呂中凡,史 鵬
(遼寧師范大學體育學院,遼寧 大連 116029)
視覺搜索是指個體在某一背景下捕捉目標信息的過程[1-2]。近年來,體育工作者廣泛關注于運動員的視覺搜索特征的研究,探索優秀運動員的視覺搜索模式,這對運動員在瞬息萬變的比賽場面中獲取有效信息進行即時進行視覺信息加工有著重要意義,對教練員和研究人員探索優秀運動員的信息加工機制和運動決策能力具有重要意義。運動員的視覺搜索能力通常用兩類指標進行評價:一是代表視覺搜索模式的眼動指標,包括注視次數、注視時間、眼跳距離等;二是代表視覺搜索效率的行為指標,包括預判反應時和預判準確率等。國內外大部分研究[3-6]證明:專家組運動員的視覺搜索能力與新手組運動員之間存在顯著性差異,主要表現為專家組運動員的視覺搜索效率、認知加工速度高于新手組運動員,專家組的預判反應時和準確率高于新手組運動員。但是在某項具體指標上,有研究得出相矛盾的結論,例如劉陽[7]等學者對定向運動員識圖過程中的視覺搜索特征進行研究,認為優秀運動員的眼跳距離小于新手運動員;肖坤鵬[2]等學者研究得出排球運動員預判原地飄球時采用了注視次數少、持續時間長、眼跳距離小的信息加工模式等等結論。又例如同樣以乒乓球運動員為研究對象,李安民[8]等學者通過對乒乓球運動員的眼動特征進行分析,得出專家運動員的注視次數多于新手組,注視持續時間短于新手組的結論;而王麗巖[9]等學者通過研究認為乒乓球運動員采用了注視次數少、注視時間長的搜索策略。綜上所述,相關研究結果存在分歧,亟待進行整合研究,否則將影響運動認知理論的發展以及運動員視覺搜索能力的評價機制研究。
筆者回顧以往眼動實驗文獻,發現其存在以下問題。(1)研究中所選用實驗材料不盡相同,有研究[9]證明運動員在觀看靜態圖片時注視次數較多,看動態材料時注視次數較少;而也存在相矛盾的結論,崔運坤[10]等學者通過一項元分析發現專家運動員在觀看靜態圖片時表現出更少的注視次數,而在觀看動態圖片時表現出更多的注視次數。(2)運動項目的不同可能導致運動員呈現不同的視覺搜索差異。集體類項目和個人類項目的項目特點、場景難度等都是可能造成與以往研究結果相矛盾,因此有必要進行探討不同運動項目運動員的眼動特征是否存在差異。因此,筆者基于以往研究結論,提出以下假設:①專家組運動員呈現出更加“簡捷、規律”的視覺搜索特征和注視次數少、注視時間短、眼跳距離短的搜索模式,這能夠幫助運動員有效地、迅速地尋取有效信息,做出反應時短、預判準確性高的運動決策;②由于刺激材料與運動項目的不同,運動員的視覺搜索能力的眼動指標和行為指標存在差異。因此,本研究運用Meta分析,對我國優秀運動員的視覺搜索特征進行系統評價,探討其是否受到刺激材料、運動項目等調節變量的影響,討論我國優秀運動員的視覺信息加工規律,并對該領域提出展望性研究,為該領域的理論機制研究提供證據。
以“視覺搜索”“眼動” “Visual search”“ Eye movement”為檢索關鍵詞,在CNKI、萬方、維普、百度學術、谷歌學術等數據庫進行檢索,檢索年限為2005—2019年,檢索學科為“體育學”,為本研究提供數據來源與理論指導。
文獻納入標準:(1)眼動實驗研究,研究對象為運動員,年齡、性別不限;(2)實驗設計中包含專家組和新手組;(3)實驗基線清晰,被試樣本含量、被試運動水平、運動項目、刺激材料等交代清楚;(4)結局變量包含3項眼動指標和2項行為指標中一項;(5)數據完整,結局變量值用平均值和標準差表示。
文獻排除標準:(1)綜述性文獻;(2)會議摘要;(3)重復發表;(4)非眼動實驗(5)實驗基線不清晰;(6)指標數據不完整。
