基于人工智能要素理論的乒乓球技能訓練體系指標研究

陳暢 滕守剛

(1.武漢大學體育部;2.武漢體育學院運動訓練學院 湖北武漢 430072)

1 乒乓技能訓練教學現狀及不足

乒乓球是我國的“國球”，是我國傳統優勢項目，長期處于世界超一流水平［1］。自20世紀60年代起，我國建立起三級訓練網，即從中小學校、省市業余體校到省隊再到國家隊的后備人才培養體系［2］。我國乒乓球群眾基礎厚實，全國各地有非常多的低齡兒童從4～6 歲開始進行乒乓球技能訓練，經歷十幾乃至二十多年的乒乓球專項化訓練之后，能夠走進乒乓球專業隊伍的運動員又是極少數的。由此可見，我國乒乓球的輝煌，是以高投入、高淘汰的方式換來［3］。提高乒乓球培養體系的成材率，優化乒乓球技能訓練教學體系，還有巨大的發展空間。

乒乓球運動是一項技巧性較強，學習周期較長的運動項目。在我國三級訓練網體系下，一名運動員要接受3位及以上的教練員指導，各階段的教練員，其訓練教學的側重點各不同，如啟蒙教練重點遵循訓練中的積極性、趣味性、適應性及應變能力，以建立基本技術動作的正確性為主要訓練目標［4］。省隊教練更關注的是運動員專項技能質量的提升和綜合身體素質的提高，激發運動員內在潛力。國家隊的教練主要關注實戰能力的突破，實戰成績是國家隊員最主要的技術能力的體現。

通過查閱文獻及走訪體校了解到，當前乒乓球技能訓練理論及方法主要集中在專項技術提升、技戰術分析和身體素質訓練方面，對運動員整體性訓練教學體系研究不夠，特別是三級訓練網體系中，業余體校到省隊階段的訓練教學銜接存在薄弱環節，對運動員訓練成長狀態的量化描述不足，更多是靠教練員的經驗去感性判斷，在制訂訓練教學方案時，對不同運動員的個性化訓練針對性不強，一定程度上存在訓練效果不佳的情況。

在乒乓球運動中，運動員需要具備較強的手腳協調能力，通過視覺、聽覺以及本體感受獲得信息，所以也需要具備眼腦觀察及判斷能力［5］，實戰分析及決策能力。該文基于人工智能要素理論，提出乒乓球技能訓練的關鍵要素，即手腳功、眼腦功和實戰功，通過整體系統、循序漸進和因材施教訓練原則，進行科學、量化、針對性的乒乓球技能訓練，為運動員乒乓球技術可持續提高奠定良好基礎，擴展更廣闊的發展空間。

2 基于人工智能要素理論的乒乓球技能訓練關鍵要素及教學體系

2.1 人工智能三大核心要素

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是計算機持續發展后逐漸形成的復雜技術體系，AI 技術包括了計算機、數學、信息論、控制論、邏輯、認知科學和倫理學等多種學科［6］。在過去60多年中，算法、算力和數據共同驅動著AI技術快速發展。學術界普遍認為，AI三大核心要素是數據、算力和算法。數據是AI 算法的“飼料”，算法是AI的背后推手，算力是基礎設施［7］。

2.2 乒乓球技能訓練的關鍵要素

人工智能技術的快速發展離不開算力、算法、數據三個關鍵要素。運動員的技能基本功也主要包括三要素：一是手上動作，腳下步伐；二是眼睛判斷，頭腦分析；三是實戰套路，比賽經驗。即眼腦功、手腳功、實戰經驗（詳見圖1）。

圖1 乒乓球技能訓練關鍵要素圖

2.3 關鍵要素訓練的教學體系

2.3.1 手腳功——算力

手腳功在乒乓球運動中有至高無上的地位，詳見表1。

表1 手腳功訓練的主要技術

手功是乒乓球技能的核心基礎，直接影響擊球速度的快慢、時間的長短及質量的高低。手功技能訓練主要包括練習各種彈球，包括對托球、拋球、對墻面擊球、平擋球等，其目的是熟練掌控正常弧線運行下的擊球能力。

