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第二章運動操作的測量 Chapter2TheMeasurementofMotorPerformance 一 應(yīng)用 例1 網(wǎng)球發(fā)球教學(xué) 測量操作特征來評價學(xué)生的技術(shù)掌握測量 發(fā)球成功與出界的數(shù)量 做標記計算球的落點 發(fā)球姿勢評價 例2 偏癱病人重新學(xué)走路測量 步數(shù)或距離 行走時的平衡和姿態(tài) 分析走時腿 軀干和手臂運動學(xué)特征 完成測量的兩個步驟 第一 明確有效的操作測量應(yīng)該測量操作的那些方面 第二 確定如何測量已選定的操作特征 二 討論 兩類操作測量 1 操作結(jié)果測量 指為了說明動作技能操作結(jié)果而進行測量 如 行走對距離 跑對速度和屈膝的角度數(shù)等 不足 沒有提供產(chǎn)生操作結(jié)果前肢體或身體行為對任何信息 沒有關(guān)于運動過程中參與工作的肌肉系統(tǒng)對活動信息 2 操作過程測量 為了說明在動作操作過程中運動控制系統(tǒng)某些方面的操作狀態(tài)而進行的一種動作技能操作測量 如 運動學(xué)特征 力量 肌電圖和腦電圖等 三 反應(yīng)時 ReactiontimeRT 1 定義 指從信號 刺激 發(fā)生到反應(yīng)產(chǎn)生之間的時間間隔 如在短距離游泳比賽中槍響到腳踏離跳臺 反應(yīng)時只與活動開始前的時間有關(guān) 圖2 1反應(yīng)時和運動時典型測試方法的過程及時間分段 2 反應(yīng)時的種類 TypeofRTSituation 簡單反應(yīng)時 simpleRTorA reaction 選擇反應(yīng)時 choiceRT 辨別反應(yīng)時 discriminationRT 1 簡單反應(yīng)時 指測試情景中只包含單一刺激并要求被試者做出單一反應(yīng)動作 這時所側(cè)的反應(yīng)時稱為簡單反應(yīng)時 亮燈松開按鍵 計時 起跑 2 選擇反應(yīng)時 指測試情景中包含兩個或兩個以上的信號 每個信號都要特定的反應(yīng)形式 這時測的的反應(yīng)時為選擇反應(yīng)時 如 紅燈 食指 藍燈 中指 綠燈 無名指 十字路口紅綠燈 選擇反應(yīng)時 3 辨別反應(yīng)時 指測試情景中包含兩個或兩個以上的信號 但被試者只需對其中的一個做出反應(yīng) 這時測得的反應(yīng)時為辨別反應(yīng)時 在辨別反應(yīng)時中同樣有兩個或兩個以上的刺激信號但與選擇RT不同的是它只對其中一個信號做出反應(yīng) 從刺激信號的數(shù)量來判斷是不是簡單反應(yīng)時 從做出的反應(yīng)的信號數(shù)量來判斷是不是辨別反應(yīng)時 3 反應(yīng)時的時間構(gòu)成 兩部分在刺激信號發(fā)出和肌肉活動開始之間存在一個時間間隔 這個間隔便是反應(yīng)時的第一部分 稱為前動作時 pre motortime 第二部分是從肌肉活動增加到外顯肢體動作真正開始之間的時距 稱為動作時 分段反應(yīng)時圖解說明EMG信號活動和動作前及動作部分的RT間隔之間的關(guān)系 圖2 8使用EMG記錄運動反應(yīng) 左側(cè)圖顯示反應(yīng)一時間設(shè)備以及放置EMG表面電極的位置 右圖顯示三個肌群的EMG記錄以及每次反應(yīng)的時間間隔 經(jīng)授權(quán)摘自Lee Wynne 1980 JournalofMotorBehavior 12 187 