桌球抽球時宜表現之探討:練習與比賽

全文

(1)國立臺灣師範大學運動與休閒學院體育學系博士學位論文. 桌球抽球時宜表現之探討:練習與比賽. 研究生：莊國良指導教授：劉有德. 中華民國 106 年 7 月中華民國臺北市.

(2) 桌球抽球時宜表現之探討:練習與比賽 2017 年 7 月研究生：莊國良指導教授：劉有德摘要桌球運動中來球與動作之間的週期關係是一種時宜表現，可能會影響比賽勝負，且存在截斷性動作的速度與準確性的消長。莊國良與劉有德 (2017) 以球與球拍之三維資料計算出時宜表現 (Tp) 提供簡易的評估值，但這樣的評估方式，尚未有足夠之相關研究。桌球正反抽球動作研究多是在控制嚴謹的單一練習情境下探討，且較少探討球與球拍的時宜表現。競技運動練習目的是為了比賽，因此了解練習情境下所蒐集資料是否可以反映在比賽情境相當重要。此外，以高速攝影機結合軟體分析時宜表現較為精確，但若能以一般攝影機結合觀察員紀錄辨識分析比賽中時宜表現，則能提高時宜表現應用價值。本研究以三部份分別探討（1）在單球練習情境下檢驗不同層級選手面對不同來球旋轉使用正反手抽球之時宜表現是否有差異。（2）在模擬比賽中收集之抽球時宜表現是否與練習情境下有差異。（3）高速攝影機及一般攝影機所計算之時宜表現是否一致。招募大專院校之甲、乙組桌球選手各 10 名進行正反手桌球抽球練習。練習結束後繼續以模擬賽方式蒐集選手抽球時宜表現，並利用高速攝影機及一般攝影機拍攝之影片計算其時宜表現。結果顯示不同層級選手面對不同來球旋轉會有抽球表現上之差異。比賽與練習之差異反映出情境要求及層級經驗的影響。最後，一般攝影機應可提供一定程度之時宜表現辨識基礎。本研究提供一個簡易可行的時宜表現測量方式，並嘗試建立練習與比賽相關檢驗之程序。未來建議競技運動之研究結果，應嘗試於練習及比賽中進行相關檢驗，以提供更多運動科學知識給研究員、體育老師、教練、選手以及運動相關人士。. 關鍵詞：時宜表現、桌球、正手抽球、反手抽球. iii.

(3) Exploring the timing performance of table tennis drives: from drill to match. January, 2017 Author: Chuang, Kuo-Liang Advisor: Liu, Yeou-Teh. Abstract The periodic relations between ball and bat in table tennis may represent timing performance that is tied closely to the result of each point in competition, and demonstrates the speed-accuracy tradeoff inherent in interceptive actions. The novel way of measuring timing performance on table tennis drive was first introduced by Chuang and Liu (2017), the method, however, has not yet been extensively explored. While most of literatures on table tennis drive treat only in block practice condition, there have been few attempts to establish a direct relationship between ball and bat in terms of timing performance. The purpose of practice and drills is to win the games. Therefore, it is important to identify the data collected in the practice condition can reflect the game situation. In addition, the application value of the timing performance may be significantly increased if a trained analyst can use the video recorded from a 30 fps camera to analyze the timing performance instead of using movement data derived from the multiple high-speed camera system. The propose of this study was therefore threefold: (1) examining the performance of the table tennis drive in the controlled laboratory condition; (2) examining the performance of the players in simulated table tennis matches; and (3) comparing timing performance derived from high-speed cameras (200fps) and 30-fps camera. Ten advanced and ten intermediate table tennis players were recruited from universities and performed forehand and backhand table tennis drives under normal drill conditions followed by a simulated match play. The high-speed-cameras system and a 30 fps camera were used for data collections. The results showed the significant difference on driving performance from player levels and approaching ball characteristics. The differences between drill and matches indicated the task requirement and experience effects. Finally, data collected from the 30-fps camera provided suitable basis for analyzing timing performance. The study demonstrated a promising way to measure timing performance, and established appropriate procedure for testing in drills and matches. Results of sport science research should be further tested in both drills and matches in order to offer applied knowledge for researchers, PE teachers, coaches and athletes.. Key words: timing performance、table tennis、forehand drive、backhand drive. iv.

(4) 目次. 口試委員與系主任簽字之論文通過簽名表………….….……………………………………i 論文授權書…………….……………………………………….…..…………………………ii 中文摘要…………………………………..…………………….……………………………iii 英文摘要……………………………………………………………..………………………..iv 謝誌………………………………………………………………………….…………………v 目次………………………………………………………………….…………...……………vi 表次…………………………………………………………………………………..……viii 圖次…………………………………………………………………................……….……ix. 第壹章. 緒論…...………………………………………………………………1. 第一節. 前言…...……………………………………….………………………………1. 第二節. 問題背景…...…………………………………………………………………1. 第三節. 研究目的…...…………………………………………………………………6. 第四節. 研究問題………...……...……………………………………………………6. 第五節. 操作性名詞定義解釋…...……………………………………………………7. 第六節. 研究範圍與限制…...…………………………………………………………8. 第貳章. 文獻探討…...…………………………………..……………………9. 第一節. 桌球運動………………...……………………………………………………9. 第二節知覺與動作理論.……………………………………………..……15 第三節. 時宜表現...……...…...……...………………………………………………27. 第四節練習與比賽....…..………..…………………...………………..…..…………46 vi.

(5) 第六節. 工具效度…...…………………………………………………………………49. 第五節. 文獻總結…...…………………………………………………………………53. 第參章研究方法…...…………………………………..……………………56 第一節. 實驗參與者………...………………………………………………… 56. 第二節. 實驗工作……….………………………………………………..……56. 第三節. 實驗程序……….………………………………………………..…… 57. 第四節. 實驗工具及場地布置......…….……...………………..…..…………57. 第五節. 實驗收集……….………………………………………………..…… 58. 第六節. 統計分析……….………………………………………………..…… 62. 第肆章. 結果…...…………………………………..……………………63. 第一節. 抽球練習情境下來球特性、結果、動作及時宜表現差異 …………63. 第二節. 比賽與練習之來球特性、結果、動作及時宜表現差異 ……..……87. 第三節. 一般及高速攝影機之時宜表現差異 …… .… ……… … ……… …… 9 8. 第伍章. 討論…...…………………………………..……………………101. 第一節. 抽球練習之來球特性、結果、動作及時宜表現 ………....………101. 第二節. 比賽情境與練習情境下之抽球表現 …….……… ………… ..……111. 第三節. 一般及高速攝影機之時宜表現 … … … … … … … … … … … . . … … 11 5. 第四節. 結論與建議 … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . … … 11 9. 參考文獻 … . . . … … … … … … … … … … … … … . .… … … … … … … … 1 2 1 附錄…...…………………………………..…………………… 133 個人小傳 … . . . … … … … … … … … … … … … … . .… … … … … … … … 1 4 5. vii.

