兒童軟式壘球揮棒擊球的視覺落點特異性研究

楊 綠，邱文信，戴金憲

●研究報道 Short Comumications

兒童軟式壘球揮棒擊球的視覺落點特異性研究

楊 綠1，邱文信2，戴金憲2

視覺控制能力對于運動學習的重要意義正如其對于課業學習一樣，是認知活動的首要關卡。兒童軟式壘球的教學與研究在我國方興未艾。為探究眼動特征與運動學習的關系，使用德制iViewXHED4頭戴式眼動儀，測量15名有過棒球訓練的兒童與15名從未接受過棒球訓練的兒童，在擊球前0.167 s、0.1 s以及擊中球體時的視覺落點偏移值，分析視覺落點偏移值與擊球成功率的關系，比較有無棒球訓練經驗對兒童的視覺落點偏移值的影響，以及擊球成功率不同的兒童的視覺落點偏移值差異。結論：（1）無論有無棒球訓練經驗，視覺落點偏移值均與擊球成功率呈現顯著負相關(P<0.01)；（2）棒球組兒童的視覺落點偏移值顯著小于一般組(P<0.05)；（3）擊球成功率為100%的兒童，存在明顯不同于其他兒童的眼動特異性，視覺控制能力顯著優于其他兒童(P<0.01)。

軟式壘球；運動學習；眼動；視覺控制；視覺落點

軟式壘球的英文名稱為“Tee-ball”，起源自美國，1996年引進臺灣，稱為“樂樂棒球”，2000年前后引進中國大陸。2006年,中國棒壘球協會宣布正式將它命名為“軟式壘球”[1]。這項運動與棒球相似，涵蓋跑壘、滑壘、投殺、打擊等多項運動技能，不同之處在于軟式壘球擊球時將球放置在固定的打擊支架(Tee)上，降低了打擊難度，且球及球棒的材質改為柔軟輕便的泡棉，增加了安全性和趣味性，受到兒童及中老年運動群體的廣泛喜愛。在臺灣以及國外，軟式壘球也被用于專業棒球選手的揮棒擊球訓練。揮棒擊球是指當球放在支架上時，球手將球揮向球場界內的動作實施過程。

SCHMIDT將動作實施過程劃分為刺激確認階段（stimulus-identification stage)、反應選擇階段(resPonse-selection stage)以及反應編序階段(resPonse-Programmingstage)[2]，也有人將這一過程描述為計劃、編碼、執行階段。任何一個簡單動作的計劃表征，都起始于兩類信息，即位置 (location)信息和距離(distance)信息，分別表征動作的指向與遠近。也就是說，動作的實施起始于個體對環境信息的選擇與獲取。而視覺是人獲取外界信息的第一感覺器官，可達聽覺獲取信息能力的430倍[3]。就揮棒擊球這一動作而言，個體需要首先確認球體的高度、與身體的距離、球應該飛行的方向，并由此判斷擊球的位置、方向、力量，在此基礎上形成運動計劃。

視覺信息在腦內的加工有兩個通路，其一為腹側通路(what通路)，主要負責對知覺對象的形狀、顏色、空間頻率、方位、運動和深度知覺等信息進行加工，并形成完整而精細的物體知覺；另一條為指向頂下葉的背側通路(where通路)，負責對更大范圍的空間信息和運動進行覺知[4]。腹側通路使個體完成了對動作目標的初步判斷，而背側通路則幫助個體完成以自我為參照點的運動計劃。研究表明，前運動皮層細胞與皮層視覺區的細胞一樣，存在著感受野，只有視覺刺激呈現在特定的空間區域時，才會得到信息編碼[5]。也就是說，個體需要根據自我肢體的當前位置來表征視覺刺激的位置，也能利用視覺信息來協調動作，并在三維世界中進行目標定位和動作執行。

此外，頂葉皮層在視知覺與運動協調的關系中具有重要意義。頂下葉是物體運動知覺和空間知覺的最高級中樞，不僅接受視覺系統投射的信息，還接受來自前額葉、扣帶回、顳上溝深部等神經元傳來的信息，以便形成復雜的綜合知覺[6]，為個體提供一個先于肢體動作的內部參考系來協調眼睛與動作目標的距離。這就為個體在動作執行過程中根據自身或客體的位置改變進行自我調節提供了可能性。

7～13歲的青少年兒童的視神經已經接近成熟，對形狀、深度、運動與距離，漸有正確辯認的能力[7]，但其表征能力與心理旋轉能力發展不均衡；其視知覺-空間能力在智力的年齡差異中起著十分重要的作用[8]。因此，在此時期，動作可視為個體的外顯智力[9]。此時期的兒童，應配合正常的成長過程，增進感覺能力，透過不斷的練習與嘗試，以建構完整的動作技能。

