VR 技術(shù)在青少年男子足球運(yùn)動員戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練中的應(yīng)用研究

孔凡明，米 靖，馬 杰

加快青少年校園足球發(fā)展是夯實(shí)足球人才根基，提高足球發(fā)展水平和成就中國足球夢想的基礎(chǔ)工程[1]。這一工程涉及足球青訓(xùn)的選材、訓(xùn)練、競賽以及管理等。受場地匱乏、經(jīng)費(fèi)欠缺等因素的限制，戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練一直是我國足球青訓(xùn)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。此外，傳統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練既需要較大的場地，又需要多名運(yùn)動員共同參與，同時對運(yùn)動員的技術(shù)水平要求較高，這都導(dǎo)致在訓(xùn)練實(shí)踐中青少年戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練舉步維艱，迫切需要一種新型的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練方式。

近些年虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展為這一思路提供了靶點(diǎn)，所謂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality，VR)，一般指綜合利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、多媒體、人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、并行處理和多傳感器等方面的技術(shù)。該技術(shù)通過模擬人的視覺、聽覺和觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，并能夠通過語言、手勢等自然方式與之進(jìn)行實(shí)時交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間[2]?；诖?，本研究以VR 足球戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練為切入點(diǎn)[3]，采用VR Focus 一體機(jī)并搭配適用于青少年群體的巴塞羅那Ekkono 戰(zhàn)術(shù)部分訓(xùn)練場景，讓不同年齡段的青少年運(yùn)動員在虛擬環(huán)境中進(jìn)行模擬訓(xùn)練，通過對比不同年齡段青少年在VR 訓(xùn)練后的戰(zhàn)術(shù)表現(xiàn)，揭示VR 訓(xùn)練對青少年足球運(yùn)動員戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的效果，探討不同年齡段青少年訓(xùn)練效果的差異及其機(jī)制，進(jìn)一步豐富足球戰(zhàn)術(shù)教學(xué)與訓(xùn)練手段，以期為我國青少年足球戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練與教學(xué)提供參考與借鑒。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取北京市兩所中小學(xué)足球特色校48 名青少年男子足球運(yùn)動員為實(shí)驗(yàn)對象。相關(guān)研究指出[4]，由于視覺、手眼協(xié)調(diào)能力和平衡能力尚未發(fā)育成熟，年齡較小的兒童不適用VR。故本研究小學(xué)組受試者選取小學(xué)四、五年級(10～12 歲)。初中組選擇初二、初三年級，高中組選擇高一、高二年級作為受試對象。為達(dá)到一定的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，α 為0.05，Power(1 -β)為0.8，每組至少需要8 個樣本[5]。因此，本研究從每支球隊(duì)中隨機(jī)抽出實(shí)驗(yàn)組和對照組各8 名運(yùn)動員，入選標(biāo)準(zhǔn):(1)自愿參與本次實(shí)驗(yàn)；(2)所有受試者《瑞文推理測驗(yàn)[6]》的結(jié)果均為中等水平以上，以排除智力因素對實(shí)驗(yàn)效果的影響；(3)同一年齡組的受試者來自同一支足球隊(duì)，以排除訓(xùn)練因素的影響。實(shí)驗(yàn)前告知所有受試者研究目的和注意事項(xiàng)，并簽署知情同意書。受試者的基本情況見表1。

表1 受試者的基本情況()Table 1 Basic information of the subjects

表1 受試者的基本情況()Table 1 Basic information of the subjects

1.2 研究方法

1.2.1 戰(zhàn)術(shù)知識系統(tǒng)測試

本文運(yùn)用楊紅軍[7]編制的戰(zhàn)術(shù)知識測試系統(tǒng)(已通過信度和效度檢驗(yàn))進(jìn)行相關(guān)測試，測試題目難易程度適中，測試模擬場景具有較強(qiáng)的直觀性和生動性，測試過程具備科學(xué)性和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)適用于10～20 歲年齡段的青少年，其測試結(jié)果基本反映了受試者戰(zhàn)術(shù)知識的掌握程度。本研究選取該套測試系統(tǒng)分別在VR 干預(yù)前后各測試一次。在正式測試前給受試者反復(fù)、多次講解測試方法和要求，并將例題給受試對象播放3～5 遍，以確保受試者正確理解測試方法與要求。

