先驗信息對足球守門員動作預(yù)測表現(xiàn)的影響及關(guān)鍵時間點

姬慶春,周成林

在足球比賽中,點球常常成為決定勝負的關(guān)鍵。在點球過程中,守門員扮演著唯一的防線角色。由于球員腳與球接觸到球飛越至球門位置只有約0.4 s[1],守門員需要提前預(yù)測球的方向,并在短時間內(nèi)做出救球動作[2-3]。因此,良好的動作預(yù)測能力對于守門員至關(guān)重要。

在過去的40年間,研究者對運動員的動作預(yù)測能力進行了廣泛研究,發(fā)現(xiàn)高水平運動員相比新手能夠利用對手在執(zhí)行動作期間展示的身體動力學(xué)信息(當前信息)來有效預(yù)測動作結(jié)果[4-5]。此外,先驗信息同樣起著不可忽視的作用[6]。例如,在2006年世界杯的一場點球大戰(zhàn)中,德國教練將總結(jié)了阿根廷球員以往射門偏好方向的紙條遞給了德國守門員,結(jié)果該守門員成功撲救兩球,幫助球隊獲勝。這種預(yù)先獲知的關(guān)于對手的先驗信息顯著提升了守門員的預(yù)測成功率。K?rding基于貝葉斯理論提出,運動員在動作預(yù)測過程中,會綜合考慮當前信息和先驗信息,以減少由于提前預(yù)測結(jié)果所造成的損失,提高動作預(yù)測的效率[7-8]。

當前,研究主要關(guān)注當前信息對動作預(yù)測的影響。例如,Causer等人采用時間阻斷技術(shù),從時間上對足球點球視頻進行阻斷,發(fā)現(xiàn)阻斷時間點越早,預(yù)測成績越差[9]。然而,這些研究忽視了先驗信息在動作預(yù)測中的重要作用[10-11]。Caal-Bruland和Mann指出,未來的研究需要重點考慮先驗信息的作用[12]。據(jù)此,一些研究者開始研究球員在比賽中的位置、比分或動作模式等先驗信息對動作預(yù)測的影響[13-14]。然而,很少有研究探討相對直接和實用的先驗信息,如對手射門偏好(Action Preference, AP)。此外,根據(jù)貝葉斯理論,預(yù)測結(jié)果還取決于當前信息和先驗信息的整合,隨著當前信息的衰減,個體會逐漸依賴先驗信息。因此,在動作預(yù)測過程中,守門員對這兩類信息的整合仍需進一步探討。

本研究旨在探究先驗信息對足球守門員和非運動員的動作預(yù)測表現(xiàn)的影響,并通過時間阻斷技術(shù)操縱當前信息量,研究守門員對先驗信息和當前信息的利用情況,確定其對先驗信息依賴程度最大的時間點,并提出以下假設(shè):先驗信息會影響足球守門員的動作預(yù)測表現(xiàn),且當前信息量越少,先驗信息的影響程度越大。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取20名男子足球守門員作為專家組,24名無運動經(jīng)驗的普通男性大學(xué)生作為對照組,年齡為18～23周歲。其中專家組招募于江蘇省和上海市部分高校高水平足球隊,運動等級為國家二級及以上,訓(xùn)練年限在6年及以上,且每周訓(xùn)練天數(shù)不少于4天;對照組除一般公共體育課外,未經(jīng)過橄欖球、足球等運動項目的專業(yè)訓(xùn)練,且偶爾或未觀看過相關(guān)的球類比賽。所有被試身體健康狀況良好,無精神類疾病,視力或矯正視力正常,均為右利手和右利腳,實驗結(jié)束后給予一定的金錢獎勵。參與實驗前,被試均簽署了知情同意書。本研究已通過上海體育大學(xué)倫理委員會批準。

1.2 研究方法

1.2.1 刺激材料

實驗材料為以守門員視角錄制足球點球視頻,點球隊員為兩名高水平足球運動員(年齡24歲),均采用右腳射門。將Canon 1D(分辨率1 920×1 080,23幀/s)設(shè)備放置于標準足球球門的正中央,距離罰球點9.15 m,高度距離地面1.65 m,以模擬守門員的視角。每次錄制時,要求兩名球員A或B站在罰球點的右后方3.5 m處,助跑后將球踢進球門的4處位置(左上、右上、左下和右下),最終保留成功踢進4處位置的視頻。每名球員保留90段視頻,共180段視頻。