另一方面，大量關于兒童眼動特征與學習困難的研究表明，兒童的眼動效率低與視覺搜索效率低關系密切；且這些兒童不能準確把握信息之間的關系，導致利用信息解決問題的效果差[10]。軟式壘球是深受兒童喜愛又非常安全的一項運動。通過運動環境下對兒童的視覺集中力進行訓練，改善其專注于當下的注意品質，必將有益于兒童的發展。

鑒于此，本研究采用頭戴式眼動儀測量兒童揮棒擊球動作中的視覺注視點與目標（球體）之間的偏移值，探尋兒童視覺控制能力與其動作執行能力之間的關系，為處于發展中的兒童運動訓練提供借鑒。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

試驗隨機選取小學男生30名，其中15名有過棒球訓練經歷（即棒球組）；15名沒有訓練經歷（即一般組）。選取條件為身體健康，最近3個月內沒有任何身體傷害；可以雙手握住球棒；裸眼視力為1.0以上。被試基本資料見表1。

表1 被試基本資料表

1.2 研究方法

1.2.1試驗器材 試驗使用德國iView X HED4頭戴式眼動儀(refresh rate 200 Hz)1組，搭配CASIO EX-F-1數碼攝影機(300Hz)1部，筆記本電腦1臺（內有與眼動儀配合使用的軟件ExPeriment Suite 360°-Release V2.4 iViewX）。iViewXHED4頭戴式眼動儀可以采集被試在真實運動中的眼動信息，使得眼動研究超越了依賴電腦模擬運動場景的研究范式。

1.2.2試驗設計 試驗采用相關分析眼動偏移值與擊球成功率的關系；采用2×3的混合二因子設計來考察在軟式壘球運動中具有不同運動能力的兒童的視覺控制能力差異，其中，分組變量為被試間因素，共有2個水平；視覺落點偏移值的采樣時間為被試內因素，共有3個水平，即擊中球體前0.167 s、擊中球體前0.1 s、擊中球體時3個時間點。

試驗使用的因變量為：（1）兒童揮棒擊球成功率。每個被試依照個人習慣全力揮棒擊球10次，主試不提示任何揮擊要領。如果被試將球擊至界內區域，則記為成功擊球；如果揮棒落空或擊至界外區域，則記為失敗擊球。取10次擊球的成功率作為動作質量的反應。（2）視覺落點偏移值，即在上述3個時間點上，被試的視覺凝視位置與球體之間的距離值。因為從300 Hz的高速攝影機錄影資料的分析中得知，兒童由啟動到完成揮棒約需0.25～0.35s，由啟動至擊中球體則約需0.2～0.28 s。所以，本研究需選取自擊中球體前大于100 ms的時間至擊中球體時的一段時間內發生的視覺落點來比較差異。德國iViewXHED4頭戴式眼動儀所錄制的影片為30格/s，擊中球體前0.167 s，即擊中球體前第5格的影片；擊中球體前0.1 s，即擊中球體前第3格的影片。

1.2.3試驗實施 試驗選擇在晴天、戶外進行，試驗順序采用隨機排序。擊球后檢試錄制的影片，揮棒擊球過程中視覺落點是否可察，如果視覺落點已經偏移至屏幕之外，則不符合試驗要求，不記錄結果，并重新揮棒擊球。

2 試驗結果

2.1 視覺落點偏移值與擊球成功率的關系

根據SHELIGA，RIGGIO與RIZZOLATTI的注意力前動作理論(Premotor theoryofattention)，注意力和眼動系統同屬于一個神經機制，因此，特殊的眼動行為常被視為注意力的重要線索[11]。在本研究中，無論有無棒球訓練經驗，被試的擊球成功率與擊球前0.167 s的視覺落點偏移值、擊球前0.1 s的視覺落點偏移值、擊中球體時的視覺落點偏移值，都有顯著的負相關（見表2）。這說明當偏移值越高，即視覺落點離球體越遠時，擊球成功率越低；偏移值越低，即視覺落點離球體越近時，擊球成功率越高。

表2 視覺落點偏移值與擊球成功率的相關性（r）

2.2 一般組與棒球組的視覺落點偏移值差異比較

從表3可知，一般組學生在各時間點上的視覺落點偏移值大于棒球組，擊球成功率小于棒球組；一般組學生在各時間點上的視覺落點偏移值的組內差異大于棒球組，其偏移值全距是棒球組的2.46倍。說明沒有經歷過棒球訓練的學生，平均視覺集中力不如有過棒球訓練經歷的學生。對兩組偏移值差異的顯著性進行檢驗，F＝6.21，大于臨界值F0.95(1,28)＝4.20，達到0.05水平上的顯著。被試的視覺落點偏移值在擊球前0.167 s、擊球前0.1 s、擊中球體時的3個時間點之間不存在差異；被試的分組變量與時間變量間不存在交互作用。