1.2.2 Ekkono 戰(zhàn)術(shù)測試

為了更為直觀地驗(yàn)證受試者在VR 訓(xùn)練前后戰(zhàn)術(shù)能力的變化情況，本研究在VR 干預(yù)前后還選用Ekkono 戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)測試(以下簡稱Ekkono 測試)并全程錄像，聘請5 位專家通過觀看視頻錄像并根據(jù)相關(guān)評分標(biāo)準(zhǔn)以專家評分的形式進(jìn)行評分，包括1 名足球訓(xùn)練領(lǐng)域的教授、3 名足球校隊(duì)教練和1 名Soccer Dream 公司的技術(shù)研發(fā)人員。Ekkono 戰(zhàn)術(shù)評分標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容包括“是否在自己的區(qū)域內(nèi)跑動”“是否追著球跑”以及“是否保持菱形站位”3 個環(huán)節(jié)，每1 環(huán)節(jié)的分值均為10 分，總分共計(jì)30 分。該評分標(biāo)準(zhǔn)的每1 環(huán)節(jié)的分值均設(shè)置為0 分、5 分和10分3 個分值。另外，為進(jìn)一步增強(qiáng)評分?jǐn)?shù)據(jù)的客觀性，在專家評分前，筆者利用PS 軟件對相關(guān)視頻錄像進(jìn)行了視頻剪輯與篩選，保證每一指標(biāo)的有效視頻樣本(視頻拍攝角度恰當(dāng)且時長＞8 s)在5 個以上，并取其平均值作為最終成績。

1.2.3 心理量表測試

干預(yù)前，為排除智力因素對VR 戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練效果的影響，采用《瑞文推理測驗(yàn)》[6]對48 名受試者進(jìn)行智力篩查。該量表共發(fā)放48 份，回收量表48 份，有效量表48 份，有效回收率100%。

干預(yù)后，為比較分析不同組別受試者進(jìn)行VR訓(xùn)練時的沉浸傾向以及進(jìn)行VR 訓(xùn)練后的興趣高低，讓其分別填答中文版《沉浸傾向問卷》(簡稱ITQ)[8]和《體育情境興趣量表》(簡稱PESIS)[9]。本文采用的是田雨[10]改編的中文版《沉浸傾向問卷》，改編后的問卷適合于測量網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、虛擬游戲等虛擬環(huán)境中的沉浸傾向。此量表共發(fā)放24 份，回收量表24 份，有效量表24 份，有效回收率100%。本研究選用張力為[9]等人修訂的中文版《體育情境興趣量表》，修訂后的PESIS 量表包括新穎性、挑戰(zhàn)性、注意力、探索性、愉悅感以及總體興趣6 個維度，各維度和總表的內(nèi)部一致性克隆巴赫α 系數(shù)均達(dá)到了0.80 以上[9]，此量表共發(fā)放24 份，回收量表24 份，有效量表24 份，有效回收率100%。

1.2.4 實(shí)驗(yàn)方案

對照組:按照各隊(duì)教練員制定的訓(xùn)練計(jì)劃進(jìn)行傳統(tǒng)的體能訓(xùn)練和技戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。