腳功是手功的后勤保障，新手看手功，高手看腳功。腳功包括起步動作、移動動作、還原動作。腳功運動員要根據乒乓球方向及時調整重心和蹬地力量，確保運動員、乒乓球和乒乓球臺形成良好的戰略合作伙伴關系。

乒乓球運動中的手腳功相當于算力，是一個運動員的硬實力，各種技戰術的實現，都需要算力的支撐。手腳功硬實力越厚實，水平上升的潛力越大。隨著乒乓球運動新技術的不斷發展，技能訓練要與時俱進，不僅要打好扎實的基本功，還要為新技術的訓練打好基礎。從目前乒乓球技術發展趨勢來看，身體核心力量的加強必不可少。技能訓練主要包括上肢、腰腹部和下肢訓練。上肢訓練主要集中在手臂、手腕和手指動作上；腰腹部訓練集中在核心力量的加強和身體協同方面，起到手腳的承上啟下的作用，它是乒乓運動在身體中的最重要的助力部分；下肢訓練主要集中在起動、移動、支撐、重心的轉換，每板球步伐到位，是擊球的重要保障部分［8］。

2.3.2 眼腦功——算法

乒乓球運動是一項持拍擊球的運動，眼睛盯準來球是持拍擊球的第一步。眼腦功主要是指運動員對來球精準的洞察和分析能力，通過眼睛獲取信息，包括對手身體的細微動作和來球，頭腦中快速進行判斷和分析，形成預判，確定擊球方案，對身體下達行動指令。乒乓球運動的眼腦功相當于算法，是一套模型，是一種方案，是一項策略。這套算法的優化重點在于解決對乒乓球旋轉的判斷，對球的運動軌跡的精確預測及擊球策略的選擇［9］。技能訓練就是培養這種算法的形成，不斷地精準化、快速化。面對來球，形成無意識的決策，培養乒乓球擊球思維。詳見表2。

表2 眼腦功訓練的主要技術

眼腦功技能訓練主要包括：利用持拍不斷地向上彈球或利用不同的力量和速度向墻面擊球，觀察乒乓球在墻面上的反彈力，同時觀察由反彈力而產生的各種弧線。

2.3.3 實戰經驗——數據

實戰套路，即比賽經驗，可以說是通過大量實戰獲取的經驗。用人工智能的話語來說，就是數據。乒乓球運動員要成為高手，就必須經過不斷的訓練，熟才能生巧。只有經過大量的訓練和實戰，處理乒乓球的神經網絡才能總結出規律。能夠利用以往的經驗，預知未來，就能比對手快一步，每一拍的擊球就比較從容。如果實戰中出現了訓練中從未有過的場景，運動員則會出現瞎猜的狀態，成功率將大打折扣。比如從未遇到過的發球，在以往訓練集中的“數據”中沒有，接發球的成功率或質量將會大幅下降。對于乒乓球運動員而言，大量的實戰“數據”太重要了，而且需要覆蓋各種可能的場景，這樣才能更大范圍地提高成功率和擊球質量，詳見表3。

表3 實戰功訓練的主要戰術

3 乒乓球技能訓練教學體系模型

3.1 整體系統性原則

教練員應當遵循對運動員整體系統訓練的原則，按照手腳功、眼腦功、實戰功的特性，進行科學的整體系統性訓練，培養運動員手腳動作協調，眼腦觀察判斷與決策執行統一，實戰中讓運動建立戰術意識和經驗積累的體系結構。以手腳功、眼腦功、實戰功三要素為根本，按照6 個專項的螺旋提升模型（詳見圖2），促進運動員乒乓球技能的全面發展。

