定向運(yùn)動員識圖過程中視覺搜索特征研究

劉 陽，何勁鵬

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定向運(yùn)動員識圖過程中視覺搜索特征研究

劉 陽1，何勁鵬2

1. 西安理工大學(xué) 體育教學(xué)部, 陜西 西安 710048; 2.東北師范大學(xué) 體育學(xué)院, 吉林 長春 130024

以44名不同水平定向運(yùn)動員（專家組、中等水平組、新手組）為被試，采用地圖類型和信息量雙任務(wù)范式與眼動技術(shù)相結(jié)合，探索不同水平定向運(yùn)動員在不同認(rèn)知負(fù)荷條件下識圖的視覺搜索特征，為科學(xué)地制定訓(xùn)練方案提供理論依據(jù)。結(jié)果表明：1）地圖類型與信息量制約著不同水平定向運(yùn)動員識圖過程中的視覺搜索與路線決策能力。2）在識圖過程中，新手組表現(xiàn)出注視次數(shù)多、眼跳距離大、視覺注意傾向于在點(diǎn)位之間進(jìn)行搜尋，注視行為分散，未形成有效的搜索模式；優(yōu)秀運(yùn)動員表現(xiàn)出注視次數(shù)少、眼跳距離小、注視行為“簡潔、集中”的眼動特點(diǎn)，具有“自上而下”的目標(biāo)任務(wù)注意特征。3）簡單地圖條件下，中等水平組與專家組運(yùn)動員趨向于從起點(diǎn)開始搜索的正向思維策略；復(fù)雜地圖條件下，專家組運(yùn)動員改變了搜索策略，趨向于從檢查點(diǎn)開始的逆向思維策略。提示：在不同水平定向運(yùn)動員的專項訓(xùn)練中要考慮到地圖類型與信息量的影響因素，在定向運(yùn)動員的培養(yǎng)過程中，應(yīng)注重對識圖視覺搜索能力的專項認(rèn)知訓(xùn)練。

定向運(yùn)動；識圖過程；視覺搜索；特征模式

視覺搜索是指在紛繁復(fù)雜的環(huán)境中快速搜尋到自己需要的有用信息的過程[12]。在運(yùn)動情境中，視覺搜索反映了運(yùn)動員的信息加工模式。研究運(yùn)動員在復(fù)雜情境下視覺搜索特征及形成原因?qū)\(yùn)動員取得優(yōu)異的運(yùn)動成績具有重要意義[19]。在認(rèn)知決策類項目研究中，研究者通過對運(yùn)動員眼動指標(biāo)進(jìn)行分析，來探討優(yōu)秀運(yùn)動員的視覺搜索策略，已經(jīng)形成了一定的研究基礎(chǔ)。Rayner通過眼動技術(shù)對不同水平象棋選手進(jìn)行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)新手更多關(guān)注與任務(wù)無關(guān)的區(qū)域，而象棋大師通常只成對地注視與進(jìn)攻或防守有關(guān)的棋子[36]。表明專家運(yùn)動員通過經(jīng)驗的積累和有效的刻意訓(xùn)練對所需信息進(jìn)行了選擇性注意[28,29]；王福興等以中國象棋棋局為實驗材料進(jìn)行了眼動數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)專家運(yùn)動員對棋盤上變化的棋子關(guān)注的更準(zhǔn)確、更迅速，表現(xiàn)出了一定的認(rèn)知優(yōu)勢[13]。但認(rèn)知決策類項目中的視覺搜索研究與直覺決策類項目如排球[21,22,23,25]、籃球[3,4]、羽毛球[13,14]等比較還較為缺乏，尚不能完全解釋認(rèn)知決策過程中運(yùn)動員的視覺搜索加工實質(zhì)。

定向運(yùn)動項目被認(rèn)為是一項同時進(jìn)行國際象棋和馬拉松賽跑的具有高度認(rèn)知成分及身體參與的認(rèn)知決策類項目。近年來發(fā)展迅猛，在世界范圍內(nèi)具有廣泛的參與人群。在定向運(yùn)動比賽過程中，運(yùn)動員需要快速而準(zhǔn)確地讀取地圖信息，從而規(guī)劃出一條合理的行進(jìn)路線，并通過地圖對照到達(dá)地圖上所標(biāo)記的各個檢查點(diǎn)[35]，完成比賽。定向運(yùn)動地圖是一種專門測制的精確、詳細(xì)的地形圖，地圖符號由不同的地貌、地物特征符號組成，用不同的顏色代表不同的植被，如白色代表可跑的樹林，黃色代表空曠地等，地圖符號達(dá)幾十種。在識圖過程中，運(yùn)動員需要充分考慮路線的可跑性、爬高量、地勢以及所存在的障礙物等因素，利用自身的知識結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗對地圖上的信息快速而有效地識別、加工和編碼[34]。但在有限的時間范圍內(nèi)，運(yùn)動員不可能對所有的地圖信息進(jìn)行識別，這樣會大大降低運(yùn)動員行進(jìn)的速度，那么，如何快速而有效的對地圖信息進(jìn)行搜索，對比賽結(jié)果起著關(guān)鍵作用。

