肌肉自身緊張度對運動技能形成的影響

摘要：為使學生盡快掌握運動技能，利用人為強化本體感受反饋的原理探討一種新的加速運動技能獲得的方法。實驗參加者在計算機屏幕前用鼠標追蹤屏幕上一個移動的光點，移動光點按預定的程序作曲線運動。另一子程序按100次/s的頻率自動掃描移動光點與追蹤鼠標點之間的距離，每輪追蹤結束后自動計算出該輪掃描誤差的標準差。移動光點與追蹤鼠標點之間的距離越小，追蹤誤差越小。隨著練習次數及練習時間(d)的增加，追蹤誤差會越來越小。結果發現，在保證運動連續性的條件下最大限度地增強與運動相關的主動肌、對抗肌、協同肌及支持肌自身緊張度可以加速運動技能的獲得；所以，在體育課中，為使學生盡快掌握運動技能，教師應該指導學生在練習新技能的過程中，在保證動作連續性的情況下人為地緊張相關肌肉。

關鍵詞：運動技能；本體感受器；肌肉自身緊張度

中圖分類號：G 807 文章編號：1009-783X(2008)05-0074-04 文獻標志碼：A

作者簡介：黃穎峰(1964～)，男，廣西柳州人，碩士，講師，研究方向為運動人體科學疲勞與恢復；程濤(1976～)，男，河北人，博士，講師，研究方向為自動化程序設計。

運動技能形成理論認為，運動技能形成的4個時相(泛化相、分化相、鞏固相、自動化相)是一個連續的過程，各時相之間并無明顯界限，每一個時相也無固定長短。練習者經過一定的練習之后，初步掌握了一系列局部動作，并開始把個別動作聯系起來，這時練習者的神經過程逐漸形成了分化性抑制。在運動技能形成的過程中伴隨著腦內神經突觸聯系的建立。在運動技能形成的泛化階段，動作是在有意識的指導下完成的，此時腦內的神經聯系尚未建立，練習者經過無數次的練習，腦內神經過程的聯系逐步建立起來，動作是在低意識的狀態下完成的。從外在表現看，運動技能形成是一個連續的過程。在運動技能形成的開始階段，練習者主要通過視聽接受教練的指導，或在自身意識的指導下完成動作。盡管動作不協調、不連貫，動作還是能進行下去，這時神經過程的內在聯系也逐步建立起來，然后逐漸過渡到不需要意識指導的自動化階段。

近年來關于運動技能形成的研究大多集中于視聽覺反饋上，我國學者在結果反饋’等領域也有研究，有關肌肉張力對運動技能的影響較少涉及。20世紀50年代曾有人在手握搖桿的追蹤實驗中證實，本體感受的傳人受所握搖桿相關肌肉張力的調節。說明利用人為增加所有運動肌肉的張力的方法，提高本體感受的傳人沖動，進而增加腦部所受的刺激，促進新突觸的生長，加速運動技能的形成是可能的。20世紀50年代的研究只涉及提高本體感受的傳入，是運動技能形成的主體性因素，要有效地形成運動技能，還要考查客體性因素，即人腦具備良好地接受傳人的狀態，若人腦處于疲勞狀態，則對運動技能的形成產生負影響。人腦處于良好的接受傳人的狀態，并不等同于中樞處于清醒狀態。我們可以用容量來表示這種狀態。內隱性學習有無容量限制性的問題，心理學界爭論由來已久，如果內隱性學習是有容量限制性的，那么運動技能的學習是屬于內隱性的，必然也存在容量限制性。一個人眾多的身體活動中，必然存在對容量的競爭。本實驗設計是基于內隱性學習具有容量限制性，并且大腦和身體是處于容量能夠盡量滿足形成新運動技能所需的前提條件下的，也就是在實驗期間沒有別的體育活動來競爭容量的情況下的。

在本實驗中，實驗參加者在計算機屏幕前用鼠標追蹤屏幕上一個移動的光點，移動光點與追蹤鼠標點之間的距離越短，追蹤誤差越小。在練習的開始階段，追蹤是依靠人的視覺反饋來進行的，內在的神經聯系尚未建立，追蹤的誤差大，經過多次練習后，神經聯系逐步建立，追蹤誤差減少，練習到一定階段形成自動化。本實驗探討在學習新動作的初期，練習時人為地最大限度地增強與動作相關的主動肌、協同肌、對抗肌、支持肌的自身緊張度(或稱張力)來加速運動技能的獲得。