(6) 表次表 4-1 正反手抽球回擊之結果表現次數分佈 ................................................. 69 表 4-2 不同情境下比賽資料蒐集之球數分布 ................................................. 88 表 4-3 不同情境下比賽資料蒐集之選手人數分布 ......................................... 88 表 4-4 一般攝影機影片記錄格式 ..................................................................... 98 表 4-5 影片記錄原則說明 ................................................................................. 99 表 4-6 觀察者間信度及觀察者內信度比較 (kappa 值) .................................. 99 表 4-7 抽球練習中隨機抽樣資料分布 ............................................................. 99 表 5-1 來球檢驗以及結果表現之結果彙整表 ............................................... 101 表 5-2 動作表現以及時宜表現之結果彙整表 ............................................... 102 表 5-3 比賽與練習之表現差異 ................................... 112. viii.

(7) 圖次圖 2-1 桌球比賽飛球時間、擊球時間示意圖 ................................................. 15 圖 2-2 大腦中知覺與動作示意圖 ..................................................................... 18 圖 2-3 視覺放大率示意圖 ................................................................................. 22 圖 2-4 截斷性動作型態及工作之分類示意圖 ................................................. 29 圖 2-5 垂直截斷型態打擊工作示意圖以及時間窗口計算方式 ..................... 30 圖 2-6 不同目標寬度及時間窗口之動作時間 ................................................. 31 圖 2-7 不同目標高度及動作距離之 2 維垂直型態打擊工作示意圖 ............. 32 圖 2-8 自由落體垂直截斷打擊工作示意圖 ..................................................... 34 圖 2-9 虛擬迎面截斷性打擊工作示意圖 ......................................................... 36 圖 2-10 正弦函數示意圖 .................................................................................... 37 圖 2-11 基因顯型景觀之示意圖 ........................................................................ 38 圖 2-12 雙手協調相對相位示意圖 .................................................................... 39 圖 2-13 HKB 模式景觀圖示意圖 ...................................................................... 39 圖 2-14 實驗情境示意圖 (Sørensen, Ingvaldsen, & Whiting, 2001) ................ 40 圖 2-15 實驗情境示意圖 (Suzuki & Yamaoto, 2015) ....................................... 41 圖 2-16 實驗情境示意圖 (Chuang & Liu, 2016) .............................................. 42 圖 2-17 結果示意圖 (Chuang & Liu, 2016) ...................................................... 42 圖 2-18 向前揮拍時宜示意圖 (莊國良、劉有德, 2017).................................. 43 圖 2-19 實驗情境示意圖 (莊國良、劉有德, 2017).......................................... 44 圖 2-20 結果 1 示意圖 (莊國良、劉有德, 2017).............................................. 45 圖 2-21 結果 2 示意圖 (莊國良、劉有德, 2017).............................................. 45 圖 2-22 結果 3 示意圖 (莊國良、劉有德, 2017).............................................. 45 圖 2-23 實驗情境及結果示意圖(莊國良、劉有德, 2009)................................ 47 圖 2-24 人類的複雜系統示意圖 ........................................................................ 55 ix.

(8) 圖 3-1 實驗工作示意圖 ..................................................................................... 56 圖 3-2 場地布置圖 ............................................................................................. 58 圖 3-3 來球檢驗示意圖 ..................................................................................... 58 圖 3-4 向前揮拍時宜示意圖 ............................................................................. 60 圖 3-5 一般影片觀察示意圖 ............................................................................. 61 圖 4-1 來球彈跳速度三因子平均數標準差 ..................................................... 64 圖 4-2 不同旋轉之來球彈跳速度 ..................................................................... 64 圖 4-3 來球彈跳角度三因子平均數標準差 ..................................................... 65 圖 4-4 不同層級選手使用正反手抽球回擊來球之彈跳角度 ......................... 66 圖 4-5 不同旋轉之來球彈跳角度 ..................................................................... 66 圖 4-6 不同層級使用正反手抽球之來球落點變異性 ..................................... 67 圖 4-7 正反手抽球之來球落點變異性 ............................................................. 67 圖 4-8 不同層級使用正反手抽球之來球週期 ................................................. 68 圖 4-9 不同層級進行抽球練習之來球週期 ..................................................... 68 圖 4-10 正反手抽球之來球週期 ........................................................................ 69 圖 4-11 不同層級面對不同來球旋轉使用正反手抽球之進球率 .................... 70 圖 4-12 不同層級面對不同來球旋轉抽球之進球率 ........................................ 71 圖 4-13 正反手抽球之進球率 ............................................................................ 71 圖 4-14 不同層級面對不同來球旋轉正反手抽球之平均向前揮拍速度 ........ 72 圖 4-15 面對不同來球旋轉使用正反手抽球之平均向前揮拍速度 ................ 72 圖 4-16 不同層級選手抽球之平均向前揮拍速度 ............................................ 73 圖 4-17 不同層級面對不同來球旋轉正反手抽球之平均向前揮拍時間 ........ 73 圖 4-18 正反手抽球之平均向前揮拍時間 ........................................................ 74 圖 4-19 面對不同來球旋轉抽球之平均向前揮拍時間 .................................... 74 圖 4-20 三因子變異數之平均向前揮拍距離 .................................................... 75 圖 4-21 不同層級抽球之平均向前揮拍距離 .................................................... 75 x.

(9) 圖 4-22 正反手抽球之平均向前揮拍距離 ........................................................ 75 圖 4-23 面對不同來球旋轉抽球之平均向前揮拍距離 .................................... 76 圖 4-24 三因子變異數分析抽球之時宜表現 .................................................... 77 圖 4-25 面對不同來球旋轉使用正反手抽球之時宜表現 ................................ 77 圖 4-26 不同層級選手抽球之時宜表現 ............................................................ 78 圖 4-27 不同層級面對不同來球旋轉使用正反手抽球之時宜表現變異性 .... 78 圖 4-28 不同層級使用正反手抽球之時宜表現變異性 .................................... 79 圖 4-29 三因子之平均時宜表現變異性 ............................................................ 79 圖 4-30 不同層級面對不同來球旋轉使用正手抽球之動作表現 .................... 80 圖 4-31 不同層級面對不同來球旋轉使用反手抽球之動作表現 .................... 80 圖 4-32 每位參與者適配兩參數線性關係之情況 ............................................ 81 圖 4-33 每位參與者適配兩參數指數關係之情況 1 ......................................... 82 圖 4-34 每位參與者適配兩參數指數關係之情況 2 ......................................... 82 圖 4-35 不同情境下 T2-T1 與 Tp 指數適配決定係數 ....................................... 83 圖 4-36 不同層級選手、來球旋轉以及正反手之決定係數主要效果 ............ 84 圖 4-37 不同情境下 T2-T1 與 Tp 指數之極限值 ............................................... 84 圖 4-38 兩位參與者之指數極限值 .................................................................... 85 圖 4-39 不同情境下 T2-T1 與 Tp 指數適配變化率 ........................................... 85 圖 4-40 不同組別 T2-T1 與 Tp 指數適配 ........................................................... 86 圖 4-41 不同配對情境下，比賽與練習之來球彈跳速度 ................................ 89 圖 4-42 不同配對情境下，比賽與練習之來球彈跳角度 ................................ 89 圖 4-43 不同配對情境下，比賽與練習之進球率 ............................................ 90 圖 4-44 不同配對情境下，比賽與練習之平均向前揮拍速度 ........................ 91 圖 4-45 不同配對情境下，比賽與練習之平均向前揮拍時間 ........................ 91 圖 4-46 不同配對情境下，比賽與練習之平均向前揮拍距離 ........................ 92 圖 4-47 不同配對情境下，比賽與練習之時宜表現 ........................................ 93 xi.