運(yùn)動員的識圖過程均在野外，教練員無法觀察到比賽中選手的識圖特征。近年來，一直無法對其進(jìn)行科學(xué)化的闡述。相關(guān)理論研究多采用訪談、自我報告、問卷調(diào)查、錄像分析等間接的研究方法，歸納總結(jié)出定向運(yùn)動員的視覺搜索策略[9]。Gal-Or等人通過訪談發(fā)現(xiàn)，專家級定向運(yùn)動員會使用較多的如對話等自我調(diào)節(jié)策略[32]；Seiler通過訪談、問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀定向運(yùn)動員在計劃路線時多選擇明顯的地物和地貌特征作為“助手”[37]；Eccles等人采用專家運(yùn)動員對路線規(guī)劃方法的自我陳述和地圖拼板的實驗設(shè)計，提煉專家運(yùn)動員的視覺搜索策略，發(fā)現(xiàn)專家運(yùn)動員首先關(guān)注目標(biāo)點(diǎn)周圍的信息，而新手運(yùn)動員則首先關(guān)注起點(diǎn)周圍的信息[30,31]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)學(xué)者朱瑜等以完整地圖為材料，對專家運(yùn)動員與新手進(jìn)行了眼動追蹤的研究，發(fā)現(xiàn)專家運(yùn)動員具有較強(qiáng)的簡化地圖能力，只關(guān)注與任務(wù)相關(guān)的信息[27]，該結(jié)論與Eccles所提出的定向理論相一致，但研究中專家運(yùn)動員以點(diǎn)位數(shù)字為序進(jìn)行搜索的結(jié)果與已有研究中專家運(yùn)動員先圍繞目標(biāo)點(diǎn)開始的搜索策略結(jié)果出現(xiàn)了不一致，這可能與研究方法及實驗材料的不同有關(guān)。

目前，關(guān)于定向運(yùn)動員識圖視覺搜索研究多將完整地圖作為刺激材料，定向運(yùn)動員識圖過程是基于選手對地圖信息有效的視覺搜索基礎(chǔ)之上，是對地圖信息進(jìn)行加工的認(rèn)知過程。本課題組已有研究證明，定向運(yùn)動員的識圖過程中受地圖類型的制約表現(xiàn)出一定的記憶容量，專家級運(yùn)動員一般每次最多記憶3個點(diǎn)位信息[8]。特別是在時間制約的條件下，運(yùn)動員無法觀察整張地圖，并進(jìn)行有效記憶。因此，僅為被試提供完整地圖信息，這對認(rèn)定定向運(yùn)動員的專項視覺搜索特征與規(guī)律缺乏全面性和客觀性[7]。同時，近年來學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)動領(lǐng)域的認(rèn)知優(yōu)勢研究中，從新手到專家需要一個漫長的過程，專家與新手之間存在著較大的差距，只對專家和新手進(jìn)行比較，所得結(jié)論未免有些不夠全面。通過設(shè)立中間組，深入了解中等水平定向運(yùn)動員的認(rèn)知特征，對深入分析專家與新手的認(rèn)知差異具有重要意義，可更好的探究新手向?qū)＜疫^渡階段的認(rèn)知優(yōu)勢[11]。

因此，本研究采用地圖類型與信息量相結(jié)合的任務(wù)范式，充分考慮材料的難度以及信息量，運(yùn)用眼動追蹤技術(shù)，測量不同水平定向運(yùn)動員在識圖過程中的眼動特征，探討不同水平定向運(yùn)動員視覺搜索策略，找出專家運(yùn)動員的注視模式，進(jìn)一步豐富和完善了運(yùn)動領(lǐng)域認(rèn)知心理學(xué)研究的理論基礎(chǔ)，為更好地進(jìn)行心理選材、訓(xùn)練監(jiān)控、運(yùn)動訓(xùn)練提供借鑒參考。研究假設(shè)：專家、中等和新手3個不同水平的定向運(yùn)動員在進(jìn)行路線決策過程中的視覺搜索策略會受地圖類型與信息量的影響，表現(xiàn)出不同的視覺搜索特征。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

受試者根據(jù)運(yùn)動等級分為專家組、中等水平組、新手組。專家組共選取12名，運(yùn)動等級一級以上，為現(xiàn)役國家定向隊運(yùn)動員，平均年齡為22.3歲；中等水平組共選取16名，運(yùn)動等級二級以上，為某高校高水平定向隊運(yùn)動員，平均年齡為21.2歲；新手組共選取16名，為某高校普通定向隊運(yùn)動員，定向?qū)W習(xí)半年以上，平均年齡為20.6歲。所有受試者視力正?；虺C正視力正常。

1.2 實驗儀器

通過Eyelink1000 Plus眼動儀對眼動數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采樣率為1 000 Hz。在17英寸的CRT計算機(jī)屏幕上呈現(xiàn)，屏幕 刷新率為85 Hz，分辨率為1 024×768像素。

