運動技能學習相關理論

1971年Adams提出閉鎖環理論(closed-loop theory)，強調人類動作技能的表現主 要是受到閉鎖環系統所控制，藉由正確參考值進行錯誤的偵測，再以回饋不斷的來 回修正，最後經由適當的修正動作誤差達成動作目標。閉鎖環理論指出動作過程中，

有兩種裝置幫助動作的產生，一種是用來產生動作的記憶痕跡 (memory trace) ，記 憶痕跡會藉由過去的動作訊息啟動動作，當動作開始啟動執行之後，便會有另一個 知覺痕跡 (perceptual trace) 當做參考值，知覺痕跡是用來評價動作，藉由回饋引導 動作反應依正確軌跡進行，以達成動作目標，回饋會不斷地與正確的參考值作比較 並且修正動作，經由反覆的動作及回饋修正後達到完成動作之最終目標 (Adams, 1971)。如圖2-1-1。

閉鎖環理論在提出後雖然有許多研究支持Adams的理論(Christian & Merriman, 1977; Newell & Chew 1974; Roy& Marte-Martenerniuk,1974)，但是閉鎖環理論只能針 對較慢的技能，當學習較快與較複雜的技能中，如果還要經過回饋的歷程，再選擇 動作參數才能夠產生技能表現，在時間上是來不及的（林清和，1996）。另外Lankin, Hebert,與Fairweather (1993) 指出閉鎖環理論無法解釋第一次動作的產生和變異練 習可以提高學習效果的現象，然而，在實際運動情境當中，許多動作技能學習的情 境是可以藉著變異練習提升運動技能。

圖2-1-1 Adams 閉鎖環理論（引自 林清和，1996 p305）

二、 基模理論(schema theory)

Schmidt在1975年提出基模理論概念改進Adams閉鎖環理論無法解釋變易練習 的缺點，所謂基模，是指一類事物的共同特徵，包括了一組原則，根據此原則可以 建立這一類事物的原型（林清和，1966）。基模理論主要是以運動程式的觀點解釋 動作的形成，認為中樞神經系統是行為的主要控制系統，只須經由已建立的基模中 尋找適當、類似的基模而產生動作。基模理論提到學習過程必須建立兩種基模，第 一種是回憶基模，第二種是再認基模，回憶基模主要負責動作的啟動，藉由過去動 作反應結果組成運動程式參數，在不同的練習情境，改變運動程式的參數，產生不 同的運動結果，若個體對某一類別的動作技能能夠建立穩固的回憶基模，在面對新 的運動情境時，便可根據回憶基模所提供的訊息決定動作參數，發展出新的動作。

再認基模主要是負責動作的控制，強調學習者在尚未完成動作前就依據預期的感覺 結果得知動作反應是否正確，也就是在過程中經由感覺的結果與最後之結果互相比 較，如果個體能建立穩固的再認基模，在面對新的反應情境時，便能夠以內在感覺 回饋預測、評估真實的外在動作結果，並可用來修正回憶基模(Schmidt, 1975)。

動作練習

知覺痕跡

執行動作 記憶痕跡 外界回饋

外界回饋

不斷修正

形成運動基模有四種訊息來源（林清和，1996）：

（一）有效初始狀態訊息（initial condition）

一個動作要被執行，開始的狀況訊息必須要先瞭解，包括動作前身體的位置、

四肢的空間感、周圍環境的狀態與目標距離等訊息。

（二）有關產生動作反應的特定規格之訊息（response specification）

在執行某一動作時，有關肢體的方向、力量、速度、必須有其特定的規格或參 數，這些有相關的動作反應參數必須儲存。

（三）有關動作反應的感覺結果（sensory consequence）

對於動作反應的感覺結果通常發生在運動中或運動後，包括視覺的、聲音的、

本體感受器的回饋，例如對動作做起來的感覺如何，看起來及聽起來如何等訊息。

（四）有關動作反應結果訊息（response outcome）

也就是對動作結果的獲知，動作者被告知動作反應與真正動作間的差異。

上述四種訊息，經由不同情境不斷的反覆練習，最後能使四種訊息連結，以一 種抽象的方式表現出來，而連結的強度主要是依賴所接收訊息的量與質，量是指練 習的次數，質是指在練習過程中，動作練習的專注程度與回饋修正時的正確性，最 後產生動作類別的基模（林清和，1996）。

傳統認知心理學理論認為，訊息都須經由人的「中樞神經」系統處理過後，才 能產生有意義的訊息。閉鎖環理論依據動作產生之結果及動作過程之的知覺回饋來 進行動作學習，無法解釋新動作的產生過程。而基模理論對於新動作的產生雖然是 由類似的基模加以改正而形成新的基模，但在修正的過程與新基模形成的過程卻顯 得過於抽象。

三、 動力系統

動力系統與過去訊息處理理論不同的地方在於，動力系統不強調中樞神經對動 作控制與動作形成產生全然的主導性，也不認為中樞神經存在有既定的動作程式，

不認為大腦主宰一切，大腦的角色在動力系統中被認為是一個次系統，(Hopkins, 1993)。而動作的產生是由多重次系統交互作用所產生的結果，其中，中樞神經只是 參與決定動作的次系統之一（成戎珠，1994）。Schoner與Kelso (1988)指出每一個 次系統都能夠影響動作的發展，並非只有某一個特定的系統可以決定動力產生動 作；其中每個次系統的發展可視為是自我組織(self-organizing)的過程（廖庭儀，