(10) 圖 4-48 不同配對情境下，比賽與練習之時宜表現變異性 ............................ 94 圖 4-49 比賽中時宜表現兩參數之皮爾森積差相關 ........................................ 94 圖 4-50 比賽情境下時宜表現參數 T2-T1 與 Tp 之指數適配 ............................. 95 圖 4-51 比賽與練習情境下時宜表現參數 T2-T1 之平均數 ............................... 96 圖 4-52 比賽與練習情境下時宜表現參數 T2-T1 之變異性 ............................... 96 圖 4-53 比賽與練習情境下時宜表現參數 Tc-T1 之平均數 ............................... 97 圖 4-54 比賽與練習情境下時宜表現參數 Tc-T1 之變異性 ............................... 97 圖 4-55 一般攝影機及高速攝影機之組內相關 .............................................. 100 圖 5-1 不同來球旋轉的彈跳角度及速度分布情況 ....................................... 103 圖 5-2 不同層級選手進行正反手抽球練習時之來球彈跳角度 ................... 105. xii.

(11) 第壹章. 緒論. 第一節前言桌球是一種節奏快速、對手間來回擊球的運動，桌球比賽的節奏會反映在對打的過程中。節奏是一種有關時間的性質，可能由擊球時間的長短來調節。由於一方的來球時間可能會間接影響另一方的擊球時宜表現，因此節奏的控制經常被當作是一種高層次的策略。目前在桌球來球和擊球動作之時宜關係，文獻較少，值得深入討論。除此之外，為了精確瞭解影響選手擊球的時宜表現，往往以控制變項、操弄情境，以類似重複練習的方式，在實驗室觀察、測量相關的動作表現，這是一種符合科學研究的重要方式；但是從運動競技的角度來看，尤其是比賽環境變化多端的開放性桌球運動，在實驗室所觀察、獲得的結果，是否與比賽場上的表現一致，則有需要驗證於實際比賽表現的數據分析結果。本研究除了希望探討相關因素可能對於桌球時宜表現之影響之外，亦盼透過分別蒐集選手在實驗室中，執行類似重複的擊球練習以及模擬比賽之時宜表現，探討固定練習與比賽時宜表現之差異。. 第二節問題背景人類運動的過程中，動作與動作間隱含了一種時間和諧或是節奏。節奏感對於一般性的動作 (Anshel, & Marisi, 1978) 或是特殊的運動技能來說都是相當重要 (Zachopoulou, Mantis, Serbezis, Teodosiou, & Papadimitriou, 2000)。節奏是一種單位時間下週期運動的頻率。運動中存在著許多不同節奏，例如桌球運動中你來我往的對打節奏或每次開球的節奏等。節奏會受到運動類型影響，閉鎖性運動受環境影響較小例如跑步、射擊以及射箭等，此類型運動的節奏多為自己控制；開放性運動受環境影響較大，通常會有人與人之間的交互影響，例如籃球、羽球以及桌球等，此類型運動的節奏則是. 1.

(12) 受到對手以及自己的交互影響。運動比賽情境中的節奏可能隨著時間改變，因此如何測量運動比賽中節奏是一個相當困難的課題。動作節奏是一種週期動力且隱含在運動過程中，因此必須了解運動特性，並找出代表性參數，才能量化及描述。桌球運動起源於歐洲 (Riordan, 2008)，是台灣相當熱門的一項運動。桌球是一種間斷性有氧運動，運動強度主要反映在來回對打 (Zagatto, de Mello, Papoti & Beneke, 2016)，不同於桌球發球，桌球來回對打是一種開放性的運動過程，比賽中擊球節奏會受到雙方擊球時間之影響，因此對打節奏應可反映在球來回之頻率。桌球比賽勝負往往決定在前幾拍，每局比賽實際對打的時間相當短，僅約在 80 秒左右 (Prad 等人, 2011)，桌球比賽中球體來回頻率大約為 2-3 赫茲，比賽中每一拍的週期時間約在 500-600 毫秒左右 (Chuang & Liu, 2015) 。從次數和時間的角度來看，桌球是一種擊球節奏相當快速的隔網運動 (陳佳郁、劉有德，2010；Mitchell, Oslin, & Griffin, 2003)。許多研究透過觀察桌球比賽中拍數、效果、技術、腳步以及落點等，或是實驗室進行動作技術的分析，提供了相當豐富的桌球運動的探討 (Malagoli Lanzoni, Di Michele & Merni, 2014; Wu & Li, 1989; Zhang, Liu, Hu, & Liu, 2014; Iino & Kojima, 2009/2011/2016) ，但較少文獻在探討桌球比賽中節奏變化對於比賽表現之影響。Chuang 與 Liu (2015) 紀錄選手每一拍的擊球時間，結果發現隨著中國選手來球時間較短，似乎會影響台灣選手的下一拍擊球時間及表現。桌球比賽中對手的來球時間越短，代表選手就必須在相當短的時間限制下，快速知覺對方來球狀態，並在適合時間及位置產生回擊。這種能力是一種截斷性運動中很重要的時宜表現 (Lee, 2009; Tresilian, 2012)，且不同來球特性或擊球者能力皆可能會影響表現 (Suzuki & Yamaoto, 2015; Iino, Mori, & Kojima, 2008; Iino & Kojima, 2009/2011)。因此若要探討擊球節奏對於比賽表現關係之前，或許我們需要先建立一些桌球時宜表現相關知識。時宜 (timing) 除了是一種動物產生動作的時間選擇，亦是一種知覺與動作的現象，例如駕駛碰到障礙物前踩煞車、塘鵝收翅入水捕魚以及桌球向前揮拍回擊來球等. 2.