Meta 分析是一種對單獨研究結果進行綜合統計分析的方法,研究者將不同文獻進行合并比較研究,發生偏倚較少,研究結果具有一致性、概括性和科學性[11]。筆者運用Rviewer Manager5.3軟件,通過計算I2值和P值,考察文獻的異質性,當I2<50 %,P>0.1時,文獻同質性較高,應采用固定效應模型進行分析;當I2>50 %,P<0.1時,文獻異質性較高,采用隨機效應模型進行分析[12]。研究將采用總效應值Z值、加權均值差WMD和95 %置信區間CI對16篇文獻進行統計分析。
本研究共納入41篇眼動實驗文獻,包含21篇碩、博士學位論文和20篇期刊論文,時間跨度為2005—2018年,樣本含量為1 116。其中專家組樣本量為533,運動水平為國家健將,一級、二級運動員或運動訓練專業大學生;新手組樣本量為583,運動水平為國家二級運動員或專項、選修、普通大學生。涉及運動項目可以劃分為集體類項目(排球、籃球、足球和手球)和個人類項目(乒乓球單打、羽毛球單打、散打、體操、佩劍、攀巖和定向運動)。刺激材料分為靜態刺激材料(圖片)和動態刺激材料(視頻)兩種形式。結局變量包含注視次數、注視時間、眼跳距離三項眼動指標和反應時、準確率兩項行為指標。
納入文獻是否存在發表偏倚是Meta分析結果是否可信的重要原因。在大部分元分析研究中,漏斗圖是一種研究者最常用的定性分析文獻發表偏倚的方法,其判斷依據是:納入文獻樣本相對均勻分布于效應均值兩側,并大多位于漏斗圖中上部,視為研究精度相對較高;反之,研究精度較低。圖1行為指標漏斗圖顯示:文獻并沒有均勻分布于中線兩側,反應時漏斗圖中線右下側和準確率漏斗圖中線左下側出現缺角。豐富的臨場經驗和陳述性、程序性知識儲備決定專家組在任務目標下的決策反應時和預判準確率均顯著優于新手組,所有研究中并未出現新手組反應時和準確率優于專家組的陰性結果。

表1 納入文獻基本特征
注:①~⑤分別表示注視次數、注視時間、眼跳距離、反應時和準確率

圖1 行為指標(反應時、準確率)漏斗圖
圖2眼動指標漏斗圖顯示:文獻大多均勻分布于效應均值兩側,頂部文獻相對集中,研究精度較高,不存在文獻發表偏倚,適合進行Meta分析。

圖2 眼動指標(注視次數、注視時間、眼跳距離)漏斗圖
異質性檢驗是測量效應值之間的同質化水平[1,52]。本研究采用隨機效應模型,分別對5個結局變量進行異質性檢驗(見表2)和分析,I2>50%,P<0.1,則各項研究存在較高異質性。各項研究較高異質性說明,調節變量會造成各項研究果的不一致,所以有必要對調節變量進行總效應檢驗。

表2 文獻異質性檢驗結果
對專家組和新手組運動員結局變量進行總效應檢驗(表3)。反應時(Z=5.28,WMD=-430.08,95 %CI=[-575.02,-285.13],P<0.05)和準確率(Z=7.63,WMD=7.29,95 %CI=[5.42,9.16],P<0.05)2項行為指標具有顯著性差異,專家組決策反應時顯著短于新手組,準確率顯著高于新手組。注視次數(Z=2.25,WMD=-0.81,95 %CI=[-1.53,-0.10],P=0.02<0.05)具有顯著性差異,專家組注視次數顯著少于新手組;注視時間(Z=0.97,WMD=0.05,95 %CI=[-0.06,0.17],P=0.33>0.05)和眼跳距離(Z=0.89,WMD=-0.09,95 %CI=[-0.28,0.10],P=0.37>0.05)不存在顯著性差異。研究假設①行為指標獲得支持,注視次數獲得支持,注視時間和眼跳距離推翻。據Meta分析顯示,專家組和新手組行為指標和注視次數均存在顯著性差異,而注視時間和眼跳距離均不存在顯著性差異,說明相關研究所得研究結果相互矛盾,亟待驗證該結果是否由調節變量的潛在作用所引起。

表3 結局指標的總效應檢驗結果
