0. Coaching Science.pdf

© 2014 Athletes’ Performance, Inc.1 COACHING SCIENCE 2 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Contrast the difference between prevailing theories of motor control and motor  learning Explain the role and importance of attention and me mory in relation to coaching  and skill learning Discuss considera...

© 2014 Athletes’ Performance, Inc.1 COACHING SCIENCE 2 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Contrast the difference between prevailing theories of motor control and motor  learning Explain the role and importance of attention and me mory in relation to coaching  and skill learning Discuss considerations for optimizing the practice  and training environment to  improve skill learning Discuss considerations for improving instruction an d feedback to improve skill  learning LEARNING OBJECTIVES © 2014 Athletes’ Performance, Inc.2 Will the results be the same? = 10 different coaches10 twin athletes + same program No… MOTOR CONTROL THEORIES © 2014 Athletes’ Performance, Inc.3 5 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Explain Coordination in terms of movement performance and skill acquisition Provide an explanation for Bernstein’s “Degrees of Freedom Problem.”  MOTOR CONTROL THEORIES …Why? 6 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Coordination - Patterning of head, body, and limb movements relative to the patterning of  environmental objects and events (Turvey, 1990) Degrees of Freedom Problem - Design problem involves determining how to constra in the system’s many degrees of  freedom so a specific result is produced (Magill, 2 011 & Bernstein, 1967) MOTOR CONTROL THEORIES © 2014 Athletes’ Performance, Inc.4 7 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Central Control or Motor Program Theory - “a memory-based construct that controls coordinated movement” (Magill, 2011) Generalized Motor Program (GMP) - Memory based representation of a class of actions with common invariant features - Provides the basis for controlling a specific acti on within a class of actions Schema Theory (Schmidt, 1975) - A set of rules that provide the basis for a motor  skill MOTOR CONTROL: THEORY ONE Input Stimulus Identify Output Muscles Spinal Cord (CNS) Motor Program Response Selection Response Program Comparator Desired State Proprioceptive FeedbackExteroceptive Feedback Error Actual State (Compares Actual state  with desired state) MODEL FOR MOTOR PERFORMANCE: CLOSED LOOP Perception Decision Action Adapted From: Schmidt and Wrisberg, 2008-Motor Learning and Performance- A Situation-Based Lear ning Approach © 2014 Athletes’ Performance, Inc.5 9 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Dynamic Systems Theory - Approach to describing the control of coordinated movement that emphasizes the role  of environmental information and the dynamic proper ties of the human body (Magill,  2011) - Nonlinear Behavior (Kelso, 1984) MOTOR CONTROL: THEORY TWO 10 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Attractor State (Motor Program Equivalent) - A  preferred behavioral state that is said to be  stable  or homeostatic - Occurs and can change in response to  constraints within the human body, environment,  and/or task Self-Organization - Spontaneous expression of a motor skill in respons e to specific tasks, environment  conditions, and biological capabilities (Attractor  State) MOTOR CONTROL: THEORY TWO © 2014 Athletes’ Performance, Inc.6 11 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Learn through “play” “Hands-off” coaching model “Constraints” drive movement solutions “The optimal pattern of coordination is determined by the interaction among constraints  specified by the person, the environment, and the t ask” (Newell, 1986) SELF-ORGANIZATION (CONSTRAINT-BASED) MODEL ORGANISM TASK ENVIRONMENT PERCEPTION ACTION Coordinative Pattern  (Motor Skill) Adapted From:  Davids, K., Button,  C., and Bennett,  S., 2008 © 2014 Athletes’ Performance, Inc.7 Relative-time for gait was found to be different  for walking and running, indicating they are  controlled by different GMP or attractor states Shapiro et al., 1981 MOTOR LEARNING THEORIES © 2014 Athletes’ Performance, Inc.8 15 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Fitts and Posner 3-Stage Model (1967) - Cognitive Stage - Associative Stage - Autonomous Stage Gentile 2-Stage Model (1987,2000) - Initial Stage Learning - Later Stage Learning Newell 3-Stage Model (1985) - Coordination Pattern - Coordinative Structure - Optimization of Control Anderson and Lebiere (1998) - Declarative Phase - Procedural Phase MOTOR LEARNING MODELS NOVICE EXPERT FITTS AND POSNER 3-STAGE MODEL COGNITIVE              STAGE ASSOCIATIVE  STAGE AUTONOMOUS  STAGE PRACTICE TIMELINE • Identify Objectives • Self-talk/Questioning •↑Errors/Variability • Instruction/Feedback • Associate with Cues • Refining/Consistent • ↓Errors/Variability • Identify/Correct Errors • Subconscious/Auto • Multiple Tasks • ↓↓↓ Errors/Variability • ↑↑ Identify/Correct Error (Fitts and Posner, 1967, Davids et al., 2008, and Mag ill, 2011) © 2014 Athletes’ Performance, Inc.9 ATTENTION AND MEMORY 18 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Characteristics associated with consciousness, awareness, and cognitive effort Relating to limitations associated with the performance of multiple skills and the  detection of relevant information in the environmen t ATTENTION © 2014 Athletes’ Performance, Inc.10 ATTENTION AS A LIMITED RESOURCE Movement Task Attention   Capacity (Adapted From:  Magill, R., 2011) NOVICE EXPERT Focus on Cueing 20 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Short-Term Sensory Store:  - Peripheral memory system, which holds incoming inf ormation until identified (lost  after .5s) Short-Term Memory:  - Allows retrieval, practice, processing, and transf er of information…Limited Capacity  (7 ± 2 items & lost after 10s) Long-Term Memory:  - Memory system that holds information and life expe riences…Unlimited Capacity  (contains GMP) MEMORY © 2014 Athletes’ Performance, Inc.11 MOV MOV INPUT INPUT INPUT INPUT INPUT STSSSTM LTM Selective  Attention GMP  Retrieval  Process (Adapted From:  Schmidt  and Wrisberg, 2008) Practice ATTENTION-MEMORY MODEL 22 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Write down 3-5 sentences contrasting the  central control and dynamic system theories  of of motor control Write down the 3-stages of motor learning     and 1-2 characteristics of each stage             (Fitts & Posner) Write down 3-5 sentences discussing the  role of attention and memory in coaching  and learning CHECK FOR LEARNING 01 © 2014 Athletes’ Performance, Inc.12 COACHING: FRAMEWORK PRACTICE DESIGN INSTRUCTION FEEDBACK © 2014 Athletes’ Performance, Inc.13 OPTIMIZING THE LEARNING ENVIRONMENT 26 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Goal - Optimize learning and retention in an effort to reach maximum transfer to the sporting  environment Key Terms - Practice Variability - Contextual Interference PRACTICE DESIGN © 2014 Athletes’ Performance, Inc.14 27 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Practice Variability: - The variety of movement and context characteristics a person experiences while  practicing a skill Contextual Interference (CI): - The memory and performance disruption that results  from performing multiple skills or  variations within the context of practice Contextual Interference Effect (Battig, 1979): - Learning benefit from performing multiple skills i n a high CI practice schedule (i.e.  Random), rather than  skills in a low CI practice s chedule (i.e. Blocked) PRACTICE DESIGN Blocked Practice 50 Shots each Serial Practice Random Practice 5 Shots each x 101 Shot each x 150 © 2014 Athletes’ Performance, Inc.15 29 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. CI and Practice: - High CI conditions may have a negative affect on current performance within a practice  setting compare to low CI conditions CI and Retention/Learning: - High CI conditions can results in significantly hi gher retention and learning following a  series of practice sessions PRACTICE DESIGN PRACTICE DESIGN BLOCKED SERIAL RANDOM PRACTICE DESIGN Single movements  trained in a pre- determined series  across a week Multiple movements  trained in a pre- determined series within  a session  Multiple movements  trained or sequenced in  a randomized order  within a session PRACTICE DESIGN Day 1: Acceleration Day 2: Deceleration Day 3: Drop Step Day 1: 1. Acceleration 2. Deceleration 3. Drop Step Day 1: 1. Accl-Decl 2. Decl-Drop St 3. Accl-Decl-Drop St CONTEXTUAL INTERFERENCE APPLIED © 2014 Athletes’ Performance, Inc.16 CHALLENGE POINT HYPOTHESIS BLOCKED SERIAL RANDOM Children  A Low Skill Level  B High Skill Complexity  C Adults High Skill Level Low Skill Complexity (A: Brady, F., 1998; B: Hebert et al., 1996; B-C:  G uadagnoli and Lee, 2004) Design: N=45 practiced 3 different basketball passing  strategies under a blocked, random or progressive  practice schedule Results: A progressive increase in CI from a blocked to  random schedule improved retention of passing  skills better than a random or blocked only  schedule Moderately Skilled Learners Benefit by Practicing w ith  Systematic Increases in Contextual Interference Porter et al., 2010 © 2014 Athletes’ Performance, Inc.17 33 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Increased CI is associated with a short-term performance decrement in practice  that results in significant improvements in learnin g and retention… BIG TICKET ITEM… PRIMING THE MOTOR SYSTEM: INSTRUCTION © 2014 Athletes’ Performance, Inc.18 INSTRUCTION VERBAL VISUAL INTERNAL FOCUS EXTERNAL FOCUS NOVICE MODEL EXPERT MODEL INSTRUCTION MODEL 36 