(13) (Lee, 2009)，知覺與動作是動物賴以生存的本能，人類動作與環境訊息並非單一方向的傳遞而是交互影響，動作會影響訊息的接收，而訊息則影響動作發生的可能性 (Gibson, 1979)，因此當物體靠近時，動物行為會有連續調整之策略 (Lee, 1976)。以截斷性動作時宜來說，研究發現選手會隨著來球的靠近，減少揮拍軌跡角度變異性 (Bootsma & Van Wieringen, 1990)，此時要產生較佳的時宜表現，球與球拍的關係扮演相當重要角色 (Suzuki & Yamaoto, 2015)。動力系統理論 (Dynamical System Theory) 是一種以數學函數的方式來描述系統狀態如何隨著時間而改變的理論，有許多研究透過定義肢段與肢段關係 (王甯、劉有德，2014; Komar, Sanders, Chollet, & Seifert, 2014)、比賽中人與人之關係 (Davids 等人, 2014; Bourbousson,, Sève, & McGarry, 2010; Lames, 2006)、身體質量中心與壓力中心 (Ko, Challis, & Newell, 2014)、雙手協調 (Haken, Kelso, & Bunz, 1985) 等兩個週期運動關係 (相對相位; relative phase) 來描述系統狀態，稱為次序參數 (order parameter) 或集合變數 (collective variable)，並嘗試找出影響系統狀態的控制參數 (control parameter)。以桌球選手揮拍擊球動作來看，來球可以是一個週期運動，每次被擊中前都必須落桌再彈起，而動作回應亦可以是一種週期運動。若要產生有威脅性的攻擊，必須由後向前揮拍，因此若將動作與球視為一個系統進行探討，應可發現一些穩定之動力現象 (Suzuki & Yamaoto, 2015) ，Chuang 和 Liu (2016) 則是談討不同年齡對於桌球平擊發球之時宜表現，此實驗利用拋球最高點、揮拍向前時間以及擊球時間發現一般組成人桌球選手 (18-22) 球與球拍的時宜表現較少年組桌球選手 (9-10) 穩定。桌球運動在短時間的對打過程需要許多不同技能交互使用，其中抽球技能是一種桌球常用攻擊技術，面對不同來球旋轉可能需要產生不同的動作調整 (Iino, Mori, & Kojima, 2008); 而不同層級對於動作調整亦有影響 (Iino & Kojima, 2009/2011)，過去研究皆以發球機且相當程度的實驗控制下之實驗，並非實際對打之表現。因此在桌球實際對打過程中不同層級選手面對不同來球旋轉之表現、動作及時宜表現依然相當值得再進一步探討。比賽中選手會透過改變揮拍速度回擊來球，使球產生不同速度、落點及旋轉 3.

(14) 進而使對方無法回擊來產生自身得分，但在比賽場上經常發現選手越用力揮拍，擊中球後的準確性也會隨之降低。以衝量變異性 (Impulse variability) 理論來說 (Schmidt, Zelaznik, Hawkins, Frank, & Quinn Jr, 1979) ，這可能會是一種速度與準確性的消長 (speed-accuracy trade-off)。但桌球運動並非固定目標之瞄準工作，且受到來球時間之限制，必須在相當短的來球時間下擊中目標，這是一種迎面性截斷性工作時宜 (Tresilian, 2012)，選手必須要在適合時間與空間下產生截斷回擊，動作週期會受到來球週期時間之影響 (Suzuki & Yamaoto, 2015)，因此動作產生的變異性，應該要同時考慮在時間及空間的影響 (Hsieh, Liu, Mayer-Kress, & Newell, 2013; Hsieh, & Newell, 2015; Lai, Hsieh, & Newell, 2015)。莊國良與劉有德 (2017) 透過球落桌的時間、擊球時間以及向前揮拍的時間，檢驗不同揮拍速度與不同來球方式對於時宜表現及動作表現的影響，發現桌球選手在多球訓練下，執行不同力量 (全力、正常) 的正手抽球，時間和空間都會有所調整，特別是增加揮拍速度時會顯著地縮短動作時間，但動作距離並無顯著改變，且不影響其時宜表現及結果表現。相較於穩定的多球訓練，落點變異性較大的單球訓練卻影響選手其時宜表現、動作表現及結果表現。此結果顯示選手主動地用力擊球來產生較快的揮拍速度，可能是在一個可控制的力量範圍，因此並不會影響時宜表現。但不同來球變異性則會影響時宜及動作表現。進一步將時宜表現參數進行分析，發現向前揮拍與球落地的相對時間與時宜表現呈現穩定的指數率關係，表示此相對關係是主要決定時宜表現值的關鍵。但此研究參與者僅為一般組桌球選手，且檢驗情境僅在兩種不同練習方式以及揮拍速度，並未操弄不同技能以及其他可能影響之因素，若能進一步檢驗不同桌球層級以及各種情境，應能更廣泛涵蓋此計算時宜表現之方式之應用。社會科學 (social sciences) 的實驗性研究 (laboratory experiments) 是一種透過控制情境來探討人類行為因果關係的重要研究方式，此類型研究提供了實際場域研究 (field study) 許多細節與基礎 (Falk & Heckman, 2009)。實驗性研究透過控制手段避免許多干擾變項，但同時亦會有生態效度的問題，因此實驗性研究是否可以廣泛地反映在實際運動場域上，是一個需要被了解的議題，例如實驗室的知覺訓練工作是否有幫助於真實運 4.

(15) 動的情境 (Broadbent, Causer, Ford, & Williams, 2015)。實驗室簡單工作的研究效果，有時會無法有效地反映在真實運動的複雜工作上，例如情境干擾 (Shea & Morgan, 1979; Brady, 2008)，這可能是不同情境中工作複雜度差別。此外亦有人認為真實運動的研究中所使用的練習及測驗，通常是在比較封閉的環境下，例如正手連續抽球集團練習。因此認為實驗的操弄效果，必須或許透過真實比賽情境才能真正檢驗其效果，Cheong, Lay, & Razman (2016) 以陸上曲棍球 (field hokey) 訓練為例，結果發現情境干擾練習的效果在技能表現測驗中較不明顯，但卻在 4 對 4 的 7 分鐘模擬比賽中發現了一些情境干擾練習遷移之效果。此外早有研究證實練習與比賽情境，可能使用的視覺策略是不同的。 Ripoll (1989) 讓五位法國桌球專業選手進行類似重複練習的 30 顆正手回擊以及蒐集在模擬比賽中的正手回擊，結果發現比賽與練習的視覺策略截然不同，選手會傾向在比賽時有較多凝視在對手身上，且向前揮拍的動作時間也較為穩定。因此練習中收集的資料，是否真實反映在比賽中，是研究者值得去探討了解的。過去在桌球相關文獻中收集動作相關資料，多是以透過光學動態擷取 (optic motion capture; OMC) 方法，且多是在實驗室控制良好的情況下，利用發球機產生穩定來球的研究方式 (Iino, Mori, & Kojima, 2008；Iino & Kojima, 2009/2011/2016; Iino, 2017; Sørensen, Ingvaldsen, & Whiting, 2001; Suzuki & Yamaoto, 2015; Zhang, Halkon, Chou, & Qu, 2016)，但亦有少數研究是針對在桌球對打過程中，蒐集相對較簡單的球與球拍三維資料，進行時宜表現的探討 (莊國良、劉有德，2017；Bootsma, & Van Wieringen, 1990)。桌球比賽的情境下表現紀錄則以標記分析方式為主 (莊國良、劉有德，2013；Malagoli Lanzoni, Di Michele & Merni, 2014; Wu & Li, 1989; Zhang, Liu, Hu, & Liu, 2014)，光學動態擷取方法可以收集到相對較完整的全身性動作三維資料，但亦受到較高的器材、經費以及環境限制，因此不易在比賽中進行動作分析，而標記分析的方式因以人工方式記錄，因此信效度會受到紀錄內容、方法程序以及觀察員之訓練等影響，無法量化全身性三維資料，但可以質性方式針對動作協調進行分析跟探討，整體來說對於設備、經費以及環境限制皆較光學動態擷取方式來得小。 5.

