运动技能学习与控制课件第九章运动技能学习概述.ppt

1、1第九章动作技能学习概述第九章动作技能学习概述重要问题重要问题 掌握运动技能学习的概念掌握运动技能学习的概念 了解运动技能学习的基本理论了解运动技能学习的基本理论 理解运动技能学习的形成阶段及其特征理解运动技能学习的形成阶段及其特征 掌握运动技能学习的测量与评价方法掌握运动技能学习的测量与评价方法 理解运动技能学习过程的基本特征理解运动技能学习过程的基本特征 3第一节第一节 运动技能学习概念运动技能学习概念第二节第二节 运动技能学习的理论运动技能学习的理论第三节第三节 运动技能学习的阶段运动技能学习的阶段第四节第四节 运动技能学习的测量与评价运动技能学习的测量与评价第五节第五节 运动技能学习的

2、基本特征运动技能学习的基本特征目目 录录 4第一节动作技能学习概念第一节动作技能学习概念动作技能学习动作技能学习是与导致运动能力产生相对持久改变的练习或经验相联系的一系列过程。5一、操作绩效与运动技能学习一、操作绩效与运动技能学习操作绩效是指在特定时间和特定情景下可直接观察到的行为及可测量的行为结果。运动技能学习是指在体育运动领域，通过练习或经验，使个体动作操作能力发生相对持久改变的一系列内在的过程。这种内在的变化过程通常无法直接观察到，但可以通过练习或经验所导致的操作绩效发生相对持久的改变来加以间接的推断。6绩效与学习的区别绩效与学习的区别7二、绩效变量与学习变量二、绩效变量与学习变量 绩效

3、变量绩效变量 是指对动作的操作绩效产生影响的各种因素，这些因素的影响是即刻而短暂的，如注意、焦虑、疲劳等。学习变量学习变量 是指对动作操作能力产生影响的各种因素。对动作操作能力的影响是相对持久的。如指练习或经验、观察或表象等。8第二节运动技能学习的理论第二节运动技能学习的理论 长期以来，为了更好地指导人们在各种环境中成功地习得和完成各种运动技能，研究者对运动技能学习提出了很多的理论解释和过程分析，为开展科学的动作学习提供了理论基础。9联结主义学习论认为：学习是一种尝试-错误的过程，通过尝试，淘汰错误反应，保留正确的动作。学习就是刺激与反应之间自动联结的过程。联结主义学习理论把动作技能的形成归结

4、为是刺激反应联结的形成和加强，强调练习和强化在动作技能形成过程中的关键性作用。联结理论来源于Thorndike对动物的学习研究，后来应用于人类的动作学习上。一、联结主义学习论一、联结主义学习论10不足：行为主义的学习观没有深入到动作技能学习的内部心理过程和心理实质，如心理表征问题，没能解决高层次的学习动机问题，没有认识到认知因素在动作学习过程中的重要作用，因而不能有效地解释复杂的高水平动作技能的获得，更难以解释动作创新问题。1120世纪60年代，随着行为主义受到各方面的挑战，认知取向的动作学习理论随之兴起。Adams（1971）根据具有广泛基础的经验性动作学习规律提出了动作学习的闭环理论，该理

5、论认为，所有的动作都是通过对来自于肢体的知觉反馈与动作标准参数的不断比较实现的。学习是运用正确参照值进行错误觉察，再通过反馈进行不断循环修正，使其与目标达成一致的过程。二、闭环控制理论二、闭环控制理论12动作学习受内部机制控制,是在动作反应、知觉痕迹和记忆痕迹三种因素的共同作用下实现的。13闭环理论为动作技能学习理论的专门化作出了开创性的贡献,初步揭示了动作学习的内部心理机制,它所提出的知觉反馈、错误勘测、动作矫正、过程控制等为后续研究开拓了思路,至今仍有指导意义。但也存在一些问题：一是记忆的容量问题,即记忆如何储存那么多的动作细节并在需要的时候准确提取；二是反馈的时间问题,即对多变的快速动作

