运动技能学习与控制 运动操作的测量

第二章 运动操作的测量
Chapter 2 The Measurement of Motor Performance
• 一、应用： • 例1：网球发球教学—测量操作特征来评价学生的技术掌
握
• 测量：①发球成功与出界的数量；②做标记计算球的落点； ③发球姿势评价。
• 例2：偏瘫病人重新学走路 • 测量：①步数或距离；②行走时的平衡和姿态，③分析走
• 图2. 8使用EMG记录运动反应。左侧图显示反应一时间设 备以及放置EMG表面电极的位置。右图显示三个肌群的 EMG记录以及每次反应的时间间隔(经授权摘自Lee,
• Wynne，1980.Journal of Motor Behavior，12，187)。
• 前动作时是测量神经系统对外部环境信息 加工并转达到肌肉所消耗的时间。前动作 时的产生很可能与动作准备过程中的认知 决策活动有关，而动作时的间隔说明在外 显肢体运动产生之前存在的肌肉活动研究 人员一致认为，这种肌肉活动说明肌肉在 接到收缩指令后出现的收缩滞后现象，是 由于克服肢体惰性而产生的。
• 图2. 1反应时和运动时典型测试方法的过程 及时间分段
6、决策情景中应用反应时和动作时 评估技能操作问题的实例
• 例1、足球前锋接队友的传中球射门时出现 了迟疑：
• 原因： • （1）注意不够， • （2）信心不足， • （3）动作太慢 • 前两种与反应时有关，后一种与动作时有
关。
• 例2、在模拟器上学驾驶，突然“街道”上 出现物体只能停车， 是决策问题还是动作 速度问题？
图2. 4个体每次反应与目标之间的差异用 均方根误差《RMSE)计算《经授权摘自F ranks，I .M .et al.，1982 .The generatio
n of movement patterns during the acqu
isition of a pursuit tracking task. Human Movement Science，1:251-271.Copyrig hts 1982 Elsevier/North-Holland，Amst erdam，The Netherlands)。
• 3、反应时的时间构成：----两部分
• 在刺激信号发出和肌肉活动开始之间存在 一个时间间隔，这个间隔便是反应时的第 一部分，称为前动作时（premotor time）， 第二部分是从肌肉活动增 加到外显肢体动作真正开始之间的时距， 称为动作时
• 分段反应时图解说明EMG信号活动和动作前及动作部分 的RT间隔之间的关系
• （3） 辨别反应时：指测试情景中包含两个 或两个以上的信号，但被试者只需对其中 的一个做出反应，这时测得的反应时为辨 别反应时。 在辨别反应时中同样有两个或 两个以上的刺激信号但与选择RT不同的是 它只对其中一个信号做出反应。
• 从刺激信号的数量来判断是不是简单反应 时，从做出的反应的信号数量来判断是不 是辨别反应时。
• 常误：指操作成绩偏离目标的量，通常用 “+”或“—”进行标示。
• 动作过程中出现失误的原因有两方面动作 不足或动作过火，所以计算常误对判断人 在技能操作过程中产生操作误差的倾向具 有重要的意义。计算方法与绝对误差相 同。
• 可变误差：指描述操作变异性（或一致性 的）的误差值。 例子：
• 上图中萨姆出现的是一致性的问题，乔出现的是偏差性的问题。
2、一维动作目标的误差测量
• 在重复性的操作中，我们至少需要计算三 种误差才能评价出操作的准确性或找到导 致准确性问题的原因。
• 绝对误差：指每次操作的实际成绩与目标 之间的绝对差异，将误差值相加再除以练 习次数得到绝对误差的平均值。
• 是操作准确性的整体指标，只以它来评价 会隐藏关于错误操作诱 因的信息。
一刺激并要求被试者做出单一反应动作， 这时所侧的反应ห้องสมุดไป่ตู้称为简单反应时。 亮灯 松开按键、计时、起跑 。
• （2） 选择反应时：指测试情景中包含两个 或两个以上的信号，每个信号都要特定的 反应形式，这时测的的反应时为选择反应 时。 如：红灯-食指，蓝灯----中指，绿灯— 无名指- 十字路口 红绿灯-----选择反应时
• 图2. 6角-角图显示熟练跑步者(上图)和三例肘一膝切断手术患者(下图)在跑步时膝-大腿之间的关系。 图中的缩写同侧支撑( IFS)、同侧腾空(ITO )、对侧支撑(CFS)、对侧腾空(CTO》表示跑步的四个组 成部分
六、动力学（kinetics）
• 动力学是指在运动研究中对力的探讨。 运 动学在不考虑运动产生原因的条件下对运 动的描述。
3、二维动作目标的误差测量
• 当技能的操作结果同时要求垂直和水平两 个方向的准确性时，一维动作的评价就必 须调整。二维测量情景中准确性的量度称 为半径误差。
• 半径误差：计算x轴与y轴（及水平方向与 垂直方向）形成的直角三角形的斜边长度 得到。