實(shí)驗(yàn)組:實(shí)驗(yàn)組在進(jìn)行傳統(tǒng)訓(xùn)練之余，運(yùn)用兩臺HTC VIVE 公司提供的VR Focus 一體機(jī)(型號為VIVE S110)進(jìn)行10 次VR 訓(xùn)練。本研究選用該設(shè)備主要基于以下三方面考慮:第一，該設(shè)備采用Inside-Out 追蹤、World -Scale 大空間定位以及超高清3K AMOLED 屏幕等技術(shù)，可生成高度真實(shí)的虛擬環(huán)境；第二，該設(shè)備體積較小且攜帶方便，使用時無需連接手機(jī)或電腦，可以隨時隨地進(jìn)行體驗(yàn)，且能夠?qū)崿F(xiàn)受試者在操作過程中身體的六自由度旋轉(zhuǎn)移動；第三，基于該設(shè)備采用人體工學(xué)設(shè)計(jì)且內(nèi)建防潑水襯墊，使用時佩戴舒適。軟件由西班牙Soccer Dream 公司依據(jù)Ekkono 戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。相關(guān)研究已經(jīng)證明[3]，該軟件適用于我國小學(xué)四至六年級的足球運(yùn)動員，并有效地提高了其戰(zhàn)術(shù)能力。該軟件共包含兩種訓(xùn)練模式。其中，第一種訓(xùn)練模式為四攻三陣型(1—3 VS 3)，第二種模式為五攻四陣型(1—2—2 VS 2—2)。

VR 戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的具體過程包括如下兩步:第一步，讓受試者熟悉VR 操作。在正式訓(xùn)練之間，受試者會在軟件提示語的指引下，熟悉虛擬場景內(nèi)的球場概況(如場地大小和球門的位置等)，并基本掌握跑動、傳球以及進(jìn)球射門等動作。軟件運(yùn)行過程中，當(dāng)運(yùn)動員(即受試者)無球時，屏幕中始終會有一個紅色小點(diǎn)代表運(yùn)動員的視野朝向(以下簡稱紅色小點(diǎn))；當(dāng)運(yùn)動員持球時，屏幕中的紅色小點(diǎn)則會變成“小足球”標(biāo)志。運(yùn)動員跑動時需要受試者將紅色小點(diǎn)看向地面，同時按下扳機(jī)鍵即可完成跑動動作；傳球時需要受試者將“小足球”瞄向隊(duì)友的身體(最佳位置為隊(duì)友的胸口處)，同時按下扳機(jī)鍵即可完成傳球動作；射門時需要受試者帶球至球門附近區(qū)域，當(dāng)受試者滿足射門條件時，球門附近會顯示出一個白色方框，此時受試者將“小足球”瞄準(zhǔn)球門位置即可完成射門動作。第二步，受試者正式進(jìn)行VR 戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。當(dāng)受試者基本熟悉了上述操作以后，便開始進(jìn)行正式的VR 戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。

1.2.5 實(shí)驗(yàn)步驟

相關(guān)研究指出[11]10～12 歲的青少年注意穩(wěn)定性大約維持25 min 左右，13～15 歲的青少年可保持30 min，16 歲以上的青年人可保持35 min 左右。此外，青少年尤其是小學(xué)生的注意穩(wěn)定性[12]和運(yùn)動興趣穩(wěn)定性[13]相對較差，對新興事物難以長時間保持較高的興趣，容易因新異刺激而轉(zhuǎn)移[14]，且容易產(chǎn)生厭煩甚至是排斥心理。因此，為了讓不同年齡組實(shí)驗(yàn)對象均在注意力高度集中的狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)施步驟為:受試者每周進(jìn)行3 次VR 訓(xùn)練，一般隔日進(jìn)行，每次持續(xù)10 min，共計(jì)10 次。其中，前2 次測試是讓受試者熟悉并學(xué)會如何操控VR 設(shè)備，第3～5 次進(jìn)行第一種模式訓(xùn)練，第6～8 次進(jìn)行第二種模式訓(xùn)練，剩余兩次采用兩種訓(xùn)練模式交叉進(jìn)行訓(xùn)練。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

