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1、運動技能學習與控制Motor Learning & Control,任 杰,第一章 運動技能概述,一、 運動技能的定義,1、概念:,技能（skill）：經(jīng)過練習而獲得的完成某種任務的動作方式或心智活動方式。 運動技能（motor skill）:有特定操作目標，涉及自主身體或肢體運動的技能。 動作（action）:由身體/肢體運動產(chǎn)生的指向目標的運動。 運動（movement）:構(gòu)成動作或運動技能的肢體或肢體聯(lián)合的行為特征。,,2、高水平技能的特征,成功的可能性最大，準確性高 體能和心理能力的消耗最少 時間最短,3、運動技能的三種成份,姿勢成份為動作提供支持平臺。 身體的移動成份是身體和肢體移動

2、到動作位置。 操作成份產(chǎn)生動作。,二、運動技能的分類,連續(xù)性技能和非連續(xù)性技能 開放式技能和閉鎖式技能 大肌肉群運動技能和小肌肉群運動技能,,區(qū)分:連續(xù)性技能和非連續(xù)性技能,區(qū)分:開放式技能 和閉鎖式技能,,區(qū)分:大肌肉群運動技能和小肌肉群運動技能,,第二章 運動技能的測量,一、反應時,簡單反應時 辨別反應時 選擇反應時,,,,,二、誤差測量,1、一維動作目標的誤差,,,,,,,,,,,,,,,,,,,各種誤差的計算方法,Constant Error (CE): CE=（xi-T）/n Variable Error (VE): VE=(（xi-M）/n) -2 Total Variabilit

3、y (E): E2=VE2+CE2 Absolute Error (AE): AE=|xi-T|/n Absolute Constant Error (|CE|): |CE |,2、二維動作目標的誤差,,,,,,x,y,3、連續(xù)技能的誤差評估,,,,,RMSE,三、運動學方法,位移 速度 加速度 角度變化,四、動力學方法,力量（F，牛頓） 力矩,五、肌電圖（EMG）,直立姿勢的平衡控制,六、協(xié)調(diào)性,例如 兩關節(jié)（肢體）間的協(xié)調(diào) 多關節(jié)（肢體）間的協(xié)調(diào) 兩人間的協(xié)調(diào) 多人間的協(xié)調(diào),動作協(xié)調(diào)性,,,,,第一天,第三天,第二天,第四天,第三章 運動技能的控制過程,一、信息加工,1、基本過程,輸入,

4、人,輸出,,,2、信息加工的階段,刺激辨別階段 應答選擇階段 應答編程階段,,輸入,刺激辨別,應答編程,應答選擇,輸出,,,,,概念模型,3、反應時間和決策制定,反應時（reaction time, RT） 短跑起跑,乒乓球接發(fā)球,4、影響反應時間和決策制定的因素,刺激應答變化的數(shù)量 刺激應答相容性 練習的數(shù)量 預測 預測的好處 預測的開銷 預測的策略,,(ms),刺激數(shù)量與反應時間的關系,二、應激和激活下的決策績效,應激和激活是指由壓力所引起的興奮或激動水平。 倒“U”曲線,,,,低 喚醒水平 高,運動成績,倒“U”原則： 提高激活會提高績效，但只到某個水平。 激活水平再提高就會

5、降低績效。 需要高難度的決策和很好的運動控制的任務，它的最佳激活水平較低。 很少需要決策制訂或粗略的運動技能的最佳激活水平相對較高。 某些人比其他人更容易被激活。,,,,,,,不相關刺激 相關刺激 不相關刺激, ,A 注意過寬 B 理想注意 C 注意過窄,三、注意和績效,注意：信息加工容量的局限 任務間何時會發(fā)生互相干擾？ 刺激鑒別：平行的信息加工 應答選擇：自動的和受控制的加工 應答編程：動作的系列化組織,注意的資源理論,中心資源容量理論（central-resource theories） 人們完成各種活動時所需要的注意資源都源于同一個中心源。 多重資源理論（multiple-reso

6、urce theories）,,,,,,,任務A 任務B,,,心理不應期：對非常接近的兩個刺激的第二個刺激的應答中的延遲現(xiàn)象被稱為心理不應期（PRP），這是理解人類績效中的一個重要現(xiàn)象。,第四章 感覺的作用,一、感覺信息的來源,外部感覺 視覺 聽覺 觸覺 內(nèi)部感覺 本體感覺 運動感覺,二、閉合環(huán)路控制系統(tǒng),,目標 輸入,比較器,,效應器系統(tǒng),執(zhí)行系統(tǒng),,,,,,,,反饋,誤差,輸出,,刺激辨別 應答選擇 應答編程,,,,,,,,,,,,,,參照,,,,,,,,比較器,,,誤差,反饋,肌肉感覺 運動感覺 環(huán)境感覺,運動程序 脊髓 肌肉 動作 環(huán)境,,長時間的、連續(xù)的任務 短時的、非連續(xù)的任務

