第壹章 緒論
本章共分為六節：第一節 問題背景；第二節 研究重要性；第三節 研究目的；
第四節 研究問題與假設；第五節 研究範圍與限制；第六節 名詞操作性定義
第一節 問題背景
一般而言，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) 定義運動技能學習為「瞭解技能表現在時間與空間上如何 達到高度的組織」。上述是對學習的定義。而人類是如何學會一項新的技能或動作？
這是一個存在已久的問題，一直以來都是研究人類動作的科學家們很感興趣的一 個問題。學習如何來量化？是什麼改變了而讓人學會一項新的運動技能？早在 1926年Snoddy就利用學習鏡描的實驗來探討人類的動作學習並且以學習曲線的方 式量化學習。之後許多的對動作技能學的研究與相關理論被提出，特別是認知心 裡學中由訊息處理理論的觀點，針對動作學習提出了許多著名的學習理論，對動 作學習的研究奠定相當的學理基礎。然而早期受限於科技與科學發展所限制，所 以過去動作學習的過程是較不容易被觀察的，使得關於動作技能學習的研究多偏 向於結果或表現的量化，且對於全身性複雜動作的學習，這些研究與理論最大問 題就是過於抽象。
最早於1970年代由美國加州柏克萊大學的一群數學家開始，用一種以非線性 的數學方法探討自然界中非線性的複雜系統的各種現象（人體的動作行為亦屬於 非線性的複雜系統之一），由自然界中看似混亂的各種系統中描繪出隱含於其中次 序，並透過對外顯行為的分析藉以瞭解系統動力的轉變情形，這個方法即為動力 系統理論。對於動作的學習動力系統將之視為各子系統的互動、協調及自我組織 後所產生的結果，各子系統包含神經、肌肉、骨骼等個體本身的系統或外在各項 因素。
當將動力系統理論的研究範圍延伸至人類動作行為的這一個領域時。研究人 體動作的 科學家注意到了俄國神經生理學家 Bernstein (1967) 提出的自由度 (degree of freedom) 概念，認為動作學習為「有效的控制身體多餘的自由度」，正 與動力系統中系統如何轉變並產生次序的概念符合。自此，動作學習過程中協調 型態與自由度改變開始被頻繁的探討與研究。Haken, Kelso和Bunz (1985) 以簡單 的手指擺盪的研究（HKB模式）開始一連串的相關研究檢驗了動力系統各項特性，
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如動作型態的轉移、吸引子的特性等。同一時期Newell (1986) 於動力系統的架構 下提出，在限制之間的交互作用下會決定個體活動的最佳協調與控制，限制若能 滿足，動作協調即會形成，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）。至此，在動 力系統的概念下透過外顯的行為或子系統間的互動，研究動作學習過程中協調型 態的產生是可行的。因此，動力系統研究對動作行為的最大貢獻是提供了方法與 概念對於新動作的產生過程做清楚的描述。同時又因科技大幅進步的關係對人體 動作的研究也逐漸由單肢段的簡單動作，朝全身性多肢段的複雜運動方向轉變。
對於學習的過程中到底是哪裡發生了改變而致於習得如游泳、騎自行車等這些全 身性的動作技能？這個問題也開始逐漸有了較明確的解答。
那麼在動力系統的架構下，複雜運動的學習如何量化呢？個體本身各關節、
神經、肌肉等自由度如此的龐大，如何將之一一量化。傳統量化學習的學習曲線 以動力系統理論進行探討是一個可行的方法（陳秀惠，2003；廖庭儀、劉有德，
2003；陳秀惠、劉有德，2007；Chen, 2001；Liu, Mayer, & Newell, 2006），因為 複雜運動為一個動力系統，研究系統在時間刻度下的變化，可以瞭解系統行為的 演進；至於複雜運動自由度過於龐大如何有效的探討？延續Bernstein (1967)、
Newell (1986) 的概念，學習初期僵硬的動作是為了幫助有機體處理大量的自由度，
在練習之後肢段間僵硬固定的結構會開始動搖成為特定工作目的下的協調結構，
成為僅依賴數個由自由度連動而產生動作。所以透過研究系統維度的變化也可以 瞭解系統狀態的演進。在統計學上的因素分析中主成份分析法是用來對龐大的資 料進行分類、縮減的方法，可去除高維度資料中重複的訊息，也可將之縮減為最 少的模式或結構。這個概念，應用在複雜動作中的運用可以找出動作中所含有連 動的自由度，使得人體多肢段複雜的協調結構可以較少的成份動作來進行分析，
是一個可行的分析方式（陳秀惠，2005）。
在眾多的運動技能之中自行車一直有相當的獨特性存在。幾乎每一個人都有 學習騎自行車的經驗，是一種相當普遍的運動、是一種交通工具，同時也是由第 一屆奧林匹克運動會就存在至今的競技項目之一。自行車本身就是一種工作限制，