1.3 實驗材料和設(shè)計

識別的地圖信息資料以全國定向運(yùn)動比賽地圖為素材。由定向運(yùn)動項目專家通過OCAD11.O軟件進(jìn)行制作。根據(jù)地圖材料的難易程度分為：簡單地圖（公園地圖）和復(fù)雜地圖(野外地圖)；根據(jù)定向地圖的檢查點(diǎn)數(shù)量分為：1個檢查點(diǎn)的低信息量地圖材料和3個檢查點(diǎn)的高信息量地圖材料，各檢查點(diǎn)之間圖上距離為4～6cm。

研究采用2地圖類型（簡單地圖和復(fù)雜地圖）×2信息量（低和高）×3運(yùn)動水平（新手、中等水平和專家）3因素混合實驗設(shè)計。組間變量為運(yùn)動水平，組內(nèi)變量為信息量和地圖類型。測試指標(biāo)包括行為指標(biāo)和眼動指標(biāo)，行為指標(biāo)指定向運(yùn)動員路線規(guī)劃的準(zhǔn)確性和規(guī)劃時間；眼動指標(biāo)指運(yùn)動員識圖的注視時間、注視頻率、注視次數(shù)、眼跳距離、前5個點(diǎn)的注視軌跡和注意分配熱點(diǎn)圖。

1.4 實驗程序

受試者了解實驗?zāi)康暮褪煜げ僮鞣椒ǎ涸趯嶒炃白屖茉囌咛顚懟厩闆r調(diào)查表（性別、年齡、訓(xùn)練年限、運(yùn)動等級等）。為確保實驗數(shù)據(jù)的可靠性，首先，對實驗對象的要求、過程和操作進(jìn)行說明。其次，說明本實驗的目的和意義，并根據(jù)實際競賽的心理狀態(tài)，要求受試者觀察地圖并規(guī)劃路線。

受試者調(diào)試眼動儀：受試者坐在屏幕前，被試眼睛與屏幕之間的距離約為60 cm。為了減少頭部運(yùn)動對眼睛追蹤系統(tǒng)準(zhǔn)確性的影響，受試者被要求將下顎放置于下顎托上，逐一查看電腦屏幕上的9個校對點(diǎn)，在對9個對準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)后，開始進(jìn)行實驗。

受試者正式實驗測試：實驗程序采用SR Research公司提供的E-Builder眼動實驗程序軟件編寫。在每次試驗開始時，一個小圓點(diǎn)（漂移校正點(diǎn)）首先出現(xiàn)在屏幕的中心，當(dāng)測試的焦點(diǎn)與小圓點(diǎn)一致時，主測試按鈕消失漂移校正點(diǎn)，然后開始呈現(xiàn)實驗圖。在實驗中，要求受試者在屏幕上觀察所呈現(xiàn)的地圖信息，識別地圖符號信息，并在檢查點(diǎn)之間規(guī)劃正確的路線。在規(guī)劃路線后，受試者以“空格鍵”結(jié)束。200ms后觀察到的地圖將再次出現(xiàn)在屏幕上，要求受試者從起點(diǎn)開始，并迅速掃描計劃的路線到最后，掃描結(jié)束按“空格鍵”（圖1）。

圖1 本實驗每個試次的流程圖

Figure 1 The Flowchart of Each Test in This Experiment

1.5 數(shù)據(jù)采集與處理

眼動數(shù)據(jù)采用Data viewer分析程序處理，剔除小于80ms和大于800ms的注視時間極端值，并將行為數(shù)據(jù)和眼動數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS15.0中進(jìn)行統(tǒng)計處理。統(tǒng)計分析時共記錄運(yùn)動員兩次眼動數(shù)據(jù)，第1遍主要采集受試者識別地圖信息并進(jìn)行路線規(guī)劃時的注視時間、注視頻率、注視次數(shù)、眼跳距離和注視軌跡圖等數(shù)據(jù)；第2遍記錄受試者規(guī)劃好的路線掃視軌跡，目的是為了判定運(yùn)動員規(guī)劃路線的正確性，并請3名定向運(yùn)動專家對照受試者第2遍識別地圖的注視點(diǎn)運(yùn)動軌跡的準(zhǔn)確性進(jìn)行5分評定。

2 測試結(jié)果

2.1 定向運(yùn)動員行為指標(biāo)結(jié)果

2.1.1 運(yùn)動員行進(jìn)路線規(guī)劃準(zhǔn)確性比較結(jié)果

由定向運(yùn)動項目專家對不同水平定向運(yùn)動員的行進(jìn)路線規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行評定（表1）。運(yùn)動員水平的主效應(yīng)顯著，(2，41) = 23.277，＜ 0.001，η2= 0.532，經(jīng)事后檢驗，運(yùn)動員水平與地圖類型交互作用顯著，(2，41) = 7.388，＜ 0.01，η2= 0.265，在簡單地圖條件下，新手組顯著低于專家組，= 3.32，＜ 0.05。在復(fù)雜地圖條件下，新手組顯著低于中等水平組和專家組，= 4.12，＜ 0.01，= 6.81，＜ 0.001，中等組顯著低于專家組= 3，＜ 0.05。

