背景干擾效應與運動技能學習的進展研究

張園月

（浙江金融職業學院 浙江 杭州 310000）

前言

運動學習被定義為相對永久的行為變化（Schi-midt&Lee，2001），學習過程通常包括練習掌握、保持和遷移等階段。在運動技能學習過程中，背景干擾即如何安排練習是影響運動技能學習的較為重要的因素。

在背景干擾效應假設中表示，當需要練習多項技能（或變化技能）時，練習過程中存在干擾的情況下學習會更有效。干擾是通過控制練習模式產生，這樣技能的學習就能在固定或隨機模式下進行。

隨機練習是指學習者在整個技能學習過程中被要求在技能之間“隨機”切換，而固定練習則要求學習者在切換到學習另一項技能之前完成該項技能一組重復性練習。相對于固定模式的練習，隨機模式下運動表現通常會受限，但研究反復證明，對保留或轉移運動表現方面隨機模式練習更為出色。

大多數背景干擾效應的研究都是來自受控制的實驗室，通常采用未經訓練的參與者在短時間內完成大量的重復性練習，學習一個相對簡單的運動任務。這種情況與運動訓練截然不同，運動員需在長期訓練中進行全面的運動技能練習，以達到較高的專業水平。

盡管實驗室研究與日常訓練之間存在差異，但基于實驗室研究得出最佳訓練模式的建議仍會定期向領域的從業人員推廣（Schmidt，1991）。正因如此，現有部分文獻對此進行研究與探討，表明實驗室研究所得出的背景干擾效應的結果不能直接推廣到運動訓練中，需根據不同結局指標運動技能和不同學習階段，以及練習者的不同水平、環境、場地設施的不同選擇適宜的練習方式。

本文將考慮三個關鍵因素，這些因素對于實驗室與實踐訓練中存在明顯差異以及隨后的理論與實踐研究起較為關鍵的作用。

首先，需要考慮運動技能的復雜性。由于人體的運動并不是單一環節的運動，而是幾個相鄰環節以關節為樞紐在骨骼肌的驅動作用下，通過肌肉協同完成運動任務，這在簡化的實驗室任務中可能不會出現。因此，在實驗設計環節中需考慮給予何種程度的干擾，才能建立與實踐訓練中類似的相對有效的學習；

其次，探尋了背景干擾效應的基礎機制。在技能重建（Lee和Magill，1983，1985）或闡述技能表征（Shea 和 Zimny，1983）時，傳統的理論釋義主要集中在暫時加工和貯存的容量有限的記憶系統—工作記憶。近來，生理學測量對此進行了解釋，以試圖確定更傾向于何種機制。同時，還有學者持不同意見，認為存在更隱形的學習模式，對模式應用的設定有著不同的意義；

最后，探討了學習效果的測量。練習掌握的結果僅僅反映了練習的臨時（暫時）績效，保持和遷移測試則反映了相對永久的變化，故運動學習的評價常常由保持（或遷移）測試來決定。保留和轉移測試均已用于檢查背景干擾對技能學習的影響，對于設定測試模式，部分學者認為技能轉移測試結果應優先于技能保留測試產生的結果。最終提出觀點，從而為從研究者提供未來的研究方向。

1、技能復雜性對背景干擾效應存在的影響

人們普遍認為，技能復雜性會影響背景干擾效果 (Guadagnoli and Lee，2004；Magill and Hall，1990；Wulf and Shea，2002)。Brady(1998，2004)認為與簡單技能（手指敲擊任務）相比，復雜技能 （網球擊球）學習中出現背景干擾效應的效應量要大得多。

在技能保留和遷移方面，有研究表明在學習高爾夫推桿和籃球傳球時，從低到高逐漸增加的背景干擾效應能帶來最大的效益。此外，在一項專注于曲棍球傳球的研究中，不同練習模式組間沒有出現差異,包括背景干擾效應從低到高逐漸增加的組別。

上述相關研究中出現的不一致結果可能歸因于應用技能關聯的復雜性。技能復雜性是關節自由度的產物，與運動環境同樣相關聯。例如，手指敲擊任務，關節的自由度低，并且環境是封閉的，由此幾乎沒有或完全沒有外部刺激會分散被試注意力，或要求被試高度集中注意。因此，這被視為一項簡單的任務。

相反，網球發球是一項多關節協調配合的運動技能，需要控制許多關節自由度。同時，發球是在開放的環境中進行的，球員需要根據對手的技戰術優缺點及站位和此刻的賽況，來決定發球的落點。因此，這被視為一項復雜的技能。

Guadagnoli和Lee（2004）的挑戰點假說也提供了技能復雜性的定義。象征性任務難度（Nominal task difficulty）是描述一項不受被試技能水平高低或外部環境影響的難度水平的術語，而功能性任務難度（functional task difficulty）是描述被試在特定條件下難度水平的術語。手指敲擊任務被認為是低象征性和低功能性難度的任務。而網球發球被視為中等象征性難度，功能性任務難度取決于被試的技能水平和外部環境條件（如，溫度，風向、風速等）。