(16) 綜上所述，桌球運動是一種在開放環境下的截斷性運動，擊球節奏可以反映在來回對打的頻率，對手擊球時間可能會影響自己擊球時間及表現，因此時宜表現應是此截斷性運動相當重要的內容。從過去文獻來看，桌球抽球時宜表現可以透過落桌時間、向前揮拍時間及擊球時間來進行測量及分析，且抽球時宜表現可能會受到不同層級、來球、正反拍以及情境之影響。測量桌球運動中的節奏或是時宜表現的方法，仍需要更多的研究及實驗來進一步驗證，因此本研究希望透過不同經驗、來球、正反抽球、情境以及資料蒐集方式，探討抽球時宜表現對於桌球運動實際之應用。. 第三節研究目的本研究目的有兩部分，第一部分是檢驗不同層級選手面對不同旋轉來球使用正反拍抽球之結果表現、動作表現以及時宜表現之差異，並檢驗在模擬比賽中類似練習情境之抽球時宜表現是否與練習時有差異。第二部分則是檢驗兩種不同測量時宜表現方式之差異，一種是以一般攝影機結合一名國家級教練主觀判斷的測量方式，另一種則是高速攝影機結合動作擷取系統的測量方式。. 第四節研究問題一、不同層級選手面對不同來球旋轉使用正、反拍抽球是否有不同的結果表現、動作表現以及時宜表現? 二、模擬比賽中類似練習情境下之抽球時宜表現是否與練習有差異? 三、以一般攝影機結合主觀判斷之測量方式與高速攝影機結合動作擷取系統數據之測量方式所獲得之時宜表現是否不同?. 6.

(17) 第五節操作性名詞定義解釋一、時宜表現：本研究時宜表現 (TP) 係指向前揮拍時宜表現，其中包含球拍向前揮拍 (T2)、球落桌 (T1) 以及擊到球 (TC) 三個時間點 (公式 1) (莊國良、劉有德,，2017)。時宜表現計算方式係將向前揮拍時間減去球落桌面時間 (T2 -T1) 除以球拍擊到球時間減去球落桌面時間 (TC -T1). ------------. 公式 1-1. 二、動作表現：係指開始向前揮拍 (已於研究方法中詳細向前揮拍時間點之定義) 至擊中球這段時間，球拍之三維空間軌跡，其中包含位移、時間及平均速度等運動學資料。三、抽球練習：以一顆球進行雙人對打練習 (單球練習)，練習方式為一攻一防，資料蒐集對象為攻擊方。實驗參與者僅在雙方反手位 (自己位置的左半臺桌面) 進行練習。發球者為攻擊方，攻擊方發出下旋球後，防守方用切球方式回擊，攻擊方再以反手或正手抽球回擊此下旋來球，若防守方將球成功防守回來，則攻擊方再以與上一拍相同之正或反拍抽球回擊此上旋來球，若繼續來回，則持續以相同正反拍進行連續的上旋抽球，過程中會要求攻擊方盡可能全力進攻，雙方都以得分為目的，且防守者盡可能要前檯防守，避免退後防守或放高球之情況。四、模擬比賽：與對打練習時的對手相同，在實驗場域進行打滿五局之桌球比賽，比賽規則完全依照正式比賽，但受限於高速攝影機之資料蒐集時間較慢，因此參與者在每球開始前，皆需等待實驗者提示開始後才能發球，且因攝影機僅能蒐集其中一邊之資料，因此會要求參與者於第三局其中一人達五分後，雙方換邊。. 7.

(18) 第六節研究範圍與限制一、研究主要希望可以探討不同層級選手面對不同來球旋轉使用正、反拍抽球之表現，但目前仍受限於高速攝影機的資料收集，無法在真實比賽情境下收集資料，因此本研究係以模擬比賽來進行收集相關資料。二、所有資料收集間隔時間受到收集資料器材的限制，不管是練習或是模擬比賽的休息時間都會受到資料存取時間之影響，大約在 20-30 秒左右，因此試作間隔比實際練習和實際比賽節奏 (7-15 秒) 較慢。三、本研究主要探討面對不同來球情境，桌球選手使用正反拍之動作表現及時宜表現對於結果表現之影響，提供未來研究或教學參考。但實際上影響桌球抽球結果表現可能不僅是時宜之問題，因此例如當時站位、腳步移動、旋轉的判斷、拍面以及揮拍角度等因素，則不在本研究探討範圍之內。四、雖然本研究主要探討不同層級選手面對不同來球旋轉使用正反拍抽球之結果表現、動作表現以及時宜表現，但其中不同來球旋轉之因子，並無法平衡設計，因此可能影響之因素不只是來球的旋轉，還可能有順序的問題。無法控制原因係受限於真實桌球運動對打情境，當雙方選手皆為兩面平面打法時，通常下旋來球只會發生在上旋來球之前，除了一些特殊打法例如削球或是側切等技術以及特殊拍型(顆粒)，才有可能將上旋來球回擊後變成下旋來球。. 8.