6、，知觉何以能在瞬间作出反馈；三是动作的新异性和创造性问题,即人在新异情景下能根据环境和任务的要求做出灵活的适应性动作,闭环理论难以解释这种灵活性。14为解决闭环理论所面临的问题，Schmidt（1975）提出了运动图式理论。认为动作图式是在观察和练习基础上在大脑中形成的一种概括化的动作结构,它反映的不是具体的动作细节,而是具有一定概括性的动作变量关系和一般性的动作程序。同类动作是由一种运动程序控制，程序由“不变特征”及“可变的参数”两个部份所组成。图式理论主要依靠的是动作的开环控制。用于解释新异动作较有用。三、图式理论三、图式理论1516 图式学习理论的核心思想是，动作操作时首先要选择一个一般

7、动作程序，用一些不变的动作特征进行构架，如时序，然后再根据具体的情境需要进行参数附值，即根据动作程序来执行具体要求。图式理论有效地解决了动作技能学习中的储存、新异性、反馈控制和认知问题，对动作学习的解释也更加全面、合理和深刻。17 生态学习理论认为学习是在特定目标下的寻找最佳动作与感知的协调能力的过程。而不是如Schmidt所提出的增强动作的规则或图式。生态系统是一个整体系统，是一个动态的开放系统，是一个具有自组织功能的稳定的复杂系统。整体论是现代生态学最重要的思想，中国古代的宇宙观和自然观具有非常重要的生态学意义。生态学习理论认为学习者首先需要了解动作与感知的动作工作空间，其次需要了解学习者

8、可使用的动作寻求策略，最后是提供增强的感知线索以帮助学习的过程。四、生态学理论四、生态学理论18动作程序是指在执行动作前预先组织好的一系列动作指令，它决定了技能性动作的基本细节，使人能够在没有反馈的情况下完成动作，相当于中枢模式发生器。动作程序是一种以记忆为基础的结构，控制着协调运动。动作程序形成的基础是“开环控制”系统。l动作程序的两个重要概念：固有特征和可变参数。l动作程序理论还认为动作参量的变化越多，就越有利于掌握技能。随着练习的增加，动作程序储存在长时记忆就越深刻，在需要时就能够快速高效的提取。五、动作程序理论五、动作程序理论19动力系统理论认为人类的运动控制是一种复杂的系统，其行为方

9、式与那些复杂生物或物理的系统相似。作为一种复杂的系统，人类动作控制是从非线性的动力学观点的角度来解释的。这就意味着，行为在时间上的改变不是持续的、线性的过程，而是突然发生变化的。动力系统理论强调人和技能表现的物理环境之间的相互作用，其核心就是稳定性，稳定性是指一个系统在行为上的稳定状态。六、动力系统理论六、动力系统理论20第三节运动技能学习的阶段第三节运动技能学习的阶段?开始阶段：开始阶段：获得动作的协调模式，初学者改进、发展自己已有的协调模式，使其与所学动作操作的环境特征相匹配；其次要区分操作环境中与动作相关的变量和无关变量。?后期阶段：后期阶段：学习者需要完善、优化自己独特的动作协调模式；

10、提高完成动作技能的一致性；提高动作技能的经济性和有效性。后期阶段的最终目标是要固定动作协调模式的一般特征。一、两阶段模型一、两阶段模型 21?认知定向阶段认知定向阶段?动作的联结阶段动作的联结阶段?自动化阶段自动化阶段 二、二、FittsFitts动作技能形成的三个阶段动作技能形成的三个阶段 从开始学习运球到在比赛中随心所遇地扣从开始学习运球到在比赛中随心所遇地扣篮，需要经历几个不同的学习阶段。篮，需要经历几个不同的学习阶段。2223第四节运动技能学习的测量与评价第四节运动技能学习的测量与评价 一、运动技能学习的测量一、运动技能学习的测量 测量测量分类分类结果结果测量测量过程过程测量测量反应时

11、、误差值、成功率和练习次数、次任务等。运动学、动力学、肌电、脑电图和协调性。241 误差值测量niiTx2RMSERMSERMSE（root mean square errorroot mean square error）其计算公式为其计算公式为目标目标操作26(一一)运动结果测量运动结果测量a:常误很小，但可变误差较大；b:常误很大，但可变误差较小，稳定性高。动作的稳定性远比动作的偏离更重要 27常误常误(误差平均值)与可变误差可变误差(结果的一致性)2 2 准确性测量准确性测量28在有关动作行为的研究中，有很多任务是不能通过简单的打分进行评价的。追踪任务是关于准确性的一个重要任务，在这种任