圖2 乒乓球技能螺旋提升模型

3.2 關鍵構成要素

急功近利的訓練對運動員技術水平的提高是最不利的，乒乓球技能訓練應當基于科學的訓練方法，結合每位運動員身體素質的不同，循序漸進地練習手腳功、眼腦功、實戰功，按照乒乓球技能螺旋提升模型，制定乒乓球技能專項訓練教學體系模型（詳見圖3），穩步扎實提高訓練質量，以不斷迭代各項乒乓球專項技能的方式進行訓練，從而科學有效地達到預期訓練效果。

圖3 乒乓球技能專項訓練教學體系模型

3.3 量化描述指標

“技術全面，特長突出，無明顯漏洞”是培養高水平乒乓球運動員的目標。教練員對運動員狀態的了解方式，大多是通過觀察訓練和比賽，獲得直觀感性的印象，如技術多么全面，特長多么突出，在多數情況下會被定性描述。目前在乒乓球技能訓練教學中對運動員各項技能成長狀態的量化數據收集是極少的，運動員狀態的量化描述方式還不足。該文基于乒乓球技能專項訓練教學體系模型，構建乒乓球技能成長狀態指標體系，通過層次分析法建立結構、體系分明的指標體系，對同一層的各指標進行兩兩比較，構造兩兩比較判斷矩陣，同時依據專家的意見進行一致性檢驗，確定各指標權重，然后利用同一層次中所有本層次對應的從屬指標的權重值，以及上層次所有指標的權重值，進行加權計算，最后得出乒乓球技能成長狀態三級指標權重，詳見表4。

表4 乒乓球技能成長狀態三級指標權重匯總表

3.4 成長狀態分析

該文按照乒乓球技能專項訓練教學體系模型，使用乒乓球鷹眼系統和專項測試，從某體育職業學院乒乓球隊選取8名8～15歲的運動員進行測試。按照乒乓球技能成長狀態指標三級權重，計算出8 名運動員成長狀態指標，詳見表5。

表5 乒乓球技能指標得分表

從測試的8 名運動員成長狀態指標來看，不同年齡段的運動員，特點不盡相同，從8 名運動員中選取8歲、11 歲和15 歲運動員的成長狀態指標，制作成成長狀態圖（詳見圖4、圖5、圖6）。

圖4 8歲運動員成長狀態圖

圖5 11歲運動員成長狀態圖

圖6 15歲運動員成長狀態圖

8～10 歲的運動員模仿能力較強，打球更多依靠肌肉記憶，即習慣性動作，較少動腦，這些年幼的運動員手腳功具有極強的可塑性，是手腳基本功訓練的最佳時期。11～13歲的運動員其眼腦功能提升較快，會逐漸有意識地分析判斷來球，懂得用腦，這時是訓練眼腦功的黃金時期，手腳功和眼腦功相結合的訓練內容，能夠更有效提升其技能水平。14～15 歲的運動員手腳功基本定型，眼腦功也得到快速提升，此階段應重點加強實戰功，通過實戰發現不足，定制化訓練內容，以查漏補缺的方式加強手腳功和眼腦功的不足，從而提高綜合實力。

4 乒乓球技能基本訓練方法

建立乒乓球技能訓練體系指標能夠直觀了解運動員各項關鍵要素的成長狀態。針對手腳功、腦眼功、實戰功三大關鍵要素進行專項訓練，能夠有效提升成長狀態。手腳功中主要分為手上技術和腳下能力，手上技術的訓練包括手感培養、基本動作、擊球變化能力的訓練；腳下能力提高包括基本步伐、重心轉換和移動速度的訓練。眼腦功主要是對來球的信息進行收集、判斷以及迅速做出回球的決策。實戰功則是通過大量模仿實戰的訓練及比賽，提升實戰能力，獲得比賽經驗。根據不同年齡段運動員的特點，進行針對性較強的訓練，低齡兒童主要以手腳功訓練為主，經過三四年訓練后要著重培養眼腦功思維，少年期要重點加強實戰經驗的技能提升，為以后更高質量的乒乓球訓練和比賽打下扎實基礎。