異質性檢驗結果(見表2)和結局標量總效應結果(見表3)表明調節變量可能導致研究結果存在差異。相關研究中決策反應時和預判準確率均不存在矛盾結論,而反應時是由注視次數、注視時間等運動員眼動時間指標所決定的,預判準確率是由眼跳距離等眼動空間指標決定的,眼動時空特征的最優化決定了專家組反應時和準確率的最佳化。所以沒有必要探討調節變量對反應時和準確率的影響,而應基于專家組決策反應時和預判準確率與新手組的顯著差異,對注視次數、注視時間、眼跳距離三項眼動指標進行分析,檢驗刺激材料和運動項目是否存在對運動員視覺搜索模式的調節作用。
2.5.1 刺激材料亞組分析
眼動實驗研究最常用的有圖片和視頻兩種刺激材料。在注視次數上,圖片效應量Z=3.34,P=0.0008<0.05,具有顯著性差異,專家組的注視次數顯著少于新手組,視頻效應量Z=0.55,P=0.58>0.05,無顯著性差異,說明在注視次數上刺激材料的潛在調節作用顯著;在注視時間上,圖片效應量Z=1.55,P=0.12>0.05,無顯著性差異,視頻效應量Z=2.46,P=0.01<0.05,具有顯著性差異,專家組的注視時間顯著長于新手組,說明在注視次數上刺激材料的調節作用顯著;在眼跳距離(圖片Z=0.62,P=0.54<0.05;視頻Z=1.48,P=0.14<0.05)上,刺激材料的調節作用不明顯(表4)。綜上,對于注視次數和注視時間,刺激材料的潛在調節作用顯著,研究假設②獲得支持。

表4 測試材料亞組的總效應檢驗
2.5.2 運動項目亞組分析
在注視次數上,集體類效應量Z=3.73,P=0.0002<0.05,具有顯著性差異,專家組注視次數顯著少于新手組,個人類效應量Z=0.82,P=0.41>0.05,無顯著性差異,說明運動項目對注視次數的調節作用顯著;在注視時間上,集體類效應量Z=2.98,P=0.003<0.05,具有顯著性差異,專家組注視時間顯著短于新手組,個人類效應量Z=5.20,P<0.05,具有顯著性差異,專家組注視時間顯著長于新手組,說明運動項目對注視時間的調節作用顯著;在眼跳距離上,集體類效應量Z=0.86,P=0.39>0.05,無顯著性差異,個人類效應量Z=4.22,P<0.05,具有顯著性差異,專家組眼跳距離顯著短于新手組,說明運動項目對眼跳距離的調節作用顯著(表5)。綜上,運動項目對3項眼動指標的潛在調節作用顯著,研究假設②獲得支持。

表5 運動項目亞組的總效應檢驗
運動認知心理學的觀點認為,運動員作為活躍的有機體,其心理過程是積極獲取、選擇過濾、有機處理、組織加工和提取利用的過程[53]。由于心理過程的內隱性和運動過程的變化性使得探索優秀運動員的認知加工特征比較艱難,而眼動記錄分析的開發和在競技體育領域專項認知領域的應用逐漸剝開運動員信息加工神秘的外殼,為運動員視覺信息加工提供了即時測量。
3.1.1 行為指標的討論
任何運動項目的制勝本質都是一樣的,即運動員盡量以最快的速度準確地做出運動決策[54]。運動員要想在不斷變化的運動場景中快速、準確地做出運動決策,需要根據臨場經驗和專項知識不斷調整自己的視覺搜索策略,以便更快、更合理地完成既定任務。國內外研究證明,在任務決策搜索情境中專家組的決策反應時顯著短于新手組,預判準確率顯著高于專家組。本研究通過對國內41項研究進行合并效應檢驗,得出:反應時(Z=5.28,WMD=-430.08,95 %CI=[-575.02,-285.13],P<0.05)和準確率(Z=7.63,WMD=7.29,95 %CI=[5.42,9.16],P<0.05)2項行為指標具有顯著性差異,專家組決策反應時顯著短于新手組,準確率顯著高于新手組。該結論與國內外研究結論相一致。
