不同觀察學習和身體練習比例對不同年齡者追蹤任務技能學習效果的影響

王曉波,章建成,李向東

1 前言

觀察學習是指學習者通過觀看他人行為及其強化性結果而習得新反應模式,或使已具有的行為反應模式得到矯正和完善的過程,它不僅是學習社會行為、培養社會價值觀念和社會態度的最有效方式[6],而且是運動技能學習的重要途徑之一[13,14]。

觀察學習在運動技能學習的各個階段都發揮著重要作用：學習之初,觀察學習有助于學習者在短時間內了解所學運動技能的基本特征,建立運動技能的認知表征(cognitive rep resentation）,激發學習者的學習興趣,對于游泳、體操等具有危險性的運動技能而言,觀察學習還有助于減少學習焦慮,提高學習積極性；學習期間,觀察學習不僅可以豐富教學手段,節省體力消耗,增強學習者的學習動機,而且,通過與示范動作的對比,有助于學習者糾正和完善自己的動作模式,提高技能水平；學習后期,觀察學習有助于學習者掌握技、戰術的合理運用,就連高水平運動員也常常通過現場觀摩和錄像觀摩的形式來了解對手的技、戰術特征,尋求制勝之策。因此,不少研究者們從觀察學習的角度探討如何促進運動技能學習效率的提高。

MacKay指出,運動技能學習既包括認知層面的學習,又包括肌肉層面的學習[12],觀察學習雖然可以獲得運動技能的時機控制信息、操作策略信息[7,11],在認知層面進行運動技能學習,但只進行觀察學習無法進行動作執行過程中的認知加工,無法直接使用本體感覺反饋信息對動作進行評價和控制[4],因而,運動技能觀察學習效果往往不如身體練習有效[14]。

Shea等人探討了觀察學習和身體練習結合的學習效應,發現50％觀察學習+50％身體練習的學習方案所獲得的運動技能學習效果好于100％的身體練習。研究者分析認為,該學習方案能獲得較好學習效果的可能原因是：首先,充足的觀察學習機會能夠讓學習者提取示范者通過錯誤嘗試獲得的多種有效操作策略和技巧,再結合足夠的身體練習機會,學習者便能夠將通過觀察提取的信息在操作過程中篩選、整合,獲得更為有效且適合自己的操作模式；其次,觀察學習和身體練習相結合的學習方式可以使學習者從不同的視角(第三者和自己）來學習動作,使得對運動技能的認知表征更為明晰、精確；第三,兩種學習方式的交替使用與只進行身體練習相比學習方式的多樣化更能激發學習者的學習動機,使其更為積極地參與到學習過程之中[21]。雖然 Shea等人的研究表明,50％觀察學習+50％身體練習的學習方案能夠更有效地促進運動技能學習,但其他的學習方案(例如25％觀察學習+75％身體練習、75％觀察學習+25％身體練習）與之相比所獲得的運動技能學習效果如何呢?國內、外運動技能學習領域未見有研究對此問題進行過探討。

眾所周知,年齡是個體重要的生物特征之一,不同年齡個體往往在認知加工能力、運動能力方面呈現出不同的特點。根據年齡發展的一般規律,進入青春期后,個體在信息加工速度、工作記憶、思維能力、加工復雜信息能力、決策速度、投擲準確性、運動速度等各方面的能力都有顯著提高[4,10,16]。Wishart等人探討了年齡對運動技能學習的影響,結果顯示,在時機任務的準確性和運動一致性方面存在年齡差異[22]；林仲賢等人研究發現,視覺-運動控制及運動距離預測能力存在年齡差異[2]。這些研究表明,年齡同樣是影響運動技能學習的重要因素。Shea等人對大學生運動技能學習方案的學習效應進行了探討[21],但與大學生相比,小學生、高中生使用50％觀察學習+50％身體練習的學習方案是否也能獲得較好的學習效果呢?小學生和高中生使用其他的學習方案是否能獲得更好的學習效果呢?國內、外學者同樣未對此進行研究。

有鑒于此,本研究使用計算機追蹤任務,以小學生、高中生以及大學生為研究對象,探討不同的觀察學習和身體練習比例對不同年齡者追蹤任務技能學習的影響,以期為體育教學與運動訓練實踐中不同年齡者獲得更高的學習效率提供理論支持。本研究的理論假設是不同觀察學習和身體練習的比例對不同年齡者追蹤任務技能學習有不同的影響。