1 實驗方法

受試者用鼠標在計算機屏幕上追蹤一個按一定程序自動行走的光點。光點在水平方向上按14 mm/s的速度運行，另一個程序以每秒lOO次的速率自動掃描鼠標與光點之間水平方向和垂直方向上的距離，每次掃描產生一個數據，并根據三角公式計算出鼠標與光點之間的直線距離，最后自動求出一次追蹤鼠標與光點距離標準差。

如光點的坐標為(X1，Y1)，鼠標的坐標為(Xc，Yc)，鼠標與光點的距離為sqrt{(X1—Xc)²+(Y1—Yc)²}

如果把追蹤鼠標看作是相對于光點的離散程度，則可以用這個離散程度、均方根誤差RMSE的大小來表示每次追蹤的熟練程度。每次追蹤完成后，假若共有N次掃描。

每次追蹤產生一個RMSE數值。以RMSE為縱坐標，追蹤總次數為橫坐標，可以得出一個人RMSE(誤差)一追蹤總次數直角坐標圖，RMSE數值大，說明追蹤不夠熟練，隨著追蹤總次數的增加，RMSE數值應該逐漸減小，動作變得越來越熟練，最終獲得運動技能。

1.1 人為自身緊張相關肌肉的方法

本體感覺器官的適宜刺激是牽拉，人為緊張相關肌肉，目的是人為增大肌梭及健器等本體感覺器官的牽拉程度，以增加傳人神經的輸入，并在運動中保持持續緊張，以便能使神經觸突的形成與運動動作在時空上相一致，這是能否掌握人為加速運動技能形成的關鍵。對于本實驗而言，緊張相關肌肉并不是加大對鼠標的握力，而是只加大主動肌、對抗肌、協同肌及支持肌的自身平衡力量，人為地使手臂所有肌肉處于僵硬狀態，對鼠標的握力任何時候都保持常規輕微力度。如果加大的是手對鼠標的握力，中樞接受到的將是錯誤信號，而我們要形成的運動技能的肌力方向并不是握力方向。總之，掌握加速獲得運動技能的關鍵，在于人為地緊張與動作相關的肌肉群時，緊張部分肌肉的力量主要是用于對抗自身骨架、并保持動態平衡狀態的，而不是施加于任何外部物體的，所以稱為自身緊張，要保證在持續自身緊張的情況下做動作，并且動作不能變形。對于籃球投籃的練習者而言也一樣，雙手及連接雙手的所有肌肉群一直處于人為自身緊張狀態。對于太極或者其他武術套路的練習者而言，初學的時候手腳和全身的肌肉都要人為的自身緊張，并在緊張中做動作。在以上所有練習中，由于人為緊張，第一次在意識參與指導下做動作必然大大地減慢動作速度，這是正常的，減慢速度不會影響運動技能的獲得。腦內神經過程在做動作時同步記錄的是不同肌肉在不同時空上收縮的力度和順序，由于力度在運動技能獲得后可以由大腦隨意調控，所以大腦記錄下的主要是各塊肌肉按不同時間收縮的順序。

緊張指做動作時盡力用力使運動的各相關肌肉緊張度自我感覺在最大張力的75％以上。輕松指按本人平時使用鼠標的輕松力度做動作(見圖1，為不同肌肉張力粗略對比示例圖)。圖中張力是根據愛試者自感用力度0和75％的情況下拍出和照片。每個受試的自我感覺用力度不一定準確，但是本實驗旨在區別自身緊張與輕松之間的定性分析，而不作準確力度的定量分析，故不影響測試結果。

1.2 實驗分組

在共4個月的實驗中采用交叉實驗法，將星期一上體育課一個班的學生稱為A班，星期二同時間上體育課一個班的學生稱為B班。每個班從志愿參加實驗者中選6男4女共10人(年齡17～20歲，平均年齡(18.25+1.21)歲為受試者，均為右利手。為了保證交叉實驗的同質性，所有學生都使用同一臺計算機，排隊依次進行測試，在各方面盡量使A、B 2個班為同質受試。參加實驗的受試者共20人。