運動員的視覺搜索過程就是運動員通過注視刺激材料中的各個組成部分,對有效信息進行提取并加工的過程。研究證明,優秀運動員能夠進行有效的搜索,即在復雜凌亂的信息中找到決策任務的有效信息,從而做出最佳動作反應或運動決策。通常情況下,專家組運動員的運動水平高于新手組,專項陳述性知識、程序性知識和臨場經驗比較豐富,理論與實踐結合程度較高,海馬體中儲存了大量運動場景和應對策略,建立起了多個心理模型。在面對決策任務情境下,優秀運動員能通過有效搜索,將提取出的有效信息與心理模型對接,從而極大地縮短反應時和提高預判準確率。相反,新手組儲存信息量有限,大腦中沒有形成場景記憶編碼或記憶信息不完整,因而在決策情境下多進行大范圍的盲目搜索,內部表征凌亂,搜索到的有效信息較少,很難在很短的時間內做出正確的決策。
3.1.2 眼動指標的討論
眼動指標反映了運動員的信息加工能力,而不同眼動指標所反映的信息加工能力不同,通過調節變量總效應檢驗(表4和表5)發現不同認知任務場景下專家組和新手組的眼動指標存在較大差異,經過比較眼動實驗的眼動指標后得出:僅用一項眼動指標并不能反映運動員的視覺搜索特征,所以必須將各項眼動指標相結合才能正確評價運動員的視覺搜索特征。大量研究用注視次數、注視時間和眼跳距離來探討運動員的視覺搜索特征,其中注視次數和注視時間反映運動員視覺搜索的時間特征,這和任務情景下的決策反應時和準確率息息相關;眼跳距離反映運動員視覺搜索的空間特征,這與運動員獲取有效信息的主要加工機制有關。同時,由于任務場景、刺激材料和運動項目的差異,僅僅通過眼動指標反映優秀運動員的視覺搜索特征和信息加工機制來研究是行不通的,必須結合行為指標進行系統評價。
為準確把握刺激材料的信息,運動員需將雙眼保持一定方位,將信息呈現在視網膜上,這一系列過程稱為注視。注視伴隨著輕微、高頻的眼球震顫,是運動員視覺搜索的重要組成部分。注視次數反映了運動員對刺激材料視覺信息加工的提取狀況。本研究對29項研究的注視次數進行總效應檢驗,Z=2.25,WMD=-0.81,95 %CI=[-1.53,-0.10],P=0.02<0.05,注視次數具有顯著性差異,且專家組的注視次數顯著少于新手組。本研究認為注視次數與反應時密切相關,專家組注視次數也顯著短于新手組,能夠利用較少的注視對刺激材料中的有效信息進行視覺加工,并做出快速反應,其搜索模式經濟、簡單,對關鍵區域信息的把握程度較高,決定了其決策反應時顯著短于新手組;而新手組注視次數較多,多采用“掃視”策略進行視覺信息搜索,對關鍵信息的把握程度較低,不能有效利用注視信息,其信息加工能力較差。在不同刺激材料下,圖片效應量Z=3.34,WMD=-1.69,95 %CI=[-2.69,-0.70],P=0.000 8<0.05,具有顯著性差異,專家組的注視次數顯著少于新手組,視頻效應量Z=0.55,WMD=0.30,95 %CI=[-0.77,1.36],P=0.58>0.05,無顯著性差異。靜態刺激材料阻斷了運動場景的連續性,生態效度較低;而動態刺激材料復原了真實場景中不斷變化的情境信息,提高了生態學效度。崔運坤[55]等學者研究認為低生態效度刺激材料下專家的注視次數少,而高生態效度刺激材料下專家的注視次數多,這與本研究結果相一致。視頻所呈現的場景具有動態性強、復雜性高的特點,專家組給予更多的注視對有效信息進行把控,多呈現“追隨運動+不斷回視”的搜索策略,以應對復雜多變的場景,有效把握關鍵信息;而新手組難以確定有效信息,多采用大范圍的眼球掃描進行搜索,注視點雜亂無章,因而降低了注視次數的差異。在不同運動項目上,集體類效應量Z=3.73,WMD=-2.35,95 %CI=[-3.59-1.11],P=0.000 2<0.05,具有顯著性差異,專家組注視次數顯著少于新手組,個人類效應量Z=0.82,WMD=0.43,95 %CI=[-0.60,1.47],P=0.41>0.05,無顯著性差異。集體類項目場景比較復雜,尤其足球、籃球、排球等項目中多涉及球員跑動、戰術配合等問題,無疑給沒有知覺認知優勢的新手組增加了難度;個人類項目雖然場景比較簡單,但是有效信息的提取難度較高。例如乒乓球運動中,要求運動員在極短的時間內判斷出發球方式,在高壓情境下,專家組為保持較高的視覺搜索效率,需采用較多的注視提取關鍵信息,以有效提高決策準確率,所以縮短了與新手組注視次數之間的差異。
