第貳章 理論基礎與文獻探討
本章乃在針對基礎理論及過去相關研究做歸納整理，共分為六節：第一節 動 作行為與學習基礎理論；第二節 三角限制、量化動作學習與協調之相關研究；第 三節 自行車騎乘姿勢控制與動作分析；第四節 肌電訊號，第五節 文獻總結。
第一節 動作行為與學習基礎理論 一、 動作學習概念
運動技能學習是指來自經驗或透過練習造成特定能力表現上的長久性改變，
Fitts (1964) 定義運動技能學為「瞭解技能表現在時間與空間上如何達到高度的組 織」。Bernstein (1967) 則認為運動技能的學習與人體自由度的控制有密切的關係。
Kerr (1982) 將運動技能的學習區分為「系統發生動作」與「個體發生動作」兩大 類。系統發生動作所指的為一般正常人隨系統發展而學會的動作，如伸手取物、
走路、跳躍等。而個體發生動作則為個體需加以訓練才能學會的技能，如騎自行 車、籃球上籃與直排輪等；綜合以上所述運動學習是指身體動作在達成特定目的 工作時精確度和熟練度上的增進。
二、 動力系統理論下的技能學習
以動力系統的觀點來看，技能的學習是從一種不會的穩定的狀態到另一個會 的穩定狀態的過程，是對現存的協調結構的修正。也是固有動力往工作動力修正 的過程，且兩者之間的關係是非線性的關係。Newell, Liu & Mayer（2001）將學習 以學習景觀來加以譬喻，學習景觀如地形等高圖一般，有高低起伏，隨著學習的 進行景觀也不斷的再在改變。個體的偏好也就是較穩定較常出現的行為即固有動 力，就如一顆球停留在景觀中較低的位置，越低的點代表越穩定的動作型態，隨 著動作的發展，景觀隨著改變，原本凹陷的位置可能變得較為平緩，因此球變得 較不穩定較容易離開原來的位置，到另一個穩定的位置即目標動力的方向移動。
換言之，在學習的過程中隨著動作的發展，新動作因為舊動作變得不穩定而產生。
學習是一種在現有協調基礎下形成新型態的過程，所有的學習皆來自於對現有的 結構做修正（陳秀惠，2005），隨著學習的過程，整個景觀 (landscap) 會不斷的 轉換。
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（一）練習
練習會導致整個協調系統的型態產生變化，同時使這個變化呈現出 來。經過練習，原先的協調對稱型態會被打破，新的型態隨之產生。以 學騎腳踏車為例，身體的重心總是朝著地心引力的方向（重力）去，必 頇等到改變這樣的習慣（協調結構），會將重心往反方向作平衡後，才能 順利的上路。經充分練習後，不穩定的協調型態會被轉換，而原先穩定 的會繼續保持或更為穩定 (Kelso, 1995)。
（二）保留
學習既然為恆久性的行為改變，也就代表著所練習新動作的進步可 以留存於個體一段時間；所以可以將練習學會的運動技能在一段時間不 再練習後繼續留存下來就稱為保留。以動力系統來解釋，已達穩定的技 能會有較深較除的景觀，所以久未練習的技能很快的就能回到景觀底部 的附近。
（三）遷移
動作技能遷移在動力系統的架構下可視為，欲學習新動作的動力與 學習者本身固有的動力合作或競爭的結果，當固有動力與工作動力相近 或一致時，新的動作或協調就比較容易產生，也就是動力系統理論中所 謂的合作現象。反之，當兩者不一致時，競爭的現象也因之而發生。兩 個動作動力一致時容易產生正向的遷移，動力互相競爭時則容易產生負 向的遷移。Zaone & Kelso (1997) 延續之前的 HKB 模式以兩手食指的擺 動，來探討學習與遷移。在這個實驗中他們將參加者分成兩組分別操作 學習兩手食指的相位差 90 度和 270 度的技能，然後於過程檢驗實際表現 與目標的差距。結果發現於練習前表現最穩定的位置是 180 度與 306 度，
經過練習後 90 度這一組的誤差逐漸縮小，但原先較穩定的 180 度這一個 位置差距卻變大，沒有練習過的 270 度的這個位置的差距也隨之縮小。
另一組學習 270 度的也發現同樣的情形，270 度差距縮小，原先穩定的 180 度差距變大，90 度差距變小。此一實驗結果為動作技能的遷移提出 具體的解釋。