2003）。

Thelen與Ulrich(1991)在孩童步行能力發展的實驗中指出，影響行走狀態的次系 統，包含下列八項：下肢動作型態產生、單關節控制能力、姿勢控制、視覺資訊、

張力控制、伸肌肌力、身體型態、動機，這些次系統間沒有主從的關係，在學習的 過程中相互作用，當次系統間都達到某個決定性的發展程度，孩童的步態動作就會 自 然 產 生 ， 對 於 每 個 次 系 統 間 相 互 作 用 的 發 展 情 況 ， 就 稱 為 自 我 組 織 (self-organizing)。

當所有的系統穩定在某一偏好，也就是較常出現、較穩定的結構，被稱為吸引 子，Abraham與Shaw(1992)定義吸引子為在狀態域(state field)中系統所偏好的狀態。

Haken等人(1985)的實驗中，以雙手食指做反相 (out-of-phase)的動作，也就是一手食 指內收時，另一手食指外展，當交替速度增加的時候，兩隻食指的方向會改變成同 相 (in-phase)，此實驗中，反相的食指動作是一個吸引子，同相的食指動作是另一 個吸引子，而後者的吸引子比前者的吸引子穩定（胡名霞，2003）。Thelen與Smith(1993) 以位能來比擬吸引子的穩定性，圖2-1-2中，愈低的地方代表動作表現愈穩定，越高 的地方代表表現越不穩定，A.表示有極大的位能，所處的位置在一個不穩定的狀態，

如同學習一項新技能的表現狀態，此狀態動作容易改變，若施與某些外力（例如練 習），就會墜入一個吸引子，進入一個比較穩定的狀態；B.代表吸引子進入穩定的狀 態，也就是動作經由一段時間的練習之後，表現已經有相當的穩定性，即使有外在

因素，也不會影響其動作表現，若受到外在因素的影響，仍然有回到原本狀態的趨 勢。C.的吸引子狀態較B.不穩定，當學習出現C.吸引子的情況，轉移學習就變得相 當重要，轉移在動力系統中的解釋為不同吸引子間的轉換，動作表現經由練習、回 饋，使得動作技能從一個較不穩定的狀態轉移到較穩定的狀態，也就是從C.吸引子 的狀態轉移至B.吸引子狀態（廖庭儀，2003）。

圖2-1-2 穩定與不穩定的吸引子（引自 Thelen & Smith, 1993）

動力系統的假設認為，系統結構的改變與組成成分的變化不是線性的關係，當 組成成分到達某一個臨界點，控制參數小小的變動就能夠促使系統的結構改變成另 一個全新的形式（成戎珠，1994）。動作的學習是從一個穩定狀態轉移到另一個穩 定狀態的過程，因此轉移對於學習是極為重要的因素。Scholz, Kelso與Schoner (1987) 指出經由學習後，個體整體的學習景觀改變，而控制參數的改變方向不同時，其轉 移的位置也會有所不同，其中在轉移之前會有一關鍵的搖動(critical fluctuations)，僅 需要極少的改變，就會進入轉移的模式（廖庭儀，2003）。

動 力 系 統 認 為 動 作 的 產 生 不 僅 止 受 限 於 中 樞 神 經 的 影 響 ， 生 態 心 理 學 家 Gibson(1979)指出個體存在一個環境內，會與環境產生互動互補的關係，而互動互 補的關係乃是個體主動的去尋找有利於本身存在環境中的刺激。Newell(1986)指 出：個體最佳協調與控制能力型態是受有機體的限制（organismic constraints ）、

環境限制（environmental constraints）與工作限制（task constraints）等三者交互作 用的影響，如下圖2-1-3。

A. B. C.

圖2-1-3 Newell(1986)三角限制模式

Newell（1986）的三角限制模式將動作協調的獲得由原本的刺激反應的結 構(stimulus response)，改為受限制的影響，他從 Kugler、Kelso與Turvey(1982)的研 究中發現動作協調的產生不是受行動的命令，而是滿足於限制後的顯形。

（一）有機體限制

有 機 體 限 制 指 個 人 生 理 與 心 理 的 特 質 ， 而 有 機 體 的 限 制 可 分 為 功 能 性

（functional）及結構性（structural）兩種。

1.結構性限制：結構性限制是指個體會隨著身體機能的成長、老化，或者生理 上的改變，而使一個人的動作行為產生變化，例如身高、體重、肌肉等身體結構變 化導致動作行為的改變。例如：李梅華（2004）研究指出，不同年齡層的嬰幼兒會 發展出不同的手部抓握動作，說明了個體因為生長改變結構，對動作所帶來的影響。

2.功能性限制：是指可以使個體動作在一定時間內改變的因素，如注意力、動 機、疲勞、經驗等，或者因疲勞、情緒而使得運動表現不佳的現象，以及有無學習 經驗而產生不同進步的情況（李梅華，2004）。

（二） 環境限制

環境限制主要是以有機體所處之外在環境加以限制而產生的作用。環境限制通 常容易與工作限制混淆，一般而言，環境限制對協調發展的較不容易被試驗，通常，

環境限制條件是實驗者沒操作的那些，相對時間是獨立的。環境限制包含有個體的 重力、自然狀態的溫度、光源等，如：在太空中與水中都是一種浮力，然而卻產生

環境限制條件是實驗者沒操作的那些，相對時間是獨立的。環境限制包含有個體的 重力、自然狀態的溫度、光源等，如：在太空中與水中都是一種浮力，然而卻產生