中學生棒球練習者眼動特征的實驗研究

摘要：利用先進的儀器對中學生棒球練習者的眼動特征進行研究，為相關研究和運動實踐提供理論指導。實驗采用三因素被試內設計，應用iview X頭盔式眼動儀對中學生棒球練習者與普通中學生注視棒球投球視頻的眼動特征進行比較。結果發現，2組被試的注視時間、注視次數、出手追球差及主要注視位置等均存在顯著差異，而投球方式對各指標的影響則沒有顯著性差異。經分析得出以下結論：運動水平是影響被試對各個位置注視時間和次數的主要因素，專業組的注視過程較為全面、細致，且注視軌跡比較緊湊；專業組在球出手后開始視覺追蹤球的啟動時間明顯快于非專業組被試；2組被試注視位置的最大差異是對“球出手附近”的注視，專業組對球出手的動作有一個預判的過程。

關鍵詞：中學生棒球練習者；iView X頭盔式眼動儀；眼動特征

中圖分類號：G 804.8 文章編號：1009-783X(2008)05-0078-04 文獻標志碼：A

作者簡介：張森(1982～)，男，黑龍江大慶人，碩士，研究實習員。研究方向為運動心理學。

棒球運動攻守界限分明，競賽規律復雜，局面多變。要求運動員靈巧敏捷、腦子靈、反應快、判斷好。影響棒球揮擊效果的因素很多，而如何準確地判斷投手的投球意圖并掌握下棒的恰當時機則主要取決于運動員對視覺信息的快速提取與處理能力。如何獲得棒球運動員在比賽中的視覺信息，對于運動員、教練員和研究者來說至關重要，而眼動研究正可以提供以上信息。

近年來，隨著運動心理學研究的深入以及眼動儀的開發，眼動記錄法被越來越多的應用到體育運動領域的各運動項目中。本研究旨在利用先進的眼動記錄儀，對中學生棒球練習者和普通中學生觀看棒球投球時的眼動特征進行實驗對比研究，擬探討中學生棒球練習者在擊球過程中的眼動特征。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

北京育才中學(A校)棒球隊隊員和普通中學生，北京理工大學附屬中學(B校)棒球隊隊員和普通中學生，各15名。被試的視力(含矯正視力)均在1.0以上。具體信息如表1。

1.2 研究方法

1.2.1 實驗法

1.2.1.1實驗設計

2(運動水平：專業組，非專業組)×2(投球手：右手投球，左手投球)×2(球運行軌跡：直線球，曲線球)的三因素被試內設計。

1.2.1.2 實驗儀器和實驗材料

實驗儀器為德國SMI公司研制的iView X頭盔式眼動儀。實驗材料為棒球投球動作錄像，4種類型的投球動作(左手一直線球，左手一曲線球，右手一直線球，右手一曲線球)各10次共40個(隨機播放)，實驗時在屏幕上為被試放映。

1.2.1.3 實驗原始數據的提取

實驗原始數據為眼動儀內置的錄像系統記錄下的被試眼動特征的錄像。應用“會聲會影”軟件逐幀播放，記錄注視點在每一幀的變化情況。

1.2.1.4 實驗數據指標的選取

通過對實驗數據的觀察與分析，確定被試觀看實驗材料時注視位置主要有：1)身體以外的位置。以下均稱“體外”；2)投球時站立的腿，以下均稱“支撐腿”；3)投球時抬起的腿，以下均稱“起擺腿”；4)“軀干”；5)投球時使用的手(包括手臂)，以下均稱“投出手”；6)投球時未使用的手(包括手臂)，以下均稱“非投球手”；7)“頭部”；8)球出手前一瞬間注視點移向球出手點或其附近，以下均稱“球出手附近”；9)球出手后視覺追蹤球的過程，以下均稱“追蹤球”。

除了記錄上述注視位置外，還記錄在各注視位置上的注視時間、次數和“出手追球差”。其中“出手追球差”是指球出手后被試視覺追蹤球的啟動時間與球出手的時間之差。

此外，有研究指出，一次注視行為應界定為眼睛在某一注視位置上保持固定不小于100 ms，因此，本研究在對注視次數進行考察時，將一次注視行為界定為時間≥3幀(100ms)。

1.2.2 數理統計法

使用SPSS 11.5 for Windows對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 注視時間

表2顯示，除了對“體外”“球出手附近”的平均注視時間和“出手追球差”的時間，專業組被試小于非專業組，在大多數注視位置上的平均注視時間，專業組被試都大于非專業組被試，被試運動水平和其注視時間成正相關。

表3顯示，觀看不同投球方式投球時，除“支撐腿”“軀干”“投球手”“非投球手”外，在大多數位置上的注視時間，組別的主效應顯著，只有在少數位置上的注視時間，投球方式(包括左右手和直曲線投球)的主效應顯著；“出手追球差”的組別主效應、投球方式(包括左右手和直曲線投球)主效應均顯著。需要指出的是，由于直線球比曲線球運行軌跡的時間短，因此在“追蹤球”上，投球方式(直曲線)的主效應顯著。對“軀干”“非投球手”“頭部”“追蹤球”等的注視時間，組別和投球方式(包括左右手和直曲線投球)的交互作用顯著，說明左右手和直曲線的不同投球方式與被試的組別交互影響著他們。

