章建成 ，施之皓 ，李安民 ，王麗巖 ，張玉慧

生態(tài)學效度（ecological validity）最早是由美國心理學家布朗芬布倫納提出的，他強調了試驗室研究與現(xiàn)場研究的逼真程度[1]。生態(tài)學效度提出以來，在心理學研究中得到了極大重視，無論是行為試驗還是認知試驗都需要嚴密的試驗控制，以防止干擾變量對研究結果的影響，但這樣會造成生態(tài)學效度降低的兩難困境。所以在試驗設計階段，我們應盡量考慮到試驗環(huán)境的影響，特別是在運動心理學研究領域，研究者應盡量模擬運動的真實情境，才能真實反映運動領域的心理規(guī)律。

在運動信息認知加工的試驗室研究中，視覺刺激呈現(xiàn)的生態(tài)學效度是人們所關注的內容之一。因為在試驗中視覺刺激的呈現(xiàn)方式和要求被試進行反應的任務，對研究結果有顯著的影響作用[2]。近30年來，試驗室條件下的操作環(huán)境發(fā)生了顯著改善[2]。視覺刺激的呈現(xiàn)方式，從最早期的速示器到靜態(tài)的幻燈片圖片[3-5]，再發(fā)展到動態(tài)的電影或電視視頻[6-8]，不僅畫質得到提升，并且能連續(xù)地提供關于運動信息的文脈信息。視覺刺激展示的內容和形式上，從較小電腦和電視屏幕發(fā)展到大型的投影設備[9-10]，使畫面所呈現(xiàn)的人或物大致以1：1的比例呈現(xiàn)。這些進展和變化體現(xiàn)了研究者為了提高研究的生態(tài)學效度而做出的努力，使研究結果能更準確反映運動實際情景中運動員的信息認知加工的過程和能力。

20世紀70年代，JOHANSSON認為：運動圖片中已經包含了關于運動信息的相關內容，可以被人們所感知并做出對運動信息及內容的判斷[11]。有學者采用幻燈片作為視覺刺激材料，讓被試根據(jù)圖片上的運動信息對網(wǎng)球運動員擊球方向進行判斷，有經驗的運動員可以成功地進行判斷和反應[12-14]。ARULAND R C和WILLIAMSA M讓幼兒被試觀看網(wǎng)球擊球瞬間的圖片，要求他們判斷擊球的圖片是否一樣，或者判斷擊球的方向，以確定被試進行判斷的信息來源，結果顯示被試在進行擊球判斷時依據(jù)的信息來源差異較大[15]。HORN采用幻燈和視頻作為視覺刺激材料，以了解足球運動員接高空來球的動作準確性，結果顯示，被試對幻燈顯示的視覺材料進行視覺搜索時更加精確地進行判斷，信息組織結構完整的視頻材料并沒表現(xiàn)出比幻燈更優(yōu)化的效果[16]。

TAYLER等人認為靜態(tài)幻燈片的呈現(xiàn)，不能給運動員呈現(xiàn)同大多數(shù)運動情境相一致的動態(tài)屬性的視覺信息[17]。WARD等[14]，ABERNETHY等[18]分別以幻燈片和視頻作為視覺刺激材料進行對比研究，發(fā)現(xiàn)觀看幻燈片時，專家選手的準確性相對于新手差異不明顯，并且運動信息知覺準確性要低于觀看視頻影像時的準確性。WILLIAMS等采用運動實景影片作為刺激材料，要求被試對專項運動動作進行反應，結果發(fā)現(xiàn)：運動員的實際運動反應與試驗室內對實景大小的刺激材料反應測試結果相一致，但與運動技能低的對照組相比，顯示出明顯的組間差異[8]。ROWE和MCKENNA在研究中也發(fā)現(xiàn)，在對實景視頻刺激材料的反應中，有運動經驗者相對于無運動經驗者，有更快的反應速度以及更準確的反應[19]。

WILLIAMS[20]，HUYS[21]所進行的關于網(wǎng)球運動信息提取的研究中，采用由線條組成的抽象運動形象，以連續(xù)動畫形式呈現(xiàn)給被試，這些研究結果證實了采用線條組成的抽象人物動畫作為視覺刺激呈現(xiàn)方式的有效性；有運動經驗的被試采用了整體知覺策略，而無運動經驗的被試采用的是局部知覺策略；但在隨后進行的研究[15]，卻得出“不能完全支持有運動經驗的運動員依靠整體知覺策略獲得運動信息觀點”的結論。