表1 定向運(yùn)動員行進(jìn)路線規(guī)劃準(zhǔn)確性結(jié)果

圖2 不同水平定向運(yùn)動員行進(jìn)路線規(guī)劃準(zhǔn)確性比較

Figure 2 Accuracy Comparison of Route Planning of Orienteers at Different Levels

2.1.2 運(yùn)動員反應(yīng)時比較結(jié)果

經(jīng)重復(fù)測量方差分析（表2），運(yùn)動員水平與信息量、地圖類型3因素交互作用顯著，(2，41)=7.656，＜0.01，η2=0.157。經(jīng)事后檢驗，在高信息量情況下，類型與水平交互作用顯著，(2，41) = 6.102，＜0.01，η2= 0.229。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在簡單地圖條件下，專家組反映時顯著低于新手組，=3.12，＜0.05；在復(fù)雜地圖條件下，新手組顯著高于中等水平組（=2.67，＜0.05）和專家組（=5.27，＜0.001），中等組顯著高于專家組，=2.79，＜0.05。

2.2 定向運(yùn)動員識圖過程中的眼動指標(biāo)統(tǒng)計結(jié)果

通過眼動儀對不同水平定向運(yùn)動員在不同地圖類型和信息量條件下眼動指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果如下（表3、表4）。

表2 不同水平定向運(yùn)動員反應(yīng)時結(jié)果比較（ms）

圖3 不同水平定向運(yùn)動員行進(jìn)路線規(guī)劃時間比較

Figure 3 Time Comparison of Route Planning of Orienteers at Different Levels

表3 定向運(yùn)動員識圖過程中眼動指標(biāo)統(tǒng)計

表4 識圖過程中定向運(yùn)動員眼動指標(biāo)方差分析

2.2.1 運(yùn)動員注視次數(shù)比較結(jié)果

運(yùn)動員水平與信息量、地圖類型3因素交互作用顯著（圖4），(2，41) = 3.896，＜ 0.05，η2= 0.160，經(jīng)事后檢驗，在高信息量情況下，類型與水平交互作用顯著，(2，41) = 12.449，＜0.01，η2=0.378，在簡單地圖條件下，新手組顯著高于專家組，=2.42，＜0.05。在復(fù)雜地圖條件下， 新手組顯著高于中等水平組和專家組＜0.01。

2.2.2 運(yùn)動員注視頻率比較結(jié)果

運(yùn)動員水平與地圖類型兩因素交互作用顯著（圖5），(2，41) =5.633，＜ 0.01，η2= 0.216，經(jīng)事后檢驗，在復(fù)雜地圖條件下，各水平運(yùn)動員差異顯著＜0.05。新手組顯著高于中等水平組和專家組，= 2.49，＜ 0.05[10]。

圖4 不同水平定向運(yùn)動員注視次數(shù)比較

Figure 4 Comparison of Fixation Times of Orienteers at Different Levels

圖5 不同水平定向運(yùn)動員注視頻率比較

Figure 5 Comparison of Fixation Frequency of Orienteers at Different Levels

2.2.3 運(yùn)動員平均眼跳距離比較結(jié)果

運(yùn)動員水平與信息量、地圖類型3因素交互作用顯著（圖6），(2，41) =3.528，＜0.05，η2=0.147，經(jīng)事后檢驗，在低信息量情況下，類型與水平交互作用顯著，(2，41) = 5.158，＜ 0.05，η2= 0.201，在復(fù)雜地圖條件下，新手組顯著高于中等水平組（= 2.56,＜ 0.05）和專家組（= 2.63，＜ 0.05）。在高信息量情況下，類型與水平交互作用顯著，(2，41) = 4.376，＜ 0.05，η2= 0.176。經(jīng)事后檢驗，在簡單地圖條件下，新手組顯著高于中等組（= 3.06，＜ 0.05）和專家組（= 2.78，＜ 0.05）。在復(fù)雜圖條件下，新手組顯著高于中等水平組（= 3.88，＜ 0.01）和專家組（= 3.69，＜ 0.01）。

圖6 不同水平定向運(yùn)動員平均眼跳距離比較

Figure 6 Comparison of Average Saccade Distance of Orienteers at Different Levels

2.2.4 運(yùn)動員前5個注視點(diǎn)軌跡比較結(jié)果

我們逐個檢查了不同水平定向運(yùn)動員前5個注視點(diǎn)的分布特征，發(fā)現(xiàn)不同水平定向運(yùn)動員路線搜索策略存在差異。簡單地圖條件下：在注視點(diǎn)消失之后，各個被試的注視點(diǎn)首先停在屏幕中央（首視點(diǎn)），隨后大部分新手組（78％）在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間搜索；中等水平組（74％）、專家組（82%）首先轉(zhuǎn)向起始點(diǎn)。復(fù)雜地圖條件下：在注視點(diǎn)消失之后，各個被試的注視點(diǎn)首先停在屏幕中央（首視點(diǎn)），隨后大部分新手組（84％）在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間搜索；中等水平組（81％）首先轉(zhuǎn)向起始點(diǎn)；專家組（78%）首先轉(zhuǎn)向目標(biāo)點(diǎn)。