(19) 第貳章. 文獻探討. 本研究主要探討不同層級、技能、來球下之桌球時宜表現以及不同情境下是否影響時宜表現。因此首先探討桌球運動相關特性及其內容，再討論知覺與動作相關理論，最後分別探討截斷性及週期性時宜表現的測量方法及其影響因素，並提出練習與比賽不同情境可能影響表現之相關文獻。本章節共有四節，分別為桌球運動、知覺與動作理論、時宜表現以及練習與比賽分作探討。. 第一節桌球運動桌球運動據說早在維多利亞時代就發源於英國，且隨後流行於歐洲，但現今則成為亞洲相當熱門的一項運動，其中包括日本、韓國、中國、台灣、香港以及馬來西亞等國家。所有運動都包含體能及技術層面，依據不同運動特性以及內容，則會有不同比例體能及技術之需求。桌球運動對於亞洲人來說，比起田徑、游泳以及籃球來說，在國際賽中有著相當高水準的競爭力。因此本節將先以桌球運動相關起源、體能及技術分作探討。一、桌球運動的起源桌球運動起源於英國的隔網運動，此運動推廣至今已有兩百多個會員國，且約有 40 萬名競技選手，以及許多業餘愛好者。桌球運動據說起源於維多利亞時代就有的餐後桌上遊戲 (Riordan, 2008)，1890 年開始有人將它商業包裝成休閒有趣的家庭遊戲，1900 年代此遊戲越來越流行，各地區產生了許多不同名稱例如 Gossima、Ping Pong、Whiff Waff、Table Tennis 等，甚至發展許多不同的規則、玩法以及器具規格 (例如賽璐璐材質的球)，最後由 Hamley Borthers 和 Parker Brothers 兩間玩具公司，分別在英國和美國註冊此遊戲商標為 Ping Pong 並且大量發行販賣。1901 年英國兩大協會 (Table Tennis association、Ping Pong association) 成立並開始大力推廣桌球運動，1902 年桌球第一本雜誌 (Table Tennis and Pastimes Pioneer) 發行，詳細介紹了. 9.

(20) 桌球運動當時規則以及各種技術，且聲稱當時在英國至少有 113 個俱樂部以及此書至少有兩萬名以上的讀者。1903 年兩大協會合併盼能共同推廣桌球運動，但之後的幾年桌球運動並沒有想像中地流行，且英國桌球協會的功能也越來越式微。第一次世界大戰結束後，各個國家運動組織開始復甦，1921 年有一名英國大學生 Ivor Montagu 組織了將近 140 位學生，在劍橋與牛津大學之間發起了桌球聯賽 (Riordan, 2008)，隨後在 1923 年成立 English Table Tennis Association (ETTA)，並將桌球制定新規則並發行了他的第一本書 (Table Tennis Today)。1926 年 9 個會員國簽訂合作 (奧地利、捷克共和國、丹麥、英國、德國、匈牙利、印度、瑞士以及威爾士) 成立國際桌球總會 (International Table Tennis Federation)， Ivor Montag 以家族財力贊助了倫敦第一屆桌球世界盃 (World Table Tennis Championships)，並被選為國立桌球總會第一屆主席 (Riordan, 2008)。1930 年代後亞洲包括香港、中國、日本以及韓國開始受到影響，1945 年第二次世界大戰後人民生活逐漸穩定，台灣 (1948 年) 和中國 (1952 年) 陸續成立桌球協會，並參與此項運動之國際競賽，桌球運動也於 1988 年列入奧運項目。桌球運動從 1950 年至 2000 年以歐洲與亞洲為主要強國，而 2000 年以後亞洲成了桌球運動競爭最為強烈的地區，而中國更是包攬了各大國際賽的金牌。二、桌球運動的體能需求各種競技運動都應包含體能和技能成分。在桌球運動中，有些教練會認為技術與戰術會是決定比賽的重要關鍵而不是體能，甚至有可能會排斥一些阻力訓練，認為過分強調肌力訓練，導致影響運動的協調與反應能力，然而，有些研究發現，桌球選手要贏得比賽可能除了技能與戰術之外，體能表現或許也是影響比賽表現的一項指標，但過去研究多數為探討桌球選手之一般體能表現，而較少真正了解桌球比賽中的體能需求或是疲勞可能對於比賽表現之影響，因此對於桌球比賽中體能需求以及體能對於比賽表現之影響仍相當值得研究 (Kondrič., Zagatto, & Sekulić, 2013)。 Zagatto, Morel 和 Gobatto (2010) 針對 20 名地區性選手以及 12 位國家級選手，分別在 10 場地區性比賽以及 11 場國際性的桌球聯賽進行血液的檢驗，分別在每場比賽的 10.

(21) 局與局之間以及賽後 1 分鐘、3 分鐘和 5 分鐘進行抽血檢驗，另外以心率測量器 (Polar Sport Tester) 紀錄比賽中平均心跳以及最大心跳，除此之外，為了可以對照比賽表現，以賽後影片紀錄實際對打、休息等時間分布。結果發現實際對打時間，區域性選手主要分布在 1.5 到 2.5 秒，而國際性選手主要是分布在 2.5 到 3.5 秒，但不同層級選手對打時間並無統計上顯著差異。主要差別則在於間隔的休息時間，國際性選手比較會控制節奏，每球間隔的休息時間分布約在 5-15 秒左右，而地區性選手則較集中在 7 秒以內。在血乳酸和心跳的結果上，兩個組別並沒有顯著差異，桌球選手在比賽過程中，血乳酸大約平均在 1.8 mmol/L (最大值為 2.2mmol/L)，而心跳則約在每分鐘 163.8 下，約為最大心跳率的 81.2%，從比賽中每一分之來回球總和時間平均約在 3.5 秒，且整局時間最長為 16 分鐘來看，推估選手在來回對打過程中應是使用磷酸肌酸系統 (ATP-PCr system)，且在球與球的休息過程中，可利用有氧系統來產生能量，並恢復磷酸肌酸系統，且似乎在層級較高的比賽中，選手更會使用這樣的間隔休息時間來恢復能量。上述研究雖然提供了桌球比賽對於不同層級選手在體能需求的知識，但礙於研究是在實際比賽中進行，因此對於每局中實際對打以及休息時能量系統的交替使用，依然是透過每局結束後的血液進行檢驗跟推測，無法實際監控比賽中能量的使用。因此 Zagatto, de Mello, Papoti 和 Beneke (2016) 進一步招募 11 名具有世界排名之男性桌球選手，讓選手進行發球機漸進訓練以及七戰四勝的模擬比賽，透過比賽中攝氧量監控以及每局賽後的血液檢驗，來觀察氧化磷酸化 (Oxidative phosphorylation) 、磷酸肌酸鍵解 (phosphocreatine breakdown) 以及糖酵解作用 (glycolysis) 等生理現象，來評估不同能量系統 (磷酸肌酸系統、有氧系統以及無氧系統) 在模擬比賽及發球機漸進訓練時的使用情況，並記錄每局模擬比賽中的對打拍數以及對打、休息時間之表現，結果發現比賽中有氧系統為最主要的能量使用，其次是磷酸肌酸系統，最後才是無氧系統。而有氧能量使用和來回對打的相持時間(r=.81)、拍數 (r=.77) 皆呈顯著正相關，而從訓練和模擬比賽中可以發現來球頻率可以代表桌球運動強度，而此強度與磷酸肌酸系統的使用為正相關 (r.62) 以及最大累積缺氧量 (r=.58)，這也表示當比賽中對打來回頻率高時將會使用. 11.