三、 協調型態的產生
（一）人體運動的自由度
神經生理學家 Bernstein (1896-1966) 提出關於人體自由度的問題，探 討人體動作的協調結構，指出動作者在從事新的動作時，會凍結身體多
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餘的自由度。因為個體為達成目標動作的要求，必頇掌握的是千百條肌 肉的收縮、放鬆與各骨骼關節於其能轉動的軸向活動等相當複雜且龐大 的變數。透過將自由度凍結降低至較容易掌控身體的動作，透過學習後 再慢慢釋放各個關節，將自由度增加而可以控制，因此 Bernstein (1967) 認 為「運動中身體的控制，是要能管理多餘的自由度」，而且建立各元素之 間的關係是降低自由度的方法之一。
（二）協調、控制與技能
人是個自由度相當龐大的組合體，而中樞神經沒有可能逐項控制肌 肉、關節與可能的動作型態，因此個體會將動作自由度壓縮到最小、最 容易控制的單位，即稱為協調結構（成戎珠，1994）。個體是如何達到 降低自由度？使原本各自獨立的元素在同一條關係函數上，就能轉換成 協調結構的型態並達到降低自由度的效果（陳秀惠，2005）。建立元素 間的關係即能降低自由度形成協調結構。Kugler, Kelso and Turvey 於 1980 年透過數學函式說明協調、控制與技能三者之間關係 (Newell，
1985)：
1. 協調
協調是一個將各種變數 (A, B, C, .... X, Y, Z) 限制在一定範圍並且賦 予變數間關係的函數形式，可以用 f (A, B, C, .. X, Y, Z) 的函數意義來表示 協調的意義。
2. 控制
在既有協調結構上確定方向、速度、力量等控制參數，可用 f (Ai, Bj, Ck….Xr, Ys, Zt) 函數形式來表示控制的意義。
3. 技能
技能就是f (Ai, Bj, Ck……. Xr, Ys, Zt)之間各個變數與參數值的關係 達到最佳化，以符合該技能項目的最理想型態，達到最有效率的作功。
四、 三角限制
Newell（1986）於動力系統的架構下提出，個體動作在三種限制之間的 交互作用下會決定最佳的協調與控制，限制若能滿足，協調即會浮現，而這 三種限制是為有機體限制（Organismic Constraints）、環境限制（Environmental Constraints）、工作限制（Task Constraints），三種限制的內容敘述如下（Newell，
1986）：
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（一）有機體限制
個體的身高、體重、經驗、反應等個項因素，亦即個體本身生理與 心理的各項狀態限制，可分為「結構性限制」與「功能性限制」，個體的 身高、體重在發展上有一定的順序與規則，且改變的速度十分緩慢，需 要相當冗長的時間才能完成，因此身高、體重被假定為個體在協調發展 上的「結構性限制」，相反地，神經突觸間的連結是協調發展最根本的元 素，因此個體的反應、經驗等被視為「功能性限制」。
（二）環境限制
環境限制一般被認為是在生物體以外環境屬性所附加的限制。在有 機體和環境交互作用下非有機體內部的任何限制都可以被視為環境限制，
例如：個體的重力、實際比賽情境中氣溫、風向、光線等。
（三）工作限制
工作限制所界定範圍為動作完成所需符合的特定目標、規則以及所 使用的工具；本實驗工作限制為自行車滾筒訓練台。
五、 小結
在動力系統理論架構下動作技能的學習是整個景觀不斷改變的歷程。動 作協調是各子系統互動的結果，各系統間並沒有主從的關係，是在同時符合 環境、工作、有機體三個子系統限制下出現的行為（Newell, 1986）。三者之 中任一個有些許的改變都會對協調形成有很大的影響（動力系統對初始條件 的敏感度）。因此，藉由工作限制來促進動作協調的形成，或是藉由工作限 制的介入使其技能表現獲得改善，是相當可行的。如自行車滾筒式訓練台的 訓練，此一部份也為本研究欲探討的重點之一。
第二節 三角限制、量化動作學習與協調之相關研究