至今關于運動知覺的研究大多是在試驗室條件下進行的，采用的運動刺激為靜態(tài)的圖片和視頻。但是，不少研究者指出采用二維的靜態(tài)或動態(tài)不同的刺激材料得出的結論，可能與真實的運動情景的反應存在較大的差異，這些試驗任務不能反映出有運動經驗的被試在真實世界的反應[22]，這樣會掩蓋運動經驗所具有的優(yōu)勢，并可能只是部分獲取運動專家決策時的具體信息[23]。研究者采用這種方法不能維持在知覺維度上的生態(tài)學效度，或者在整體行為上不能展現(xiàn)運動任務的本質特征。即使相對于幻燈片，動態(tài)的影像更接近真實的運動情景，但是，二維的視覺刺激材料仍然不能反映真實運動情景的動力學特征[24]。

為了研究現(xiàn)場運動情景對運動員運動信息認知加工的研究特征，RODRIGUES等人采用現(xiàn)場研究的方法，以探討運動員正手擊球時，頭、眼、手之間的協(xié)調，認為此方法可以使被試在自然的運動情景下，獲得關于球、注視線路和手臂的三維動態(tài)信息[25]。不少學者認為，由于幻燈和視頻都屬于二維刺激材料，不能反映深度知覺特征，因此刺激材料的生態(tài)學效度值得質疑。

乒乓球運動以球小、速度快、變化多技巧性強為顯著特點的運動項目[26]，在短時間內，要求運動員對高速運動的來球方向、旋轉、力量、落點等進行全面的觀察，并及時決策以便進行合理的回球，運動信息認知加工過程要求迅速并且精確。因此，本研究選取乒乓球項目中運動員接發(fā)球時對球的旋轉判斷為研究內容，以中國乒乓球女隊為研究對象，分別采用錄像視頻和現(xiàn)場發(fā)球旋轉判斷為任務，分析運動員在不同試驗條件下判斷旋轉的差異，以探討試驗研究刺激材料的生態(tài)學效度對研究結果的影響。

研究假設：不同試驗條件下，運動員對發(fā)球判斷反應存在差異；運動員在現(xiàn)場條件下對旋轉進行判斷時的行為績效好于試驗室條件下的行為績效。

1 研究對象與方法

1.1 試驗對象

參加本研究的對象來自國家乒乓球女隊（6名），運動等級為國際健將，年齡（21.3±3.2）歲，訓練年限（15±2.8）年。所有被試裸眼視力正常。試驗后給予被試一定報酬。

1.2 試驗設計

試驗為單被試研究，采用情境2（現(xiàn)場條件、試驗室條件）×旋轉方式4（轉、不轉、側上旋、側下旋）多因素的被試內設計。因變量指標為反應時和準確率。

1.3 試驗設備

15英寸的DELL液晶顯示器（1 024×768分辨率、刷新頻率為100 Hz）；一臺用于呈現(xiàn)刺激材料；心理編程軟件E-Prime 2.0版，一臺JVC數(shù)碼攝像機，乒乓球臺、球拍，球若干。

1.4 試驗材料

試驗室條件下運動情境的呈現(xiàn)材料，用攝像機拍攝由國家乒乓球隊教練指定的國家乒乓球女隊運動員發(fā)球錄像。拍攝中要求發(fā)球運動員按照4種基本的發(fā)球技術（轉、不轉、側上旋、側下旋）。拍攝用攝像機為SONY HVR-Z1C型，使用手動和高清模式，快門1/600，f=2.5，自動白平衡，拍攝距離4.5 m，鏡頭高度1.5 m。把所拍攝錄像保存為AVI格式的視頻文件，使用繪聲繪影9.0進行視頻編輯，每一段視頻均從發(fā)球運動員開始拋球時開始，至球落接球方球臺時終止。試驗任務：首先出現(xiàn)800 mm中央帶“+”字符號的黑屏，然后播放發(fā)球錄像視頻，被試根據(jù)視頻進行判斷，以最快的速度按計算機鍵盤上相應的數(shù)字鍵：1代表轉，4代表不轉，3代表側下，6代表側上。按鍵反應完成后，緊接著出現(xiàn)800 mm中央帶“+”字符號的黑屏后，再播放下一個隨機視頻文件。