2 方法

2.1 受試

本研究隨機抽取小學生(11.61±0.60歲）、高中生(16.89±0.57歲）、大學生(20.50±0.74歲）各36名(其中男、女生各18名）,然后將3組受試根據不同觀察學習和身體練習比例再分別劃分為3個小組(共計9組,每組男、女各6人）,所有受試均為沒有參加過類似實驗的志愿者。

2.2 實驗設計

實驗為年齡×學習方案的3×3雙因素被試間實驗設計。其中,年齡有3個水平：小學組、高中組、大學組；學習方案即觀察學習和身體練習的比例,分為3個水平：75％觀察學習+25％身體練習、50％觀察學習+50％身體練習、25％觀察學習+75％身體練習。因變量為受試在不同測試階段的操作績效(RMSE）。

2.3 實驗任務

實驗任務為計算機追蹤任務,受試面向計算機顯示器端坐,并調整鍵盤到舒適位置,屏幕上呈現高3 cm、寬0.1 cm的紅色長豎線和高1.5 cm、寬0.1 cm的黃色短豎線,程序開始后,紅色長豎線以5 cm/s的速度向左或向右勻速移動,并于第2.5 s、7.5 s、12.5 s反向改變原運行方向,而黃色短豎線以80 cm/s2的加速度隨機向左或向右移動,要求操作者用雙手食指分別敲擊鍵盤上的J鍵和 F鍵,控制黃色短豎線使其盡可能與紅色長豎線重疊(圖1）。

圖1 任務操作示意圖

由于運動技能學習的最終目的不僅僅要使所學技能在相同練習條件下保持較好的績效,更重要的是要將所學技能有效地遷移,在新異環境中保持較好的績效,也就是說,運動技能學習不僅要學到運動技能的具體特征,更重要的是學到運動技能的一般特征(general characteristics）,即一般運動程序(generalized motor program）[19],所以,本研究通過改變黃色短豎線的移動加速度這一參數設計了相應的遷移測試任務,以此來反映對追蹤任務技能一般運動程序學習的效果。在遷移測試任務中,黃色短豎線的移動加速度由80 cm/s2變為120 cm/s2,其他條件不變,同樣要求受試用雙手食指分別敲擊鍵盤上的 F鍵、J鍵,控制黃色短豎線盡可能與紅色長豎線重疊。

圖2 操作結果示意圖

2.4 示范錄像的制作

在運動技能觀察學習的研究中,通常采用兩種呈現方式,一種是錄像示范呈現方式,即預先將示范者的操作過程進行錄像,隨后讓學習者觀察示范錄像進行學習；另一種是現場示范呈現方式,即一人作為示范者進行現場操作,學習者直接對其操作過程和結果進行觀察學習。此外,示范者技能水平也有兩種：一種是學習型示范,即由不熟練的初學者進行示范；另一種是熟練型示范,即由經過長時間練習的熟練操作者進行示范。

已有研究顯示,對于初學者學習追蹤任務技能而言,學習型示范效果優于熟練型示范[1],而筆者前期的一項研究顯示,錄像示范和現場示范對初學者學習追蹤任務技能的影響沒有顯著性差異,因此,本實驗采用學習型錄像示范方式。

學習型示范錄像的制作：隨機抽取1名志愿者,告知其任務的操作要求,并進行兩次適應性練習后,要求其進行15次操作,攝像機攝下整個操作過程,將操作過程作為學習型示范錄像,錄像示范只呈現計算機顯示器、鍵盤和示范者手部動作(圖1）。

2.5 實驗步驟

實驗前,要求受試者在參加實驗期間除規定的練習外,不能進行類似的任務練習。實驗準備階段,向所有受試講解實驗任務的操作方法和基本要求,并進行兩次適應性練習后,進行了5次一組的基礎水平測試。

正式實驗共進行4天,不同年齡組受試分別在3種不同條件下進行計算機追蹤任務學習。第1～3天,75％觀察學習+25％身體練習組受試進行1組示范錄像(45次示范）的觀察學習,再進行3組(共計15次）身體練習； 50％觀察學習+50％身體練習組受試進行2組示范錄像(共計30次示范）的觀察學習,再進行2組身體練習(共計30次）；25％觀察學習+75％身體練習組受試進行1組示范錄像(共計15次）的觀察學習,再進行3組身體練習(共計45次）。第3天學習結束后,進行5次一組即刻測試,并于第4天進行5次一組的24 h后保持測試,然后立即進行5次一組的遷移測試。