以下圖7、圖8是各水平運(yùn)動員在不同地圖條件下前5個注視點(diǎn)的注視軌跡圖，由于不同信息量條件下不同水平運(yùn)動員表現(xiàn)出了相似的視覺搜索軌跡，故這里列舉了簡單地圖與復(fù)雜地圖條件下具有典型代表的不同水平定向運(yùn)動員前5個注視點(diǎn)的軌跡。

圖7 簡單地圖條件下不同水平定向運(yùn)動員注視軌跡比較

Figure 7 Comparison of Different-level Orienteers’ Fixation Tracks under Simple Map Conditions

圖8 復(fù)雜地圖條件下不同水平定向運(yùn)動員注視軌跡比較

Figure 8 Comparison of Different-level Orienteers’ Fixation Tracks under Complex Map Conditions

分析不同水平運(yùn)動員在簡單地圖場景中的注視軌跡發(fā)現(xiàn)，新手組：首次注視點(diǎn)→地圖信息；中等水平組、專家組：首次注視點(diǎn)→起點(diǎn)。

分析不同水平運(yùn)動員在復(fù)雜地圖場景中的注視軌跡發(fā)現(xiàn)，新手組：首次注視點(diǎn)→地圖信息；中等水平：首次注視點(diǎn)→起點(diǎn)；專家組：首次注視點(diǎn)→最后檢查點(diǎn)（目標(biāo)點(diǎn)）。

2.2.5 運(yùn)動員注意分配比較結(jié)果

在不同水平定向運(yùn)動員注視掃描過的位置用綠色、黃色和紅色突出顯示，顏色呈現(xiàn)的程度分別從綠色到黃色再到紅色，用不同的顏色來顯示注視頻率逐漸升高[1]。通過對不同水平定向運(yùn)動員的注視熱點(diǎn)圖進(jìn)行綜合分析，我們發(fā)現(xiàn)，專家組運(yùn)動員注視面積小，注視更為緊湊、集中，新手組表現(xiàn)出注意面積大、注視分散的特點(diǎn)。新手組和中等水平組對起點(diǎn)和終點(diǎn)關(guān)注較多，而專家組識別地圖過程中多集中于注視關(guān)鍵信息點(diǎn)。圖9顯示的是某一簡單地圖、低信息量條件下具有典型代表的專家、中等水平和新手組的注意分配熱點(diǎn)圖。

圖9 不同水平定向運(yùn)動員注意分配熱點(diǎn)比較

Figure 9 Comparison of Attention Distributing Hotspots of Orienteers at Different Levels

3 討論與分析

3.1 定向運(yùn)動員行進(jìn)路線規(guī)劃分析

定向運(yùn)動員在識圖過程中，對行進(jìn)路線的正確規(guī)劃都要伴隨著復(fù)雜的認(rèn)知加工，通過有效的注意、記憶從而快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行路線決策是定向運(yùn)動員取得比賽勝利的關(guān)鍵。在運(yùn)動領(lǐng)域中，運(yùn)動決策主要以準(zhǔn)確性和反應(yīng)時來表示。研究發(fā)現(xiàn)，不同水平定向運(yùn)動員的行進(jìn)路線規(guī)劃正確性主要受地圖類型的影響，而不同水平定向運(yùn)動員的行進(jìn)路線規(guī)劃的反應(yīng)時受信息量和地圖類型的制約。反應(yīng)時和準(zhǔn)確性指標(biāo)都表現(xiàn)出明顯的等級效應(yīng)：水平越高，定向運(yùn)動員反應(yīng)時越低、準(zhǔn)確性越高，新手組無論是簡單地圖，還是復(fù)雜地圖在路線規(guī)劃的正確性與時間上與中等水平組和專家組都存在著顯著差異。識圖過程中，合理的路線決策需要與運(yùn)動員的自身專項知識以及記憶儲存信息進(jìn)行匹配和提取[20]。對于新手組來說，地圖的信息量大、地圖符號復(fù)雜，因此導(dǎo)致信息識別、提取速度較低。說明無論面對何種地圖情景，識圖技能的基礎(chǔ)是快速的反應(yīng)和準(zhǔn)確判斷的前提。課題組前期研究通過對地圖符號信息的記憶再認(rèn)進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，新手組運(yùn)動員的定向?qū)ｍ椆ぷ饔洃泝Υ婧吞崛∧芰εc高水平運(yùn)動員還存在很大差距，新手組定向運(yùn)動員在識圖的視覺搜索過程中受限于工作記憶的表征能力。在復(fù)雜地圖條件下中等水平組與專家組出現(xiàn)差異，產(chǎn)生差異的原因除了選手自身專項記憶能力的差異外，可能是因為中等水平運(yùn)動員在復(fù)雜的地貌符號信息的提取上與專家組存在著一定差異。復(fù)雜地圖中多為野外地形，多用棕色等高線表示山谷、山背、山脊的地貌信息，符號特征雖單一但難以識別，而在簡單地圖多為公園、校園的建筑環(huán)境，地圖信息多為道路、房屋、湖泊等，符號較易識別，對復(fù)雜地形的有效識別讓專家組定向運(yùn)動員能夠在短時間內(nèi)迅速整合加工后作出規(guī)劃。因此，中等水平組定向運(yùn)動員應(yīng)加強(qiáng)等高線等地貌信息的掌握與運(yùn)用。