車架、輪徑的大小、曲柄的長度、齒輪比等任何一種排列組合的搭配都會使騎乘 者有不同的踩踏方式。騎自行車是多數大眾所熟悉的一項動作技能，但對滾筒式 訓練台（圖3-12）的騎乘卻是一項全新的體驗、一個新的動作協調或者現有的騎乘 協調結構必頇修正。儘管本身已經會騎自行車了，但第一次上滾筒訓練台仍然無 法雙腳離地於上面停留，即便是選手若從來未騎過滾筒訓練台也是如此，更別談
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騎乘了。在經過幾次的練習後開始可以於其上騎乘但仍然有控制的問題，稍不留 神或動作改變即出現跌倒的情形。經過一段時間的練習後，開始可以穩定的騎乘 與操控位置，最後，如專業的選手們甚至可以於其上做出單手、放手、加速、衝 刺等騎乘動作。練習騎乘滾筒訓練台是自行車選手訓練踩踏動作的穩定以求更高 的騎乘效率常用方法之一。一般教練、選手們認為滾筒訓練台的練習可以使雙腳 踩踏施力更為的平均以致於騎乘效率的改善。也就是說由無法在上面騎乘到可以 穩定的騎乘於其上面，雙腳的施力情形是重要的關鍵。但由不會學到會，再由學 會到增加踩踏效率這之間僅僅是這樣單純的雙腳施力更平均所致的改變嗎？或者 是其原理是透過工作限制改進騎乘動作整體協調型態，進而達到改善運動表現的 目的。這樣一個過程似乎正如Newell (1985)所提協調、控制、技能三階段，也反映 出自由度凍結與釋放現象 (Bernstein, 1967) ，因此觀察其學習的過程亦即是觀察 協調型態改變的過程。
在過去自行車的研究中多集中於生理學、力學用以增進騎乘成績的表現，而 忽略騎乘動作本身是研究動作技能學習與協調型態的產生相當適合的一種全身性 的複雜運動、是個體發生動作。Sparrow, Lay 與 O’Dwyer (2007)延續HKB模的概 念，由動作學習與協調動力的觀點自行車騎乘進行同相 (in-phase)、反相 (antiphase) 及90°相（90°phase）三個相位的踩踏對能量的消耗進行探討，發現同相的踩踏是 最經濟的。王甯（2007）也提出除身體素質之外，優秀游泳運動員在空間與時間 的調配應有其固定且穩定的協調，並強調四肢協調對於游泳前進速度表現是重要 參數之一。所以，良好的協調型態對運動表現是有助益的。
第二節 研究重要性
三角限制的作者Karl M. Newell在多次的場合中不止一次的強調對於「研究全 身性複雜運動的重要性」。所以這是當今運動技能學習與動作控制的一個趨勢與 必頇的方向。不過全身性複雜運動的探討仍有其困難所在：全身肢段這麼多的維 度要如何去探討？什麼是重要的？實驗操作上實際執行面的困難等等。再者研究 者所選擇的工作項目 (Task)，或者觀察、分析的指標等都直接的影響研究的成功 與否。所以在過去動作技能學習或協調型態相關研究仍然多以簡單的單肢段動作 技能或系統發生動作如：走路、平衡等進行探討，且多以橫斷性研究法進行之。
又因為資料龐大處理難度相對提高，所以實驗參加者的人數多以個案或5～6人進 行之，而難以達到統計上的推論效果，而無法對複雜動作進行完整的探討。例如：
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相對於隨著時間累積而持續進步這種連續性的學習型態，像游泳、騎單車這種不 連續的學習型態在全身性複雜運動中是常見的，卻不容易在實驗中被量化與記錄，
尤其是實驗的工作是多肢段複雜運動，所以對於實際運動技能的學習與技能表現 的增進也無法提供較直接的助益。
在動力系統的觀點下運動技能學習是指身體動作在各子系統為達成特定目地 的自我組織所產生協調結構的轉變。所以欲瞭解複雜動作是如何發生，對研究整 個學習過程中，身體各肢段間協調結構與動作型態進行完整探討是不可或缺的重 點。自行車滾筒訓練台學習是一個合適的探討項目，其難易度適中，沒有移動範 圍的問題，是全身性的複雜運動等。因此，本研究嘗詴以較多的樣本（12人）騎 乘自行車滾筒訓練台學習，期望藉此反映與自行車學習過程那種不連續的學習型 態，再由反應騎乘控制能力的結果變項，搭配學習過程中騎乘控制模式及協調型 態變化情形，進行探討與勾勒全身性多肢段複雜系統學習過程整體轉變的全貌。
在動力系統的觀點下運動技能學習是指身體動作在各子系統為達成特定目地 的自我組織所產生協調結構的轉變。所以欲瞭解複雜動作是如何發生，對研究整 個學習過程中，身體各肢段間協調結構與動作型態進行完整探討是不可或缺的重 點。自行車滾筒訓練台學習是一個合適的探討項目，其難易度適中，沒有移動範 圍的問題，是全身性的複雜運動等。因此，本研究嘗詴以較多的樣本（12人）騎 乘自行車滾筒訓練台學習，期望藉此反映與自行車學習過程那種不連續的學習型 態，再由反應騎乘控制能力的結果變項，搭配學習過程中騎乘控制模式及協調型 態變化情形，進行探討與勾勒全身性多肢段複雜系統學習過程整體轉變的全貌。