籃球運動員不同視野范圍的視覺搜索優勢及眼動特征

付全 馮麗偉

摘 要：考察籃球運動員在不同視野范圍內和有無線索條件下的視覺搜索優勢及眼動特征。結果發現：與新手相比，專業組籃球運動員在完成視覺搜索任務時，在正確率較高的基礎上，具有明顯的速度優勢，這種優勢并非無條件地表現在中央視野或外周視野，而只在有線索提示的情況下才表現出來；外周視野受線索影響顯著，有線索時被試搜索速度增加明顯；在有線索條件下，專業組籃球運動員的注視點數目顯著少于新手，平均注視時間長于新手；專業組籃球運動員在完成外周視野任務時平均眼跳幅度增加明顯，平均眼跳速度顯著快于新手。結果表明：專業組籃球運動員的視覺搜索優勢主要體現在對線索的利用能力上及在外周視野搜索過程上的眼動優勢。

關鍵詞： 籃球運動員；視覺搜索；眼動

中圖分類號： G 804.8 文章編號：1009-783X（2014）04-0371-05 文獻標志碼： A

Abstract：In order to examine the differences between basketball players and novice in visual search and eye movements，four sorts of search tasks were designed and the subjects were asked to perform the search tasks of targets，which appeared at central visual field or peripheral visual field with or without cues.The results showed that basketball players were faster than the novices in the search task only with cues.The peripheral visual field was influenced significantly by cues and the participants performed fast in task with cues.In the task with cues，the basketball players numbers of fixation were significantly less than the novices，while the average fixation duration were longer than the novices.The average saccades size of basketball players were significantly longer than the novices and the average saccades velocity were faster than the novices in peripheral visual field.The results indicated that basketball players abilities of using advanced visual cues and eye movements were superior to the novices.

Keywords：basketball player；visual search；eye movements

在對抗性項目中，運動員面臨諸多復雜的、開放的運動情境，需要在短時間內作出正確的決策和行動。與新手相比，優秀運動員在情境任務的決策能力上表現出明顯的速度和準確性優勢。這種專家優勢的特征是什么，機制是什么，以及如何進行訓練是教練員和體育科研人員一直感興趣的重要問題。對專家優勢的研究是理解運動技能如何獲得的重要窗口[1]。通過區分專家和新手的關鍵特質，有利于優秀運動員的選材，有利于教練員和運動員確定何種訓練能有效促進專項知覺技能的提高[2]。20世紀70年代以來，大量研究者在“專家—新手”范式下對專家運動員的決策優勢進行了探討。研究證實，視力對運動員有重要作用，專家之所以能在短時間內作出準確的判斷和決策，是因為他們具有更好的視覺物理系統，即硬件系統。評估這個系統的指標包括視野范圍、視覺敏銳度、知覺深度、顏色辨別力等。由此引發的相關研究，形成了專家優勢的“硬件”說；然而，也有研究證實，視覺能力及相應的視覺訓練對運動成績的提高確有影響，但似乎和運動技能水平沒有高度相關。由于研究結果的分歧，而且缺乏更多實證研究的支持，越來越多的研究方向轉向感知信息加工方面，形成了專家優勢的“軟件”說。他們認為由于多年的精細化、針對性訓練，專家在頭腦中構建了復雜的知識結構，能夠對復雜運動模式進行更有效的編碼、再認和編譯[3]；專家比新手能夠更有效地利用早期線索獲得對手動作變化的信息，能夠采用更高效的視覺搜索策略[4]。