第1階段3～4月份，共8周，追蹤曲線I。實驗在學生的體育課中進行，每周1次體育課，在沒有其他身體活動的情況下，每次體育課每人進行20輪追蹤，取20輪追蹤的RMSE均值，再統計每個班10人的RMSE均值作為追蹤誤差，最后結果表示為均值+標準差。A班為緊張班，前3周為訓練小階段，受試者人為地緊張手部與移動鼠標相關的肌肉群進行追蹤訓練，第4周開始放棄人為緊張追蹤訓練，轉而也用和B班同樣的輕松的方式追蹤；B班為輕松班，在8周中一直用輕松的方式追蹤鼠標。旨在檢驗A班前3周的人為緊張追蹤訓練與B班的輕松追蹤訓練，使得在其后5周的測試小階段2班都輕松追蹤的情況下成績有什么不同。

第2階段5～6月份，共8周，追蹤曲線Ⅱ。將A班與B班緊張程度對調，即B班為緊張班，A班為輕松班。

分組如表1所示。

曲線I和曲線Ⅱ對于所有受試者都具有新穎性。計算機屏幕均為十七英寸彩色顯示器，分辨率為1 024×768。光點從屏幕左邊的起始點運行至右邊終點需19.7 s，追蹤光點的鼠標也運行同樣的時間，如圖2。

1.3 統計

用SPSS統計軟件包Pared—samples T—Test過程進行統計。

2 結果

實驗結果如表2及圖3所示。

第1階段統計結果：A、B 2個班的RMSE均值比較，在前3周的練習階段，P＝0.466，大于0.05，無顯著性差異。A班RMSE均值38.43小于B班RMSE均值39.19。后面5周的練習效果測試階段，P=0.00，小于0.01，有極顯著性差異。A班的RMSE均值28.71小于B班的RMSE均值34.08，且同周比較A班的RMSE均值均小于B班。

第2階段統計結果：A、B 2個班的RMSE均值比較，在前3周的練習階段，P=0.269，大于0.05，無顯著性差異，A班RMSE均值31.03小于B班RMSE均值32.37。后面5周的練習效果測試階段，P=0.003，小于0.01，有極顯著性差異。A班的RMSE均值28.45大于B班的RMSE均值24.70，且同周比較A班的RMSE均值均大于B班。

根據表1的數據，得出如下A班和B班受試者運動技能形成的誤差一練習次數曲線，如圖3。

3 討論

由表2和圖3可知，在第1階段的實驗中，A班由于在練習階段使用了人為增加動作相關肌肉群自身緊張度的方法，使得在其后的測試階段的操作成績比B班好，在第2階段的交叉實驗中，B班也由于使用了人為增加動作相關肌肉群自身緊張度的方法，使得在其后的測試階段的操作成績比A班好。

本實驗設計的思路之一，是不計較開始練習時由于人為緊張肌肉而導致的外在表現上暫時的成績下降，一切以加速內在神經建立為基準。結果顯示，在第1到第3周的練習中，由于緊張班的受試者要將注意力放在加大肌肉的緊張度上，比起輕松班的追蹤誤差要大些，這在第2階段的實驗中表現得尤為明顯。從第2周開始，由于上一周用力增加緊張度可能加速了運動技能的形成，盡管仍然需要將注意力放在加大肌肉的緊張度上，所以2種效應相互抵消，A班與B班的追蹤誤差相比差別不大。把前面3周定為訓練小階段，前3周的追蹤誤差相比并沒有多大實際意義，實驗的最終目的是看經過特殊的方法訓練后的測試小階段的成績。從結果中知道，第1階段后面5周的練習效果測試階段，A、B 2個班的誤差比較，同周比較A班的誤差總是小于B班，P=0.00，小于0.01，有極顯著性差異，說明文中所敘述的加速獲得運動技能的方法對于鼠標追蹤這個動作來說是有效的，導致運動技能形成曲線左移，即要達到相同的動作熟練程度需要更少的練習次數，或者相同的練習次數使用加速運動技能形成的方法比常規的練習方法可以更熟練更準確。第2階段的實驗結果加強了上述論斷。進行第2階段交叉實驗的目的，是排出某個班的學生由于運動天賦上的差別或者對計算機的熟練程度不同而造成一個班與另一個班追蹤誤差的不同。第2階段整體誤差比較第1階段小，可能是由于曲線Ⅱ比曲線I更容易追蹤，也可能是由于第1階段的練習和測試對第2階段的追蹤任務產生了部分的正遷移。