• 计算步骤：
• ● 测量误差水平方向的长度（X轴）；求出 这个数的平方。
• 举例：实验室中将要进的测力板。 • 七、肌电图的测量（EMG） 记录激活开始
和结束的时间。 观察肌肉激活记录序列可 以了 解动作过程的协调性。
4、连续技能的误差评估
• 连续技能的误差测量中常用的一种误差分 数是均方根误差，均方根误差可以看成是 连续性任务中的绝对误差。选取连续技能 特定时间段的操作曲线与目标曲线进行对 比并计算出误差值。
五、运动学测量（kinematics）
• 指不涉及力和质量因素，而对运动进行描述，包 括位移、速度和加速度。通常与生物力学测量结 合实施。
• 4、直线运动和角运动 • （1）直线运动 指全部身体或操作对象沿直线在相等的时间内运动相
等距离。 • （2） 角运动 也称为转动，指围绕转动轴进行的运动。 • 角—角图通常描述两个邻近身体部位的角度，对动作的描述更加准确
和具体。 • 图2-6的角—角图 描述的是在跑步中大腿和膝关节的经典步态关系图
• 反应时只与活动开始前的时间有关。
• 图2. 1反应时和运动时典型测试方法的过程 及时间分段
2、反应时的种类： (Type of RT Situation)
• 简单反应时（simple RT or A-reaction） • 选择反应时（choice RT） • 辨别反应时（discrimination RT） • （1） 简单反应时：指测试情景中只包含单
4、反应时在研究中的应用
• （1）用来测量开始指令动作速度的快慢。 • （2）评价人对指定动作的动作形式和开始时间的
预判断。 • 5、反应时与动作时间和响应时间 • 在人对信号做出反应的情景中，还有两个操作量
度可以作为评价依据，即运动时和响应时。 • 运动时开始于反应时结束的同时，是动作从开始
到结束的时间长度； • 响应时是反应时和运动时的总和。
• 反应时：从物体出现到驾驶员的脚松开加 速器。
• 动作时：从松开加速器到接触刹车踏板。
• 如果反应时增加运动时不变，原因只与注 意力和决策有关。如果运动时改变说明与 动作有关。
四、误差测量
• 1、定义：指把人在操作中出现的失误次数作为 一种操作量度。
• （1） 它可以用来评估以精确性为动作目标的技 能，如伸手拿茶杯，沿指定路径走等，这些技能 需要时间和空间上的精确性。
时腿、躯干和手臂运动学特征。 • 完成测量的两个步骤： • 第一， 明确有效的操作测量应该测量操作的那些方面； • 第二， 确定如何测量已选定的操作特征。
二、讨论：两类操作测量：
• 1、操作结果测量：指为了说明动作技能操作结 果而进行测量。如：行走对距离、跑对速度和屈 膝的角度数等。 不足：
• ① 没有提供产生操作结果前肢体或身体行为对任 何信息。
形。所测的四个时相为蹬伸、支撑缓冲、对侧角蹬伸、对侧脚支撑缓 冲。 下图显示的是小腿切除者，注意，他们在支撑开始阶段膝关节并 没有象熟练者那样产生弯曲。
•(经授权摘自Enoka, R. M. et al. ,1 978.Below knee amputee running ga it.American Journal of Physical Medi cine and Rehabilitation，61 .70-78 . Copyrights Williams&Wilkins Compa ny，Baltimore，Maryland)。
• ● 测量误差垂直方向的长度（Y轴）；求 出这个数的平方
• ● 将X轴和Y轴的平方相加求和；求和的平 方根。
图2. 3运用半径误差RE测量 操作准确性的范例。操作任 务是个体向圆形目标投掷飞 镖，投掷的目标是击中圆形 的中心(在图中用+表示)。个 体击中目标的位置用O表示。 RE就是有X轴和丫轴围成的 直角三角形的斜边(h)。
• 运动学的测量是以记录技能操作中特定身体部位 的运动轨迹为基础的测量方法，属于操作过程测 量。
• 1、位移（displacement） 是描述肢体或关节在 运动过程中空间位置变化的运动学量度。
• 2、速度 是描述物体特定时间内位置变化率的运 动学量度，用位移除以是时间便可以得到速度。
• 3、加速度是描述运动过程中速度变化率的运动学量度。用速度变化 量除以变化持续的时间。
• ② 没有关于运动过程中参与工作的肌肉系统对活 动信息。
• 2、操作过程测量： 为了说明在动作操作过程中 运动控制系统某些方面的操作状态 而进行的一种 动作技能操作测量。如：运动学特征、力量、肌 电 图和脑电图等。
三、反应时（Reaction time RT）
• 1、定义：指从信号（刺激）发生到反应产 生之间的时间间隔。如在短距离游泳比赛 中枪响到脚踏离跳台。
• （2） 可以反应操作的精准性，某些误差测量可 以为分析产生操作问题的原因提供必要的信 息。
• （可以跳高、跳远和投掷等项目的步点准确来例 子说明）