將所有錄制后的視頻進行后期處理:首先采用Adobe Premiere Software (Adobe Systems Incorporated, USA),將每段視頻以20幀/s轉(zhuǎn)換為連續(xù)圖片導(dǎo)出;然后采用時間阻斷技術(shù),選取3個時間點進行截斷,分別為腳球接觸幀(T-0):從起跑開始到腳球接觸為止(0 ms),共42幀,視頻時長為2 100 ms,作為當前信息量多的條件;腳球接觸前2幀(T-2):從起跑開始至腳球接觸前2幀(100 ms),共40幀,視頻時長為2 000 ms,作為當前信息量少的條件;腳球接觸前1幀(T-1):從起跑開始至腳球接觸前1幀(50 ms),共41幀,視頻時長為2 050 ms,作為當前信息量中的條件。然后,采用Photoshop (Adobe System Incorporated, USA) 對每幀圖片中球員的面部模糊化處理,以避免球員頭部和眼睛的移動方向提示射門方向信息,并將其統(tǒng)一裁剪成尺寸為1 024×576像素的圖片。最后,采用Matlab R2011a (MathWorks, USA) 將處理后的圖片轉(zhuǎn)換為.avi格式的視頻。

1.2.2 實驗任務(wù)和流程

實驗流程如圖1所示,要求所有被試參加3個階段的測試,包括前測、干預(yù)和后測,測試在同一間安靜的實驗室內(nèi)進行。實驗開始前,完成所有被試的招募,基于干預(yù)條件,分別將專家組和對照組隨機再分為兩組:動作偏向組(Action Preference group, APG)和無動作偏向組(No Action Preference group, NPG),其中專家組APG(GAPG)10人、專家組NPG(GNPG)10人、對照組APG(CAPG)12人、對照組NPG(CNPG)12人。干預(yù)階段,所有被試會觀看球員A和B的射門視頻,其中APG看到的A和B均有射門方向偏好(75%的視頻為向左射門),而NPG看到的A和B無射門方向偏好(向左和向右射門頻率均為50%)。被試在干預(yù)前和干預(yù)后完成動作預(yù)測任務(wù)。最后,被試需口頭報告在干預(yù)過程中,是否意識到了視頻中球員的射門偏向信息(是否外顯獲得了先驗知識)。3個階段測試在同一天內(nèi)按照前測、干預(yù)、后測的順序依次完成。

圖1 實驗流程圖

(1)前測。從180段視頻中選取48段(A球員和B球員各24段),其中兩名球員中的一位有射門方向偏好(75%的視頻為向左射門或75%的視頻為向右射門),而另一位沒有射門方向偏好(向左和向右射門頻率均為50%),兩位球員在被試間進行平衡。基于時間阻斷技術(shù),將每段視頻處理為3類:T-0、T-1和T-2,共得到144段視頻。每位球員的視頻作為一個組塊,包括72個試次,所有視頻隨機呈現(xiàn)。兩位球員組塊順序隨機,球員是否有射門動作偏向隨機,以排除由球員本身、練習(xí)效應(yīng)和身體動力學(xué)因素的干擾。

使用E-prime軟件(Psychology Software Tools, Inc., Pennsylvania, USA)呈現(xiàn)刺激并收集被試反應(yīng)的行為數(shù)據(jù),要求被試對呈現(xiàn)的阻斷視頻進行按鍵反應(yīng):“你認為球會飛向哪個方向?(向左按“z”鍵,向右按“m”鍵)”。要求被試既快又準地進行按鍵。每名被試在正式測試之前進行8次練習(xí)(球員A、B各4次,4個角各1次),練習(xí)視頻與之后測試及干預(yù)視頻均不相同,每個練習(xí)試次后向被試提供預(yù)測表現(xiàn)的反饋信息(正確率和反應(yīng)時),正式測試無反饋信息。