2.6 測試指標

本研究的測試指標為兩豎線間距離的離散值 RMSE (其值越小說明操作績效越好）,測試過程中,計算機以20次/s的頻率自動采集數據,RMSE的計算公式如下(其中xi為某一時刻黃色短豎線的位置,Ti為同一時刻紅色長豎線的位置）：

2.7 統計方法

本實驗使用 SPSS 13.0中的雙因素方差分析對實驗數據進行統計分析,然后采用LSD法對各組數據的均值進行多重比較,顯著性水平定為α=0.05。

3 結果

3.1 即刻測試

對小學組、高中組、大學組受試3天學習后即刻測試績效進行雙因素方差分析顯示,年齡主效應非常顯著,F(2,99）=245.178,P＜0.01；學習方案主效應顯著,F(2, 99）=4.445,P＜0.05；年齡和學習方案交互作用顯著,F(4,99）=3.355,P＜0.05。對相同年齡條件下3組學習方案的即刻測試績效進行多重比較顯示：在小學組中, 25％觀察學習+75％身體練習組操作績效RMSE的值顯著小于75％觀察學習+25％身體練習組,且顯著小于50％觀察學習+50％身體練習組,P＜0.05(圖3）,這說明對于小學組受試而言,25％觀察學習+75％身體練習組即刻測試績效好于另外兩組；在高中組中,50％觀察學習+ 50％身體練習組操作績效RMSE的值顯著小于75％觀察學習+25％身體練習組,且顯著小于25％觀察學習+ 75％身體練習組,P＜0.05(圖3）,這說明對于高中組受試而言,50％觀察學習+50％身體練習組即刻測試績效好于另外兩組；在大學組中,50％觀察學習+50％身體練習組操作績效RMSE的值顯著小于75％觀察學習+25％身體練習組,且顯著小于25％觀察學習+75％身體練習組,P＜0.05(圖3）,這說明對于大學組受試而言,50％觀察學習+50％身體練習組即刻測試績效好于另外兩組。對相同學習方案條件下不同年齡組即刻測試績效進行比較顯示,大學組和高中組操作績效 RMSE的值無顯著性差異,但均顯著小于小學組,P＜0.01(圖4）,這說明在相同比例條件下,大學組與高中組受試操作水平相同,但均顯著好于小學組。

3.2 保持測試

對小學組、高中組、大學組受試24 h后保持測試績效進行雙因素方差分析顯示：年齡主效應非常顯著,F(2, 99）=185.019,P＜0.01；學習方案主效應非常顯著,F(2, 99）=5.295,P＜0.01。年齡和學習方案交互作用顯著,F(4,99）=3.196,P＜0.05。對相同年齡條件下3組學習方案的24 h后保持測試績效進行多重比較顯示：在小學組中,25％觀察學習+75％身體練習組操作績效RMSE的值顯著小于75％觀察學習+25％身體練習組,且顯著小于50％觀察學習+50％身體練習組,P＜0.05(圖5）。這說明對于小學組受試而言,25％觀察學習+75％身體練習組24 h后保持測試績效好于另外兩組；在高中組中, 50％觀察學習+50％身體練習組操作績效RMSE的值顯著小于75％觀察學習+25％身體練習組,P＜0.05,且顯著小于25％觀察學習+75％身體練習組,P＜0.05(圖5）。這說明對于高中組受試而言,50％觀察學習+50％身體練習組在24 h后保持測試中績效好于另外兩組；在大學組中,50％觀察學習+50％身體練習組操作績效RMSE的值顯著小于75％觀察學習+25％身體練習組,且顯著小于25％觀察學習+75％身體練習組,P＜0.05(圖5）。這說明對于大學組受試而言,50％觀察學習+50％身體練習組保持測試績效好于另外兩組。對相同學習方案條件下不同年齡組24 h后保持測試績效進行比較顯示,大學組和高中組操作績效RMSE的值無顯著性差異,但均顯著小于小學組,P＜0.01(圖6）,這說明相同學習方案條件下,大學組與高中組操作水平相同,均顯著好于小學組。

