体育科学
SPOTS SCIENCE
1998年 第18卷 第6期 No.6 Vol.18 1998科技期刊

选择生成性运动技能的信息加工层次
与认知编码策略的研究*
陈　敏(北京大学体育教研部，北京　100871)
　　摘要　运用认知心理学信息加工的理论与方法，从符号操作层次对运动技能获得和发展内在机制及认知编码策略进行研究。运动技能依据信息提取加工的不同层次可分为选择生成性和内在生成性两类。选择生成性运动技能信息加工具有层次性―获得、适应、扩展和匹配层次，并建立其信息加工层次的认知编码策略：获得层次精细加工编码策略；适应层次变异性编码策略；扩展层次高场干扰效应编码策略；匹配层次运动认知场线索整合与选择反应匹配编码策略。
　　关键词　运动技能学习　认知运动心理　信息加工层次　认知编码策略
Study on the Hierarchical Information Processing of Selective-production
Motor Skill And the Strategies for Cognitive Encoding
　　　　　　　　　　　　　Chen Min　　　　　　　　　1998，18(6):86
(Physical Education Department, Beijing University, 
Beijing, China　100871)
Abstract　With information processing theoretical methods in cognitive psychology, the purpose of this study is to approach the mechanism of motor skill acquisition and development and the strategies of cognitive encoding from symbol operate hierarchy. Study shows that according to deferent hierarchical retrieval processing, motor skills can be classified into two main categories of selective-production and internal-production. Analysis of selective-production motor skills suggests that its acquisition and development have a hierarchical property in information processing which lies in four hierarchies: acquisition, adaptation, expansion and match. Each of them has different strategies for cognitive encoding in information processing: elaborate-processing encoding in acquisition, variability in adaptation, high-contextual interference in expansion, and cues integration and response selection in match.
Key words　motor skill, learning, cognition, psychology, mental process, cognitive style, classification, human information processing
1　研究目的
　　为系统探讨运动技能学习的内在机制，研究运动技能获得和发展的信息加工特点，建立系统的技能学习加工模型及编码策略，本文对运动技能进行新的分类研究，并对选择生成性运动技能学习的信息加工层次、加工模型及认知编码策略进行研究。
2　研究方法
　　本文属基础理论研究，主要采用文献研究、专家调查和实验研究法。
3　结果与讨论
3.1　运动技能分类研究
3.1.1　运动技能分类综述
　　根据国内外运动技能研究文献，技能分类主要有以下7种：继续性、序列性与持续性运动技能；大肌群与小肌群运动技能；知觉性、运动性与知觉―运动性运动技能；封闭性与开放性运动技能；知觉优势与习惯优势运动技能；自我限定、混合限定与外部限定运动技能和输出―主导性、输入―主导性与认知性运动技能［1］［2］［3］。上述分类均未从信息加工过程所具有的属性来划分技能类型，延用现有的技能分类难以揭示不同类型技能学习和操作信息加工过程的特点，因而有必要对技能进行新的分类研究。