(2)干預(yù)。從剩余的132段視頻中選取24段視頻(球員A、B各12段)。在APG組中,A或B球員75%的視頻為向左射門(9段,3種時間阻斷點共27段),剩余25%的為向右射門(3段,3種時間阻斷點共9段);或相反方向,即向右射門占比75%,向左射門占比25%,射門偏向在被試間進行平衡。在NPG組中,所有視頻均無動作偏向,踢向兩個方向的比例均等(每個方向6段,3種時間阻斷點共18段)。每位球員的視頻作為一個組塊,包括36個試次,3種時間阻斷點視頻仍隨機呈現(xiàn)。兩位球員組塊順序隨機,在每個組塊呈現(xiàn)前,會告知被試接下來一組預(yù)測中的視頻為球員A或B。每段視頻呈現(xiàn)后,被試有足夠的時間對射門方向進行預(yù)測,預(yù)測結(jié)束后為被試提供反饋信息(射門的正確方向)。干預(yù)結(jié)束后被試需要完成一個問卷,測試被試是否習(xí)得了視頻中每名球員的動作偏向信息,所有被試答案均為已習(xí)得。

(3)后測。干預(yù)結(jié)束后,被試立即完成后測,后測與前測任務(wù)相同,此時所有被試經(jīng)過干預(yù)階段的學(xué)習(xí),已經(jīng)習(xí)得有關(guān)兩位球員的射門偏向信息,通過比較前后測動作預(yù)測成績的差異,以考察先驗信息的作用。前測-干預(yù)-后測的基本邏輯見表1,根據(jù)干預(yù)和測試是否存在偏向,可分為四種實驗條件。

表1 實驗條件分布情況表

1.2.3 實驗設(shè)計及數(shù)據(jù)分析

對本研究的2個假設(shè)分別進行驗證:以正確率和反應(yīng)時為因變量,(1)分別對專家組和對照組進行2測試時間(前測、后測)×2干預(yù)(APG、NPG)×2測試偏向(測試有偏向、測試無偏向)的重復(fù)測量方差分析,探究先驗信息是否影響專家組的動作預(yù)測成績,以及是否受到專項經(jīng)驗的調(diào)節(jié);(2)分別在3種當前信息量條件下,對專家組進行2測試時間×2干預(yù)×2測試偏向的重復(fù)測量方差分析,進一步考察先驗信息影響守門員動作預(yù)測的關(guān)鍵時間點。

2 結(jié)果

2.1 先驗信息對動作預(yù)測表現(xiàn)的影響及運動經(jīng)驗的調(diào)節(jié)作用

表2 4組被試在不同測試偏向條件和測試時間下的正確率描述統(tǒng)計結(jié)果 單位:ms

以反應(yīng)時為因變量,分別對專家組和對照組進行2測試時間×2干預(yù)×2測試偏向的重復(fù)測量方差分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),專家組各主效應(yīng)和交互作用均不顯著,主效應(yīng):P’s≥ 0.235;交互作用:P’s≥ 0.495。對照組測試時間×干預(yù)×測試偏向三階交互作用顯著(F(1, 22) =6.04,P=0.022,η2p=0.215),簡單效應(yīng)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),干預(yù)為無偏向、測試有偏向條件下(表4實驗條件③),對照組被試后測比前測的反應(yīng)速度更慢(P=0.007),其他條件下無顯著差異(P’s≥ 0.169)(表3)。

表3 4組被試在不同測試偏向條件和測試時間下的反應(yīng)時描述統(tǒng)計結(jié)果 單位:ms

2.2 當前信息量對先驗信息效應(yīng)的影響(關(guān)鍵時間點)

上述統(tǒng)計分析未能發(fā)現(xiàn)先驗信息對專家組守門員動作預(yù)測表現(xiàn)的影響,這可能與當前信息量有關(guān)。為了進一步探討專家組動作預(yù)測受先驗信息的影響,以正確率為因變量,分別在三種信息量條件下,僅對專家組進行2測試時間×2干預(yù)×2測試偏向的重復(fù)測量方差分析(圖2)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在T-2條件下(即腳和球接觸前100 ms),測試時間主效應(yīng)顯著,F(1, 18) =6.93,P=0.017,η2p=0.278,測試時間×干預(yù)×測試偏向三階交互作用顯著,F(1, 18) =5.81,P=0.027,η2p=0.244。簡單效應(yīng)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),干預(yù)為有偏向、測試有偏向時(表4實驗條件①),后測動作預(yù)測成績顯著高于前測(P=0.001),其他條件下無顯著差異(P’s≥ 0.280)。以反應(yīng)時為因變量的重復(fù)測量方差分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),三種信息量條件下,測試時間、干預(yù)和測試偏向主效應(yīng)以及交互作用均不顯著(主效應(yīng):P’s≥ 0.142;交互作用:P’s≥ 0.117)。