關于不同運動水平被試的注視時間，有研究得出了2組被試在注視時間上存在顯著性差異的結論；也有研究得出了2組被試的注視時間無顯著性差異的結論。

表3顯示。被試的運動水平是影響其在各位置上注視時間的主要因素，多數位置上專業組的注視時間大于非專業組。這與文獻等的研究結論較為一致，即2組被試的注視時間存在顯著性差異。而投球方式(包括左右手投球和直曲線球)的不同除了只對少數注視位置上的注視時間有影響作用之外，對大多數注視位置上的注視時間均無顯著性影響。

分析認為，由于專業組訓練年限長、經驗水平高，大腦中對投手投球動作形成了較為固定的“圖式”，對視覺信息的認知加工較為全面、細致，因此，2組被試對一些身體部位的注視時間有所區別。由于4種投球種類都采用的側投法，而左手投球和右手投球以及直線球投球和曲線球投球的動作比較相似，因此，2組被試對他們的注視沒有太大差異。

分析“出手追球差”發現，2組被試在開始都沒有視覺追蹤球的飛行，專業組被試在球出手后4.03幀(≈134.33 ms)開始這一過程，而非專業組被試球出手后6.10幀(≈203.33 ms)開始。可能由于“視覺滯后(visual lag)”的作用導致兩組被試在球出手后剛開始飛行時并沒有馬上開始視覺追蹤球，而是還將注視點停留在“頭部”或“球出手附近”等位置，過了一段時間才開始視覺追蹤球。專業組視覺追蹤球的啟動時間明顯快于非專業組被試，可能是由于專業組在球出手前的注意較非專業組更集中并且更加清楚視覺追蹤球過程的重要性，所以其反應速度較快。

2.2 注視次數

表4顯示，多數位置上非專業組被試的平均注視次數多于專業組被試，只有對“球出手附近”和“追蹤球”的平均注視次數，專業組被試多于非專業組被試，被試運動水平和其注視次數成負相關。

表5中，2組被試觀看右手投球和直線球投球時，對“支撐腿”“投球手”的注視次數沒有顯著性差異，對其他位置的注視次數均具有顯著性差異。2組被試觀看左手投球和曲線球投球時，對“支撐腿”“投球手”“非投球手”的注視次數無顯著性差異，對其他所有位置的注視次數均有顯著性差異。

表6中，觀看右手投球和左手投球以及直線球投球和曲線球投球時，專業組在所有位置上的注視次數都沒有顯著性差異。而非專業組觀看右手投球和左手投球以及直線球投球和曲線球投球時，對“軀干”“頭部”“追蹤球”的注視次數具有顯著性差異，在其他各位置上都沒有顯著性差異。

關于不同運動水平被試的注視次數，同樣存在著不同的研究結論，有研究認為，不同組被試在注視次數上存在顯著性差異，也有研究認為，不同組被試注視次數無顯著性差異，此外還有研究認為，不同組被試注視次數具有相同性。

本研究結果顯示，在大多位置上組別主效應顯著，左右手投球以及直曲線球投球方式的不同，對2組被試大多數位置上的注視次數都無影響。可以認為，被試的運動水平是影響其注視次數的主要因素。在多數位置上非專業組的注視次數比較多，說明其注視位置比較分散，注視點的移動頻率比較高；而專業組始終將注視點主要集中在一些較重要的注視位置上，不會頻繁移動注視點，說明其軌跡更加緊湊。

2.3 注視位置

表7中，專業組注視次數較多的位置是體外、球出手附近、軀干、頭部及追蹤球，而非專業組注視次數較多的位置是體外、軀干、頭部、起擺腿及追蹤球。2組注視次數頻數的差值絕對值最大的是“球出手附近”，專業組對此位置的注視次數遠大于非專業組，其次是“體外”，非專業組對此位置的注視次數明顯大于專業組。

關于不同水平被試注視位置的差異，有研究，嵋認為2組被試的注視位置存在顯著性差異，也有研究認為2組被試的注視位置具有相同性。

結果顯示，2組注視次數頻數的差值絕對值最大的是“球出手附近”，說明2組被試注視位置的最大差異是對“球出手附近”的注視，專業組對“球出手附近”的注視次數明顯多于非專業組。在投手擲球前揮動手臂期間，專業組始終注視著球的出手點或附近，而非專業組卻很少注視此位置，說明專業組在球出手前一瞬間對球出手的動作有一個預判的過程。其次是“體外”，非專業組對此位置的注視次數明顯多于專業組，由于專業組將多數注意集中在投手身上，因此，對“體外”的注視次數明顯少于非專業組，可能由于投手身體以外的部分提供的有效信息相對較少。

3 結論

1)運動水平是影響被試對各個位置注視時間和次數的主要因素，而投球方式對兩組被試的眼動特征均無顯著影響。被試的運動水平和其在各個位置上的注視時間呈正相關，而與注視次數呈負相關。相對于非專業組被試，專業組的注視過程較為全面、細致，且注視軌跡比較緊湊。

2)2組被試開始都沒有視覺追蹤球，專業組在球出手后開始視覺追蹤球的啟動時間明顯快于非專業組被試。

3)2組被試注視位置的最大差異在于對“球出手附近”的注視，在球出手前的揮動手臂期間，多數專業組被試始終注視著球的出手點或其附近，表明相對于非專業組被試，專業組在球出手前對球出手的動作有一個預判的過程。