在不同的運(yùn)動領(lǐng)域中，合理的規(guī)劃和準(zhǔn)確的預(yù)測是專業(yè)知識和技能習(xí)得中的兩個重要策略[33]。在認(rèn)知決策項目的規(guī)劃過程中，新手加工方法單一，尚未掌握加工策略，專家們具有了一定的專項認(rèn)知優(yōu)勢，可以更好地表征一些新的問題，善于更好地利用、提取事物線索，綜合分析，從而做出更有效的決策，一般采用知識驅(qū)動啟發(fā)式策略進(jìn)行規(guī)劃[38]。在定向運(yùn)動員的識圖過程中，選手需要從眾多的地圖符號中高效搜索與路線決策相關(guān)的信息，合理的路線決策取決于運(yùn)動員的有效注意及記憶的匹配與提取，這一過程需要運(yùn)動員從不同的地物和地貌信息中找出有價值的內(nèi)容，快速、準(zhǔn)確進(jìn)行信息處理并作出決策[23]。這也提示我們，在對定向運(yùn)動項目識圖的認(rèn)知決策練習(xí)中，地圖類型與信息量是制約和影響運(yùn)動員識別地圖的重要因素，在增加運(yùn)動員基本地圖符號信息識別訓(xùn)練的同時，需要加強(qiáng)不同條件下地圖符號的專項認(rèn)知訓(xùn)練[3]。

3.2 定向運(yùn)動員視覺搜索效率的分析

視覺搜索效率是指受試者的注視頻率[19]。在定向運(yùn)動項目的識圖過程中表現(xiàn)為運(yùn)動員對地圖信息的搜索速度[26]。結(jié)果顯示，在復(fù)雜地圖條件下，中等水平組和專家組注視頻率顯著低于新手組。說明專家運(yùn)動員具有較好的信息捕捉能力及快速加工能力，視覺搜索效率更高。對定向運(yùn)動員識圖情景的眼動數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀運(yùn)動員能通過有效的注視快速地捕捉有用信息，忽略無用信息，爭取更多的時間對關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行關(guān)注，這可能是因為優(yōu)秀運(yùn)動員通過常年的專項訓(xùn)練和運(yùn)動經(jīng)驗的積累，已經(jīng)形成了定向運(yùn)動項目視覺搜索的專項經(jīng)驗[16]。在識圖過程中，優(yōu)秀運(yùn)動員能夠通過較少的注視次數(shù)來進(jìn)行有效地視覺判斷加工，利用有效的視覺加工信息來進(jìn)行快速的判斷反應(yīng)，專家比新手更能迅速找到解決問題的方法，通過經(jīng)驗的引導(dǎo)來降低信息加工負(fù)荷，用更直接的方式來搜索信息，具備了一定的認(rèn)知加工優(yōu)勢。而新手組運(yùn)動員搜索的效率較低，不能高效利用注視信息資源，不具備相應(yīng)的專項認(rèn)知加工的優(yōu)勢。

復(fù)雜地圖與簡單地圖在信息的難易程度上存在很大差異，復(fù)雜地圖符號特征中的等高線信息需要進(jìn)行抽象的三維想象，從平面信息變?yōu)榱Ⅲw信息，識別難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過簡單地圖符號特征。通過眼動數(shù)據(jù)分析我們發(fā)現(xiàn)，地圖的類型很好地區(qū)分了中等水平組和專家組在視覺搜索效率上的差異。不同的地圖類型制約著定向運(yùn)動員的視覺搜索效率。隨著難度的增加，運(yùn)動員的注意負(fù)荷要求也越大，將越占用定向運(yùn)動員更多的注意資源，并不斷地與記憶進(jìn)行提取轉(zhuǎn)換，運(yùn)動員將用更多的時間對信息進(jìn)行提取和識別。

3.3 定向運(yùn)動員視覺搜索模式的分析

運(yùn)動員視覺搜索模式是指運(yùn)動員通過何種觀察方式來收集信息。主要包括注視次數(shù)、眼跳距離以及注視軌跡，能夠充分體現(xiàn)運(yùn)動員的視覺搜索策略[17]。

從注視次數(shù)、眼跳距離在運(yùn)動水平主效應(yīng)間的差異得知：中等水平組和專家組的注視次數(shù)和眼跳距離均低于新手組。可見，與新手運(yùn)動員相比，專家組與中等水平組運(yùn)動員能較好地判斷識別信息內(nèi)容。在經(jīng)驗的引導(dǎo)下，優(yōu)秀運(yùn)動員對地圖的注視能夠進(jìn)行很好地控制，為了獲得有效的信息線索，采用縮短眼跳距離的方法，將注視保持在關(guān)鍵的信息點(diǎn)上，優(yōu)秀運(yùn)動員表現(xiàn)出注視次數(shù)少、眼跳距離小、注視軌跡簡單和集中的視覺搜索模式等特征。而新手組對于地圖信息的加工處理可能受到專項知識和專項記憶能力的制約，不能對信息進(jìn)行很好的識別理解，多半采用大范圍、無規(guī)律的注視掃描，來回反復(fù)地在起點(diǎn)、終點(diǎn)以及地圖的各區(qū)域進(jìn)行搜索，使其眼跳距離較大。