現(xiàn)場條件由運動員發(fā)球，發(fā)球的順序和類型由一臺電腦顯示器呈現(xiàn)，其中“O”表示轉球，“X”表示不轉，“↑”表示側上旋，“↓”表示側下旋。發(fā)球技術內容與試驗室條件下視頻呈現(xiàn)的發(fā)球技術內容和重復次數(shù)相同，呈現(xiàn)順序依據(jù)隨機數(shù)排序隨機播放。試驗中試驗室呈現(xiàn)和現(xiàn)場發(fā)球時的4種發(fā)球旋轉，均重復25次，每名被試要對2種條件下各100次發(fā)球進行判斷，現(xiàn)場條件發(fā)球情境見圖1。

1.5 試驗程序

試驗程序分為兩個階段：練習階段、正式測試階段。

試驗指導語為：歡迎參加本試驗。試驗為兩個部分，第一個部分為練習階段。試驗室條件下屏幕上會出現(xiàn)不同旋轉發(fā)球的視屏（現(xiàn)場條件下運動員發(fā)不同旋轉的球），請按下相應的數(shù)字鍵進行反應。練習共24次。練習結束后屏幕會播放短暫的發(fā)球視頻，請根據(jù)發(fā)球動作判斷來球的旋轉方式，并盡快按相應的數(shù)字鍵進行反應。整個試驗期間請注意看屏幕（看運動員的發(fā)球），保持頭部穩(wěn)定。明白上述指導語后，請按任意鍵開始。

練習階段：為了確定在正式測試中，被試不會因為鍵盤操作的不熟悉而影響被試在專項情境中測試的反應時間，在正式開始試驗前對被試進行一次熟悉鍵位反應的練習試驗。在每名被試進行測試前進行24次的按鍵反應訓練，對鍵位的反應趨于熟練與穩(wěn)定。此階段所收集的反應時與反應正確率的數(shù)據(jù)不作為最后分析數(shù)據(jù)。

正式測試階段包括：（1）試驗室條件下要求被試注意觀看屏幕上所呈現(xiàn)的乒乓球運動員發(fā)球視頻；（2）現(xiàn)場條件下要求被試根據(jù)運動員發(fā)球動作來判斷來球旋轉。被試完成判斷后按下相應的數(shù)字鍵進行反應。進行現(xiàn)場發(fā)球判斷時，一臺JVC數(shù)碼攝像機同時拍攝發(fā)球運動員，以及指示發(fā)球運動員發(fā)何種旋轉方式的球的顯示器，用以記錄和計算出現(xiàn)發(fā)球旋轉提示符（系統(tǒng)開始計時點）到發(fā)球運動員拋球出手瞬間（視頻材料中計時的零點）的時間，并將此時間從被試的總反應時中減去，以控制發(fā)球動作快慢對反應時的影響。記錄反應時和反應正確率，所記錄數(shù)據(jù)為最后統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。視頻為100個，時間為15 min左右。

圖1 現(xiàn)場條件發(fā)球情景圖

1.6 試驗指標的操作定義

進行視頻材料測試時，反應時從播放視頻文件開始計時，被試按鍵反應停止計時（t1）；現(xiàn)場發(fā)球反應時計時是從提示發(fā)球運動員的信號出現(xiàn)時開始計時，被試按鍵反應停止計時（t2），根據(jù)現(xiàn)場錄像計算出從出現(xiàn)提示信號到發(fā)球運動員開始拋球的時間（t3），用t’=t2-t3作為被試發(fā)球旋轉判的反應時（mm）。正確率：被試做出正確判斷的頻次/總的發(fā)球判斷次數(shù)×100%。

反應選擇：被試對不同的試驗刺激材料做出判斷并選擇按下相應的數(shù)字鍵1、3、4、6，分別為數(shù)字1鍵代表轉、3鍵代表側下旋、4鍵代表不轉、6鍵代表側上旋。

1.7 數(shù)據(jù)采集與處理

采用E-prime2.0軟件包中E-Run運行程序并記錄記錄被試的反應選擇、反應時與反應正確率。E-DataAid對數(shù)據(jù)進行初步篩選和處理，E-Merge對不同組被試的數(shù)據(jù)進行合并。對異常數(shù)據(jù)進行篩選和剔除，最后采用SPSS 17.0對反應時間數(shù)據(jù)進行以試驗條件和旋轉方式為自變量的重復方差分析，主效應后采用Bonferroni事后檢驗方法（Bonferroni post hoc）進行方差分析后的多重比較，按照Cohen標準，確定效應量η2達到0.15、0.06、0.01時，分別屬于強效應、中等效應、弱效應。對因變量反應正確率進行卡方檢驗處理。