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Provide 1-2 focus cues to build awareness Limit unnecessary information (“Over-Coaching”) Start and finish instruction with what you want ver sus what you don’t want Focus attention externally on the outcomes opposed  to internally on the body  process VERBAL INSTRUCTION © 2014 Athletes’ Performance, Inc.19 37 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Internal Cueing: Focused on “Body Movement” - Joint reference: “Squeeze your shoulder blades” - Muscle reference: “Squeeze your glutes” External Cueing: Focused on “Movement Outcome” - Environment reference: “Explode off the ground” - Outcome reference: “Jump as high as you can” VERBAL INSTRUCTION: CUEING 38 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. APPLIED TO HOPPING Internal - “Explode through your hips” External: - “Explode off the ground” INTERNAL VS. EXTERNAL CUEING © 2014 Athletes’ Performance, Inc.20 Design:  - N=33 performed a ski-simulator task under internal  (“outside edge of feet”), external (“outside wheels ”),  or a non-focus condition Results: - External condition out-performed internal as  measured by platform amplitude and frequency  during practice and retention  External Focus Improves Performance during Practice  and  Retention of a Ski Simulator/Balance Task Wulf et al., 1998 40 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Watching a expert performer - Mirror Neurons Watching a novice performer - Improves problem solving and discovery Combining both creates context to know what the nov ice is doing wrong and  drives learning VISUAL INSTRUCTION: OBSERVATION © 2014 Athletes’ Performance, Inc.21 41 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Combing visual and verbal instruction may be more beneficial than either  independently…Visual creates an image and verbal (e xternal focus) can drive the  outcome of what the image represents… BIG TICKET ITEM… REFINING THE MOTOR SYSTEM: FEEDBACK © 2014 Athletes’ Performance, Inc.22 FEEDBACK TASK- INTRINSIC  FEEDBACK AUGMENTED  FEEDBACK VISUAL PROPRIO-CEPTIVE TACTILE AUDITORY KNOWLEDGE  RESULTS(KR) KNOWLEDGE  PERFORMANCE (KP) Adapted From:  Magill & Anderson, 2013 FEEDBACK MODEL 44 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Knowledge of Results: Information about the outcome  of a skill or if a goal was  achieved - Quantitative Knowledge of Performance: Information about movemen t characteristics that led  to the outcome - Qualitative Example…Running a 40yd Sprint - KR: “You ran the 40yds in 4.56s” - KP: “Focus on pushing off the ground during the st art” FEEDBACK: AUGMENTED © 2014 Athletes’ Performance, Inc.23 45 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. The higher the task-intrinsic feedback the less need for augmented feedback The lower the task-intrinsic feedback the greater need for augmented feedback FEEDBACK: TASK-INTRINSIC 46 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Guidance Hypothesis (Salmoni et al., 1984) - Feedback guides the athlete/client towards the correct movement skill, but when given  too frequently can have detrimental affects on the  movement skill and create feedback  dependence… FEEDBACK: HOW MUCH? © 2014 Athletes’ Performance, Inc.24 Design:  - Design: N=52 participants took part in a passing accuracy  task. Feedback frequency and internal vs. external  focus  was examined. (100% Int, 100% Ext, 33% Int, 33% Ext ) Results: - An external focus was superior to an internal focus - 33% feedback was superior to 100% feedback for INT  Focus - 33%/100% feedback were equally effective in EXT Fo cus The Frequency of Feedback has a Direct Effect on  Performance Outcomes in Practice and Retention Wulf et al., 2002 48 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. FEEDBACK: DANGERS OF TOO MUCH Coach dependence “DVD Player Analogy” Less dependence on intrinsic process False view of improvement… - Practice well, but when feedback is removed retent ion/learning is not  expressed on the field “Paralysis by Analysis” © 2014 Athletes’ Performance, Inc.25 49 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. FEEDBACK: TIMING Bandwidth - Feedback given when error reaches a limit of is ou tside the correct bandwidth Summary/Average - Feedback is given after a number of trials have be en observed and the average  errors have been identified Fading - Feedback is given more frequently at the beginning  of a session and is  progressively decreased Self-Selected - Feedback is given to the athlete at their request - Very Good…Not Sure…Very Bad 50 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Movement Analysis - Major Technical Components - Direct Feedback at Weakest Link - Cause vs. Symptom (Prioritize) Guide rather than prescribe - Ask a question before you give an answer Coach the “how” not the “what” FEEDBACK: CONTENT © 2014 Athletes’ Performance, Inc.26 51 