4.1 手腳功訓練

4.1.1 基本動作和手感練習

該部分的練習包括正手攻球、反手推擋（快撥）、拉球、搓球等。主要訓練方法有模仿動作、徒手揮拍練習、對墻擊球練習、上臺多球訓練等，從定點單一動作到移動多項動作結合訓練，使基本動作正確流暢，能夠充分發力及提高上臺命中率。乒乓球運動的手感主要是指持拍手利用手中球拍擊球時的感覺，是一種間接的、動態控制的、一剎那間的觸球感覺。可以通過托球、顛球、對墻打、上臺擊球來練習手感，練習中通過手臂、手腕和手指的發力來體會擊球后的效果。

4.1.2 擊球變化控制能力練習

乒乓球的變化主要包括：節奏變化即擊球點的變化（上升初期、上升后期、高點期、下降期）、摩擦球方式的變化（以向前摩擦為主或以向上摩擦為主）、拍觸球時打摩方式的變化（借力、卸力、發力，以打為主或以摩擦為主）、回球弧線的變化（弧線低而平或弧線曲度較大）等［10］。還有速度變化、力量變化、旋轉變化和落點變化，這些擊球變化的控制能力，是體現運動員水平的重要能力。

4.1.3 基本步法和重心轉移練習

通過步法練習來訓練腳步移動，提高跑位技術水平，來保證手上動作的穩定性。乒乓球運動是一項需要身體持續保持重心穩定的項目，身體重心在兩腿之間轉換。重心是擊球力量啟動的發源地，也是步伐移動時身體穩定的基石。可以通過跨步、跳步、并步、交叉步、小碎步來練習重心的轉換，提升蹬地、轉胯、止步的身體重心流暢轉換和協調能力。

4.2 眼腦功訓練

4.2.1 眼腦思維及想象力練習

通過觀察來球、對手的球拍和對手的一舉一動，來獲取球到本方球臺的落點、時間點、旋轉度和力度。通過觀察收集來的信息，進行快速分析是一種思維能力。乒乓球運動的特點在于速度快且變化多，要在極短的時間內，對來球信息進行分析。通過大量乒乓球運動的訓練可引起腦可塑性的變化，在處理視覺和空間信息的腦區，腦自發活動變異性增強［11］。如接發球時，當判斷出來球不轉后，就需要采取果斷的挑打或快撥等技術；判斷出來球是下旋球后，就需要采取搓球技術，這是一種定向思維模式。如果無法判斷來球是轉還是不轉，就需要想象力來協助，盯準發下旋球的動作，不是發下旋球的動作就采取果斷的挑打或快撥等技術。通過排除法或尋找對手的發球規律，來彌補眼力觀察能力收集不全的信息。腦力是迅速決策能力，定向思維加上想象力的結合，能夠使得運動員對于來球的處理更趨于合理，同時也保持打球的創新能力。

4.2.2 腦手結合控制能力

根據相關研究，競技水平越高的乒乓球運動員表現出的無意識加工能力越強。大量腦手結合的訓練，能夠提升無意識狀態下腦手結合的控制能力［12］。設置多個不同的擊球落點，加強乒乓球運動員擊球落點質量，這是變換練習法。通過長期的變化練習法能夠提高運動員對擊球落點的控制能力，能夠達到想打哪能打哪的水平，有助于乒乓球技能的獲得、保持和遷移，能夠提高運動員腦手結合控制能力［13］。