2 試驗結果

2.1 反應時間

首先對被試的反應時間數(shù)據(jù)按照3個標準差法則進行篩選，不同情景下運動員旋轉判斷的反應時和平均數(shù)結果見表1。

表1 兩種試驗條件下運動員的反應時的平均數(shù)和標準差（M±SD）

對運動員旋轉判斷的反應時間進行2（現(xiàn)場條件、試驗室條件）×4（轉、不轉、側上、側下）的重復測量方差分析結果見表2。

表2 反應時重復方差測量一覽表

重復方差測量的結果顯示情境的主效應顯著F（1，5）=19.14，P＜0.01，η2=0.79。國際健將級運動員現(xiàn)場情境旋轉判斷的反應時間（M=1513.67，SE=144.89）顯著快于試驗室情境旋轉判斷的反應時間（M=2331.15，SE=66.71）。

旋轉的主效應顯著 F（1，5）=13.57，P＜0.01=0.73。主效應后多重比較顯示，判斷不轉球與判斷側下旋的反應時間存在顯著性差異 P＜0.01，判斷不轉的時間（M=1851.43，SE=69.22）快于判斷側下旋的時間（M=1998.06，SE=63.75）。判斷轉球的時間與判斷側下旋的時間存在顯著性差異P＜0.05，判斷轉球的時間（M=1873.82，SE=73.08）快于判斷側下旋的時間（見圖2）。

圖2 判斷不同旋轉反應時間的多重比較

2.2 反應正確率

因正確率為百分率值，對試驗室和現(xiàn)場不同試驗條件下運動員判斷旋轉的正確率進行卡方檢驗，檢驗結果見表3。

反應正確率的χ2檢驗結果顯示，在不同試驗條件下運動員判斷轉球時不存在統(tǒng)計學意義上的顯著性差異3.388，P＞0.05，但國際健將級運動員現(xiàn)場條件旋轉判斷的正確率（M=90%，SD=7%）好于試驗室條件旋轉判斷的正確率（M=71%，SD=21%）。對于不轉球和側上旋在不同試驗條件下運動員的判斷正確率存在顯著性的差異卡方值分別為=8.420，P＜0.01=7.898，P＜0.01。在不同試驗條件下判斷側下旋的正確率存在顯著性差異χ2（1，5）=5.357，P＜0.05?，F(xiàn)場條件下的運動員對旋轉正確率的判斷好于試驗室條件下對于旋轉的判斷正確率。在現(xiàn)場條件下運動員判斷不轉和側上旋的正確率相對于試驗室條件下判斷的正確率提高的幅度大。

表3 兩種實驗條件下運動員反應正確率卡方檢驗一覽表

3 分析與討論

本研究以采用試驗室錄像視頻和現(xiàn)場發(fā)球旋轉判斷為任務，分析運動員不同試驗條件下判斷反應時間和準確性之間的差異，以探討試驗研究刺激材料的生態(tài)學效度對研究結果的影響。研究假設是不同試驗條件下，運動員對發(fā)球判斷反應存在差異；運動員對旋轉進行判斷時，現(xiàn)場條件下的操作績效好于試驗室條件下的操作績效。

研究結果表明，不同試驗條件對于運動員發(fā)球旋轉判斷正確率和反應時間的影響，表現(xiàn)在運動員在現(xiàn)場對發(fā)球的判斷均優(yōu)于試驗室情境下，且存在非常顯著性的差異。運動員在現(xiàn)場條件下判斷好于在試驗室條件下的判斷。在現(xiàn)場試驗條件運動員對發(fā)球旋轉判斷的正確率和反應時間同在試驗室條件下相比顯著的提高，在現(xiàn)場條件更有利于展現(xiàn)運動專長的這種優(yōu)勢。這可能是因為在現(xiàn)場條件下呈現(xiàn)的信息與試驗室平面視頻呈現(xiàn)的視頻信息是不一樣的，視頻圖像呈現(xiàn)的信息比真實運動情境中呈現(xiàn)的信息少。錄像視頻不能提供更多的反映空間位置關系的深度知覺，球飛行的速度和旋轉強度等信息，而球與球拍之間摩擦的聲音信息的丟失，也可能對運動員的判斷產生重要影響。正如SINGER視覺刺激材料與真實的運動情景存在較大的差異，這些試驗任務不能反映出有運動經驗的被試在真實世界的反應[22]。DEREK T Y MANN也指出，當在刺激呈現(xiàn)中出現(xiàn)與專家在實際反應選擇和提取的刺激特征不相一致時，專家的優(yōu)勢可能會被隱藏或者被遮蓋，可能導致專家在操作時采用了不同于真實運動的反應[2]。在試驗室運動情境下，運動員在對旋轉判斷的信息加工時獲得的信息與運動員頭腦中預存模式的特征存在差異，運動員需要提取更多的特征信息進行識別，所以試驗室的反應時間比較長。