本實驗由于操作上的原因，無法進行雙盲實驗；但是，在實驗中我們并沒有告知被試人為增加緊張度的原因和可能的后果，把心理暗示及其他影響因素降到最低，因此，我們仍可以初步推斷，運動技能的形成速度與練習時與動作相關肌肉群的自身緊張度(或稱張力)成正比，人為增加動作相關肌肉群自身緊張度的方法可以加速運動技能形成獲得。

值得關注的問題是，在本實驗進程中誤差減少的差距，是由視覺熟習化差距造成的，還是由內在神經過程建立的差距而造成的。在練習的開始階段，追蹤是依靠人的視覺反饋來進行的，內在的神經聯系尚未建立，追蹤的誤差大，經過多次練習后，神經聯系逐步建立，追蹤誤差減少，練習到一定階段形成自動化，從依靠人的視覺反饋到依靠內在神經聯系的轉化過程有一個銜接，在誤差一練習次數曲線上反映出來；但是，由于練習的過程中始終存在視覺反饋，使得轉折變得平緩。盡管如此，人能在lOOms之內開始、進行和停止一個動作，利用感覺反饋所需要的時間要比100 ms長得多，例如，視覺反饋為190～260 ms，本體感覺反饋為120～125 ms。顯然，這些時間都太長，不允許感覺反饋來控制動作的進行。熟練的鋼琴家不看鍵盤演奏，有些片段手指的動作每秒可達16次。這種快速動作之間的連接，感覺反饋是無法控制的”；所以，依靠視覺反饋或本體感覺反饋追蹤的誤差必然大于內在神經過程聯系自動程序控制下的誤差。顯然可以認為，在實驗的進程中，人為自身緊張相關肌肉，使得與追蹤光點的相關手部肌肉運動相應的大腦神經過程被加速建立起來了。

根據動作的復雜性和動作節奏的時間長短可以分為較長的動作和較短的動作。對于短而簡單的動作而言，如籃球的單手投籃，只有向前上方推送和壓腕等動作，意識的參與較容易，很難區分是由于意識的參與指導還是由于自動化的建立而完成的動作。區別在于意識的指導屬于外顯性學習，具有短暫性，而運動技能的獲得屬于內隱性，具有牢固性和持久性，這種區別在越復雜越長的動作中反映越明顯；所以，本實驗的結論應用于較長的動作效果比應用于較短的動作明顯·比如要形成口腔肌肉對應用于某個4個音節以上的復雜外語單詞的運動技能時，比起短單詞明顯，記憶更牢固。

由此可以看出，在學校體育課的教學改革中，一個值得關注的方向就是技能學習中動作的張力，對于像籃球投籃、乒乓球腕上動作這樣的局部肌肉運動，動作中雙手及連接雙手的所有肌肉群應該一直處于人為自身緊張狀態。對于太極或者其他武術套路以及足球射門這樣的全身動作而言，初學的時候手腳和全身的肌肉都要人為的自身緊張，并在緊張中做動作。一直以來，一些運動心理學者主張學生在學習新動作中盡量放松，以降低喚醒水平。由此看來，如何在兩者中尋求平衡將是運動學者面臨的一個新課題。至于田徑和舉重等本身就需要肌肉緊張的運動技能，人為緊張肌肉是沒有必要的。

4 結論

運動技能的形成速度與練習時與動作相關肌肉群的自身緊張度(或稱自身張力)成正比，人為增加動作相關肌肉群自身緊張度的方法可以加速運動技能形成獲得，加速內在神經過程的建立。在體育課中，為使學生盡快掌握運動技能，教師應該指導學生在練習新技能的過程中，在保證動作連續性的情況下人為地緊張相關肌肉。