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Write down 2-3 ways you can integrate  contextual interference into movement on  the field and strength in the weight room Write down 2-3 key strategies for     optimizing instruction Write down 2-3 key strategies for     optimizing feedback CHECK FOR LEARNING 02 CLOSING © 2014 Athletes’ Performance, Inc.27 53 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Optimizing practice and training  conditions to improve learning  and transfer to sport and life ENVIRONMENT 54 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Prime the motor system  through externally focused  verbal instruction and  observational learning with  novice and expert models INSTRUCTION © 2014 Athletes’ Performance, Inc.28 55 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Refine the motor system through  appropriately timed feedback that  guides rather than prescribes FEEDBACK © 2014 Athletes’ Performance, Inc.29 57 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Battig, W. F. (1979). The flexibility of human memory. Levels of processing and human memory, Lawrence  Erlbaum Associates, Hillsdale, NJ , 23-44. Bernstein, N. A. (1967). The control and regulation o f movements. London: Pergamon Press ,10 , 11. Bernstein, N. A. (1996). Dexterity and its development . Psychology Press. Calvo-Merino, B., Glaser, D. E., Grèzes, J., Passingham , R. E., & Haggard, P. (2005). Action observation and  acquired motor skills: an FMRI study with expert dancer s. Cerebral cortex ,15 (8), 1243-1249. Davids, K., Button, C., & Bennett, S. (2008). Dynamics of skill acquisition: A constraints-led approac h .  Human Kinetics. Fabbri-Destro, M., & Rizzolatti, G. (2008). Mirror ne urons and mirror systems in monkeys and  humans. Physiology ,23 (3), 171-179.Fitts, P. M., & Posner, M. I. (1967). H uman performance. Guadagnoli, M. A., & Lee, T. D. (2004). Challenge point : a framework for conceptualizing the effects of  various practice conditions in motor learning. Journal of motor behavior ,36 (2), 212-224. Kelso, J. S. (1984). Phase transitions and critical beh avior in human bimanual coordination. Am J  Physiol ,246 (6 Pt 2), R1000-R1004. APPENDIX 58 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Kelso, J. S., & Schöner, G. (1988). Self-organization  of coordinative movement patterns. Human Movement  Science ,7(1), 27-46. Magill, R. A., & Anderson, D. I. (2013). Motor learning and control: Concepts and applications . New York:  McGraw-Hill. Newell, K. M. (1986). Constraints on the development  of coordination. Motor development in children:  Aspects of coordination and control ,34 , 341-360. Porter, J. M. (2008). Systematically increasing contextual interference is be neficial for learning novel  motor skills (Doctoral dissertation, Louisiana state university). Porter, J. M., & Saemi, E. (2010). Moderately Skilled  Learners Benefit by Practicing with Systematic  Increases in Contextual Interference. International Journal of Coaching Science ,4(2). Salmoni, A. W., Schmidt, R. A., & Walter, C. B. (1984 ). Knowledge of results and motor learning: a review an d  critical reappraisal. Psychological bulletin ,95 (3), 355. Schmidt, R. A. (1975). A schema theory of discrete m otor skill learning. Psychological review ,82 (4), 225. Schmidt, R. A. (1991). Frequent augmented feedback can  degrade learning: Evidence and interpretations.  InTutorials in motor neuroscience (pp. 59-75). Springer Netherlands. Schmidt, R. A. (2008). Motor learning and performance: a situation-based learning  approach . Human  Kinetics. Schmidt, R., & Lee, T. (2013). Motor Learning and Performance, 5E With Web Study Guide : From Principles  to Application . Human Kinetics. APPENDIX © 2014 Athletes’ Performance, Inc.30 59 © 2014 Athletes’ Performance, Inc. Shapiro, D. C., Zernicke, R. F., Gregor, R. J., & Diestel, J. D. (1981). Evidence for generalized motor  programs using gait pattern analysis. Journal of motor behavior ,13 (1), 33-47. Thelen, E., Kelso, J. A., & Fogel, A. (1987). Self- organizing systems and infant motor  development. Developmental Review ,7(1), 39-65. Turvey, M. T. (1990). Coordination. American psychologist ,45 (8), 938. Williams, A. M., & Hodges, N. J. (2011). Skill Acquisition In Sport: Research, Theory and Practi ce . Routledge. Wulf, G., Höß, M., & Prinz, W. (1998). Instructions for motor learning: Differential effects of internal v ersus  external focus of attention. Journal of motor behavior ,30 (2), 169-179. Wulf, G., Mcconnel, N., Gärtner, M., & Schwarz, A. (2 002). Enhancing the learning of sport skills through  external-focus feedback. Journal of motor behavior ,34 (2), 171-182. Wulf, G. (2007). Attention and motor skill learning . Human Kinetics. Wulf, G. (2007). Self-controlled practice enhances mo tor learning: implications for  physiotherapy. Physiotherapy ,93 (2), 96-101. APPENDIX