技能復雜性被認為能夠減輕由于認知努力而產生的背景干擾效應。認知努力（在背景干擾下）是指在進行某個運動技能表現時產生的認知加工量。高認知努力程度被認為有利于技能學習。

在高背景干擾條件下練習時，相較于低背景干擾，認知努力程度通常更高 (Patterson and Lee,2008)這點在練習簡單的運動技能時尤為明顯。例如，執行手指敲擊任務時，相較于重復敲擊相同按鍵時，每次都需要敲擊不同的按鍵的情況下所呈現的認知努力程度更高。

然而，在低背景干擾的情況下練習復雜的運動技能時，認知努力程度也可能很高。這是因為較復雜的技能在習得過程中需要更大的認知處理能力才能夠完成。舉例，對于零基礎的被試來說，進行網球正手擊球動作的學習通常是具有挑戰性的，技能難度的提升會增加執行該技能所需的認知處理量。

實驗數據表明，較高的背景干擾可能對被試的認知處理能力提出相對高的要求，以至于無法在實驗室中創造如此高背景干擾的試驗環境。在設定不同難度的實驗任務中，高背景干擾練習對于最簡單的任務最有利，但隨著任務難度的增加，干擾效應所產生的的影響減弱 (Albaret and Thon，1998)。

因此對被試而言，任務的難度或技能的復雜程度似乎減輕了背景干擾效應的影響。該論點表明當面臨有挑戰性的技能學習時，對被試所需的認知處理能力提出了一定的要求。

通過對上述文獻的梳理，可推斷在相對較復雜的運動技能研究中揭示有關背景干擾效果出現爭議的主要原因，是因為對背景干擾程度的設定未能改變復雜運動技能習得時的任務難度。因此，在復雜運動技能學習時，不會出現基于實驗室研究得出的背景干擾效應。

技能學習的目標是最大限度提升運動表現，并且確保和提升習得技能的有效遷移。體育是一個競技的環境，為了實現最終目標，應使認知努力最大化，這可通過操縱背景干擾來實現。如果對被試來說需要習得的技能較為復雜，則背景干擾效應對提升認知努力程度影響較小。若比賽具有較高的背景干擾，那么隨機練習對技能學習產生的良好效應可轉移到比賽中，若比賽中背景干擾程度較低，則反之亦然。

這與Russell and Newell（2007）的觀點一致，他們認為隨機練習教會學習者靈活地在任務之間切換，以最大程度地降低“轉換成本”的影響（Monsell，2003）。當任務涉及重復執行相同技能時，固定練習與隨機練習同樣有效。鑒于許多運動項目要求快速切換任務，隨機練習獲得的效益較大。

2、可能產生的機制與實踐

關于背景干擾效應的釋義集中在運動表現過程中的認知處理。遺忘—重建假說認為(Lee and Magill，1983，1985)高背景干擾使學習者在練習過程中不斷忘記具體任務信息，從而要求學習者需不斷重建任務計劃，這一過程被認為提高了執行運動技能的能力。

精細化假說-the elaboration hypothesis(Shea and Morgan，1979；Shea and Zimny,1983)提出高背景干擾練習模式會使學習者比較正在練習的多個技能，從而對運動技能的記憶和表達更加精細化。

兩種理論的共同點在于假設了學習者的能力系統有限，如工作記憶會影響學習過程，進而影響背景干擾效果。相較于固定練習模式，隨機練習模式下技能重現反應較慢,而較慢的反應時間表明在認知過程有更多的工作記憶在參與。

神經生理學測量手段的進步為背景干擾效應提供了支撐。經顱磁刺激對抑制初級運動皮層的激活在高背景干擾練習模式下有負面影響，但在低背景干擾練習模式下沒有影響。因此，運動技能的學習效益可能取決于高背景干擾模式練習期間發生的神經活動。

假定增高的神經活動代表更好的認知過程，較高的背景干擾效應與初級運動皮層的興奮性增加相關 (Cross et al.，2007；Lin et al.，2011)。然而，必須強調這些發現僅基于簡單的運動技能，如手指敲擊任務，這些調查結果是否可轉嫁于實踐有待考證。

因此，神經學家面臨的挑戰是在實驗室環境中增加測量運動技能的復雜性，并進一步開發對大腦行為的原位測量，以便可以將研究結果逐步推廣。

背景干擾效應的另一種解釋是從內隱學習理論中得出 (Rendell et al.，2009)。內隱學習理論指在循序漸進的基礎上，以最少的意識掌握運動技能，從而減少了對工作記憶的依賴(Masters and Poolton，2012)。當學習者沒有刻意去分析其技能學習規律時，運動技能通常是隱性地獲得(Maxwell et al.，2003)。

