运动技能学习与控制课件第二章运动中的信息加工

第二章运动中的信息加工学习目标1.了解信息加工速度与反应时之间的关系2．了解信息加工的三个阶段的组成要素3.理解知觉预判的意义4.了解影响运动员知觉预判的因素5.掌握促进运动记忆的有效策略关键概念信息加工系统反应时刺激探测模式识别刺激—反应（S-R）相容性群体模板相容性西蒙（Simon）效应知觉预判记忆编码存储提取遗忘组块化学习策略相对于熟练运动员，为什么新手不能快速地做出应答决策？其内在机制是什么？科学家采用信息加工模型来解释这一技能操作过程。认知心理学家将这一理论应用于动作技能的学习与控制领域。第一节、信息加工（一）理论简介这是认知心理学基本理论。从机能上，即从行为水平上将人脑与计算机进行类比，把人脑看作类似于计算机的信息加工系统。认为人的认知过程就是对信息的加工过程，力图建立心理活动的计算机模型;涉及人如何注意、选择和接收信息，如何对信息进行编码、内在化和组织，以及如何利用这些信息做出决策和指导自己的行为等。认知心理学家利用计算机科学、语言学和信息论的有关概念，阐明人的认知过程及其适应行为，推动心理学各个领域的理论和实验研究的发展，特别是在知觉、记忆、语言和问题解决的研究中，取得迅速发展。背景知识：信息加工理论第一节信息加工第一节、信息加工（二）理论分类从信息加工的角度来研究学习，起自不同的来源。有人认为(Ellis，1978)，是受了格式塔记忆理论的影响，这种理论强调，有机体如何组织他们记忆的内容，反映了他们是如何主动地组织知觉的方式。也有人(Norman，1970)区分了对当今信息加工理论有影响的三种理论:(1)由埃斯蒂斯和斯彭思等人最早提出的学习的数学理论;(2)强调以选择性注意为起点、长时记忆痕迹为终点的信号探示理论;(3)注重人工智能和计算机模拟的计算机模型理论。加工系统这个概念，是随着计算机的发展而出现的。信息加工理论不仅把计算机看作为一个信息加工系统，而且也把人脑看作为一个类似于计算机的信息加工系统，它认为，个体的认知过程，就是个体对外部的或内部的信息的加工过程。信息加工指将获取的原始信息按照应用需求对其进行判别、筛选、分类、排序、分析、研究、整理、编制和存储等处理的一系列过程，使收集到的信息成为人们需要的有用的信息。第一节、信息加工一、信息加工系统图2.1信息加工系统图2.2人类信息加工运动输出刺激识别反应选择反应编程刺激输入反应时二、信息加工的方式（一）自下而上的加工与自上而下的加工自下而上的加工或数据驱动加工：人脑对信息的加工处理直接依赖于刺激的特性或外部输入的感觉信息；自上而下的加工或概念驱动加工：人脑对信息的加工处理依赖于个体的已有的知识结构时所有的认知活动实际上都包含着这两种加工的相互作用。（二）系列加工与平行加工系列加工：个体对输入的信息是依次一个一个地加以处理；平行加工：个体同时对所有输入的信息进行处理。不同技能水平的运动员加工方式存在一定的差异。优秀运动员在加工过程中可能更多地采用平行（组块能力）加工的方式，而低水平运动员则更多地采用序列加工的方式。（三）控制性加工和自动化加工控制性加工：指需要意志努力的认知加工；自动加工：不自觉的，不需要注意，有目的与意图的加工，没有容量限制，而且一旦形成就很难予以改变。在动作技能学习的早期，需要的是控制性加工；而在动作技能学习的后期，经过反复的动作练习后，学生的动作技能的学习已达到完善化的程度，属于自动加工。信息的输入是信息加工的准备，是素材积累过程。通常是提供刺激，如灯光或声音信号，如短跑和游泳比赛的鸣枪等。此阶段出现最典型的现象为运动员的抢跑现象。为什么？专家与新手的区别？一般认为个体是主动选择信息进行加工。第二节信息加工的三个阶段信息的输入认知心理学认为：信息通过“输入”到中枢系统，经过一系列的信息加工与处理，最后以技能化的动作“输出”，这一过程具有程序性。信息加工不仅具有阶段性，而且具有系列性和平行性两种特点，只是发生于不同阶段。