(22) 到磷酸肌酸系統以及無氧系統。除了能量系統使用之外，神經肌肉的疲勞與比賽表現的關係亦是桌球選手需要注意的問題之一，Mansec, Seve 和 Jubeau (2016) 以 14 名國際級的桌球選手進行四場五局的模擬比賽，並在事前以及賽後進行神經肌肉相關測驗，其中包括了膝蓋伸展最大自主性收縮 (maximal voluntary contractions)、自主性活化反應 (voluntary activation) 以及颤搐特徵 (twitch properties of knee extensor muscles) 等，並將比賽中下肢 3 種不同對抗強度進行紀錄分別為低強度 : 直立身體，且沒有移動或救球的情況，例如切球、擋球；中強度 : 在下肢較固定的位置下進行一些主動性技能，例如撥球、快壓回擊；高強度 : 已幾乎半蹲的姿勢進行最大速度的瞄準攻擊，例如抽球、殺球，結果發現在最後一場比賽結束後，最大自主性收縮肌力 (-12.5 ± 9.0%) 以及自主性活化反應 (從 89.4 ± 3.5% 下降至 81.6 ± 7.3%) 皆顯著下降，且電流颤搐收縮特徵也顯著在第一場比賽後下降幾乎 15%，但接下來的三場比賽並無再顯著下降之情況，另外比賽來回對抗的強度主要是以低和中等強度佔了大部分的時間 (84.3 ± 4.7%)，表示高強度對抗出現在比賽中的時間相當有限 (15.7 ± 4.7%)。綜上所述，桌球相關體能研究，近年研究提供了不少在真實運動情境中的知識，反映出桌球比賽並非高強度的無氧運動，主要依賴有氧能量系統，來回球頻率越快可以反映出此運動之強度，且越有機會使用到無氧系統。比賽中來回球次數、頻率是一種比賽表現的內容，且受到雙方選手技能水準之影響。三、桌球運動的技術表現桌球運動的技術有相當多不同的分類與介紹 (Djokic, 2002; Hodges, 1989)，且有相當多研究主要是針對比賽中的技戰術進行統計及分析 (黎涌明、吴贻刚、任杰、施之皓，2016；Malagoli Lanzoni, Di Michele & Merni, 2014; Wu & Li, 1989; Zhang, Liu, Hu, & Liu, 2014)。但單純從桌球技術進行分類，可從是否受到來球影響來看 (無/有) 應可分為發球及擊球；以揮擊動作主要方向來看 (向心/離心) 又可分為正手及反手；若從回擊目的來看 (防守/攻擊) 大致可簡單分為擋 (帶) 球及抽 (殺) 球。除此之外，依照不同站位、旋轉或手法的不同，可能又有更多細分的名稱，例如撥 (擰) 球、弧圈、前衝抽球 12.

(23) 等技術。桌球技術在比賽中經常會搭配許多步法，例如側併步、單步以及交叉步等，而桌球比賽中技術及步法的使用，會反映出不同選手打球之風格 (Malagoli Lanzoni, Di Michele & Merni, 2014)。桌球眾多技術中抽球技術往往是選手主動得分重要來源之一，抽球動作主要是利用下肢重心轉移以及軀幹旋轉揮動球拍回擊來球，使球產生向上的旋轉。比賽中抽球技術的使用及動作會受到不同對手和來球性質之影響。例如莊國良和劉有德 (2013) 利用標記分析 (notational analysis) 觀察一名大專乙組選手面對四位不同程度對手的賽事中 (實力懸殊: 3 比 0 和 0 比 3; 實力相近:3 比 2 和 2 比 3)，發現選手僅在大勝 (3:0) 的賽事中有顯著多的得分組合 (發正手短球第三拍正手抽球)，而實力相近的賽事中則是反映此選手在第四拍有顯著多的得分效果，但大輸的賽事中則無發現得分組合或是效果。Iino 和 Kojima (2008) 利用兩台高速攝影機 (每秒 500 幅) 擷取 11 名男性大專桌球選手面對不同來球 (上旋球/下旋球) 進行反手抽球時上肢及球拍之三維資料，結果發現相對於上旋球，當選手面對下旋球時球拍有顯著較大的向上速度，主要原因是在手肘伸展 (elbow extension) 以及手腕伸展 (wrist dorsiflexion) 對於向上之速度的貢獻。Iino 和 Kojima (2009) 觀察 9 名專業桌球選手以及 8 名業餘桌球選手面對不同旋轉程度下旋球時正手抽球運動學資料之差異，結果發現兩組產生的擊球速度並無差異，專業選手比較會使用下半身轉動以及軀幹力量來產生正手抽球 (Iino & Kojima, 2011)，且選手會選擇調整拍面來應付不同旋轉程度的下旋球，而不是調整揮拍的軌跡。Iino 和 Kojima (2016) 進一步探討不同球拍重量 (153.5、176、201.5 克) 以及來球頻率 (每分鐘 75 顆以及每分鐘 35 顆) 對於反手抽球運動學及動力學參數之影響，除了最大重量的球拍會造成比較大的手腕伸展力矩之外，球拍重量並無造成其他動作表現之差異，但來球頻率較高時會使擊球速度下降，且高頻率的來球限制了上身軀幹與下半身之旋轉幅度，影響力量的產生。綜合以上研究發現，可能會受到對手來球特性 (頻率較快、旋轉差異較大等因素) 之影響，導致無法有效使用抽球技術進行攻擊。因此來球節奏與比賽表現之關係值得再被深入探討。. 13.

(24) 桌球比賽是一種開放性且隔網的競爭 (Mitchell, Oslin, & Griffin, 2003)，亦是一種快速的截斷性運動。運動過程是選手必須透過球拍去截斷來球，使球過網落桌產生有效回擊，若一方無法成功回擊時則結束此分。桌球的來球速度、力量、旋轉以及落點是影響桌球回擊的重要因素 (肖丹丹，2006)。速度係指物體在單位時間下的位移，球體速度包含飛行時間及拋物體位移，桌球來球飛行時間應為對手擊球後至落桌之時間，此時間非自己可控制，而是受到對方動作揮拍力量以及擊球當時位置等因素所決定。而球落桌後至擊到球之時間，除了球體本身速度之外，自己揮拍擊球位置及時間亦會影響，因此若將飛球時間加上此段時間，可稱為擊球時間 (Chuang & Liu, 2015)。桌球是一種相當重視節奏的運動，節奏是一種頻率，若用在桌球運動則是指一秒鐘球體來回之次數，而頻率是週期的倒數，週期係指發生一次所需要之秒數，因此桌球每次來球之飛球時間、擊球時間會間接地影響著桌球的比賽節奏。Chuang 和 Liu (2015) 記錄 2015 年桌球世界團體賽 (Table Tennis World Team Cup) 時臺灣對上中國的兩場單打比賽，並以 Simi Scout 紀錄比賽中每一拍的飛球時間、擊球時間、及落點變異性，飛球時間 (Flying time) 係指擊球員擊中球後 (T2) 直到落到對方球桌子 (T3) 的這段時間，而擊球時間 (Stroke time) 則是從落到自己球桌 (T1) 開始，一直計算到落在對方球桌 (T3) 的這段時間 (圖 2-1)。結果發現兩位臺灣選手面對中國選手時飛球時間約在 300 毫秒左右，擊球時間約為 500 毫秒左右，表示球落桌後到選手產生回擊仍然需要一段時間。不同選手在不同拍數上表現出不同的時間特性，且可能會彼此影響，例如其中臺灣選手 A 的第 3 拍飛球、擊球時間顯著短於中國選手 A 且得分表現較差，很有可能是受到中國選手第 2 拍顯著較短的飛球、擊球時間所影響，而另一場比賽飛球時間並無差異，但中國選手 B 則是在第 4 拍表現出較短擊球時間且有較佳的得分表現，表示中國選手可能是有策略性的改變來球節奏影響台灣選手。此研究利用真實比賽情境中來回對打時球體飛行、落地之週期時間特性，來反映桌球運動中節奏對於比賽表現之影響，且推測比賽節奏可能影響回擊時宜表現，進而影響得分表現，但實際上，此研究並無真正觀察來球速度、角度以及落點變異對於不同動作向前揮拍之時宜影響。桌球是一個快節奏截斷運動，桌球回擊動作以. 14.