在低信息量復(fù)雜地圖條件下，中等水平組和專家組運(yùn)動員的眼跳距離小于新手組；在高信息量條件下，中等水平組和專家組運(yùn)動員的注視次數(shù)和眼跳距離與新手組運(yùn)動員差異顯著，均明顯低于新手組。說明信息量與地圖類型制約著運(yùn)動員的視覺搜索模式。在觀察復(fù)雜地圖時所用的注視次數(shù)都顯著高于簡單地圖，隨著難度的增大，眼跳距離反而變小，說明關(guān)鍵信息點(diǎn)的加工和識別影響了運(yùn)動員的眼跳距離，專家組、中等水平組運(yùn)動員對視覺信息的利用，明顯受到了尋求策略的影響，對搜索目標(biāo)更明確，采用了以目標(biāo)為導(dǎo)向的視覺搜索策略[2]，比新手組運(yùn)動員具備了更為合理的視覺搜索策略。

對不同水平定向運(yùn)動員前5個注視點(diǎn)的注視軌跡進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：新手組更多的在起點(diǎn)與終點(diǎn)之間搜尋，注視軌跡分散，不集中，未形成搜索策略，中等水平組和專家組根據(jù)任務(wù)的不同，具有一定的目標(biāo)驅(qū)動。在搜索軌跡上我們發(fā)現(xiàn)，地圖類型對中等水平組和專家組的注視軌跡產(chǎn)生了不同的影響。在簡單地圖條件下，中等水平組和專家組都趨向于采用正向搜索策略，從起點(diǎn)開始搜尋；在復(fù)雜地圖條件下，專家組從目標(biāo)點(diǎn)開始搜尋，采用了逆向搜索的策略，而中等水平組仍從起點(diǎn)開始搜尋搜索策略沒有改變。二者在復(fù)雜地圖條件下搜索策略上出現(xiàn)了差異。該結(jié)果與Eccles等人[31]在注視軌跡上的研究結(jié)果出現(xiàn)了不一致，本研究重點(diǎn)分析了中等水平組運(yùn)動員的注視模式，發(fā)現(xiàn)了在注視軌跡上與中等水平組和專家組的區(qū)別所在，以及受不同地圖類型的影響表現(xiàn)出的不同搜索策略。為更好地了解不同水平運(yùn)動員視覺搜索策略，培養(yǎng)定向運(yùn)動員刻意訓(xùn)練能力、提升運(yùn)動成績提供了理論依據(jù)。同時本研究還發(fā)現(xiàn)，因地圖類型是影響選手注視策略的關(guān)鍵因素，在進(jìn)行識圖專項認(rèn)知訓(xùn)練中，應(yīng)充分考慮地圖類型的制約因素，培養(yǎng)運(yùn)動員采用正確的注視策略進(jìn)行地圖信息搜索。

3.4 定向運(yùn)動員視覺搜索注意分配的分析

在定向運(yùn)動的比賽中，運(yùn)動員對地圖信息的識別主要通過積極的視覺搜索來實現(xiàn)。在識圖過程中，運(yùn)動員需要在眾多的點(diǎn)狀符號、線狀符號和面狀符號等不同信息中排除無關(guān)信息的干擾，找出對路線規(guī)劃有幫助的地圖信息，進(jìn)而決策出正確的跑動路線[24]。這一過程實際上就是運(yùn)動員視覺搜索的注意過程，針對地圖信息進(jìn)行簡化與提取，通過合理的注意分配提取出有價值的信息。本研究在不同地圖類型和信息量條件下對不同水平運(yùn)動員的眼動數(shù)據(jù)進(jìn)行提煉，通過熱點(diǎn)圖的色彩呈現(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)，定向運(yùn)動員的運(yùn)動等級越高，地圖信息的注視面積越集中，關(guān)鍵區(qū)域的提取隨著定向運(yùn)動員水平的提高越顯著。專家運(yùn)動員表現(xiàn)出只對關(guān)鍵地圖區(qū)域（如路的拐角、山谷、山背、岔路口）等有幫助識別地圖的信息進(jìn)行關(guān)注，注視區(qū)域較為集中。這說明，專家定向運(yùn)動員能夠?qū)Φ貓D的地物和地貌信息進(jìn)行簡化，達(dá)到定向運(yùn)動導(dǎo)航的目的，采用了規(guī)劃注意來避免達(dá)到注意資源的需求峰值的策略，從而降低了對地圖的注意需求。相關(guān)領(lǐng)域的研究已表明，優(yōu)秀運(yùn)動員多采用有效的注意分配以及不同層次的注意投入來降低復(fù)雜多變的情境中的任務(wù)負(fù)荷，從而提高決策效率。中等水平組對關(guān)鍵信息區(qū)域表現(xiàn)出了一定的關(guān)注度，具有一定的趨向性，但與專家組選手比較，視覺注意還較為分散，除對關(guān)鍵信息關(guān)注外，對終點(diǎn)區(qū)域也比較關(guān)注，這表明中等水平組需要反復(fù)對終點(diǎn)區(qū)域信息進(jìn)行提取和識別，對地圖信息的有效記憶能力較差。新手組關(guān)注信息量大，且無規(guī)律可尋，沒有對關(guān)鍵信息和無關(guān)信息進(jìn)行合理的視覺注意分配，更多的關(guān)注于起點(diǎn)區(qū)域，這與新手對起點(diǎn)區(qū)域的依賴和地圖信息讀取效率息息相關(guān)。本研究表明，專家運(yùn)動員對關(guān)鍵區(qū)域注視集中或?qū)﹃P(guān)鍵信息點(diǎn)注視集中，善于利用關(guān)鍵的地圖信息進(jìn)行決策，專家運(yùn)動員表現(xiàn)出“簡潔、集中”的注意分配特點(diǎn)，而新手的注視行為較為分散。