7、 動作技能的反射控制模型,M1應答： M2應答： 反應激發(fā)： 反應時應答：,30-50ms 50-80ms 80-120ms 120-180ms,,,,刺激鑒別 應答選擇 應答編程,,,,運動程序 脊髓 肌肉 動作 環(huán)境,,,,,,,,,,,,參照,,,,,,,,比較器,,,誤差,,,,,,,,,,M2,M1,視覺,視覺的兩個系統(tǒng) 中央視覺（central vision, foveal or focal vision） 外周視覺 (peripheral vision, ambient vision),,刺激辨別 應答選擇 應答編程,,,,,,,,,,,,,,參照,,,,,,,,比較器,,,誤差

8、,反饋,肌肉感覺 運動感覺 環(huán)境感覺,,,中央視覺,外周視覺,外周視覺與中央視覺,運動程序 脊髓 肌肉 動作 環(huán)境,視覺優(yōu)勢（Visual Dominance） 視覺捕獲（Visual Capture） 光流（視覺流，optical flow） 碰觸時間（Time to Capture） 平衡控制（Balance）,,,optical flow,,,,,,,眼球,移動目標,,,,,,,,固定目標,,,,,,,視覺與運動控制,視覺和手動瞄準 (vision and manual aiming tasks) 視覺和抓握動作(vision and prehension) 視覺和書寫(vision a

9、nd handwriting) 視覺和移動(vision and locomotion)： 視覺和從高出落下(vision and jumping from heights) 視覺和抓住動作(vision and catching) 視覺和擊打運動著的物體 (vision and batting in baseball and table tennis),視覺信息在手臂動作控制中的作用,本體感覺,本體感覺和動作控制 本體感覺（proprioception） 傳入神經(jīng)阻滯（deafferentation） 動物手術：切斷神經(jīng)傳導 神經(jīng)疾患者 神經(jīng)阻斷技術：捆扎 肌腱振動技術：振動器,肌腱振動技術

10、：振動器,動物手術：切斷神經(jīng)傳導,第5章 開放環(huán)路控制與運動程序,一、開放環(huán)路與閉合環(huán)路,目標 輸入,比較器,,效應器系統(tǒng),執(zhí)行系統(tǒng),,,,,,,,反饋,誤差,輸出,效應器系統(tǒng),執(zhí)行系統(tǒng),,,,輸出,目標 輸入,二、運動程序,反應時和動作復雜程度 傳入神經(jīng)阻滯實驗 手臂的機械制動實驗,,刺激辨別 應答選擇 應答編程,,,,,,,,,,,,,,運動程序 脊髓 肌肉 動作 環(huán)境,輸入,三、運動程序的修改,動作時間的變化 動作幅度的變化,第6章 復雜技能,,一、速度準確性技能,Fitts定律 速度準確性權(quán)衡（speed accuracy tradeoff）,二、抓握(prehension),三階段：

11、運達 抓住 操作 人造假肢的鍛煉,三、書寫（handwriting）,四、雙手協(xié)調(diào)(bimanual coordination),原先平衡被打破，建立新的更為牢固的平衡的非線性變化過程。同樣，這一過程也不可逆。,五、步態(tài)（gait）,第7章 個體差異和運動能力,個體差異：是人們在完成某些任務中表現(xiàn)出來的穩(wěn)定的持久的差異。 能力和技能 能力是指個體所具有的遺傳的、相對持久的、穩(wěn)定的特質(zhì)，存在于各種運動和認知技能之中。 技能是對特定任務的精通。,能力的種類,多肢體協(xié)調(diào) 空間定向 手指靈活性 手與手臂穩(wěn)定性 視敏度,反應時 移動速度 操作靈活性 機械資質(zhì) 運動感覺,可能有30多種，例如,一般結(jié)論 任

12、何技能歸因于幾個基本的運動技能。一個技能下，一些能力起關鍵的作用，而其他的作用較少。 兩個不同的技能有不同的潛在的能力類型。 兩個不同的技能可能又共同的能力。 疑問 促進還是限制？ 是否存在一般運動能力？ 是否存在運動學習能力？ 預測與選材,一、學習和績效 學習（learning）：由練習或經(jīng)歷而引起的，相對持久的技能績效的變化。 績效（performance）：在特定的時間和情境下某項技能的執(zhí)行水平。,第8章 運動技能學習概述,績效 是可以直接觀察到的行為 暫時的 可能不是練習的結(jié)果 容易受績效變量的影響,學習 是從績效中推斷出來的 相對持久的 是練習的結(jié)果 不受績效變量的影響,學習