統(tǒng)計(jì)分析軟件選用SPSS 24.0。描述性統(tǒng)計(jì)以均值± 標(biāo)準(zhǔn)差()或百分比(%)的形式表示。變化率(%)=(后測得分—前測得分)/前測得分×100%。均數(shù)經(jīng)S—W 檢驗(yàn)后不符合正態(tài)分布，故干預(yù)前后的均值變化用非參數(shù)檢驗(yàn)中兩相關(guān)樣本W(wǎng)ilcoxon 秩和檢驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。組間差異用多個獨(dú)立樣本Kruskal—Wallis 秩和檢驗(yàn)比較，并使用兩獨(dú)立樣本Mann—Whitney U 秩和檢驗(yàn)比較兩兩差異。顯著性水平設(shè)為P＜0.05。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同年齡組青少年Ekkono 測試和戰(zhàn)術(shù)知識得分比較

表2 顯示，干預(yù)前，各年齡組的Ekkono 測試得分和戰(zhàn)術(shù)知識得分存在顯著性差異(P＜0.05)。小學(xué)組Ekkono 測試和戰(zhàn)術(shù)知識得分明顯低于初中組和高中組，有顯著性差異(均P＜0.05)，而初中和高中之間不存在顯著性差異。

表2 干預(yù)前不同組別Ekkono 測試和戰(zhàn)術(shù)知識得分情況()Table 2 Ekkono test and tactical knowledge scores of different groups before intervention

表2 干預(yù)前不同組別Ekkono 測試和戰(zhàn)術(shù)知識得分情況()Table 2 Ekkono test and tactical knowledge scores of different groups before intervention

注:“*”表示P ＜0.05，“—”表示P ＞0.05，下同。

2.2 干預(yù)前后各組Ekkono 測試和戰(zhàn)術(shù)知識得分比較

比較各年齡的實(shí)驗(yàn)組和對照組干預(yù)前后Ekkono 測試和戰(zhàn)術(shù)知識得分，僅小學(xué)實(shí)驗(yàn)組干預(yù)后的Ekkono 測試和戰(zhàn)術(shù)知識得分明顯增加(P＜0.05)，其他組別均不存在顯著性差異(表3)。

分別比較高中、初中和小學(xué)組的戰(zhàn)術(shù)知識得分和Ekkono 測試得分的變化率，小學(xué)實(shí)驗(yàn)組和對照組組間有顯著性差異(P＜0.05)，而初中組和高中組的組間無顯著性差異(表3)。

表3 Ekkono 測試和戰(zhàn)術(shù)知識得分情況()Table 3 List of Ekkono test and tactical knowledge scores

表3 Ekkono 測試和戰(zhàn)術(shù)知識得分情況()Table 3 List of Ekkono test and tactical knowledge scores

注:“*”表示P ＜0.05。

2.3 實(shí)驗(yàn)組沉浸傾向和體育情境興趣得分

由表4 可知，沉浸傾向得分，三組間存在差異(P＜0.05)。小學(xué)組明顯高于初中組和高中組(均P＜0.05)，而初中和高中之間不存在顯著性差異。三組間的PESIS 總得分存在差異(P＜0.05)。小學(xué)組明顯高于初中組和高中組(均P＜0.05)，而初中和高中之間不存在顯著性差異。從量表的各維度得分可以看出，三個年齡組的新穎性維度、注意力維度和挑戰(zhàn)性維度得分均無顯著性差異；而探索性維度、愉悅感維度和PESIS 總得分存在差異(P＜0.05)。兩兩比較后發(fā)現(xiàn)，小學(xué)組的探索性和愉悅感均明顯高于初中組和高中組(均P＜0.05)，而初中和高中之間不存在顯著性差異。

表4 實(shí)驗(yàn)組不同組別沉浸傾向得分和PESIS 得分情況()Table 4 List of immersion propensity scores and PESIS scores of different experimental groups

表4 實(shí)驗(yàn)組不同組別沉浸傾向得分和PESIS 得分情況()Table 4 List of immersion propensity scores and PESIS scores of different experimental groups

3 分析與討論

本研究表明，不同年齡組的戰(zhàn)術(shù)測試系統(tǒng)得分和Ekkono 測試評分有明顯差異，小學(xué)組最低。同時，小學(xué)組對VR 訓(xùn)練干預(yù)也更為敏感。干預(yù)后，小學(xué)組的戰(zhàn)術(shù)測試系統(tǒng)得分和Ekkono 測試評分均有明顯提高，且與對照組相比，提高幅度更大，而初中組和高中組無明顯變化。