3.3 遷移測試

圖3 不同年齡組即刻測試績效直方圖注：＊P＜0.05,＊＊P＜0.01,下同。

圖4 不同觀察學習和身體練習比例的即刻測試績效直方圖

圖5 不同年齡組24 h后保持測試績效直方圖

圖6 不同觀察學習和身體練習比例的24 h后保持測試績效直方圖

對小學組、高中組、大學組受試遷移測試績效進行雙因素方差分析顯示：年齡主效應非常顯著,F(2,99）= 142.355,P＜0.01；學習方案主效應非常顯著,F(2,99）= 5.538,P＜0.01。年齡和學習方案交互作用顯著,F(4, 99）=2.698,P＜0.05。對相同年齡條件下3組學習方案的遷移測試績效進行多重比較顯示：在小學組中,25％觀察學習+75％身體練習組遷移測試績效RMSE的值顯著小于75％觀察學習+25％身體練習組,且顯著小于50％觀察學習+50％身體練習組,P＜0.05(圖7）。這說明對于小學組受試而言,25％觀察學習+75％身體練習組遷移測試績效好于另外兩組；當高中組受試進行遷移測試時,50％觀察學習+50％身體練習組操作績效RMSE的值顯著小于75％觀察學習+25％身體練習組,且顯著好于25％觀察學習+75％身體練習組,P＜0.05(圖7）。這說明對于高中組受試而言,50％觀察學習+50％身體練習組在遷移測試中績效好于另外兩組；在大學組中,50％觀察學習+50％身體練習組遷移測試績效RMSE的值顯著小于75％觀察學習+25％身體練習組,且顯著好于25％觀察學習+75％身體練習組,P＜0.05(圖7）。這說明對于大學組受試而言,50％觀察學習+50％身體練習組遷移測試績效好于另外兩組。對相同學習方案條件下不同年齡組遷移測試績效進行比較顯示,大學組和高中組操作績效RMSE的值無顯著性差異,但均顯著小于小學組,P＜0.01 (圖8）。這說明相同學習方案條件下,大學組與高中組操作水平相同,均顯著好于小學組。

圖7 不同年齡組遷移測試績效直方圖

圖8 不同觀察學習和身體練習比例的遷移測試績效直方圖

4 討論與分析

本研究的目的是探討不同的觀察學習和身體練習比例對不同年齡者追蹤任務技能學習的影響。研究結果顯示,在即刻測試、保持測試、遷移測試中,對于小學組受試而言,25％觀察學習+75％身體練習組受試操作績效好于另外兩組,而對于高中組和大學組受試而言,50％觀察學習+50％身體練習組受試操作績效好于另外兩組；此外,在使用相同學習方案時,高中組和大學組受試的操作績效顯著好于小學組。研究結果驗證了本研究的預期假設,即不同觀察學習和身體練習的比例對不同年齡者追蹤任務技能學習有不同的影響。

在相同觀察學習和身體練習比例條件下,因為基礎水平測試顯示不同年齡者操作本實驗的計算機追蹤任務基礎水平相當,但在學習后進行的即刻測試、保持測試、遷移測試中,高中組和大學組受試操作績效都顯著好于小學組,這就表明年齡因素影響運動技能的學習。與小學組受試相比,高中組和大學組受試在力量、運動準確性、運動協調性、運動速度、視覺-動覺控制等運動能力方面的優勢使得他們能夠在相同的身體練習次數條件下獲得更高的操作績效[2,10,16,22]；而注意持久性、記憶、思維等認知加工能力方面的優勢又使得高中組和大學組受試能夠在相同次數的觀察學習條件下獲得更多的操作策略和技巧信息[1,4],形成更為豐富、準確的運動技能認知表征,正是運動能力和認知加工能力這兩方面的優勢使得高中組和大學組受試獲得了較高水平的運動技能學習,績效始終顯著好于小學組。

