第二章 文獻探討
第二節 運動行為理論背景
一、人體運動的自由度
在統計上，林清山（2001）提到，所謂自由度（degree of freedom）是指任 何變數之中可以自由變化的數值之數目，例如，X1
+X
2+X
3+X
4+X
5=0，這個式子
中有五個變數，假若不知其中任意四個的值，那就會有無限個自由變化的情形（無 限解），但若知道其中任意四個如X1、X2、X3、X4 的值，那X5 就會受到限制而 無變化的餘地。在物理上，物體間以不同方式相互連接在接點上會有不同的自由 度，Ronald（1995）談到接點可以由不允許佔任何相對運動的剛性連接到可允許 各體分開的完全自由連接，故一個連接點的自由度可以由0 個到 6 個（如 表 7），就人體動作而言，可動關節受到肌肉與韌帶的限制將骨骼與骨骼串連在一起，因 此在關節上的自由度最多只有3 個，但由於關節結構上的限制，使得自由度由 3 個限制到2 個更甚至 1 個，見 表 8、圖 5。而在關節外會由數條肌肉進行固定或 是拉扯，肌肉的方向、運作數量勢必也各自具有自由度，從全身超過400 條骨骼 肌到數百個可動關節之間結織成數不清的運動自由度，可以看出人體運動的控制 是一項極為複雜的工作。
表7 連接點及其自由度
接點 自由度
剛性 0
銷（回轉）型 1（轉動）
球（球窩鉸鏈）型 3（轉動）
滑動（稜柱）型 1（移動）
消與滑動型 2（1 移動及 1 轉動）
螺紋（螺旋） 1（移動或轉動）
圓柱型 2（1 移動及 1 轉動）
平面型 3（2 移動及 1 轉動）
自由 6（3 移動及 3 轉動）
資料來源：引自Ronald（1995）
表8 人體可動關節的種類
關節種類 自由度 實例 運動方式
(a)滑動關節 1（大多數） 胸鎖關節 滑動
(b)樞紐關節 1 指間關節、肘關節 屈伸
(c)車軸關節 1 橈尺關節 旋轉
(d)橢圓關節 2 掌指關節 屈伸、收展
(e)鞍狀關節 2 腕掌關節（拇指掌骨） 屈伸、收展
(f)杵臼關節 3 肩關節 屈伸、收展、旋轉
資料來源：王錫崗（1998）
圖5 滑液關節的種類（摘自王錫崗，1998）
二、協調、控制與技能
Bernstein 認為人是個自由度相當龐大的組合體，而中樞神經沒有可能一一 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）。因此形成了「控制動作 的自由度，並凍結動作的自由度」的概念（江函芸，2006），根據上述的概念，
Bernstein 提出降低自由度的方法，其中之一就是建立元素間的關係，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），這樣的方法在模型飛機的機翼控制與汽車前輪控制上 得到驗證。關於協調、控制與技能的區分Kugler, Kelso and Turvey 在 1980 年藉 由數學函式的關係將協調、控制與技能簡單的做區分（Newell，1985）：
（一）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，而變數也決定著函數在拓樸學上的特性。
（二）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。
（三）技能
技能就是f (Ai, Bj, Ck……. Xr, Ys, Zt)之間各個變數與參數質的關係達到最 佳化的，以符合該技能項目的最理想型態，達到最有效率的作功。
三、三角限制
Newell（1984）提出，三種限制之間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，動作即會浮現，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）， 茲將三種限制的內容敘述如下（見圖6）（Newell，1986）：
圖6 三角限制概念圖（Newell，1986）
（一）有機體限制
簡單的說，就是個體身、心理的狀態限制，包含身高、體重、經驗、反應等 個體因素，可依易使程度分為「結構性限制」與「功能性限制」，從宏觀的角度 下看，由於個體的身高、體重在發展上有一定的順序與規則，且改變速度的十分 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，從微觀角度下可以發現，神經突觸間的連結是協 調發展最根本的元素，且連結與否和是否使用有極大相關，也就是說練習可以促 使神經連結，因此個體的反應、經驗等較具易使性或改變速度較快的因素被視為 功能性限制的範疇。而就算是在相同的工作限制下，若個體對其詮釋不同調，也 有可能導致不同的協調型態產生。
（二）環境限制
環境限制是存在於個體之外但卻與個體互動密切的一種限制，例如，在高地 有低氣壓的限制，在月球有低引力的限制，在水中有水阻力的限制。在不同環境 限制之下欲完成一指定動作時就會有不同的協調型態產生，在晴天與在雨天將網 球發進目標區內、在水中與在平地從站立到半蹲的動作過程，之間由於工作過程 分處在不同環境限制下，故其協調型態皆會有所差異。
（三）工作限制
環境限制主要範圍在於完成動作時一般性的外在條件，例如氣溫、濕度、光 線。而工作限制所注重的焦點是動作完成所需符合的特定目標（投籃進框）、規 則（距離、角度）以及所使用的工具（籃球材質、大小），因此工作限制是屬於 擁有外在強加性、特定性的一種限制，一個物體可能在一種活動裡會是隸屬工作 限制的範疇，而到另一個活動、場所卻又變成了環境限制，例如網球場的紅土與 硬地場地屬於工作限制與環境限制下的交集範圍，但無論如何，可控制、可抓取 的物件會被視為動作執行時的工作限制，例如筆、球棒、自行車，同樣是書寫姓 名，用鉛筆與用毛筆就是不同的工作限制。
一個熟練動作的展現，背後其實有著環境、有機體與工作三個限制在互相影 響的過程。個體的任務就是在工作限制下完成目標，而大多數的工作並沒有限制 個體必須以何種協調型態來達成目標，因此個體會在當下選擇最合適自己的協調 型態來完成目標，而合適的協調型態是由環境、工作以及有機體三種限制交互作 用下決定的，同樣地，雖然給予相同的環境限制與工作限制，但由於個體間的差 異也會使得協調與控制的最佳化型態有所不同，也就是說三種限制中若僅有一種 限制改變或是與他人不同，那協調與控制的最佳化型態也會有所不同，例如甲、
乙兩個身體的結構與功能上都完全一樣的人，在各種環境因素皆理想相同的羽球 場上，一個給予發長球的任務，另一個則要求發短球，那兩人的技能型態勢必會 有所差異，有鑑於此，網球不同落點（內、外角）的發球技能型態有可能會有差 異，本研究的目的在於找出差異情形究竟為何。