12、务中动作的操作是连续进行的，因而可以避免对不连续动作错误的计算。在追踪任务中有四个典型的动作任务，分别是转子追踪、协同任务、固定平衡仪和双手协同任务。3 3 时间与速度测量时间与速度测量29反应时：反应时：是指从刺激的呈现到反应的开始之间的时距。反应时是一种反应变量，它既可以作为内部心理过程复杂程度的指标，也可以作为辨别的快慢、学习和动作反应等指标。动作时：动作时：动作时是指从应答开始到动作完成的时间间隔。动作时的值可长可短，范围可从几毫秒的快速动作到马拉松比赛的几小时之间不定。4 4 运动幅度测量运动幅度测量30评估技能的第三种方法是测量运动的幅度，在许多体育运动中都通过测量运动幅度来评价成

13、绩的好坏，如在标枪的运动中，操作者所投掷的远度以及在举重中，练习者所举起的重量等都是对动作幅度的测量。尽管那些以追求最大操作数量的任务与那些追求速度或准确性的任务有明显区别，但它们的基本原则差异不大。5 5 次任务测量次任务测量31次任务测量是让操作者在进行负荷作业（称为主任务）的同时再从事另一事先选定的作业（称为次任务），通过次任务绩效来反映主任务工作负荷状况。基于有限容量理论。运动学测定：运动学测定：是以记录技能操作中特定身体部位的运动轨迹为基础的测量方法。位移、速度、加速度、角度、协调模式32(二二)运动特征测量运动特征测量1 1 运动学测定运动学测定33动力学测定是从力的角度来对动作操

14、作进行评价的，并认为力是运动产生的原因。作用在身体上的推力或拉力，有内力和外力之分，如重力和空气阻力属于影响人走和跑的外力、水的阻力是影响游泳动作操作的外力、肌肉通过牵拉人体关节为人提供了产生运动的内力等。研究中通常使用测力板、力传感器和拉力计等设备直接测量某些力的大小，例如对起跳时的用力评价、投掷时肘关节的力学分析等。342 2 动力学测定动力学测定肌电图：描述了神经系统对肌肉活动的控制模式肌电图：描述了神经系统对肌肉活动的控制模式 353 3 肌电图测量（肌电图测量（EMGEMG）图图9-10运动中不同肌肉的肌电图比较运动中不同肌肉的肌电图比较(引自Carter等，1984)手臂动作与肌电

15、图变化手臂动作与肌电图变化(引自引自Lee,Wynne,1980)Lee,Wynne,1980)36374 4 眼动测量眼动测量Tobii Glasses2Tobii Glasses2可穿戴眼动仪可穿戴眼动仪眼动测量主要通过眼睛注视物体时的瞳孔和角膜光线反射来评价被试的注视区域、时间以及路径转换策略。脑电图测定脑电图测定：测量学的新进展在脑科学研究中发明了多种脑活动测量技术，这些测量结果对动作技能的学习与控制具有重要的启发与借鉴意义。但现在使用这些方法来描述运动操作过程中的脑活动还处于初级阶段，有些技术还不十分成熟，广泛运用可能还需要时间。385 5 脑活动测量（脑活动测量（EEGEEG）39

16、 EEG检查系统正电子发射断层成像技术（PET）：正电子发射断层成像技术是评估大脑活动技术中的第一个神经影像学技术。PET可以展示脑部血流或代谢的活动情况，并为研究大脑各个领域提供一个窗口。可以通过PET成像技术对一个人操作动作技能的表现情况进行研究，即只需扫描操作者的头部（在整个扫描过程中需要被试平躺下来）即可完成操作。当被试在操作特定的动作技能时，PET扫描可以检测到被激活的大脑区域。4041正电子发射断层成像（正电子发射断层成像（PET）功能性核磁共振成像技术（简称功能性核磁共振成像技术（简称fMRIfMRI）：）：是当前研究脑功能最常用的一种方法。由于fMRI与其他脑功能成像手段相比，

17、具有较高的空间和时间分辨率、对人体无辐射性伤害、能够精确定位脑部不同位置的活动状况以及费用较低等优点，已成为目前脑功能成像研究中最常用的手段。利用功能磁共振成像技术来研究运动训练与大脑的可塑性之间的关系、专家和新手完成动作表象时大脑激活异同情况。由于fMRI的使用需要较长时间，对于极短时间快速完成的动作或者需要多肢体参与动作幅度较大的运动技能，这些设备在使用上还存在一定的局限性。4243功能性核磁共振成像（功能性核磁共振成像（fMRI）脑磁图（简称脑磁图（简称MEGMEG）：）：是一种最新的研究大脑活动的技术，它通过对脑神经电流产生的微弱生物磁场的测量，而对脑活动进行功能性成像。MEG 能够反

