動作學習與協調理論

運動技能的習得必須是個體經過一段時間、透過有目標地練習後，造成動作 行為產生恆久性的改變(Schmidt & Lee,1999)。Bernstein(1967)提出「自由度的問 題」以探討人體在複雜且擁有大量力學自由度的系統下，如何減低眾多的自由度，

使個體得以較為經濟地執行動作，並認為掌控多餘的自由度即是一種人體產生協 調的重要方式。形成動作協調的過程，必需經歷凍結自由度(freezing the degrees of freedom)、釋放自由度(freeing the degrees of freedom)以及利用反作用力(the exploitation of the reactive forces)三個階段。動作練習之初，個體會先凍結身體肢 段或關節以掌控自由度，使身體掌控的變項降低以達成動作要求。凍結自由度時，

動作會呈現僵硬且不經濟的結果，但經過練習後，個體解放身體肢段或關節的自 由度，使動作表現增進。最後動作者利用反作用力以最經濟與最省力的狀態達成 動作目標。例如學習投籃動作的初學者，初期先鎖死腕關節的動作，凍結動作自 由度。經過練習過後，漸漸解放腕關節自由度，最後利用身體帶動以進行有效率 的投籃姿勢。Turvey, Fitch, and Tuller(1982)承接Bernstein的概念檢視動作表現，

認為動作並非由大腦控制特定肌肉或移動特定關節，而是在動作過程時，人體內 各次系統(sub-systems)相互連結以掌控多餘自由度進而達到動作表現。因此本研 究係以上述動態系統觀點，解釋不同自由度或限制狀態下，人體會如何因應改變 以產生最後的動作協調。Vereijken,Whiting, and Newell(1992)以滑雪動作探討自 由度的問題，發現經過連續七天的練習後，下肢自由度的確會因為練習產生變化，

同時亦發現個體會先凍結自由度而後解放自由度。此實驗符合Bernstein(1967)掌 控多餘自由度的看法，並認為練習過後會影響自由度並且改善動作表現。

動作控制範疇下，如何產生人體協調架構一直是動態系統研究者的重要課 題。動作協調的過程當中，有許多像遺傳或是環境等因素，皆足以影響動作控制 協調。當個體進行投籃、游泳甚至是騎腳車等不同的活動時，自會產生一個協調 的架構，以達到最省力或是經濟的動作模式。然而人體是如何有效控制肌肉骨骼 以 達 成 協 調 的 機 制 呢 ？ Turvey(1990) 認 為 人 體 具 有 將 近 100 個 力 學 自 由 度 (mechanical degrees of freedom)，及792條大小肌肉，這些結構交織形成複雜的肢 體動作。關節與肌肉間之相互作用，進而形成協調的動作型態，是為動作控制探 究的焦點之一。Turvey(1990)延續Bernstein自由度的概念，更將協調定義為「在 環境中各種物體和事件的狀態下，身體各部位的動作型態」，也就是當身體肢段 在某時間內出現在環境中的相對位置時，即被認為具備該動作的協調型態。而哪 些因素會影響學習過程中的動作系統、結構與協調型態?

Newell(1986)以動力系統理論為基礎，提出三角限制模式，即動作協調乃是 系統滿足來自個體、環境和工作三者限制(constraints)下的結果。認為人類運動行 為的產生是受到不同的限制所影響，所謂的限制係指某些阻礙個體動作能力的條 件。Kugler、Kelso and Turvey(1980)也認為協調型態的出現是限制底下所產生的 結果。而動作的產生則是受到個體(organism)、環境(environment)及工作(task)三 者交互影響下的產物。因此，隨著不同的個體、所處的環境不同，以及工作的要 求不同，人的行為亦會隨之變化，產生不同的運動表現和不同的動作協調型態。

個體的限制是指來自人體結構(structural)或功能性(functional)的限制。結構

性的限制相對來說為與時間無關的個體限制，相對於協調的發展來說，其變化是 非常緩慢的，例如個體的身高、體重或肌內等與身體結構有關的；而功能性的限 制是短時間內受時間影響的，可能是心理的、生理的或經驗上的(Newell,1986)。

例如疲勞、熱身、比賽等情境下個體所受到的限制而造成動作型態的改變。

環境的限制可視為外在的因素，是反應工作之外的環境條件，例如重力、溫 度、光線、比賽場地等存在於週遭環境中會影響動作表現的因素。例如同樣是跑 步，在田徑場上和在沙灘上跑步，所展現出來的動作型態就會有所不同。

工作的限制強調的是工作的目標(goal)、規則(rule)及器材(implement)等同樣 存在於個體外在的限制。所有工作的結果都與目標有關。例如不同的球體大小，

會造成兒童投擲動作型態的改變。Newell(1986)以限制(constraints)觀點探討個體 產生協調與控制的機制，認為人體的協調受到個體、工作與環境三種限制的影 響。

張瓊恩(2010)以16名體育相關科系學生為受試者，探討加入工作限制概念之 訓練對學習前空翻動作的影響。研究方法分為控制組與實驗組，進行約八週之助 跑團身前空翻訓練，前兩週練習內容相同，兩週後進行前測，後六週實驗組操作 加入工作限制概念之課表，而控制組則執行一般訓練課表，完畢進行後測及遷移 測(高台原地前空翻)，研究結果發現整體表現經過練習皆有顯著進步、兩組後測 之學習成效無顯著差異、加入限制概念訓練之組別有較佳遷移表現。

彭國威、卓俊伶、楊梓楣(2003)為探討兒童踢球動作型式之轉移：工作限制 與年齡效應，以五歲、八歲與十一歲等三組學童各組16位受試者，拍攝並分析分 別踢四種相對於身高不同尺寸球體之動作形式，結果發現球體大小對踢球腿部動 作形式有影響，並足以發生轉移現象，並且學童踢球動作有年齡效應。

有關肢段動作協調的分析除了傳統上以文字敘述來定義動作型態外，判斷動 作型態並無標準，過去多以檢驗運動發展的階段變化為主，將動作型態依據人體 肢段或動作特徵加以分類描述（Liu,1997）；傳統的動作分析方式，則多以運動 學、動力學方法記錄三維空間的動作資料，然後以平均數、標準差等統計方式加

以分析、比較動作的差異性；然而面對人體全身性的複雜動作，Newell(1985)指 出這樣的分析方式，仍不足以具體描述動作的協調形態。因此，建議以圖形化概 念來描述協調型態，如角角圖(angle-angle diagram)，是將動作過程中隨著時間序 列而產生的兩個運動學參數作圖，以獲取其相對關係，並進一步將圖形趨勢進行 量化分析，作為比較的依據；另外如相對相位(relative phase)，以位移及速度導 出的相位角，用來檢驗運動中兩兩肢段間的相互關係。