4.2.3 腦心情緒控制能力

在乒乓球訓練和比賽中，運動員的情緒對其水平的發揮和比賽結果往往產生很大的影響，一種適宜的情緒，能夠提高運動員的競爭力和訓練效果，而過于緊張或放松的狀態，都會在一定程度上限制運動員競技水平的發揮，久而久之，就會限制運動員的進一步發展。常見的不良情緒有緊張和焦慮，比賽中適度的緊張情緒是必不可少的，它可以更加充分地調動運動員的各項生理機能，使運動員獲得最佳的競技狀態。然而，過度緊張的運動員就會出現全身肌肉緊張、動作變形、視野變小、注意力下降的情況，甚至還會出現對方位、時間、距離的判斷錯誤等問題，嚴重影響運動員競技水平的發揮。賽場上過分緊張，賽場外則往往存在焦慮情緒，焦慮是預感到某種不祥事件將要發生，從而出現的緊張、不安、懼怕、煩躁、壓抑及神經過敏等情緒，進而影響賽前睡眠，導致運動員的競技能力下降。通過調節呼吸法、肌肉控制法、自我肯定法、注意力轉移法等訓練方法可以有效緩解緊張和焦慮情緒［14］。

4.3 實戰功訓練

4.3.1 模擬實戰訓練

運用多球訓練中多人供球模式，即兩人以上在球臺的不同位置發多球，能與比賽實際情況更為相符。一方面，有助于增強訓練的運動負荷，鍛煉到運動員的意志品質和體能；另一方面，能夠提高運動員訓練的趣味性與積極性，有效加強運動員組合技戰術的實戰能力，從而提升訓練效果，解決單球訓練中來球質量和強度不夠的問題［15］。

4.3.2 主動戰術與控制戰術

一局比賽11分，一般有3～5輪發球，手握發球權時即可運用主動戰術，此時就涉及3至5套主動戰術如何運用，得分成功率有多少等問題，主動戰術的強弱基本就決定了輸贏的走勢。接發球即是在控制戰術，能有效控制對方主動戰術的運用，能在接發球時控制住局面，贏球的概率就在一半以上了。主動戰術可以通過日常訓練不斷地提高，精益求精。控制戰術更多的靠實戰經驗，實戰體會，實戰數據去分析總結，悟出其中的奧秘。

4.3.3 局勢的掌控

比賽的局勢大致分為三種，主動式即比分領先，被動式即比分落后，焦灼式即比分僵持。在比賽占據主動式時，關鍵要保持穩定的心態和技戰術，要穩中求進，不可驕傲自滿，此時處于落后方的運動員往往會改變原有的戰術進行搏殺，這時要仔細觀察對手的戰術變化，及時調整自身的戰術安排，保持主動式的局勢。在比賽過程中，當比分落后處于被動式時，要克制焦急的心態，分析失分的主要原因，冷靜研判局勢，觀察對手的球路和弱點，進行針對性的技戰術調整，可改變發球及接發球的方式，變換球速和落點，打亂對手的進攻節奏，改變被動的比賽局勢。在比賽過程中，當比分焦灼時，往往是雙方運動員主動戰術或控制戰術不相上下，大概率是誰拿到發球權，誰得分優勢大，在比賽陷入僵局的情況下，運動員要樹立強烈的取勝信念，對戰術的貫徹要堅決，運用最嫻熟的得分手段，通過戰術的運用以及精神的堅韌，打破賽場上的困境。

5 結論及展望

5.1 結論

乒乓球技能訓練周期長，影響訓練效果的因素多。該文提出手腳功、眼腦功和實戰功的乒乓球技能關鍵要素，運用人工智能機器學習策略和先進的技術工具，構建了量化可視化的乒乓球技能訓練體系指標，能夠整體系統地反饋運動員的成長狀態，量化運動員的手腳功、眼腦功和實戰功在訓練和比賽中的狀態。通過運動員成長狀態圖，能夠更直觀地總結訓練經驗，從而更有針對性地改進訓練方法，不斷科學提升訓練效果，以達到提高乒乓球培養體系的成才率，優化乒乓球技能訓練體系的目標。

5.2 展望

該文構建的乒乓球技能訓練體系指標，還需通過更大范圍和更長周期的實踐測試，不斷迭代各項指標的權重及計算方式，在收集運動員各項數據方面，還需進一步運用乒乓球鷹眼系統，運用基于ESP32 的智能手環［16］及身體機能評估儀器等智能設備，實時獲取客觀的數據，從而更準確地反饋運動員的成長狀態，為運動員提供更具針對性的訓練方案。