3.1.2　运动技能新的分类
　　根据信息加工理论的基本假设(信息描述、递归分解、流连续体、流动力学和物理实现)，将技能操作看作是一个由输入信息、执行操作和输出信息的流连续体，按技能操作过程所具有的递归分解属性，对技能操作的提取加工过程进行递归分解，依据其可递归分解的层次数量，将技能分为选择生成性与内在生成性运动技能。选择生成性运动技能是指技能操作时操作者必须根据对操作情境中有关刺激的认知整合进行快速决策，有选择地从技能群集中提取动作程序和选择运动参数，使技能操作最大限度地适应外部环境的变化和要求。如球类、击剑、摔跤、柔道、拳击等对抗性项目中的运动技能。内在生成性运动技能指技能的操作是直接从长时记忆中提取经最优化赋值的固定动作程序，使技能操作获得理想程序的最佳拟合。如体操、田径、游泳、跳水等项目中的运动技能。两类技能操作信息加工具有不同特点，选择生成性运动技能操作情境不稳定(不可预知)，主要对刺激和反应信息进行匹配编码，操作反应不固定，由整合线索的激活来进行选择性提取，运动操作依靠控制性加工和自动加工完成，技能操作水平主要取决于运动操作与运动情境的匹配程度。内在生成性运动技能，其操作情境相对稳定(可预知)，主要是对动作反应信息进行编码，操作反应相对稳定，采用内在线索的激活直接提取。在技能达到自动化后，运动操作由自动加工完成，技能操作水平主要取决于理想运动程序的拟合优度。两类技能在获得和发展过程中具有不同特点，选择生成性运动技能是通过对运动参数的排序、编码获得有效运动程序，并通过多样性练习修改、扩展运动程序，发展技能操作的适应性、多样性以及运动个体的认知能力。内在生成性运动技能是通过对运动参数进行最佳匹配获得运动程序，并通过重复练习修改程序、调试参数，发展技能操作的稳定性、同一性和持久性。两类技能的划分突破了过去只从技能的行为功能和生理功能层面对技能分类的传统模式，运用人与计算机类比的思想方法［4］和信息加工的研究范式，从心理或符号操作层次对技能进行的新的分类，因而它可为研究不同类型技能获得和发展的信息加工内在机制和有效编码策略提供路径。
3.2　选择生成性运动技能加工层次及模型研究
3.2.1　技能学习理论模型综述
　　现存以下3类理论模型：一般性描述模型，如Henry的记忆鼓理论、Cratty的三水平理论、Fitts-Posner的模型和Gentile的模型［3］；信息加工模型，如Welford的模型、Whiting的模型［4］、stalling的模型［5］、singer的模型［3］和Schmidt的模型［2］；控制性模型，如Bernstein的模型［6］、Adams的闭环理论［7］、运动方案控制模型、运动程序控制模型和运图式理论［2］。上述模型缺乏从符号操作层次及技能操作的复杂性，以系统整合观点，分类型、分层次对不同阶段学习发生机制以及技能获得与发展规律的揭示。
3.2.2　选择生成性运动技能学习信息加工理论模型的建立
　　根据描述人类认知活动的一般认知结构的理论模型［8］，建立选择生成性运动技能学习和操作信息加工的理论模型(图)。该模型涉及感觉贮存、知觉装置、记忆装置、动作产生器和运动效应器5个装置。技能的获得是上述装置系列加工的结果，其中，工作记忆中所进行的系列加工是技能学习发生的内在机制，生成子系统的符号操作是技能学习发生的物理实现。
3.2.3　选择生成性运动技能加工层次划分及其特点
　　层次划分：技能学习和操作是一个复杂的行为操作系统，可用简单部件的分层结构来描述。技能获得和提取是一个互逆过程，依据对技能提取过程信息加工的递归分解，提出技能获信息加工具有获得、适应、扩展和匹配4个层次。
　　层次特点：获得层次加工任务为陈述性知识向程序性知识转化，符号操作为运动程序编制与调试，行为功能为技能操作协调流畅并达到自动化；适应层次加工任务为刺激特征与反应特征的匹配，符号操作为对运动程序赋值，行为功能为技能操作的自适应性；扩展层次加工任务为运动程序的分化与技能群集的构建，符号操作为运动程序结构的修改，行为功能为技能操作的多样性；匹配层次加工任务为运动认知场线索整合与选择反应的匹配，符号操作为线索激活值与反应激活值的匹配与强化，行为功能为技能操作的有效性。

　　　　图　选择生成性运动技能学习和操作的信息加工模型
3.3　选择生成性运动技能信息加工的认知编码策略研究
3.3.1　获得层次―加工成分精细编码策略的实验研究
　　研究假设：在技能重复练习中，对操作任务的认知加工成分作额外性精细编码有利于技能操作水平的提高。
　　实验方法：男生20人，年龄20～23岁。根据操作任务的初测成绩均分为2组。采用视动反应仪(Acuvision 1000)进行视动反应操作，随机呈现光点，呈现速度为3速，数量60个。实验变量为正确反应次数和反应时。实验组完成操作练习+出声数点实验任务；控制组仅完成操作练习实验任务。实验程序为初测(操作任务和迁移任务)；练习12次；保持测验(间隔1天和6天)和迁移测验(随机～4速～60个光点)。