(25) 及時宜表現可能會受到不同來球旋轉、速度以及頻率等因素影響，因此探討桌球運動技能時，須同時考慮不同來球特性對於時宜表現、動作表現以及結果表現之影響。然而，過去研究較少探討不同來球特性對於時宜表現之影響，因此什麼是桌球時宜表現 ? 可以如何測量 ? 仍是一個值得探討與瞭解之課題。. 圖 2-1. 桌球比賽飛球時間、擊球時間示意圖. 第二節知覺與動作理論桌球比賽每局中實際對打的時間相當短，平均約為 80 秒左右 (Prad, Martínez, Rapún, Bataller, Castellar, & Carrasco, 2011)，且每次分數都決定約在 3.5 秒左右的來回對打 (Zagatto, Morel 和 Gobatto, 2010)，而每一拍更是不到一秒 (Chuang & Liu, 2015)。桌球選手在相當短的時間條件下，必須觀察來球並使用適合的動作技能，來產生不同方向的回擊，因此桌球選手到底需要具備怎樣的知覺與動作的能力，本節將以下知覺與動作理論分為大腦中的知覺與動作、環境中動物的知覺與動作以及複雜系統中的知覺與動作分作討論。。一、大腦中的知覺與動作心理學 (psychology) 是一種探討人類心智與行為的科學研究，源自古希臘字的生活 (psyche) 和解釋 (logos) (Hockenbury & Hockenbury, 2010)，過去有許多研究者以大腦認 15.

(26) 知的訊息處理觀點來解釋人類行為，例如記憶鼓 (Henry & Rogers, 1960)、閉鎖理論 (Adams, 1971) 以及基模理論 (Schmidt, 1975) 等。從訊息處理的觀點來看人類的知覺與動作，面對複雜且不確定性高的環境中，大腦利用知覺系統透過辨識環境刺激轉換訊息，進而選擇反應利用動作系統產生動作，因此探討反應時間及正確性是了解訊息處理過程的重要證據 (Schmidt, 1969; Schmidt & Lee, 2011)。因此過去相關研究透過燈光刺激的按鈕工作發現選手的反應時間較一般人快 (Bhabhor, 等人, 2013; Padulo 等人 , 2015)，或是操弄決策複雜性 (顏色與方向的規則，例如黃球打左邊、白球打右邊或是黃球第一次發生打左邊、第二次發生打右邊) 及操弄決策時間 (燈光產生時間、來球速度等)，來觀察其擊球表現 (例如命中率、擊球速度等等)，部分結果亦有發現當選手決策複雜性越高或是決策的時間越短時，擊球表現就會受到影響 (Moradi 等人, 2014; Pton, Masters & Maxwell, 2006; Masters, Poolton, Maxwell, Raab, 2008; Vickers & Williams, 2002)。實際運動場域中開放性運動，經常需要截斷目標物，例如棒球、桌球以及網球運動。截斷性動作 (interceptive movement) 必須在合適位置及時間截斷目標。Tresilian (2012) 認為截斷性動作的視覺訊息是視覺刺激透過大腦視知覺處理，產生與目標相關之訊息以及前動作計畫，並透過計算來產生啟動訊號 (go signal)，最後由動作模組產生器 (Motor Pattern Generator) 執行產生。假設在輸入刺激轉換訊息時會考慮啟動、動作時間等細節，進而選擇反應一個較適合的動作程式，因此動作啟動前會產生前動作計畫 (pre-programed movement)，並依據動作前計畫來選擇反應產生動作 (圖 2-2)，這是一種預測控制 (Predictive control) 的能力 (Katsumata & Russell , 2012)，意思是反應時間後的動作時間，應是一個已被大腦動作前計畫決定好的程式 (圖 2-2)，而未能以大腦認知控制的動作變異性，則由訊息轉換以及動作產出的噪音來解釋 (Tresilian, 2004)。動作前計畫和噪音解釋了所有動作的協調與變異，運動程式學理論致力於探討大腦處理演算的過程，然而環境、工作對於有機體的影響 (Newell, 1986)，以及動作本身存在的複雜自由度及變異性 (Bernstein, 1967)，則非建立理論探討之方向。 16.

(27) 知覺與動作是一種動物賴以生存的特徵，亦一直都是人類很感興趣的課題，部分認知心理學家嘗試將複雜的大腦系統及神經網絡，以透過電腦程式比擬方式，建構出一套大腦訊息處理的過程，以程式迴路來簡化大腦中樞數以萬計神經細胞所構成的複雜度。即便隨著科技的發達，此類型研究漸漸開始了一些腦神經科學的探索 (Wolf, 等人， 2015) ，例如在一些需要高度專注力運動中 ( 高爾夫，射擊等運動 ) ，以腦波圖 (Electroencephalogram ；EEG) 檢驗特殊大腦功能區 (左顳葉、前運動皮質區、前扣帶迴、頂葉等) 對於一些特定的放電頻率 (alpha：8-12hz；beta：12-15hz；theda:4-7h 等) 進而探討不同經驗 (Deeny, Haufler, Saffer & Hatfield, 2009; Doppelmayr, Finkenzeller & Sauseng, 2008)、成功失敗表現 (Babiloni 等人, 2008; Kao, Huang & Hung, 2013) 以及神經回饋訓練 (Neural Feedback Training; NFT) 的嘗試 (Ring, Cooke, Kavussanu, McIntyre, & Masters, 2015; Kao, Huang, & Hung, 2014)，或是以功能性核磁共振 (Functional magnetic resonance imaging; fMRI) 進行動作控制與學習相關研究 (Milton, Solodkin, Hluštík & Small, 2007; Floyer-Lea, & Matthews, 2005)，但大腦訊號相當複雜，不僅具有高度複合波頻之特性，且許多功能區彼此交互作用 (Hung, Haufler, Mayer-Kress & