專家運動員視覺運動追蹤特征的差異：調節變量的潛在作用

孫金月

（上海體育學院，上海 200438）

視覺運動追蹤是個體獲取外界信息的重要方式，是指個體在面對客觀運動的物體時采用一系列短暫的視覺定位，通過快速眼跳使視覺定位點散步到物體各處收集有效信息，其實質是注意集中能力和抵抗外界干擾能力的具體表現［1-3］。 在瞬息萬變的競賽中，運動員必須集中注意力于比賽任務，通過視覺搜索提取、判斷、分析視覺信息情報，排除無關信息，深度加工有利信息，形成合理優化的預判決策。自20 世紀80 年代以來，國內外運動心理學專家持續關注運動員視覺運動追蹤特征，采用“專家-新手”范式或“專家-中間-新手”范式研究不同水平運動員視覺運動追蹤能力的專長差異，探討高水平運動員專長優勢的視覺信息加工機制［4-9］。 大量研究證明，專家運動員決策效率顯著高于新手， 其視覺運動追蹤特征與新手存在顯著性差異，具體表現為采用注視少且短、眼跳距離短的追蹤策略［10-12］。然而該領域研究存在分歧，李安民［13］、Willams［14］、王文靜［15］、解繽［16］等對不同項目不同水平運動員預判決策任務下的眼動特征進行研究，得出相反的結論。相關研究對眼動指標解讀認為，注視次數和注視時間反映運動員注視客體環境的總時長，它們的乘積等于預判反應時［17］。運動員一次注視獲得信息的多少稱為知覺廣度，知覺廣度越大，越能在客體環境中獲得更多的有效信息［18］。 注視時間反映運動員提取信息的難易程度，提取時間越長就意味著信息加工越困難；注視時間也反映運動員對注視內容的認知加工情況，注視時間越長，則信息加工程度越深，需要結合具體任務進行分析。眼跳距離是視覺運動追蹤有效性的重要指標，眼跳距離越大，說明運動員一次注視所獲得的關鍵信息越多。 基于以上眼動指標的解釋和相關研究文獻，提出假設H1：專家運動員的注視次數顯著少于新手，注視時間顯著短于新手，眼跳距離顯著長于新手。

有效的視覺運動追蹤是進行正確預判決策的前提，那么專家運動員的視覺運動追蹤究竟是何特征？哪些因素造成了專家運動員的視覺運動追蹤特征的差異？ 回顧以往文獻，認為運動項目、目標數量、刺激材料、遮蔽方式可能是造成研究結果分歧的來源。1）運動項目：崔運坤［19］、孫文芳［20］通過元分析得出專家運動員的視覺搜索特征受到運動項目的影響調節作用。各項研究劃分運動項目的方式不盡相同，Mann［21］將運動項目分為阻截、策略和其他 3 類項目，Vater［22］將運動項目劃分成區域性、隔網類、擊打性、格斗性和其他項目，均得出運動項目造成專家運動員注視次數和注視時間的差異性。以上對運動項目的劃分存在疏漏，單純將足籃排劃分為策略類項目，乒羽網和排球劃分為隔網類項目，然而運動情景決策任務眼動特征和足球防守點球、籃球罰籃的眼動特征具有差異性，乒羽網和排球運動員視覺運動追蹤目標數量不同也會對眼動特征造成影響。 因此，本研究將兩種劃分方法結合， 將所有運動項目劃分為5 種類型：區域阻截類（防守點球、籃球罰籃）、區域策略類（足球、籃球運動場景）、隔網阻截類（乒羽網）、隔網策略類（排球）和其他類（定向運動、擊劍、柔道），檢驗運動項目對視覺運動追蹤特征的調節作用。 2）目標數量：劉洋［3］根據刺激物的數量，將視覺運動追蹤目標劃分為單目標（防守點球、籃球罰籃、乒羽網）和多目標（運動情景下的足籃排）。 在單目標視覺追蹤任務中，追蹤目標緩慢、單一且平穩，運動員通過選擇性注意將追蹤目標從客觀環境中剝離，啟用平滑眼動追蹤將眼動速度與目標速度維持一致［23-25］。 在多目標視覺追蹤任務中，目標信息含量豐富且復雜，需要運動員對于目標的身份特征、空間位置、運動速度、運動軌跡進行加工，當追蹤目標的速度或軌跡突然轉變，運動員的眼動速度則明顯慢于目標速度，要求運動員匹配追趕性眼跳進行補償［26］。 3）刺激材料：主要有二維靜態（圖片）、二維動態（視頻）和三維動態（現實場景）3 種形式。 刺激材料生態學效度一直是心理學家關注的問題。Johansson［27］認為圖片具有運動信息的基本內容，能夠被運動員用來進行視覺信息加工及預判決策；而Tayler［28］認為圖片的呈現阻斷了運動信息的完整性，無法展現運動情景的動態屬性， 嚴重影響運動員真實的眼動特征。錄像視頻在視覺信息的呈現形式上無法使材料呈現1：1 的畫面，生態學效度仍然較低。 章建成［29］、王麗巖［30］、Marcus［31］采用現實場景和實驗室場景材料對不同水平運動員的眼動特征進行比較，得出運動員在現實場景下表現出更加經濟簡潔的搜索策略。4）遮蔽方式：包括3 完整法（無遮蔽）、時間遮蔽和空間遮蔽3 種。 完整法保證了信息的完整性，運動員根據自身自身認知情況控制目標信息的呈現量；時間遮蔽是指追蹤目標在運動過程中的某個時間點突然停止，以研究運動員的時間知覺優勢；空間遮蔽是指追蹤目標運動過程中，對追蹤目標的某個部位或整體進行遮蔽，探討運動員的空間知覺預判優勢。 不同遮蔽方式提供的信息量不同， 其中完整法的信息量最為完整，時間遮蔽導致運動情景的時間序列信息丟失，空間遮蔽導致追蹤目標的空間特征不完整，所以運動員視覺系統對信息的提取加工存在差異［3，19，31］。 基于以上理論，提出假設 H2：專家運動員的注視次數、注視時間和眼跳距離受到運動項目、目標數量、刺激材料、遮蔽方式的調節作用。

上述研究結果的分歧限制了運動專長領域知覺預測理論的發展， 限制了該領域專家運動員視覺運動追蹤能力的劑量——效應證據積累，不利于該研究在運動員選材、運動訓練與監控的推廣與發展。 所以亟需對該領域研究結果進行整合分析，鑒于此，本文梳理國內外專家運動員視覺運動追蹤能力特征的各項研究， 采用元分析方法對各項研究的眼動指標進行合并分析，探討調節變量對運動員視覺運動追蹤的影響，為該領域的研究提供新思路和新方法。

1 研究方法

1.1 文獻檢索

采用中英文檢索方式進行檢索。 中文文獻檢索：采用高級檢索形式，以“視覺搜索”或“視覺運動追蹤”或“眼動”并含“運動員”為檢索主題詞在中國知網進行檢索，檢索年限為數據庫建立至2019 年8 月，共檢索出293 篇中文文獻；英文文獻檢索：以“visual search”“ eye movement”“eye tracking”“gaze feature”并含“athlete”“player”為主題詞進行檢索，檢索數據庫為 Web of Science、EBSCO、PsychINFO，共檢索出 227 篇文獻。

1.2 文獻納入與排除

納入標準：1）原始研究為運動員眼動實驗研究；2）專家需為二級運動員以上水平，新手為非運動員；3）結局變量包括注視次數、注視時間、眼跳距離3 項眼動指標的任意一個、部分或全部；4）文獻詳細報告了實驗數據，包含專家組和新手組的樣本量以及各項指標的平均值、標準差。 排除標準：1）會議摘要、綜述類文獻；2）重復發表；3）實驗未劃分專家水平，且被試為非運動員；4）實驗數據不完整，無法進行合并分析。 具體文獻篩選過程見圖1。

圖1 文獻篩選流程圖

1.3 文獻質量評估

眼動研究按照運動員的等級或訓練年限將運動員分為專家和新手兩個水平，為非隨機對照實驗研究，因此本研究采用非隨機試驗性研究的方法學質量評價工具——MINORS量表［32］（滿分為 24 分）對納入的 37 篇文獻從 12 個條目進行評價，評價結果顯示文獻質量總體較高，適合進行元分析。 文獻評估結果見表1。

1.4 納入文獻特征

元分析總共納入38 篇文獻，其中中文文獻24 篇，英文文獻14 篇，共納入495 名專家運動員和558 名新手的眼動追蹤指標的數據。 對運動項目、目標類型、刺激材料、遮蔽方式進行編碼，編碼結果見表1。

表1 元分析納入文獻的基本特征及方法學質量評估結果

1.5 統計學方法

按照編碼格式錄入Excel 表格， 后以.xls 格式導入Stata12.0 軟件，采用Meta-analysis 模塊進行統計分析。 通過異質性檢驗結果選擇合并效應模型； 通過Egger 回歸判斷是否存在發表偏倚；通過亞組分析檢驗運動項目、目標數量、刺激材料、遮蔽方式對眼動指標的調節作用。采用Q 檢驗確定研究間異質性，p＞0.1，I2＜50%，可認為多個同類研究具有同質性，選用固定效應模式進行分析；若p＜0.1，I2≥50%，可認為多個同類研究具有異質性，則選擇隨機效應模型進行分析［64-65］。

2 研究結果

2.1 主效應檢驗

異質性是指納入元分析各項研究效應量的變異程度。 采用Q 和I2統計量監測是否存在異質性， 結果顯示3 項結局變量的各項研究間存在異質性（p＜0.1，I2＞50%），采用隨機效應模型進行主效應檢驗。 表2 主效應檢驗結果顯示：注視次數Z=3.64，p＜0.001，SMD=-0.956，95%CI=［-1.471，-0.441］， 專家運動員的注視次數顯著少于新手；注視時間（Z=0.27，p=0.785）和眼跳距離（Z=1.29，p=0.198）效應量不顯著，說明專家運動員和新手之間注視時間和眼跳距離不存在顯著性差異， 研究假設H1注視次數變量得到支持。另外，I2值在75～100%范圍內即認為存在很大異質性［66-67］，而注視次數、注視時間和眼跳距離的I2值分別為87.7%、87.1%、90.5%， 說明可能存在調節變量的潛在作用，亟需對此進行檢驗。

元分析結果的可靠程度取決于納入研究間是否存在發表偏倚。 采用Egger 回歸對結局變量的發表偏倚情況進行分析，以標準化的效應量為Y 變量，以效應估計量的精確性為X 變量，構建線性回歸方程，回歸方程的截距為偏移量，其越接近0，說明存在發表偏倚的情況就越小，若p＞0.01 則說明不存在發表偏倚［20，68］。表 2 顯示：注視次數、注視時間和眼跳距離均不存在發表偏倚（p＞0.01），說明元分析結果相對可靠。

2.2 調節變量的調節效應檢驗

2.2.1 調節變量對注視次數的調節作用

表3 顯示：運動項目對注視次數的調節作用顯著，其中區域阻截類（Z=2.05，p=0.040）和隔網策略類（Z=2.66，p=0.008）項目的合并效應量顯著大于區域策略類、 隔網阻截類和其他類項目（Z＜2.00，p＞0.05），說明區域阻截類和隔網策略類項目專家運動員的注視次數顯著少于新手，而區域策略類、隔網阻截類和其他類項目專家和新手之間無顯著性差異； 目標數量對注視次數的調節作用不顯著， 單目標追蹤和多目標追蹤專家運動員的注視次數均顯著少于新手； 刺激材料對注視次數的調節作用顯著，其中二維靜態刺激材料（Z=2.82，p=0.005）和三維動態刺激材料（Z=2.02，p=0.044）的合并效應量顯著大于二維動態刺激材料（Z=1.74，p=0.082），說明二維靜態刺激材料和三維動態刺激材料專家運動員的注視次數顯著少于新手，而二維動態刺激材料專家和新手之間無顯著性差異； 遮蔽方式對注視次數的調節作用顯著，完整法（Z=4.33，p＜0.001）的合并效應量顯著大于空間遮蔽（Z=0.91，p=0.363）和時間遮蔽（Z=0.98，p=0.326）， 說明完整法專家運動員的注視次數顯著少于新手，而空間遮蔽和時間遮蔽專家和新手之間無顯著性差異。研究假設H2部分獲得支持。

表3 調節變量對注視次數的調節效應檢驗

2.2.2 調節變量對注視時間的調節作用

表4 顯示：運動項目對注視時間的調節作用顯著，其中區域策略類項目（Z=2.24，p=0.025）的合并效應量顯著大于區域阻截類、隔網阻截類、隔網策略類和其他類項目（Z＜2.00，p＞0.05）， 說明區域策略類項目專家運動員的注視時間顯著短于新手，而區域阻截類、隔網阻截類、隔網策略類和其他類項目專家和新手之間無顯著性差異；目標數量、刺激材料和遮蔽方式對注視時間的調節作用不顯著， 專家和新手在注視時間上均不存在顯著性差異。 研究假設H2部分獲得支持。

表4 調節變量對注視時間的調節效應檢驗

表2-1 注視次數、注視時間和眼跳距離的異質性檢驗和主效應檢驗

表2-2 Egger 線性回歸檢驗結果

2.2.3 調節變量對眼跳距離的調節作用

表5 顯示：運動項目對眼跳距離的調節作用顯著，其中隔網阻截類項目（Z=3.06，p=0.002）的合并效應量顯著大于區域策略類、隔網策略類和其他類項目（Z＜2.00，p＞0.05），說明隔網阻截類項目專家運動員的眼跳距離顯著短于新手， 而區域策略類、 隔網策略類和其他類項目專家和新手之間無顯著性差異；目標數量、刺激材料、遮蔽方式對眼跳距離的調節作用不顯著，專家和新手在眼跳距離上均不存在顯著性差異。 研究假設H2部分獲得支持。

表5 調節變量對眼跳距離的調節效應檢驗

3 討論與分析

3.1 專家運動員視覺運動追蹤能力特征

專家運動員預判反應時快、 決策正確率高的知覺預測優勢，與其高效簡潔的眼動搜索策略密不可分［69-70］。 本研究采用元分析的方法， 對國內外運動員視覺運動追蹤的相關研究進行量化綜述，研究結果顯示：專家運動員的注視次數顯著少于新手，而在注視時間和眼跳距離上不存在顯著性差異，研究假設H1部分獲得支持。

在注視次數上， 專家運動員采用較少的注視便能夠完成對場景信息的錄入、關鍵信息的提取和深層信息的加工。 崔運坤［19］、孫文芳［20］等學者研究認為注視次數為大效應，表明專家和新手之間存在顯著性差異，而本研究驗證了這一點。 注視次數反映了運動員對場景信息加工的分析情況以及場景信息的提取加工難度。專家運動員相對于新手組能夠較容易能夠較容易定位關鍵信息并對其進行追蹤，在較短時間內完成有關信息的提取加工處理，具有更高的視覺搜索效率。 有研究認為隨著運動水平增高，運動員的注視次數就越少［38，43，46］。 研究認為，水平越高的運動員參與重大比賽的機會越多，在長期比賽過程中累積豐富的專項認知理論與實踐經驗，形成認知優勢，可以引導自身對“看哪里”和“何時看”進行有效把控［71］。 實際運動中，復雜多變的信息不斷進入運動員視野范圍，而專家運動員依靠認知優勢有效識別關鍵信息，因此減少了注視次數［20，72］。

在注視時間上，專家和新手不存在顯著性差異，駁回專家運動員采用更短注視時間的視覺搜索策略的研究假設， 驗證了孫文芳［20］等人研究結果。 注視時間的長短反映運動員對注視內容的認知加工情況， 注視時間越長， 則信息加工程度越深，專家運動員為提高決策準確率，會采用較長注視時間［73-74］。Jafarzadehpur［75］、Mann［21］、朱瑜［33］研究認為專家運動員的注 視時間顯著長于新手；而解繽［16］重新解釋注視時間的含義，認為注視時間反映了運動員對場景信息的提取加工難度。 專家運動員能夠在極少個注視點間找出關鍵信息， 也體現了專家運動員的知覺預測優勢。 在眼跳距離上，專家和新手不存在顯著性差異， 駁回專家運動員眼跳距離短的視覺搜索策略的研究假設。 眼跳距離反映了信息提取情況，眼跳距離越大，說明運動員一次注視所獲取的信息量越豐富， 視覺信息加工效率越高。 廖彥罡［34］、王恒［36］、付全［42］對排球、籃球不同水平運動員的視覺搜索差異進行分析， 認為專家運動員的眼跳距離顯著長于新手。 劉陽［37］認為專家運動員采用縮短眼跳距離的手段將注視維持在關鍵信息上， 能夠在決策前階段完成對場景的預測和推演，無需對采用更大的眼跳去進行驗證。

3.2 調節變量對運動員視覺運動追蹤特征的影響

調節效應檢驗結果顯示： 運動項目對3 項結局變量的調節效應顯著； 刺激材料和遮蔽方式對注視次數的調節作用顯著，對注視時間和眼跳距離的調節作用不顯著；目標數量的調節作用不顯著，研究假設H2部分獲得支持。

3.2.1 運動項目影響運動員的視覺運動追蹤特征

區域阻截類和隔網策略類項目專家運動員的注視次數顯著少于新手。 區域阻截類和隔網策略類項目多為快速反應類項目， 需要運動員在非常有限的時間內完成足球防守點球任務或者判斷排球發球方式、扣球落點、攔網特征。 專家運動員在高壓環境下需要完成高效的預判決策， 通過采取較少的注視完成對關鍵信息的采集與加工， 而這種差異的來源恰恰是來源于基礎相關記憶系統中的專項理論與經驗， 引導視覺系統對目標信息進行有效追蹤， 而新手基礎相關記憶系統中相對缺乏運動場景，視覺搜索的注視點散亂［76］。 同為對時間限制要求較高的隔網阻截類項目（乒羽網）為何不具有這種顯著性差異？ 研究認為，小球類項目隱蔽性較強，發球方式、持拍手型、擊球力度和旋轉特征復雜多樣，為保證知覺預測效率，運動員需要運動員投入更多注意。 區域策略類項目專家運動員的注視時間顯著短于新手。 區域策略類項目具有進攻節奏快、攻守轉換速度快、場景信息復雜多變的特征，要求運動員不僅對雙方球員、球等顯性信息進行判斷加工，還要對撕扯變化的空當等隱性信息進行預測。 專家運動員面對復雜變化的場景信息則采用較多的注視次數對不同區域的信息進行搜索，通過選擇性注意篩選關鍵信息， 在較多注視次數的基礎之上縮短每次注視的時間，以提高決策速度［77］。 隔網阻截類專家運動員的眼跳距離顯著短于新手， 乒羽網等小球類運動項目運動員所面臨的時間壓迫感最高，同時該類項目關鍵信息點集中，運動員需要對其進行深度加工，不需要采取較大的眼跳。

3.2.2 刺激材料、遮蔽方式影響運動員的注視次數

刺激材料對注視次數具有顯著性調節作用， 且二維靜態刺激材料和三維動態刺激材料下專家運動員的注視次數顯著少于新手。 該研究結果與孫文芳［20］、崔運坤［78］、Mann［21］的研究結果有共性之處，認為在圖片的刺激下，專家運動員采用更少的注視次數， 而上述研究認為真實場景下專家和新手的注視次數無顯著性差異， 本研究對此產生質疑， 而與王麗巖［30］、Marcus［31］的研究結果一致。 研究認為，圖片可獲得的信息量較少， 發生信息干擾的可能性小， 專家運動員能夠利用認知優勢，僅用較小的注視次數便能夠獲取關鍵信息；而視頻信息量豐富，追蹤目標復雜多變，需要依靠較多的注視對追蹤目標進行加工［4，78］。 有學者指出，圖片和視頻并不能反映運動員在真實運動中的反應， 在整體上不能反映真實運動情景的動力學特征［79-81］。 真實運動場景生態學效度更高，運動情景與大腦中的模式匹配度較高， 所以運動員獲得視覺關鍵信息的效率更高，信息加工時間較快；而視頻生態學效度相對較低，存在信息缺失的情況， 運動員需要采用較多的注視對運動場景預演加工，以保證高效的運動決策。

遮蔽方式對注視次數具有顯著的調節作用， 且完整法專家運動員的注視次數顯著少于新手。 不同遮蔽方式提供的信息量存在差異，其中完整法所提供的信息量最為豐富，運動員視覺加工的來源清晰。 空間遮蔽對運動場景中某一關鍵信息或整個運動場景進行遮蔽，阻斷了運動的連貫性和完整性，存在信息遺漏的可能。 Williams 和 Davids［82］發現空間遮蔽對運動員的視覺搜索特征影響較大， 專家運動員需采用更多注視實現遮蔽信息的辨認和加工。 時間遮蔽阻斷了運動場景的時間序列信息， 使運動員需要較多注視對運動情景進行心理推演［4，31］。 Williams［82］、王樹明［83］認為不同時間點遮蔽造成了信息的阻斷，造成了運動員各項眼動指標的差異性。

4 小結

運用元分析法對專家運動員的視覺運動追蹤特征進行探討，并進一步分析運動項目、目標數量、刺激材料和遮蔽方式對運動員視覺運動追蹤能力的影響。 研究顯示：專家運動員的視覺運動追蹤特征存在顯著性差異， 具體表現為專家運動員采用較少的注視次數對刺激信息進行錄入、提取和加工，而在注視時間和眼跳距離上專家和新手無顯著性差異。 運動項目對注視次數、注視時間和眼跳距離均具有顯著的調節作用；刺激材料和遮蔽方式對注視次數具有顯著的調節作用； 追蹤目標數量的調節作用不顯著。 后續研究可以將注視次數可以作為衡量專家和新手視覺運動追蹤差異的重要指標， 可以作為運動員選材、訓練監控的重要指標；期望加大對注視時間和眼跳距離指標的討論， 并選取其他結局變量和調節變量進一步探討專家運動員的視覺運動追蹤特征。