表3 被試視覺落點偏移值及擊球成功率的描述表（n=15）

對試驗數據進行單純主要效果變異數分析發現，在擊球前0.167 s，兩組的視覺落點偏移值的差異為F＝4.54，大于臨界值F0.95(1,84)＝3.85，達到0.05水平上的顯著；在擊球前0.1s，兩組的視覺落點偏移值的差異為F＝5.17，大于臨界值F0.95(1,84)＝3.85，達到0.05水平上的顯著；在擊中球體時，兩組的視覺落點偏移值的差異為F＝7.36，大于臨界值F0.99(1,84)＝7.00，達到0.01水平上的顯著。

兩組在擊球成功率上的差異值為7.56，高于臨界值F0.95(1,28)＝4.20，達到0.05水平上的顯著。

2.3 擊球成功率為100%的學生與其他學生在視覺落點偏移值上的比較

描述統計結果顯示，一般組里有部分學生擊球成功率達到100%；棒球組里有部分學生擊球成功率達不到100%，因此，當不考慮是否受過棒球訓練，而是依照擊球成功率是否達到100%的標準來將數據分組時發現，兩組的差異更加明顯（見表4）。經過變異數分析發現，擊球成功率達到100%的兒童的視覺落點偏移值顯著小于其他學生，F＝7.345，大于臨界值F0.99(1,84)＝7.00，達到0.01水平上的顯著。由圖1可知，擊球成功率達到100%的學生，其在擊球前0.167 s至擊中球體時，視線有效收回到球體附近，在擊球時兩組差異最大，說明這一組學生的視覺集中力更強。

表4 依不同成功率分組時的視覺落點偏移值描述

3 討 論

3.1 擊球成功率為100%的兒童的眼動特異性

由兩組的平均數比較及圖1可知，成功率為100%的兒童，在擊球前0.167 s的視覺落點離球體最近，擊球前0.1 s時的視覺落點離球體最遠，而在擊中球體時視線又回落到與前0.167 s很接近的位置。這是因為，眼球的主動性運動可分為眼跳(saccades)和注視(fixation)，眼跳的目的是使感興趣的視覺信息落入中央窩，從而進行充分的加工。因為視覺信息引起感覺轉換以及眼肌運動路徑的延遲，所以在眼跳執行之前存在一段大約100 ms的不應期[12]。與眼跳行為相關的刺激分為外源性刺激與內源性刺激。外源性刺激是被視物體本身所具有的顏色、大小、位置、材質等特征，內源性刺激是與個體記憶、動機、情感等因素。外源性刺激豐富繁雜，大量涌入個體眼中，但卻不是所有信息都進入個體大腦進行信息加工的，對外源性刺激的選擇取決于個體的認知、情感、記憶等內源性因素。也就是說，當個體對揮棒動作的運動計劃有所分析，明確知道應擊向哪一個點時，就會通過眼跳調整視覺注意的焦點至球體的位置，確定其是有意義的信息，并進行信息加工。如果擊中球體時是個體通過眼跳將球體位置調整至中央窩進行充分的信息加工，則擊球前0.1 s剛好是眼跳前的視覺不應期。因此，在這個時間點上，我們所測察到的視覺落點偏移值是最高的。而在擊中球體時，視覺落點又有所回落，剛好說明這些個體對球體位置的信息進行了有效加工。

在低成功率組則看不到上述的眼動特異性。隨著身體運動的展開，這一組兒童的視覺落點離球體卻越來越遠，沒有再回到球體，說明他們不能有效控制視覺焦點，視覺集中力較差。

圖1 不同擊球成功率的被試在不同時間點的視覺落點偏移值比較

3.2 個體動作能力差異的解釋

在本研究中，揮棒擊球動作成功率達到100%的學生共有11人，其中接受過棒球訓練的學生有9人，從未接受過棒球訓練的學生有2人。在視覺偏移值方面，以擊球前0.167 s為例，棒球組的平均偏移值為1.89 cm，棒球組內高于此值的有8人，一般組內低于此值的有3人。可見，雖然在平均數上，棒球組學生的擊球成功率高于一般組，視覺落點偏移值低于一般組，但就個體而言，動作表現并不總是比沒有接受過棒球訓練的學生好。也就是說，個體運動學習的效果是因人而異的。