本研究選取的高中組和大學組受試在即刻測試、24 h后保持測試以及遷移測試中績效沒有顯著性差異,這說明高中組及大學組受試使用相同學習方案所獲得的運動技能學習效果沒有差異。有研究顯示,高中生和大學生在信息加工速度方面不具有顯著性差異[3],這可能是兩組受試運動技能學習效果沒有顯著性差異的一個原因。雖然有研究顯示,大學生的力量、運動準確性、運動協調性、運動速度、視覺-動覺控制好于高中生[2,10,16,22],但由于本研究所使用的操作任務為左、右手食指敲擊計算機鍵盤上 F、J鍵進行的追蹤任務,該任務為小肌肉群參與的任務,力量對該任務的操作績效影響較小,而且敲擊鍵固定,操作過程中不需要過多考慮運動準確性,這就使得大學生運動能力方面的優勢無法在本研究中體現,這可能是兩組受試運動技能學習效果沒有差異的另一原因。

本研究對不同學習方案的學習效果進行了比較,研究結果顯示,對于大學組和高中組受試而言,50％觀察學習+50％身體練習的學習方案所獲得的學習效果最好,這與Shea等人研究中大學生學習計算機追蹤任務得出的50％觀察學習+50％身體練習學習效果較好的結果一致。Newell等人指出,運動技能的觀察學習可以獲得運動技能操作的許多信息,這些信息需要結合一定的身體練習,在自己的操作過程中篩選出適合自己的操作策略及技巧,融入到自己的操作模式中[14]。由于本研究使用的計算機追蹤任務既對任務操作策略和技巧的學習有較高要求,又對通過身體練習提高左、右手的敲擊速度以及彼此的協調性,進而建立感受器、神經中樞、效應器之間的高效聯結有較高要求[18]。學習者不但要有充足的觀察學習機會以獲得有效的操作策略和規則[8],而且要有充足的身體練習機會將觀察獲得的運動操作策略和技巧應用于操作中,在操作中校準動作系統[15]。MacKay也指出,運動技能的學習既包括認知層面的學習,又包括肌肉層面的學習[12],本研究50％觀察學習+50％身體練習的學習方案能夠滿足兩方面的學習需求,因而獲得了較好的學習效果。如果使用操作策略、技巧學習需求較高,動作操作需求不高的任務,可能75％觀察學習+25％身體練習的學習方案能夠獲得較好的學習效果,而對于操作策略和技巧學習需求不高,動作操作要求較高的任務而言,可能25％觀察學習 + 75％身體練習這種學習方案能夠獲得更好的學習效果,這將是未來進一步研究的課題。

與大學組、高中組不同,25％觀察學習+75％身體練習組小學生所獲得的運動技能學習效果好于另外兩組小學生。這可能是因為：一方面,Gallagher指出,運動技能觀察學習的效果有賴于學習者注意、記憶、思維等認知能力的發展,兒童認知能力的發展有限,使得他們無法通過觀察的形式獲得較好的運動技能學習[9]。根據這一觀點,本研究中3組小學生受試雖然使用不同學習方案進行觀察學習的次數不同,但認知能力發展水平的限制使得不同學習方案條件下的小學生通過觀察獲得的運動技能學習都非常有限；另一方面,本研究中小學組受試尚處于認知發展階段中的具體運算階段[17],該階段的認知特點是認知加工活動與身體經驗密切相關,也就是說,該階段的兒童通過實際操作的方式能夠獲得更為有效的學習。本研究中, 25％觀察學習+75％身體練習組小學生在3天的學習中共進行了135次身體練習,實際操作次數方面的優勢使得該組受試更有效地改善了操作過程中左、右手的敲擊速度和協調模式,獲得了更為明晰、精細的運動技能認知表征,因而,該組受試與另外兩種學習方案相比進行了更多的運動技能學習,在保持測試和遷移測試中,操作績效顯著好于另外兩組小學生受試。

5 結論

本實驗采用先觀察后練習的學習方式,使用學習型錄像示范探討了不同觀察學習和身體練習比例對不同年齡初學者學習追蹤任務技能的影響,結果顯示：

1.高中生和大學生使用50％觀察學習+50％身體練習的比例所獲得的追蹤任務技能學習效果好于25％觀察學習+75％身體練習的比例和75％觀察學習+25％身體練習的比例。

2.小學生使用25％觀察學習+75％身體練習的比例所獲得的追蹤任務技能學習效果好于50％觀察學習+ 50％身體練習的比例和75％觀察學習+25％身體練習的比例。

3.在同一種觀察學習和身體練習比例條件下,高中生和大學生追蹤任務技能學習效果相同,但都好于小學生。

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