Rendell et al.(2011)提出了初步證據，表明隨機練習的保留效益可能是由機制驅動，這些機制也存在于內隱學習之中。這項研究采用多種措施來評估在兩種運動技能 （澳大利亞規則的足球踢球和手球）固定和隨機練習模式下發生的認知努力和內隱/外顯過程水平。結果表明，相對于固定練習，隨機練習導致更高水平的認知活動。研究結果同樣表明隨機練習與內隱學習具有共同特征，足球踢球技能的研究證實了這一點。

作者認為工作記憶可能會被隨機練習期間切換任務所需的信息所淹沒，研究人員無法檢驗生成運動解決方案有關的假設，隨機練習可能會涉及高水平的認知活動，而這些認知活動并未直接關聯運動技能的發展。

目前的文獻中兩種理論存在沖突，精細化假說表明背景干擾對技能學習有利，因為學習者會對正在進行學習的技能之間相互作比較，體會任務之間的不同。相反，內隱學習理論認為高背景干擾模式下的學習優勢，來源于減少了學習任務之間的相互比較，無意識的習得了復雜的運動技能。

而遺忘—重建假說又從另一角度進行了解釋。高背景干擾模式能喚醒更優質的學習，因為學習者在練習其他技能的同時會忘記先前所習得的技能，與內隱學習理論有相似之處。兩種理論的區別主要在于對“遺忘”的解釋。遺忘—重建假說認為當學習者重建被遺忘的技能時需付出努力，從而體現了高背景干擾練習模式的意義。而內隱學習理論則表明，在學習任務切換時鼓勵學習者更多的依靠被動或隱性知識來獲得技能習得。

精細化假說與遺忘—重建假說存在共同點，二者都表明高背景干擾刺激認知努力程度增加，低背景干擾導致認知努力程度減弱。內隱學習理論認為高背景干擾雖喚起了更高水平的認知努力，但實際上由任務切換引起的認知過程可能會阻止學習者處理先前的運動技能習得，因此減少與學習任務相關的認知過程。

正是如此，高背景干擾學習者的認知努力水平可能會被隨機練習結構所消耗，最終比低背景干擾的學習者們接受更多隱性知識，而后者能擁有更多的注意力和能力去學習動作技能。顯然這能夠進一步進行研究，為尋求發展本領域運動員技能的教練員提出了一系列挑戰。

3、技能遷移的重要性

通過技能展示和技能遷移可以推斷出背景干擾效應是否有效。在相同條件、時間下練習，在停滯一段時后進行技能保留測試能夠評估運動表現水平，測試結果可推斷技能學習是否到達自動化階段。采用技能遷移測試可獲取不同練習條件下或任務變化情況下的運動表現水平。Barreiros(2007)等人認為技能遷移測試與保留測試所得結果基本一致。相反，Shewokis and Snow(1997)認為技能遷移測試所得結果更能支持背景干擾的效益。Barreiros等人的研究結果出現差異可能由于所選研究樣本數量不同所致。

無論采用何種測試方式，在比賽中檢驗技能才最有效。在比賽中進行技能測試可以評估在特定任務和環境約束下習得的運動技能是否轉移到了競賽環境中，但在目前的研究結果中該檢驗方式出現較少。其中，Brady（1997）計算了高爾夫球手以封閉式或隨機式練習后在實際高爾夫球比賽中產生的擊球次數。雖然這種方法的意圖很好，但是缺乏實驗控制以及數據采集全面性，僅采集了擊球次數，并未參考全方位技能表現指標，限制了結果的價值。

最近，Cheong等人（2016）不僅從測試的角度，且在實踐中考慮了技能遷移的問題。他們通過比較傳統的隨機、組塊練習模式與基于游戲的隨機練習模式，凸顯環境因素的重要性。通過觀察得出背景干擾效應研究主要傾向于練習和檢驗缺乏比賽在公開比賽中，運動員是在無法預測的環境中進行比賽，這需要運動員具備感知-認知能力。實踐環境的無法預測性和一系列技能的復雜性是目前已知的影響背景干擾效應可推廣的關鍵因素，在未來的研究中必須慎重考慮。

4、未來研究方向

練習的唯一目的是提高競技技能水平。通過觀察，運用工具記錄運動員在實際比賽中的表現或基于比賽的技能遷移測試數據是目前主要的研究手段。然而將背景干擾研究環境從實驗室轉移到實踐比賽面臨著諸多挑戰。研究對象為高水平運動員時，較難獲得有關背景干擾效應產生效益的直接實驗證據，普遍問題在于無法隨機分組或有目的分組進行不同實驗，對混雜變量控制較為有限（如教練反饋）(Sands et al.，2005)。

因此需創新研究方法來準確指出，通過特定練習方式對比賽中運動員技能遷移表現的影響。