　　结果与分析：实验组的正确反应平均获得量(M=7.15，SD=3.30)优于控制组(M=5.95，SD=4.05)，差异未呈显著性(P>0.05)。实验组的反应时平均获得量(M=-3.08，SD=2.22)与控制组(M=-3.49，SD=1.67)之间差异呈显著性(P>0.05)。实验组间隔6天的反应时保持成绩(M=-0.49，SD=1.99)显著优于控制组(M=-1.64，SD=2.44)(T=2.48，P<0.05)。实验组间隔1天(M=1.90，SD=2.44)和间隔6天(M=10.95，SD=5.35)的正确反应迁移成绩显著优于控制组间隔1天(M=5.00，SD=5.56)和间隔6天(M=5.90，SD=3.28)的正确反应迁移成绩(P<0.05)。实验组和控制组间隔1天和6天的反应时迁移成绩无显著性差异。这说明加工成分精细编码策略对技能学习有一定的促进作用，但作用的大小与受到精细编码的加工成分对操作成绩影响的程度有关。在刺激呈现速度较慢时，视觉搜索速度对正确反应成绩影响较少，因而加工成分精细编码策略的效果不显著。随着刺激呈现速度的加快，视觉搜索速度成为影响正确反应成绩的重要因素时，实验组与控制组迁移测验的正确反应成绩呈现显著差异，这说明对影响技能操作成绩的加工成分进行精细编码有利于技能操作水平的提高。
3.3.2　适应层次―变异性编码策略的实验研究
　　研究假设：特定性编码方式有利于技能的获得，变异性编码方式有利于技能的保持和迁移。
　　实验方法：男生30人，年龄20～24岁。按受试的初测成绩均分成3组。视动反应操作任务为随机～3速～60个光点。实验变量同上。实验组1为刺激呈现方式变异练习组，实验组2为刺激呈现速度变异练习组，控制组为刺激恒定练习组。迁移任务1为随机～4速～60个光点，迁移任务2为有序～5速～60光点。
　　结果与分析：获得成绩。控制组优于两个实验组的趋势，实验组2的正确反应和反应时最大获得成绩与控制组间具有显著性差异。这说明练习条件相对恒定有利于技能的获得。结果为实验组1和实验组2间隔1天和6天的正确反应保持成绩均显著优于控制组，间隔6天的反应时保持成绩也显著优于控制组，这说明变异性编码有利于技能操作的保持，且对技能保持的积极影响随时间间隔的延长而增长。对于迁移任务1，实验组2的正确反应成绩显著优于控制组；对于迁移任务2，实验组1的成绩最好，实验组2的成绩次之，两者皆显著优于控制组。该结果表明：当变异性编码成分与迁移任务具有共同加工源时，变异练习具有更强的迁移能力。
3.3.3　扩展层次―场干扰效应编码策略的实验研究
　　研究假设：低场干扰效应编码有利于技能的获得，高场干扰效应编码有利于技能的保持和迁移。
　　实验方法：女生16人，男生4人，年龄20～24岁，按操作任务的初测成绩均分成2组。实验仪器同上。操作任务1为有序～3速～60个，任务2为随机～3速～60个，任务3随固～3速～60个。实验变量同上。实验组1为成组练习，18次练习顺序为任务1×6-任务2×6-任务3×6；实验组2为随机练习，18次练习顺序为1-2-3-1-3-2-3-1-2-3-2-1-2-1-3-1-3-2。实验程序同上。
　　结果与分析：成组练习组操作任务2和3的正确反应获得成绩显著优于随机练习组。成组练习组操作任务1和2的反应时获得成绩也显著优于随机练习组。该结果可用于支持低场干扰效应编码有利于技能获得水平的理论假设。随机练习组在操作任务1间隔6天的保持成绩与成组练习组之间有显著差异，其他维度未表现出显著差异。该实验结果未能完全支持随机练习有利于技能保持这一理论假设，今后有必要作进一步的研究与探讨。间隔1天和6天随机练习组正确反应的3种迁移成绩均显著优于成组练习组。间隔1天和6天随机练习组的任务1和间隔6天的任务3的反应时迁移成绩显著优于成组练习组。上述实验结果可用于支持高场干扰效应有利于技能迁移的理论假设。
3.3.4　匹配层次―运动认知场线索整合与选择反应匹配编码策略的实验研究
　　研究假设：专家与新手在完成快速运动决策操作任务上存在差异，其差异的来源主要在于所使用的认知编码策略的不同，专家在运动线索选择性和整合性编码以及整合性线索与选择反应匹配方面的能力强于新手。
　　实验方法：实验对象“专家组”为排球专业队运动员136人(男86人，女50人)。“新手组”为体育系排球选修大学生108人(男91人，女17人)。实验材料是剪辑重大排球比赛中成功的接发球进攻战例，制作2套测验，测验1为12个画面(端线拍摄)，测验2为16个画面(侧面拍摄)。每一画面3种定格(接发球队员垫球至最高点；二传手触球前1帧；二传传球出手后1帧)。定格时间为3秒。操作任务为快速判断二传传球线路。反应变量为判断二传传球线路的准确次数。实验程序为调查影响二传分球的因素；实施判断二传传球线路测验并报告判断时所使用的策略。
