearchQuarterlyforExerciseandSport,1980,51:267~273

14[苏]别列戈沃伊,扎娃洛娃等著.薛胜,张彪等译.航空航天实验心理学.北京:人民军医出版社,1985,90~109

15蔡庚,猪俣公宏,季浏.女子跳马运动评分过程中裁判员的眼动研究.山东体育学院学报,2001,17(4):45~46

16RodriguesST,VickersJN,WilliamsAM.Head,eyeandarmcoordinationintabletennis.JournalofSportsSciences,2002,20:187~200

17张忠秋,阎国利,吉承恕.自行车运动员专项认知水平眼动特征的实验研究.中国体育科技,2001,37(8):6~8

18RaynerK.Eyemovementsinreadingandinformationprocessing.PsychologicalBulletin,1978,85(3):618~660

19ReingoldEM,CharnessN,PomplunM,etal.Visualspaninexpertchessplayers:Evidencefromeyemovements.PsychologicalScience,2001,12:19~23

20WilliamAM,SingerRN,FrehlichSG.Quieteyeduration,expertise,andtaskplexityinnearandfaraimingtasks.JournalofMotorBehior,2002,34(2):197~207

21MockelM,HeemsothC.Maximizinginformationasastrategyinvisualsearch:Theroleofknowledgeaboutthestimulusstructure.InGaleAG.Johnson(Eds.),TheoreticalandAppliedAspectsofEyeMovementResearch.North-Holland:ElsevierSciencePublishers,1984.335~342

22RipollH,KerlirzinY,SternJF,etal.Decisionmakingandvisualstrategiesofboxersinasimulatedproblemsolvingsituation.InG.d＇YdewalleandJ.vanRensbergen(Eds.),Perceptionandcognition:Advancesineyemovementresearch.North-Holland:ElsevierSciencePublishers,1993.114~147

23MichaelFL,McLeodP.Fromeyemovementstoactions:howbatenhittheball.NatureNeuroscience,2000,3(12):1340~1345