前動作時是測量神經(jīng)系統(tǒng)對外部環(huán)境信息加工并轉(zhuǎn)達到肌肉所消耗的時間 前動作時的產(chǎn)生很可能與動作準備過程中的認知決策活動有關(guān) 而動作時的間隔說明在外顯肢體運動產(chǎn)生之前存在的肌肉活動研究人員一致認為 這種肌肉活動說明肌肉在接到收縮指令后出現(xiàn)的收縮滯后現(xiàn)象 是由于克服肢體惰性而產(chǎn)生的 4 反應(yīng)時在研究中的應(yīng)用 1 用來測量開始指令動作速度的快慢 2 評價人對指定動作的動作形式和開始時間的預(yù)判斷 5 反應(yīng)時與動作時間和響應(yīng)時間在人對信號做出反應(yīng)的情景中 還有兩個操作量度可以作為評價依據(jù) 即運動時和響應(yīng)時 運動時開始于反應(yīng)時結(jié)束的同時 是動作從開始到結(jié)束的時間長度 響應(yīng)時是反應(yīng)時和運動時的總和 圖2 1反應(yīng)時和運動時典型測試方法的過程及時間分段 6 決策情景中應(yīng)用反應(yīng)時和動作時評估技能操作問題的實例 例1 足球前鋒接隊友的傳中球射門時出現(xiàn)了遲疑 原因 1 注意不夠 2 信心不足 3 動作太慢前兩種與反應(yīng)時有關(guān) 后一種與動作時有關(guān) 例2 在模擬器上學(xué)駕駛 突然 街道 上出現(xiàn)物體只能停車 是決策問題還是動作速度問題 反應(yīng)時 從物體出現(xiàn)到駕駛員的腳松開加速器 動作時 從松開加速器到接觸剎車踏板 如果反應(yīng)時增加運動時不變 原因只與注意力和決策有關(guān) 如果運動時改變說明與動作有關(guān) 四 誤差測量 1 定義 指把人在操作中出現(xiàn)的失誤次數(shù)作為一種操作量度 1 它可以用來評估以精確性為動作目標的技能 如伸手拿茶杯 沿指定路徑走等 這些技能需要時間和空間上的精確性 2 可以反應(yīng)操作的精準性 某些誤差測量可以為分析產(chǎn)生操作問題的原因提供必要的信息 可以跳高 跳遠和投擲等項目的步點準確來例子說明 教練或醫(yī)生可根據(jù)動作前后的一致性和偏差性來判斷外顯動作存在的問題 動作前后出現(xiàn)一致性問題說明基本技術(shù)動作掌握的不熟練 而偏差性問題說明操作者已經(jīng)掌握了技術(shù)動作 但對操作情景中的特殊要求的適應(yīng)能力較差 在康復(fù)訓(xùn)練中可用于設(shè)計和訓(xùn)練技能動作 在體育教學(xué)中如排球的傳接球技術(shù) 籃球的三步上籃技術(shù) 2 一維動作目標的誤差測量 在重復(fù)性的操作中 我們至少需要計算三種誤差才能評價出操作的準確性或找到導(dǎo)致準確性問題的原因 絕對誤差 指每次操作的實際成績與目標之間的絕對差異 將誤差值相加再除以練習(xí)次數(shù)得到絕對誤差的平均值 是操作準確性的整體指標 只以它來評價會隱藏關(guān)于錯誤操作誘因的信息 常誤 指操作成績偏離目標的量 通常用 或 進行標示 動作過程中出現(xiàn)失誤的原因有兩方面動作不足或動作過火 所以計算常誤對判斷人在技能操作過程中產(chǎn)生操作誤差的傾向具有重要的意義 計算方法與絕對誤差相同 可變誤差 指描述操作變異性 或一致性的 的誤差值 例子 上圖中薩姆出現(xiàn)的是一致性的問題 喬出現(xiàn)的是偏差性的問題 3 二維動作目標的誤差測量 當技能的操作結(jié)果同時要求垂直和水平兩個方向的準確性時 一維動作的評價就必須調(diào)整 二維測量情景中準確性的量度稱為半徑誤差 半徑誤差 計算x軸與y軸 及水平方向與垂直方向 