有研究者指出，在更為真實的運動情境中，視覺信息加工時隨著環(huán)境變化和任務目標的不同而快速變化的[23]。在現(xiàn)場情境下，試驗的任務是真實運動情景，呈現(xiàn)的信息量豐富，運動員獲得了有關視覺、聽覺和觸覺的有效信息，信息加工時間更快，運動的情境與大腦中的模式匹配度高，進而表現(xiàn)出較高的正確性和較快的反應速度。而試驗室情境下，呈現(xiàn)的運動信息同真實的運動情境相比缺失信息比較多，運動員進行反應判斷時反應時間較長，即在試驗室情境下運動員采用了同現(xiàn)場情境下不一樣的反應策略。從以往的研究中可以發(fā)現(xiàn)，雖然試驗室的研究可以對于運動員認知特征有一定概括化的認識，卻不能洞察運動員真實運動情境中的行為方式和認知特點。又由于運動環(huán)境的獨特性，運動員采用的認知方式可能與試驗室獲得一般認知方式有所不同。這就要求研究者在試驗中盡可能的提高研究的生態(tài)學效度，以反映真實運動情境中運動員所做的真實反應。這一結果也需要來至更多試驗研究的支持。

在研究中我們發(fā)現(xiàn)，同運動員在試驗室條件下旋轉判斷的結果相比，運動員在現(xiàn)場條件下判斷正確率顯著增加，這有可能是運動員在現(xiàn)場條件下獲得更多擊球后信息的結果。特別是對于不轉球和側上旋的判斷，正確率提高的更顯著。由于不轉球和側上旋球在出手時相對于轉球和側下旋球的動作比較連貫，動作的前后變化幅度小，對于時間序列容量加工要求比較高，球速相對較快，落臺后向前的沖力大。在試驗室條件下由于深度視覺的丟失，不能夠提供更多的反應空間關系的深度知覺，進而導致了時間序列加工容量的降低，所以試驗室條件下不轉和側上旋的判斷正確率低。而在現(xiàn)場條件下真實的運動情境，運動員對于側上旋和不轉的瞬間的擊球動作連貫性的時間序列加工完全，擊球后對球速和旋轉強度的感知也較平面的圖像真實，所以這兩種擊球判斷正確率在現(xiàn)場情境下顯著的提高。現(xiàn)場條件下給運動員提供了更多擊球后關于球的速度、向前的沖力和弧線等豐富的信息，所以在現(xiàn)場情境下運動員的判斷正確率提高。這也為運動員利用擊球后信息判斷旋轉利用提供了證據(jù)。

不同的試驗條件影響著試驗結果的展現(xiàn)，在以往的研究中常常出現(xiàn)研究結果不一致的現(xiàn)象，但少有研究探討因為試驗條件或刺激材料等第三變量使用的不同而導致不同的研究結論。本研究的結果表明，在不同試驗條件存在運動員反應時和準確性指標上的差異，即研究者在試驗室條件下得出的研究結論和在現(xiàn)場條件下得出的研究結論有可能是完全不一致，對于這種差異的存在和反映在運動專長特征影響上的證實，則需要更多研究者貢獻更多的實證研究。

4 結 論

（1）現(xiàn)場情境下研究的生態(tài)學效度高，在現(xiàn)場情境下運動員表現(xiàn)為較高判斷正確率和較快判斷反應時間。（2）不同試驗條件下運動員的旋轉方式的判斷存在差異，在現(xiàn)場條件下運動員側下旋判斷準確性高，對轉球判斷準確性最低。在試驗室條件下運動員對轉球判斷準確性高，對不轉球準確性最低。

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