18、映毫秒时间范围内的神经活动变化，可以用它来进行人脑的动态行为。MEG在躯体运动功能定位方面应用较多。44图图9-15 9-15 癫痫患者癫痫患者MEGMEG检查脑成像定位图检查脑成像定位图45经颅磁刺激（经颅磁刺激（TMS）经颅磁刺激经颅磁刺激(TMS)(TMS)是一种利用脉冲磁场作用于中枢神经系统（主要是大脑），改变皮层神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起一系列生理生化反应的磁刺激技术。练习绩效 保持测试 迁移测试 协调动力学测试 次任务技术46二、运动技能学习的评价二、运动技能学习的评价 47评价运动技能学习的最常用方法是练习曲线，即通过记录个体在各练习阶

19、段的操作绩效，并绘制成绩效曲线图，通过练习阶段操作绩效的变化情况来评价运动技能学习。评价指标可以是单位时间内完成的数量或正确率，也可以是反应时、错误率、距离、位移、速度、加速度等指标，这里提到的单位时间既可以是几秒钟、几分钟、一天或数天，也可以是一次操作或多次操作所用的时间。1 1 练习曲线的一般类型练习曲线的一般类型(一一)练习绩效练习绩效48练练习习曲曲线线的的一一般般类类型型49复杂追踪任务的练习曲线复杂追踪任务的练习曲线(引自引自Magill,2004)Magill,2004)练习次数练习次数2 2 操作结果曲线操作结果曲线503 3 运动学曲线运动学曲线 运动员膝角变化与地反力垂直分

20、量对应关系（引自张胜年等，运动员膝角变化与地反力垂直分量对应关系（引自张胜年等，2014）51使用绩效曲线存在的问题：使用绩效曲线存在的问题：被试间差异和被试内差异：绩效曲线通常是由多名被试的均值绘制的。平均数据，可以平衡抽样误差，但掩盖掉某些个体间的真实误差。同时，被试的各次操作也是不稳定的。绩效曲线：不是一种学习反映，是绩效函数而不是能力天花板效应和地板效应：如在大多数实验中，被试不会超越绝对分值，没有比0个错误更少，某些时机任务的操作时间不会小于0秒。当个人接近某一成绩的最高或最低点时，成绩提高开始变得越来越困难，如体操的满分是10分，把一个人的分数从6.0提高到6.5要比从9.0提高到

21、9.5容易的多。高尔夫从140杆减到135与从75杆减到70杆截然不同。这类数据统计是有问题的。52练习后间隔一定时间测（时间要足以所有影响绩效的因素），与练习前的水平比较。通过保持量，评价技能绩效的持久性。关键要区分绩效水平的变化。通常间隔24小时或更长。教学中的测验多为保持测验。(二)保持测试53 评价新技能的适应性特征，消除暂时效应。有两种方法：情境迁移情境迁移：无反馈、新环境、个体特征（焦虑、压力等）。新技能迁移新技能迁移：主要也是改变某些操作环境，从而评价个体对技能的驾驭能力。没有人一直用同样的速度走路！可采用双侧迁移，平衡实验设计(三三)迁移测试迁移测试54协调动力学是描述、解释和

22、预测协调模式在自然系统中如何形成、适应、持续和变化，通过在两种状态的转变和在新状态下的稳定性和可变性来评价动作学习。运动技能学习的实质就是从已有的动作协调模式向新动作协调模式转化的过程，学习者第一次练习某项技能时，首先在自己已有的动作协调模式中选择一个相近或一类的动作程序，然后通过练习建立一种新的动作协调模式。(四四)协调动力学协调动力学5556熟练者的技能操作已经相当熟练，操作绩效呈现明显的“天花板效应”，相对于自身的水平绩效提高很小。熟练者运动技能学习的评价通常是在学习者完成主任务的过程中加入次任务，如算数、信息判断等，通过对次任务的正确应答情况间接评价学习者对主任务的学习情况。这种评价方