圖2 在三種當前信息量條件下(T、T-1和T-2),專家組前后測動作預(yù)測正確率的變化值(后測-前測)。NPG:干預(yù)無偏向組;APG:干預(yù)有偏向組。**代表前后測差異顯著的閾值為P =0.010。

3 討論

本研究通過比較專家組和對照組在獲取先驗信息前后動作預(yù)測表現(xiàn)的變化,并采用時間阻斷技術(shù)操縱當前信息量,考察了先驗信息對足球守門員動作預(yù)測表現(xiàn)的影響及關(guān)鍵時間點。結(jié)果表明,專家組在當前信息量最少的條件下,提前獲知的關(guān)于點球隊員射門偏向信息促進了其動作預(yù)測表現(xiàn);在當前信息量較多的兩類條件下,受先驗信息的影響并不顯著,而對照組無此差異。以上結(jié)果說明先驗信息可有效影響足球守門員的動作預(yù)測表現(xiàn),但會受到當前信息量的調(diào)節(jié),即只有在當前信息量較少時,才會依賴先驗信息輔助其動作預(yù)測過程。研究結(jié)果支持了貝葉斯理論和假設(shè)。

但與假設(shè)不一致的是,結(jié)果未發(fā)現(xiàn)先驗信息對守門員動作預(yù)測的干擾效應(yīng)。即先驗信息與當前信息不匹配時,專家組的動作預(yù)測成績并未顯著下降。但在對照組中出現(xiàn)了該干擾效應(yīng),當先驗信息與當前信息不匹配時,對照組的動作預(yù)測表現(xiàn)顯著下降,表現(xiàn)為其對先驗信息的依賴程度更大,而專家組則可以有效分辨不符合當前信息的先驗信息,更依賴當前信息進行動作預(yù)測,這與我們前期研究的結(jié)果是一致的[15]。高水平運動員在提取和加工對手身體動力學(xué)信息方面具備顯著的優(yōu)勢[16-17]。本研究進一步補充了前人關(guān)于運動員專家優(yōu)勢的結(jié)論,高水平足球守門員動作預(yù)測優(yōu)勢不僅依賴于對當前信息的有效提取,還能夠有效分辨當前信息和先驗信息的匹配性,并優(yōu)先采取加工當前信息的策略,以確保動作預(yù)測的正確率。