　　结果与分析：影响二传分球因素调查表明一传基本到位时，执行联络暗号概率为90.96%。影响二传分球的因素主要有一传起球的性能；进攻队员的技术水平及临场发挥状况；对方拦网队员的跑动、临场发挥和拦网效果。对于定格1，测验1的专家组准确判断成绩(M=5.30，SD=1.67)显著优于新手组(M=3.98，SD=1.66)(P<0.001)；对于定格2，专家组测验1(M=8.19，SD=1.69)和测验2(M=8.06，SD=1.59)的准确判断成绩均显著优于新手的测验1(M=5.68，SD=1.96)和测验2(M=6.57，SD=2.67)(P<0.001)；对于定格3，专家组测验1(M=10.65，SD=1.54)和测验2(M=9.94，SD=1.89)的准确判断成绩也均显著优于新手的测验1(M=8.40，SD=2.40)和测验2(M=7.99，SD=2.92)(P<0.001)。该结果说明专家在前线索加工能力方面占优势，他们能够选择较早出现的线索，对较少的可获得性信息进行有效的决策加工。对于较充分的刺激线索，专家的整合与匹配加工能力也显著优于新手。专家与新手利用线索判断调查结果表明：在使用线索方面专家与新手存在差异，专家更多地选择较早出现的刺激线索，并较多地使用前知识经验。新手则更多地使用较后出现的刺激线索。且较少利用前知识经验。在确定相关信息的重要性方面专家与新手存在差异。专家选择二传传球前的取位、跑动和一传的垫球性能为判断传球线路的重要线索。新手则选择进攻队员的站位和跑动以及二传传球的手型和姿势为判断传球线路的重要线索。上述结果可用于支持本实验的研究假设。
4　结论与建议
4.1　技能可依据信息提取加工可递归分解的层次属性划分为选择生成性和内在生成性两类。这两类技能在获得和提取加工过程中具有不同特点，这种特点能够揭示技能学习的内在机制，并为技能的获得和发展提供有效的路径。
4.2　选择生成性运动技能学习信息加工过程具有层次性―获得、适应、扩展和匹配层次。不同层次在信息的加工任务、符号操作和行为功能方面具有不同特点。选择生成性运动技能学习和操作信息加工模型可揭示技能学习的重要机制。
4.3　选择生成性运动技能学习信息加工层次的认知编码具有策略性，即获得层次的加工成分精细编码策略；适应层次的变异性编码策略；扩展层次的高场干扰效应编码策略和匹配层次的运动认知场线索整合与选择反应匹配编码策略。
4.4　在体育教学与运动训练中，可以根据对运动技能所属类型的分析以及技能学习发生的层次水平，确定技能学习与发展的有效路径。获得层次可利用操作成分精细加工方法促进技能的获得水平；适应层次可使用变化练习方法增强技能操作的适应性；扩展层次可使用随机练习方法发展技能群集的匹配水平和拓展技能操作的变通性；匹配层次可加强理论知识学习和视觉搜索策略与认知整合策略训练，发展学习者合理有效使用和加工信息的能力，提高运动操作中的快速决策效能。
5　参考文献
1　Oxendine, J.B. Psychology of motor learning. Second edition. Prentice-Hall, Inc, Englewood Cliffs, New Jersey. 1984.
2　Schmidt,R.A. Motor learning and performance. Human Kimetics Books Champaign, Illinois. 1991.
3　Singer, R.N. Motor learning and human performance: third edition. New York:Macmillan Publishing Co,Inc. 1980.
4　Whiting, H.A.T Overview of the skill learning process. Research Quarterly, 1972,43.226-294.
5　Stallings, L.M. Motor learning: form theory to practice.St Louis.The C.V.Mosby Co.1982,94-95
6　Bernstern,N. The coordination and regulation of movements.Elmsford,N.Y.:Pergamon Press,1976.
7　Adams,J.A. A closed-loop theory of behavior.Journal of motor behavior.1971,3.111-149.
8　章士嵘. 认知科学导论. 人民出版社，1992，第1版


1998―05―04收稿　责任编辑：詹　东
*北京体育大学博士论文，指导教师：马启伟教授。
作者简介：陈  敏，女，1964年11月出生，博士，讲师。