根據NEWELL的三角限制理論，個體動作表現乃個體(organism)、環境(environment)、與工作(task)三者交互影響下的產物，運動學習或發展會因為個體限制、環境限制與工作限制而有不同的運動表現，也因此會產生不同的運動協調形式[13]。其中個體限制包含身高、體型、力量、本體感覺等結構性的限制，以及來自心理的、認知的、情緒的功能性限制；而風向、溫度、場地、教學方法等則為環境限制；工作目標、規則、器材等為工作限制。就兒童揮棒擊球的單一動作而言，個體的成長與成熟因素、力量、本體感覺等因素固然是動作表現的限制，而個體的視覺控制能力、手眼協調能力以及個體對速度、力量、方向、風向、器材特點的感知能力、動作計劃能力等認知因素也將成為動作表現的限制。而導致這些能力出現差異的原因，除了個體的成長與成熟的水平不同外，還有個體先前所經歷的運動練習經驗不同，這些運動練習的經驗便由個體成長的環境與成長中所遇到的任務(task)來賦予。也就是說，個體生長在運動刺激豐富的環境中，經常對不同的任務進行練習，必然會有更多的機會來對各種能力進行歷練和統合，從而使個體的運動學習能力獲得發展。

3.3 從認知發展的視角看運動學習的意義

認知心理學認為，注意力是學習、記憶與表現的首道關卡，正常的注意力保持是從事所有認知活動的先決條件。眼睛的注視和眼跳活動，不僅與運動情景下的動作能力相關，也與閱讀活動相關。隋雪[10]在兒童觀看圖片的眼動模式的研究中發現，從學優兒童到一般兒童、學困兒童，注視次數逐漸增加，眼跳距離逐漸減小，且差異顯著；注視點持續時間逐漸增加。這是因為學困兒童有效的注視范圍小，信息提取能力差，要用多次注視才能完成圖片觀看任務，也就縮小了眼跳距離。

適宜的運動可能是改變這一狀況的有效且健康的方式。有學者認為，運動可以使大腦的發展最佳化[14]。也有大量研究證實，生活形態較不活躍的兒童，在學術表現、智力表現、認知功能、大腦結構與功能上也會相對較差[15]。WU等[16]讓不同有氧適能的9～10歲兒童執行旁側抑制作業，結果發現，高有氧適能兒童的正確率較高，反應變異性(resPonse variability)較小。反應變異性是個體執行任務時的反應時間標準分除以平均反應時間。個體的反應變異性愈大，代表其注意力控制的能力愈差。相反，反應變異性越小，代表其反應越穩定，受到無關刺激的干擾越小。由此說明，有氧適能與認知控制的穩定性有關。

兒童期為神經系統、協調性發展最快的時期，到12歲時已接近成人發育狀態。因此，在兒童期提供適宜的運動環境與運動任務就顯得尤為重要。

4 結 論

兒童軟式壘球的揮棒擊球動作質量與其視覺落點偏移值呈顯著負相關(P<0.01)，即擊球時視覺落點離球體越近，擊球成功率越高；視覺落點離球體越遠，擊球成功率越低。接受過1～4年棒球訓練的試驗組兒童，在揮棒擊球時視覺落點偏移值顯著小于控制組(P<0.05)，即其視覺落點更接近球體。分析擊球成功率為100%的兒童的眼動數據發現，存在不同于其他兒童的眼動特異性，視覺控制能力顯著優于其他兒童(P<0.01)。因為運動環境是兒童愿意接受的，所以在兒童的運動學習中引導其加強視覺控制力的練習，也必將促進兒童的課業學習能力。

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Specificity of Gaze-Point during Tee-ball Hitting for Children

YANG Lv1,QIU Wenxin2,Dai Jinxian2
（1.School of Sports Humanities and Social Sciences,Jilin Sport University,Changchun 130022,China;2.Hsinchu University of Education, Hsinchu 300,Taiwan）

The ability of visual controlling is important for motor learning,as well as it for schoolwork.Because it is the first bottleneck for cognitive activity. The teaching and study of children tee-ball is on the ascendant.To analyze the relationship between eye tracking and motor learning,collect samplee data coming from 15 students never playing baseball and 15 students having played baseball.Each participant was filmed by eye tracker（iView X HED4,200 Hz）to record the gaze-point before hitting 0.167 s,0.1 s and hitting.Results:（1）There is high correlation between gaze-point and success rate of hitting（P<0.01）;（2）There are differences between two groups of participants'gaze-Point（P<0.05）;（3）There are differences between batting success rate of 100% and others（P<0.01）.

tee-ball;motor learning;eye tracking;controlling of vision;gaze-point

G 804.82

A

1005-0000（2015）03-273-04

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2015.03.017

2015-02-24；

2015-04-06；錄用日期：2015-04-07

楊 綠（1977-），女，吉林省吉林市人，講師，研究方向為運動心理學、運動行為學；通信作者：邱文信（1973-），男，臺灣苗栗人，教授，博士，博士生導師，研究方向為運動生物力學，運動行為學。

1.吉林體育學院體育人文社會科學學院，吉林長春130022；2.新竹教育大學，新竹300。