3.5 認(rèn)知負(fù)荷對視覺搜索的影響

地圖類型和信息量制約著不同水平定向運(yùn)動員的路線決策能力。隨著任務(wù)難度逐漸增大，個體的決策能力下降。任務(wù)難度越大，信息量越大，注視頻率越低，注視時間越長，眼跳距離越大，專家組和中等水平組與新手組眼動距離、注視頻率差異顯著?？梢姡诟哒J(rèn)知負(fù)荷條件下受試者的視覺搜索效率都受到了很大的影響。這說明，認(rèn)知負(fù)荷制約著運(yùn)動員的視覺搜索加工效率與任務(wù)決策能力。已有研究認(rèn)為，工作記憶是一種影響視覺搜索與認(rèn)知決策的重要因素[6]。在定向識圖的認(rèn)知決策中，隨著認(rèn)知負(fù)荷的增加，運(yùn)動員不僅僅要記住需要搜索的場景目標(biāo)，還要對地圖信息與大腦中先前所記憶的信息進(jìn)行比較加工，這一過程實質(zhì)上是一個完整的認(rèn)知加工過程，定向運(yùn)動員視覺搜索能力的差異可能是由工作記憶造成的[5]。因此，在未來定向運(yùn)動員的識圖研究中，應(yīng)充分考慮工作記憶的儲存容量和對信息的提取能力對定向運(yùn)動員識圖視覺搜索效率的影響。

4 小結(jié)

1. 在識圖過程中，地圖類型與信息量制約著定向運(yùn)動員的視覺搜索與路線決策能力。

2. 在識圖過程中，新手組表現(xiàn)出注視次數(shù)多、眼跳距離大、注意分配傾向于在起點(diǎn)與終點(diǎn)之間進(jìn)行搜尋，注視行為是分散的，未形成有效的搜索模式；優(yōu)秀運(yùn)動員表現(xiàn)出注視次數(shù)少、眼跳距離小、注視行為“簡潔、集中”的眼動特點(diǎn)，具有“自上而下”的目標(biāo)任務(wù)注意特征。

3. 簡單地圖條件下，中等水平組與專家組運(yùn)動員趨向于從起點(diǎn)開始搜索的正向思維策略；復(fù)雜地圖條件下，專家組運(yùn)動員改變了搜索策略，趨向于從檢查點(diǎn)開始的逆向思維策略。

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Study on Visual Search Characteristics of Orienteers in the Process of Map Reading

LIU Yang1, HE Jin-peng2

1. Xi'an University of Technology, Xi’an, 710048,China; 2. Northeast Normal University, Changchun, 130024, China

The subjects including 44 different-level orienteers (experts-level, middle-level and novice-level) were evaluated with dual-task paradigm of map and type information and eye-movement recording technique, which explores the visual search characteristics of different-level orienteers affected by different cognitive loads, so as to provide the theoretical basis for scientifically formulating training programs. The results showed that 1) The map type and the amount of information restricted the ability of visual search and route decision of different-level athletes. 2) In the process of map reading, the novice group showed the search characteristics of many fixation times and big saccade distance, and the visual attention tended to search among points. The fixation behavior was scattered, and no effective searching characteristic was formed；As the level rises, the excellent orienteers showed the eye-movement characteristics of few fixation times, small saccade distance, and “concise and centralized” fixation behavior, with “top-down” attention feature of target task. 3) under the condition of simple map, the middle-level group and the expert group tended to forward thinking strategy which began from the starting point; under the condition of complex map, middle-level group tended to forward thinking strategy which began from the starting point, while expert group tended to backward thinking strategy which began from the control points. Suggestions: In the training process of different-level orienteers, the factors of the map type and the amount of point information should be considered; and in the course of training orienteers, the special training of map searching ought to be emphasized.

G804.8

A

1002-9826(2018)04-0120-09

10.16470/j.csst.201804014

2018-01-25；

2018-06-06

教育部人文社會科學(xué)研究青年基金項目（16YJCZH063）

1.劉陽,男,副教授,博士,碩士研究生導(dǎo)師,主要研究方向為運(yùn)動與注意、記憶、決策的認(rèn)知關(guān)系, E-mail: 281370538@qq.com; 2.何勁鵬,男,教授,博士,博士研究生導(dǎo)師,研究方向為體育人文社會學(xué), E-mail:1324639048@ qq.com。