注視時間指對一個注視區域的視覺瀏覽時間,反映運動員對刺激材料的信息加工程度和難易程度。注視時間有不同意義,要與其他眼動指標和行為指標結合做出分析[56]。所以對注視時間有兩種解釋:(1)注視時間越長,對關鍵信息的把握越高,信息加工程度越深;(2)注視時間越長,提取信息越困難。本研究對35項研究的注視時間進行總效應檢驗,Z=0.97,WMD=0.05,95 %CI=[-0.06,0.17],P=0.33>0.05,無顯著性差異,亞組分析認為,刺激材料(圖片Z=1.55,P=0.12>0.05視頻Z=2.46,P=0.01<0.05)和運動項目(集體類Z=2.98,P=0.003<0.05,個人類Z=5.20,P<0.05)對注視時間的調節作用顯著。在不同刺激材料下,專家組對圖片的注視時間與新手組無顯著性差異,分析認為圖片阻斷了運動場景的連續性,導致其提取有效信息比較困難,為提高視覺搜索效率,專家組需采用較少的注視次數和較長的注視時間來提取關鍵信息,并結合記憶區域所儲存的臨場運動場景和專項知識對圖片運動場景進行預演,進行更深層次的視覺信息加工;而新手組大范圍的掃視形成了更多的注視次數,因而總注視時間也較長,但是由于注視關鍵信息的時間顯著短于專家組,所以決策行為的準確性降低。在不同運動項目上,專家組在集體類項目場景中的注視時間顯著短于新手組,而在個人類項目場景中的注視時間顯著長于新手組。筆者分析認為集體類項目運動場景雖然復雜多變,但是專家組對于關鍵信息的把控是非常容易的,采用較少的注視就能提取出關鍵信息;而在個人類項目中,靜態刺激材料的場景可能存在阻斷特征,嚴重影響了專家組信息提取速度,為保持視覺搜索效率,對有效信息進行深度加工,專家組需采用較多的注視次數和較長的注視時間進行視覺搜索,以便做出正確率高的運動決策。運動項目的不同、刺激材料的難度都會影響運動員的視覺搜索特征,但從行為指標的差異上講,專家組始終堅持著經濟、簡潔的視覺搜索的組織原則,面對不同視覺搜索任務,對注視做出合理分配,不斷調整注視次數和注視時間,做出“綜合調配”的視覺搜索策略。
運動員為快速搜尋有效信息,眼球需從某一注視區域迅速跳躍到另一注視區域,這種眼球的跳躍運動稱為“眼跳”。眼跳距離反映了運動員信息提取量,眼跳距離越大,運動員所提取的信息較多;但是僅僅依靠眼跳距離并不能判斷運動員的信息加工能力的優劣,其還需同行為指標結合以進行分析。本研究對23項研究的眼跳距離進行總效應檢驗,Z=0.89,WMD=-0.09,95 %CI=[-0.28,0.10],P=0.37>0.05,無顯著性差異。亞組分析認為,刺激材料(圖片Z=0.62,P=0.54<0.05;視頻Z=1.48,P=0.14<0.05)的潛在調節作用不明顯;運動項目(集體類Z=0.86,P=0.39>0.05,個人類Z=4.22,P<0.05)的潛在調節作用顯著。在不同刺激材料下,由于不同視頻、圖片難度的差異性,專家組和新手組的眼跳距離都不存在顯著性差異,但是專家組能較好地識別信息的關鍵程度,利用較多眼跳排除非關鍵信息,從而保持信息加工的有效性;而新手組進行大范圍掃視場景信息時,眼跳距離加大,但仍不能做到對關鍵信息的有效把控。