13、是練習或經(jīng)歷的結(jié)果。 學習是內(nèi)在的變化。 學習難以直接測量，只能從績效的改變中加以推測。 學習是相對持久的變化。,強調(diào),二、技能學習過程中績效變化的主要特征,提高性 一致性 持久性 適應性,三、通過練習績效來評估學習,績效曲線,,績效曲線的四種趨勢,,,,,,,,,,,,,練習績效與學習的不一致 夸大或低估學習 練習的高原現(xiàn)象,,,,,,保持測試（retention tests）： 技能練習結(jié)束后間隔一段時間，再對技能進行測試。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,,,10組練習,保持測試,,

14、組合練習,隨機練習,反應時間,,,,,遷移測試（transfer tests）： 采用與練習不同的操作技能或者操作環(huán)境來測試個體的技能學習效果。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3,,,10組練習,3種遷移測試,,新方法,舊方法,擊中目標的次數(shù),動作協(xié)調(diào)性,,,,,第一天,第三天,第二天,第四天,四、運動技能的內(nèi)隱學習,點擊進入,第9章 學習的階段,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,練習,新方法,舊方法,擊

15、中目標的次數(shù),1、費茨和包斯納模型,認知階段（cognitive stage） 聯(lián)結(jié)階段（associative stage） 自動化階段（autonomous stage）,2、金泰爾的模型,最初的階段 后期階段,3、學習過程中的績效變化,變化的速度 練習的冪定律 動作協(xié)調(diào)性的變化 自由度的凍結(jié)與解凍 協(xié)調(diào)模式的變化 參與肌肉的變化（EMG） 能量消耗的變化,達到運動目標 空間目標 時間目標 視覺選擇注意力的變化 有意注意（無意注意） 發(fā)現(xiàn)和改正錯誤,4、不發(fā)生變化的操作特征,對感覺反饋的依賴性,5、對前景的預測,初期績效和后期績效間的相關,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,練習

16、時段,練習時段,績效,相關 R,第10章 學習的遷移,1、什么是學習的遷移,以前已經(jīng)學會的技能，對新技能學習或者在新的環(huán)境中操作該技能所產(chǎn)生的影響。 正遷移 負遷移 零遷移,2、遷移的重要性,技能學習的先后順序 指導方法 對訓練效果的評價,3、正遷移的發(fā)生,技能和情景構(gòu)成的相似性 需求程序的相似性 完成兩種技能或操作情景所需求的認知過程的相似性。,4、負遷移的發(fā)生,負遷移發(fā)生的情景 負遷移發(fā)生的暫時性,5、兩側(cè)遷移,發(fā)生在兩側(cè)肢體間的學習遷移 通過對一側(cè)肢體的訓練，使得另一側(cè)肢體的操作技能也得到提高。,第十一章、練習的組織,1、示范的含義,“百聞不如一見” 模型（modeling） 觀察學習（

17、observation learning）,一、 示范與口授,2、如何示范,新手和熟練者的示范 示范的時機和頻率 圖像和音頻示范,3、口授,口授與注意 言語線索與視覺的搜索策略 技能的內(nèi)隱學習和外顯學習,1、 練習的變異性,練習的變異性（practice variability）：練習者在技能練習過程中體驗到的動作特征和背景特征的變化。 固定練習法 變換練習法,二、 組塊練習和隨機練習,圖式理論認為練習形式變化多的比變化少的產(chǎn)生的學習效果更好。 在學習初始階段出現(xiàn)操作錯誤多的練習者比操作錯誤少的練習者最終的學習效果好。,練習變異性的實施,組塊練習（blocked practice） 隨機練

18、習（random practice） 序列練習（serial practice）,投籃練習,,背景干擾（contextual interference）：文脈、上下文 背景干擾效應的局限性 任務特征 學習者特征,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,,,10組練習,保持測試,,組合練習,隨機練習,反應時間,,,,,2、練習量和練習分布,過度學習（overlearning）：超過實現(xiàn)特定操作標準所需練習量以外的附加練習。 練習分布 集中練習 分散練習,三、整體和分解練習,略,第12章 追加反饋,,一

19、、反饋的種類,任務內(nèi)在反饋（task-intrinsic feedback） 技能操作時個體自然而然獲得的感覺信息 追加反饋（augmented feedback） 與技能操作相關的感覺反饋之外的附加信息。,二、追加反饋的作用,激勵作用 激勵練習者更加努力地練習 強化作用 對運動結(jié)果進行強化 提供信息作用 為練習者提供掌握正確動作，修正錯誤動作的大量信息 依賴效應（阻礙作用）,三、追加反饋的內(nèi)容,正確與錯誤 KR與KP 定性與定量 錯誤量的大?。◣Х?錯誤的追加反饋,帶幅反饋的設定方式,四、績效反饋的類型,言語KP 錄像 運動學特征 生物反饋,,五、追加反饋的時機,同步反饋 末端反饋 延遲反饋,,,,,試驗1 反饋 試驗2 ,,,,,測試間隔,(Swinnen et al. 1990),六、追加反饋的頻率,