形成的直角三角形的斜邊長度得到 計算步驟 測量誤差水平方向的長度 X軸 求出這個數(shù)的平方 測量誤差垂直方向的長度 Y軸 求出這個數(shù)的平方 將X軸和Y軸的平方相加求和 求和的平方根 圖2 3運用半徑誤差RE測量操作準確性的范例 操作任務(wù)是個體向圓形目標投擲飛鏢 投擲的目標是擊中圓形的中心 在圖中用 表示 個體擊中目標的位置用O表示 RE就是有X軸和丫軸圍成的直角三角形的斜邊 h 圖2 4個體每次反應(yīng)與目標之間的差異用均方根誤差 RMSE 計算 經(jīng)授權(quán)摘自Franks I M etal 1982 Thegenerationofmovementpatternsduringtheacquisitionofapursuittrackingtask HumanMovementScience 1 251 271 Copyrights1982Elsevier North Holland Amsterdam TheNetherlands 4 連續(xù)技能的誤差評估 連續(xù)技能的誤差測量中常用的一種誤差分數(shù)是均方根誤差 均方根誤差可以看成是連續(xù)性任務(wù)中的絕對誤差 選取連續(xù)技能特定時間段的操作曲線與目標曲線進行對比并計算出誤差值 五 運動學(xué)測量 kinematics 指不涉及力和質(zhì)量因素 而對運動進行描述 包括位移 速度和加速度 通常與生物力學(xué)測量結(jié)合實施 運動學(xué)的測量是以記錄技能操作中特定身體部位的運動軌跡為基礎(chǔ)的測量方法 屬于操作過程測量 1 位移 displacement 是描述肢體或關(guān)節(jié)在運動過程中空間位置變化的運動學(xué)量度 2 速度是描述物體特定時間內(nèi)位置變化率的運動學(xué)量度 用位移除以是時間便可以得到速度 3 加速度是描述運動過程中速度變化率的運動學(xué)量度 用速度變化量除以變化持續(xù)的時間 4 直線運動和角運動 1 直線運動指全部身體或操作對象沿直線在相等的時間內(nèi)運動相等距離 2 角運動也稱為轉(zhuǎn)動 指圍繞轉(zhuǎn)動軸進行的運動 角 角圖通常描述兩個鄰近身體部位的角度 對動作的描述更加準確和具體 圖2 6的角 角圖描述的是在跑步中大腿和膝關(guān)節(jié)的經(jīng)典步態(tài)關(guān)系圖形 所測的四個時相為蹬伸 支撐緩沖 對側(cè)角蹬伸 對側(cè)腳支撐緩沖 下圖顯示的是小腿切除者 注意 他們在支撐開始階段膝關(guān)節(jié)并沒有象熟練者那樣產(chǎn)生彎曲 圖2 6角 角圖顯示熟練跑步者 上圖 和三例肘一膝切斷手術(shù)患者 下圖 在跑步時膝 大腿之間的關(guān)系 圖中的縮寫同側(cè)支撐 IFS 同側(cè)騰空 ITO 對側(cè)支撐 CFS 對側(cè)騰空 CTO 表示跑步的四個組成部分 經(jīng)授權(quán)摘自Enoka R M etal 1978 Belowkneeamputeerunninggait AmericanJournalofPhysicalMedicineandRehabilitation 61 70 78 CopyrightsWilliams WilkinsCompany Baltimore Maryland 六 動力學(xué) kinetics 動力學(xué)是指在運動研究中對力的探討 運動學(xué)在不考慮運動產(chǎn)生原因的條件下對運動的描述 舉例 實驗室中將要進的測力板 七 肌電圖的測量 EMG 記錄激活開始和結(jié)束的時間 觀察肌肉激活記錄序列可以了解動作過程的協(xié)調(diào)性