在運動項目上,專家組在集體類項目場景下的眼跳距離和新手組無顯著性差異,集體類項目所涵蓋的信息甚廣,尤其在動態刺激材料中,專家組傾向于追隨有效信息源進行注視追隨運動,而這種追隨往往伴隨次數較多、距離較大的眼跳,所以與新手組眼跳距離的差異性較小,但是與新手組雜亂無章的注視所伴隨的眼跳相比,專家組更具有規律性;專家組在個人類項目場景下的眼跳距離顯著小于新手組,筆者分析認為個人類項目場景簡單,有效信息集中,專家組對其信息整合能力較為突出,采用距離較小的眼跳便能提取有效信息,結合注視時間看,專家組采用較短的眼跳距離和較長的注視時間進行搜索,其搜索關鍵信息的速度較快,提取有效信息的程度較深,能保證信息加工效率和行為決策敏捷合理性。
“專家-新手”研究范式是通過比較專家和新手運動員的各項指標間的差異,探討優秀運動員的內在信息加工機制。目前,多數研究主要基于運動員運動等級對運動員進行劃分,方式比較單一,運動等級不能完全作為評價運動員水平的依據。運動等級通常是由運動員的運動年限和運動成績所決定的,運動員運動年限越長,參賽經歷越多,其運動等級越高,但是專項知識儲備與臨場經驗是造成運動員運動知覺決策的重要因素。運動員主要依靠自身理論與實踐經驗進行有效搜索,對于一級運動員和二級運動員或者專項大學生或經驗豐富的大學生來講,其搜索結果差別可能不大。因此,后續研究依據多種指標對運動員進行劃分,根據運動年限、運動等級、教練評價、場景認知等主觀與客觀因素對運動員進行綜合評價;或排除運動員思維意識的影響,在實驗前邀請權威專家對運動員的運動決策效率進行評價,按視覺搜索效率劃分專家組和新手組,以更加準確地探討專家組運動員的視覺搜索特征。另外,本文在專家、新手為主要研究對象的基礎上,增加一般水平運動員,深入探討優秀運動員的視覺搜索特征,對眼動指標與決策水平的相關性進行研究。
刺激材料的生態效度越大,研究結果的準確性越高。國內研究多采用圖片和視頻兩種形式刺激材料,其中,視頻的運動場景還原程度較高,符合生態學效度,運動具有連貫性;而圖片不能夠展示與運動實際相符合的動態場景。因此,專家組為提高決策準確率,很難在間斷性運動靜態材料中迅速地提取有效信息,這尤其體現在注視時間和眼跳距離上。刺激材料的難度同樣是造成文獻研究結果相矛盾的重要因素,無論圖片還是視頻,其場景復雜程度、遮擋方式等都會對運動員的視覺信息加工產生影響。建議在今后研究中,提高生態學效度,以真實比賽場景為腳本還原拍攝,同時探討簡單和復雜場景、遮擋方式等對專家和新手運動員的視覺搜索特征的干預作用。集體類運動項目場景材料中涉及人數較多,對抗程度劇烈,攻防轉換速度較快,需要運動員具有把控全場的能力,亞組分析(表5)中專家組注視次數、注視時間和眼跳距離與新手組均存在顯著性差異,表現出更加簡捷有效且規律性的搜索策略。個人類運動項目多為快速反應類項目,場景比較簡單,有效信息集中,專家組多采用較短的眼跳距離和較長的注視時間進行搜索,其搜索關鍵信息的速度較快,提取有效信息的程度較深,保證了信息加工效率和行為決策敏捷合理性。但是本研究納入的樣本量較少,今后研究需要進一步探討。
本研究通過對41篇文獻及5個結局變量進行總效應檢驗,探討我國優秀運動員的視覺搜索特征。Meta分析得出:專家組和新手組運動員反應時和準確率兩項行為指標均存在顯著性差異;在眼動指標上,注視次數具有顯著性差異,注視時間和眼跳距離不存在顯著性差異。刺激材料生態學效度、所選取運動項目場景特點都會對其產生調節作用。所以,在今后實驗中,應考慮到調節變量的潛在作用,保證研究結果的準確性。此外,本研究存在一定局限性,例如納入樣本量太少,未考慮研究結果的多因素影響等。結合現有研究,提出建議:(1)選取注視點、注視軌跡等眼動指標,探索優秀運動員視覺信息加工機制;(2)對單一運動項目優秀運動員視覺搜索特征進行整合研究;(3)考慮多因素調節變量對優秀運動員的交叉影響;(4)進一步納入外文研究進行合并檢驗。