第一节、信息加工视觉信息是运动员在比赛情景中接受的主要信息，运动员和非运动员在基本视觉能力上不存在显著性差异，但对具体情境中的视觉信息加工能力上存在显著性差异，因此对运动员高级认知能力的研究重点放在完成具体运动任务时的视觉信息搜索与加工能力上。优秀运动员的运动专项不同，在具体运动项目中的视觉搜索特征也不同，这反映了运动专项训练对运动员认知能力的具有显著的影响作用。关于运动员视觉搜索模式的研究可以了解高级运动行为的眼动机制，从眼动指标上发现运动员检索信息的方式，了解不同水平运动员视觉加工能力上的差异。Mann,etal.,(2007)在一项元分析研究中指出，注视次数(numberoffixation)、注视持续时间(fixationduration)和冷静观察期(quieteyeperiod)是有效地区分专家运动员和新手运动员的眼动指标。Williams(1998)发现运动员间不仅在寻求策略上存在差异,还表现在视区利用上,虽然在中央视区的利用上无显著性差异,但熟练者可以从外周视觉所表现出的信息中获得更多信息。王树明（2005）高水平运动员能够利用高效率的视觉搜索策略和早期的视觉线索，更出色地预测对手的行动意图。研究方法有：掩蔽技术、眼动和双任务范式，许多研究采用阻断技术和眼动指标研究运动员在球追踪任务中的视觉搜索特点。一、刺激识别刺激识别是指对刺激的知觉过程。在刺激识别阶段，个体主要是通过视觉、听觉、嗅觉、触觉等感觉器官对外部环境输入的信息进行分析，并将有用的信息进行综合，以便为接下来的信息加工做好准备。分刺激探测和模式识别。眼动在体育心理学方面的研究在各种体育运动过程中，视觉信息的提取是其基本的心理支持。而视觉信息提取的不同模式可能正确反映了高水平运动员与一般水平(或新手)运动员之间的运动能力差异。所以记录不同水平运动员在运动训练或比赛过程中的眼动模式，有利于提供对新手进行有效训练的模式和策略。有些项目，如许多球类，体操，击剑，自行车和职业国际象棋等都可以利用眼动仪进行研究。（一）刺激探测借助于不同的感觉器官，个体会将接受到的外部环境刺激转化为神经冲动信号，神经冲动通过传入神经传至大脑中枢，大脑中枢则在不同分析水平上对其进行进一步加工。影响刺激识别的变量：刺激的清晰度和强度。第一节、信息加工（二）模式识别模式识别指对刺激模式的觉察、分辨和确认，它是介于感觉登记器和短时记忆之间的一个过程。个体的信息加工是从模式识别开始的，通过模式识别，刺激信息进行编码以后，才能被传送到短时记忆中。有些模式识别是天生的，大部分识别能力主要通过学习获得的，如足球比赛中识别防守球队的运动模式。Gibson(1966)提出“视觉流模式”，环境中每一个可见部分组成射向眼睛的光线，当个体或环境移动时，这些光线角度的改变使个体从变化的视觉排列中选取运动模式。如果来自球外沿光线角度的变化速率相同，说明球径直向自己飞来。棋类优秀运动员的复盘能力球类优秀运动员的场上技战术复盘能力台球残局的复盘信息的输入是不同的，看的不同、策略不同拓展性阅读1：编码方式对视障群体动作记忆影响的实验研究第一节、信息加工摘要:本文随机抽取小学6年级盲生、视障运动员、明眼学生和明眼运动员各20人,共80人;采用混合设计,通过指导语分离出语言编码组、动觉编码组和表象编码组;操纵300、500和11于方位的时关节动作。实验结果表明:(1)小学盲生采用表象表征重现肘关节动作成绩最好,动觉表征次之,言语表征最差。(2)视障运动员采用表象表征和动觉表征再现时关节动作成绩最好,言语表征最差（谢国栋，2003)。良好的觉察和模式识别能力对于很多快速运动项目很重要，优秀运动员会对对手的位置或运动模式做出较有效的反应，从而能更快速的做出正确应对，而新手却很难做到。图2.3不同水平羽毛球运动员刺激辨别耗时比较（引自王树明，2005）刺激辨别完成即进入——反应选择，决定采取什么反应。反应选择是指根据刺激识别的结果选择对应的反应。在这个阶段，个体要进行决策：对已成功地进行过辨别的刺激，应做出什么样的反应？