23、法所依据的理论就是注意的有限容量理论，即人类的注意容量是有限的，注意的信息加工是需要消耗容量的，容量的分配与技能熟练程度有关，一个任务的操作技能越熟练，可分配的剩余容量就越多。(五五)次任务技术次任务技术57一、一、操作速度进一步提高操作速度进一步提高二、动作协调性越来越好二、动作协调性越来越好三、三、新的协调模式趋于稳定新的协调模式趋于稳定四、参与肌群的优化与重组四、参与肌群的优化与重组五、能耗节省化五、能耗节省化六、六、注意特征进一步优化注意特征进一步优化七、七、觉察错误与纠错能力的逐步提高觉察错误与纠错能力的逐步提高八、八、大脑神经可塑性的改善大脑神经可塑性的改善九、不变操作特征的内化九

24、、不变操作特征的内化第五节运动技能学习的基本特征第五节运动技能学习的基本特征58一、操作速度的进一步提高一、操作速度的进一步提高从动作技能学习的初期到熟练阶段，最显著的变化就是动作操作的绩效逐步提高，并表现为典型的负增长模式，即在运动技能学习的早期，学习者的操作绩效在单位时间提高很快，但随着练习的进行，学习者单位时间操作绩效提高幅度则逐渐减小。5960二、协调性变化越来越好二、协调性变化越来越好运动技能学习过程中，学习者的动作协调性也发生了变化，表现为动作协调模式不断完善并逐步稳定下来，操作更加一致且高效，外显的操作绩效逐步提高。61三、新的协调模式趋于稳定三、新的协调模式趋于稳定当人们学习一

25、项新技能时，通常先判断它与人们已经掌握的技能在操作上有哪些相似之处，然后利用人们已有的、习惯化的动作技能来尝试操作所要学习的新技能。已有的运动模式向目标模式转化的过程中具有明显的“稳定-不稳定-稳定”的特征。62四、参与的肌群的优化与重组四、参与的肌群的优化与重组在动作技能学习的初期，学习者普遍存在肌肉群使用不当的现象，首先是使用的肌肉群比目标动作需要的多，其次是各肌肉组织激活的时间顺序不合理。但随着练习的进行，参与动作操作的多余肌肉群数量逐渐减少，最终达到正确激活肌肉群，肌肉群被激活的时间顺序变得更加合理。在技能学习的不同阶段，肌肉的动作控制系统会进行重组。参与技能的肌肉群也会变化，重组。6

26、3五、能量节省化五、能量节省化练习不仅可以提高动作操作的熟练性，还能引起自身能量消耗的变化，提高能量消耗的经济性。学习者动作操作的能量消耗随着练习而减少已经得到了许多研究的证实。64六、注意特征进一步优化六、注意特征进一步优化运动技能学习会导致学习者注意特征发生变化，主要表现为选择性注意的变化和有意注意的变化。选择性注意更有效(来自眼动仪的证据)。有意注意向无意注意过渡。65七、觉察错误与纠错能力的逐步提高七、觉察错误与纠错能力的逐步提高动作技能学习除了提高操作的熟练性外，还可以提高学习者自我觉察错误和纠错能力。“专家”可能具有根据本体感觉信息快速和有效校正动作错误的能力，而“新手”在动作技能

27、学习初期，更多的将视觉信息作为觉察和校正动作错误的主要信息源。66八、大脑神经可塑性的改善八、大脑神经可塑性的改善大脑神经的可塑性是指大脑神经由于阅历经验变化而发生变化的能力，涉及到神经自身的重组能力和形成新的神经连接两个方面。人类大脑的神经具有可塑性，与运动相关的脑活动及其高级认知加工过程受到长期感知和运动训练的影响。运动员之所以比非运动员反应更精确、更有效率、更加自动化，是由于在长期的运动训练和比赛中，运动员大脑的塑性和适应性的变化导致大脑神经加工效率提高。67九、不变操作特征的内化九、不变操作特征的内化在技能学习过程中，个体的操作水平不断提高，但对特定感觉信息反馈源的依赖性不降反增，可能是特定感官的信息反馈已经内化成为大脑中动作表征的组成部分，当个体在缺失这种感觉反馈信息的情况下操作技能时，操作环境中可利用的感觉信息与记忆中的感觉信息不一致，使得从记忆中提取的动作表征不是最佳的动作表征，从而导致操作绩效降低。谢谢 谢！谢！PPT模板下载：