值得注意的是,在不區(qū)分當前信息量的條件下,當先驗信息與當前信息不匹配時,僅有對照組被試表現(xiàn)出動作預(yù)測正確率顯著受損。對照組被試缺乏相關(guān)專項訓(xùn)練經(jīng)驗,無法高效識別和提取點球隊員的身體動力學(xué)信息進行動作預(yù)測,只能依賴先驗信息進行預(yù)測,因此當先驗信息與當前信息不匹配時,對照組無法辨別,導(dǎo)致其預(yù)測正確率下降。而專家組僅在當前信息量最少的條件下,且與先驗信息匹配時,其后測動作預(yù)測表現(xiàn)相比于干預(yù)前顯著提高;但當先驗信息與當前信息不匹配時,其動作預(yù)測成績并沒有顯著下降,即使干預(yù)有偏向組后測時的按鍵傾向發(fā)生了變化。這表明守門員經(jīng)過長期專項訓(xùn)練,能夠有效整合先驗信息與當前信息[18-19],即使預(yù)先獲得了先驗信息,守門員仍會提取并加工當前對手的身體動力學(xué)信息,對兩類信息進行評估和權(quán)衡,一旦二者出現(xiàn)不一致,則優(yōu)先基于當前信息進行動作預(yù)測。動作加工的內(nèi)部模型理論指出[20],守門員大腦中儲存了大量的動作表征?；趯嶒灲Y(jié)果,我們推測,即使當前信息并不完整,守門員可基于動作表征匹配出完整的動作模式和結(jié)果,但當獲知額外的先驗信息時,他們會加工并整合這兩類信息,利用先驗信息幫助其提升動作預(yù)測表現(xiàn)。本實驗結(jié)果也否定了外顯信息對運動員動作技能自動化過程無影響或有不良影響這一論斷[21],即使先驗信息與當前信息不匹配時,守門員的動作預(yù)測成績也未出現(xiàn)顯著下降。該結(jié)果對于運動實踐具有重要啟示,對于經(jīng)驗豐富的高水平足球守門員,在賽季階段,賽前告知其關(guān)于對手球員射門偏向等先驗信息,能夠有效提升守門員的守門成功率,即使是不匹配的先驗信息,高水平足球守門員依然能夠保持高效的動作預(yù)測表現(xiàn)。本研究通過實驗證明了高水平足球守門員具有同時加工和權(quán)衡當前信息和先驗信息的能力。因此,在日常訓(xùn)練提升守門員對當前信息的提取效率之外,增加他們對先驗信息的利用能力,是提升其競技運動表現(xiàn)的有效途徑。

此外,研究還發(fā)現(xiàn)了當前信息量對先驗信息效應(yīng)的調(diào)節(jié)作用,即只有在點球隊員腳和球接觸前100 ms時,先驗信息會顯著提升專家組的動作預(yù)測表現(xiàn),而其他兩個時間點下,未出現(xiàn)該促進效應(yīng)。這一結(jié)果也證實了貝葉斯理論,即當前信息量越少,提前預(yù)測的風(fēng)險性越大,會越依賴先驗信息[8]。但本研究結(jié)果同時也發(fā)現(xiàn),當前信息和先驗信息不匹配時,即使在當前信息量最少的條件下,專家組的預(yù)測正確率并未出現(xiàn)顯著下降。該結(jié)果創(chuàng)新性的豐富了貝葉斯理論對專家優(yōu)勢的解釋,即高水平足球守門員動作預(yù)測的優(yōu)勢還包括了對與預(yù)測相關(guān)信息的整合[13],他們能夠高效辨別當前信息和先驗信息的匹配性,調(diào)整對二者的依賴程度。同時,該結(jié)果也補充了前人關(guān)于當前信息量和專家優(yōu)勢關(guān)系的結(jié)論[9, 22],僅能說明高水平運動員對當前信息的高效提取,無法更全面地揭示專家優(yōu)勢特征。另外,該結(jié)果也符合足球守門員的真實守門情境,為了及時完成撲球動作,他們需要提前預(yù)測來球的方向、速度等信息,本研究發(fā)現(xiàn)在點球隊員腳球接觸前100 ms時刻,先驗信息對專家組的效應(yīng)最大,這將大大有利于運動實踐,提示先驗信息能夠彌補由于提前預(yù)測而導(dǎo)致的當前信息不足引發(fā)的決策損失。

綜上所述,上述研究結(jié)果可為足球守門員的訓(xùn)練和比賽提供一定的啟示。教練應(yīng)充分了解每名球員的點球動作特征,尤其是那些具有點球方向偏好的球員,這種來自點球隊員的先驗信息可能會促進守門員在更短的時間內(nèi)對球路進行預(yù)測,從而為后續(xù)執(zhí)行撲球動作提供充分的時間保障,但仍應(yīng)訓(xùn)練其對當前信息和先驗信息匹配性的辨別能力,并且對當前信息的利用要優(yōu)于先驗信息。

4 結(jié)論

先驗信息能夠有效促進足球守門員的動作預(yù)測表現(xiàn),影響的時間點為點球隊員腳與球接觸前100 ms,當前信息量對先驗信息效應(yīng)存在調(diào)節(jié)作用,只有在當前信息較少的條件下,先驗信息的促進效應(yīng)最為顯著,但仍更優(yōu)先加工當前信息。而對照組無論信息量多少,都更依賴于先驗信息進行預(yù)測。