二、反应选择阶段复杂性受刺激选择数目和刺激相似程度影响，刺激越复杂，选择的数目越多，反应时间必然越长。影响刺激识别的变量：刺激的清晰度和强度。研究表明：进行10选一的选择反应时大概需要600ms左右，而在高水平棒球比赛中，球从投手飞至垒垫的时间大约需要将近460ms，说明反应时的重要。（一）刺激的复杂程度刺激—应答变化数量10020030040050060070012345678910(ms)（默克尔在1885）图2.4刺激数量与反应时间的关系刺激—反应相容性是指当一定的刺激和反应匹配会产生较好、较快的结果时，这样的刺激—反应匹配就具有了相容性。刺激—反应相容性越高，信息加工的效率越好——达到一定学习标准所需学习遍数越少、测试中的反应时越快、而错误率越小（Schmidt，2010）。例如乒乓球比赛中的左右手对攻。（二）刺激-反应相容性群体刻板印象是指刺激—反应的匹配关系与某一群体由于风俗习惯、文化传统而形成的对这一关系的期望相一致时产生的相容性。它受经验与练习的影响。如英属国家的开车、骑自行车等。1.群体刻板印象刺激—反应相容性是由于刺激与反应间的空间相似造成的。例如，对于右边位置的刺激，用右手进行反应，对于左边位置的刺激，用左手进行反应，刺激与反应是相容的。一般来说，双手交叉操作比不交叉操作的总反应时要长。2.空间结构关系Simon效应是指当刺激的呈现位置与被试做反应的方位之间存在空间上一致关系时，虽然刺激的空间位置与任务无关，但个体对刺激目标特征的反应更快、更准确。西蒙效应多应用于人机交互系统设计中，比如飞机、汽车驾驶的操作盘按键位置的设计尽量与信号呈现位置一致，这样可以尽量减少错误，提高反应时间。3.Simon效应当人们需要对复杂动作进行反应时，刺激—反应相容性和反应选择问题与动作的目的有关。选择最有效的完成运动比有效的动作开始的启动要快。4.动作复杂性选择了反应方式后，即进入反应编程阶段，是信息加工的最后阶段，此时要求个体对环境作出应答组织并发动动作阶段。选择反应后的任务是将这个抽象想法转化为一系列的肌肉动作程序以实现反应。反应编程阶段中发生的情况也是十分复杂，要求从操作者记忆中调出一些动作程序，准备激活程序，为程序准备好运动系统的相关部分，然后发动运动。反应的复杂性影响到动作的组织。Henry(1960)经典实验三、反应组织阶段动作编程后就是执行动作过程，输出反应行为（output）。这一过程受到外部的干扰和修正，所以，从动作编程到输出行为的过程中，个体还要通过多种渠道的反馈信息，对信息加工结果进行持续的校正。四、信息加工速度与反应时刺激鉴别反应选择应答编程运动程序脊髓肌肉动作环境参照比较器误差输入M1M2M3图2.5人类信息的闭环控制模型运动数量的增加会导致反应时的增加Henry等Roger（1960）采用了一个简单反应时范式对信息加工过程特征进行了研究。实验中被试知道使用的反应方式，但要保持刺激与反应的一致。（一）动作数量与反应时实验结果三组的RT值（ms）：一、159二、195三、208说明随着动作难度的增加，反应时的增加是由于反应编程阶段需要用于编程的时间增加了。实验一实验二实验三12自Henry实验之后，使用不同任务又做了许多与其相似的实验(Fischman,1984;Christina,1992)，都得出了相似的结论，增加的动作部分是增加RT的主要原因。但当第一运动完成后有足够的时间编程第二运动时，反应时不会增加。但若两动作间没有停顿或短暂停顿，整个反应需要预先编程，反应时会增加（Klapp,1996；Franks,1998）。Fitts（1964，美国空军人类工程学部门主任）研究了动作复杂性对反应时的影响，其采用瞄准任务，变量为靶距与准确性。发现当任务难度增加时，RT也略微增加。据此提出了著名的费茨定律。Sidaway等(1995)也在许多实验研究中发现，随着目标尺寸减少，RT增加。（二）动作准确性与反应时拓展知识：费茨定律费茨定律是人类运动的预