皮亞杰的“認(rèn)知發(fā)展階段”理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)以及認(rèn)知發(fā)展是循序漸進(jìn)的階段性發(fā)展過程[15]。因此，學(xué)生所處的學(xué)段可能對學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生影響。學(xué)習(xí)者的起點(diǎn)能力[16]一般是指學(xué)習(xí)者已經(jīng)具備的，或是還缺乏的知識和技能，如先擁知識和技能、目標(biāo)知識和技能等。在足球戰(zhàn)術(shù)教學(xué)和訓(xùn)練中，學(xué)習(xí)者已經(jīng)具備的戰(zhàn)術(shù)知識或技能即為先擁戰(zhàn)術(shù)知識。本研究發(fā)現(xiàn)不同年齡組的Ekkono測試得分和戰(zhàn)術(shù)知識得分存在顯著性差異，小學(xué)組明顯低于初中和高中，即各組別的先擁戰(zhàn)術(shù)知識不同。戰(zhàn)術(shù)知識和戰(zhàn)術(shù)經(jīng)驗(yàn)是影響運(yùn)動員戰(zhàn)術(shù)能力水平的重要因素[17-18]，而足球戰(zhàn)術(shù)經(jīng)驗(yàn)的積累，主要來源于足球訓(xùn)練和比賽中戰(zhàn)術(shù)行為的直接體驗(yàn)[19]。與小學(xué)組相比，初中組和高中組的運(yùn)動員訓(xùn)練年限更長，參加比賽的數(shù)量更多，經(jīng)歷的戰(zhàn)術(shù)場景更復(fù)雜，積累的戰(zhàn)術(shù)經(jīng)驗(yàn)也更加豐富，所以其前測得分較高。

相關(guān)研究指出[20]，兒童已有的經(jīng)驗(yàn)體系是其進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)的基礎(chǔ)和必備條件，并會直接影響到新經(jīng)驗(yàn)的生成。所謂經(jīng)驗(yàn)的生成不僅是外界信息的簡單輸入，還需要對所輸入的信息進(jìn)行加工和重組，這種重組既可能有利于新經(jīng)驗(yàn)的再建構(gòu)，也可能有礙于新經(jīng)驗(yàn)的再建構(gòu)。目前VR 在體育領(lǐng)域的應(yīng)用尚不成熟，在足球戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練中的應(yīng)用仍處于起步階段。同時，由表4 可知，三個組別的挑戰(zhàn)性維度得分均較低，說明Soccer Dream 軟件難度相對較低，其訓(xùn)練內(nèi)容對于初中組和高中組運(yùn)動員來講已經(jīng)是他們先擁戰(zhàn)術(shù)知識的一部分，所以現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備很難在短期內(nèi)沖破其原有的戰(zhàn)術(shù)知識結(jié)構(gòu)。而小學(xué)組運(yùn)動員先擁戰(zhàn)術(shù)能力較差，或小學(xué)組運(yùn)動員戰(zhàn)術(shù)能力的“可訓(xùn)練性[21]”較高，這都可能是其戰(zhàn)術(shù)測試得分在短時期內(nèi)得以快速提高的重要原因。

4 結(jié)論與建議

(1)VR 訓(xùn)練能夠有效提高10～12 歲小學(xué)足球運(yùn)動員的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練效果。

(2)不同年齡段青少年運(yùn)動員在戰(zhàn)術(shù)知識、沉浸傾向以及對VR 訓(xùn)練的興趣等方面的差異可能是引起訓(xùn)練效果差異的原因。

(3)VR 戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練作為一種新型的輔助戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練形式，可當(dāng)做青少年足球運(yùn)動員理論學(xué)習(xí)和訓(xùn)練后的復(fù)習(xí)與回顧。它是傳統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練形式的有益補(bǔ)充，但并不能代替或取代傳統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。