在軟件與硬件差異的爭論中，視野范圍與不同視野范圍的信息加工能力成為新的可能的突破點。視野范圍通常分為中央視野和外周視野，被認為是評估專家與新手感知技能“硬件”的有效指標。外周視野既能感受外部事件的信息并進行空間定位，又對自身進行信息定位[3]。研究證實，在控制人的動作行為方面，這2條通路的作用是不同的。Yantis等[5]和Jonides等[6]認為當被試需注意對象在外周視野時，中央視野的注視被認為是一個更自動化的過程，這時來自中央視野的信號更難影響來自外周視野的信號或是改變被試此時的注視焦點。當運動場景中同時出現重要的對象時，運動員會在中央視野和外周視野執行一個雙重功能。也有學者認為，專家的技能優勢并非來自中央視覺而是來自外周視野的信息加工能力[7]。在籃球運動中，外周視野的作用顯得尤為重要，進攻隊員間的傳切、掩護、策應、突破分球等戰術配合不僅需要密切注意防守隊員的位置和移動，同時需要準確把握同伴的相關信息；防守隊員間的協防、補防、搶斷等同樣需要廣闊的外周視野。籃球運動員的廣闊視野范圍和高效的信息加工能力無疑是優秀運動員的重要條件；然而，高水平運動員快速、準確的判斷和決策是因為更廣闊的外周視野呢，還是因為外周視野有更強的信息加工能力？有研究表明，優秀運動員具有優越的視覺信息加工能力，具有恰當的視覺搜索策略和線索利用能力，以及簡潔、有效的眼動模式[8]；但這種優勢究竟是表現在中央視野，還是外周視野尚不清楚，仍缺少實證研究。考察運動員不同視野范圍的信息加工能力研究的主要困難有2個方面：一是刺激呈現視野范圍的有效控制。當人注視一個物體時，中央視野是一個非常狹小的范圍，確保刺激呈現在中央視野或外周視野，需要精確的實驗設備和條件控制。二是實驗任務的確定。模擬運動情境的實驗任務難以在中央視野范圍內完整呈現，需要設計簡化，但有與運動情境任務的搜索機制相似的實驗任務。

近年來，有研究者開始嘗試進行專家-新手在不同視野范圍內的信息加工特征和影響因素研究[9]，但研究報告中未見對實驗任務視野范圍的明確界定和控制。對于籃球運動員視野范圍上的優勢表現在外周視野還是中央視野，是表現在一般的視覺搜索任務上，還是表現在有線索提示的搜索任務上還不清楚，需要更精細的任務設計和實驗控制才能回答這一問題。本研究擬通過設計不同條件下的視覺搜索任務，結合眼動追蹤的方法，從視野范圍和線索利用的角度對不同水平籃球運動員的信息加工能力進行深入考察。

1 方法

1.1 被試

研究選取某體育院校籃球代表隊的19名籃球運動員（平均訓練年限10.68年，平均年齡21.02歲，均為一級或相應水平運動員，本研究中定義為專業組）和19名體育院校非球類專項大學生，修完36學時的籃球普修課（平均年齡20.89歲，本研究中定義為新手組），所有被試的視力或矯正視力正常，均為右利手。

1.2 實驗材料及儀器

籃球運動員在比賽中需要對同伴、對手、球及相關的比賽信息進行快速識別，并與頭腦中已有的同伴、對手或比賽經驗等信息進行快速匹配，從而作出各種決策，高水平運動員可能會形成某種模式或利用相關線索提高信息加工的速度。為能夠實現視野范圍的有效控制及實驗任務與運動情境視覺搜索機制相似的任務，我們設計了圖形識別和匹配搜索任務。材料和任務具體如下。

刺激材料為8個圖形構成的圖片，圖形具有不同的形狀，在圖片的不同位置上隨機分布。圖片分為大、小2種，如圖1所示：大圖片為13°視角（視角為被試距離刺激呈現屏幕60 cm處，圖片邊緣與眼睛的夾角），共64張；小圖片為1°視角，共64張。所有圖片均通過Photoshop制作完成，制作和實驗呈現圖片的計算機分辨率均為1024×768。

實驗采用德國SMI公司生產的iView X RED 250 眼動儀，采樣率250赫茲，呈現刺激的顯示屏大小為22英寸。實驗程序用E-prime編制完成。

1.3 實驗任務與程序

實驗任務：在屏幕的中央隨機出現一個目標圖形（8種圖形中的1個），200 ms后出現靶子圖片（大或小），要求被試在靶子圖片中迅速找出剛剛出現的目標圖形，并準確地按下對應的數字鍵盤，如圖1所示。例如，目標圖形是“□”，在靶子圖片中出現在左上方，被試就按數字鍵盤“7”。實驗任務分為2種：一種是無線索提示的任務，即目標圖形出現后靶子圖片直接出現；另一種是有線索提示的任務，即目標圖形出現后，會在靶子圖片相應位置出現一個200 ms的“*”提示，表示該圖形將在提示位置出現，然后再呈現靶子圖片。

實驗程序：被試坐在眼睛距離屏幕60 cm處。在明確指導語并完成練習（20次）后，進行眼動實驗校準。實驗開始時，注視點“+”在屏幕中央呈現500 ms，目標圖形呈現200 ms，之后為200 ms的線索或白屏，然后出現靶子圖片。被試在靶子圖片中搜索到之前出現的目標圖形后，即快速按下數字鍵盤區的相應數字鍵。按鍵后圖片消失，灰屏1 500 ms后開始下一試次，如圖2所示。

1.4 實驗設計

實驗為2×2×2的混合設計。組間變量為組別（專業組、新手組）；組內變量為視野范圍（1°視角的中央視野，13°視角的外周視野區）和線索（有線索，無線索）。因變量為被試按鍵反應的反應時和正確率。研究考察的眼動指標包括注視點、平均注視時間、平均眼跳幅度和平均眼跳速度。

2 結果

2.1 專業組較新手組在行為數據上的優勢

專業組和新手組在中央視野、外周視野和有無線索的條件下，完成搜索任務的反應時如圖3所示，正確率見表1。可以看出，在所有條件下專業組的反應時均短于新手組，反應正確率均高于或等于新手組。這表明實驗任務在行為結果上可以有效區分不同籃球水平的運動員。

將實驗結果進行重復測量的方差分析，結果顯示：組別主效應顯著，F（1，36）=5.416，P=0.026；視野范圍主效應顯著，F（1，36）=44.71，P=0.000；視野范圍和組別的交互作用不顯著，F（1，36）=0.757，P=0.390；線索主效應顯著，F（1，36）=260.63，P=0.000；線索和組別的交互作用顯著，F（1，36）=3.928，P=0.042。簡單效應分析表明：在有線索條件下專業組的搜索速度顯著快于新手組；視野范圍和線索的交互作顯著，F（1，36）=86.142，P= 0.000。外周視野受線索影響顯著，有線索時被試搜索速度增加明顯；視野范圍、線索和組別的交互作用不顯著，F（1，36）=0.784，P=0.382。

結果表明：在搜索任務有線索時，專業組和新手組均能利用線索有效縮短反應時間，但專業組利用線索的能力更強，無論刺激呈現在中央視野還是外周視野，反應時間均顯著短于新手組。

2.2 專業組和新手組的眼動差異

為進一步分析眼動過程對視覺搜索的影響，分別對被試完成搜索任務過程中的注視點數目、平均注視時間、平均眼跳幅度和平均眼跳速度等指標進行考察，結果見表2～表5。

3 討論

3.1 專業組籃球運動員的視覺搜索優勢

研究結果表明：與新手相比，專業組籃球運動員在完成視覺搜索任務時，在正確率較高的基礎上，具有明顯的速度優勢。這種優勢并非無條件地表現在中央視野或外周視野，而只在有線索提示的情況下才表現出來，且無論在中央視野還是在外周視野，專業組運動員的表現均優于新手組。方差分析的結果表明：在本實驗的圖形識別和匹配搜索任務中，專業組籃球運動員較新手組在行為數據上表現出了可靠的優勢。專家的優勢為什么會表現為對線索的依賴呢？本研究中線索在靶子前200 ms出現，加快了籃球運動員和新手搜索目標圖形的速度，但線索對籃球運動員的影響更顯著，即在有線索時籃球運動員能更好地利用線索提高反應速度。由此，我們推論專業組籃球運動員對線索的利用能力高于新手。這可能是由于專業組籃球運動員長時間的專業訓練使他們對線索信息更敏感，并能夠快速建立一種利用線索捕獲目標的反應模式，從而大大提高反應速度和正確率。

視野范圍影響運動員的視覺搜索速度，但對專業組和新手組的影響趨勢是一致的，即在中央視野的搜索速度較快，在外周視野的搜索速度較慢。線索和視野范圍的交互作用分析表明，被試對外周視野呈現的搜索任務可以通過線索的利用而顯著提高完成速度。說明線索對外周視野的影響更明顯。本研究中，中央視野的任務圖片呈現在1°視角范圍內，被試利用中央視區完成搜索任務無需大范圍的注意轉移，因此，速度較快；外周視野的任務圖片呈現13°視角范圍內，緊靠中央視區無法一次獲得更多圖片信息，在更大范圍內搜索目標圖片需要更多的主動性的注意轉移，并可能需要某種注意策略的參與，因此，需要更長的時間。

可見，線索對專業組和新手組的視覺搜索過程產生了顯著影響。由此看來，專業運動員并不必然在某個視野范圍內表現出優勢，而是通過某種條件表現出差異，即專家對線索的利用能力更強。以往研究和經驗表明區別不同水平運動員的重要標志是能否提早利用對手的動作過程和身體姿態等信息預測后續動作。專家利用線索的優勢效應已經在很多運動項目中得到證實[10-12]。Tyldesley等通過記錄眼動信息，證明專家的行為更趨建設性和一致性，并有更好的預判能力[13]。而在網球、羽毛球、足球運動中，這種優勢尤其體現在關鍵動作出現之前[3]。籃球是同場對抗類的集體項目，運動員需要在復雜的運動情境中作出快速、合理的動作；因此，對早期線索的利用也是區分不同水平籃球運動員的關鍵指標。籃球運動員對運動情景中早期線索的利用能力與其運動經驗有著直接聯系；但在本研究中，任務呈現和線索的形式均為抽象化的，沒有運動情境，運動員不能依靠以往的訓練和比賽經驗完成實驗任務。抽象的任務和線索使實驗控制更為精細，實驗結果的可靠差異表明專業組籃球運動員對線索信息的利用具有概括化的能力，這種跨情境的線索利用能力很可能是專家運動員的穩定特質。這種品質有利于運動員在面臨不同比賽情境、不同對手時作出快速、合理的行動。

3.2 專業組籃球運動員的眼動特征

專家運動員為何能較好利用早期線索呢？有學者認為，專家可以利用高度具體化的動作信息，并將注意集中于特定的線索[14]。近年來，精細的眼動追蹤設備已廣泛應用于檢測專家和新手視覺搜索行為的不同。這類研究主要對靜態的片段進行實驗室研究，這使得我們能夠對網球或籃球這類運動項目進行有效分析[15]。已有研究表明，專家比新手有更優越的視覺搜索策略，有更長的注視時間，關注豐富且最重要的信息；但是，也有一些研究結果與之相矛盾，他們認為當專家和新手的搜索策略沒有那么明顯的時候，感知技能水平不同也可引起知覺預測的不同[3]。在研究搜索策略的過程中，研究者發現專家利用外周視覺可以專注于提取更有質量的信息并進行有效加工。本研究眼動實驗結果的方差分析表明：在注視點數目上，組別效應及組別和線索的交互作用顯著，表明專業組籃球運動員在有線索條件下表現出了顯著的注視點少的特征；平均注視時間長于新手，且在有線索條件下具有高度顯著性。這與王小春等的研究結果一致[16]。在外周視野的搜索任務中，專業組籃球運動員和新手在無線索條件下，注視點數目顯著增加，而在有線索條件下，平均注視時間顯著高于新手，這可能是專業組籃球運動員視覺搜索策略在眼動上的一個重要特征。這種特征在有線索和外周視野上表現明顯。這表明越是高水平的運動員越重視對線索的利用，且能夠通過高效的眼動模式快速獲取正確的信息。Eriksen[17]提出了注意資源的空間分布是從焦點到外周連續遞減，即“透鏡”模型。通過對目標圖形呈現位置的控制，發現視野位置對專業籃球運動員和新手的目標搜索都有顯著影響，搜索呈現在外周視野上的目標的時間明顯較長。反映了反應時與注意焦點距離的關系，證實了“透鏡”模型的有效性。專業組的優勢在于能有效地控制注意分配，這種注視點較少，平均注視時間較長的特征為視覺搜索任務的完成提供了保障，在一定程度上形成了完成搜索任務的注意特征和注視策略。專業組籃球運動員的這種特征和策略具有一定的穩定性，有利于目標信息的提取。在眼跳幅度和眼跳速度上，專業組在完成外周視野任務時平均眼跳幅度增加明顯，平均眼跳速度顯著快于新手。充分表明了專業組籃球運動員在更大范圍內搜索目標時的眼動特征。這符合籃球運動的基本特征，也是籃球運動員長期訓練的結果。

可見，專業組籃球運動員的視覺搜索過程更具經濟性，搜索速度更快、幅度更大、效率更高，并且相較新手而言，專業組在外周視野和有線索的條件下表現出的優勢更明顯。以上眼動特征為解釋專業組籃球運動員在視覺搜索任務上的優勢提供了有效支撐，有助于我們更好地理解專家在具體比賽情境中的優秀表現。

4 結論

在中央視野和外周視野范圍內，專業組籃球運動員的優勢均體現在對線索的利用上；專業組對線索的利用能力表現出了概括化特征。

在外周視野內，專業組籃球運動員利用線索完成搜索任務時表現出了注視點少、平均注視時間長、眼跳幅度大和眼跳速度快的特點。

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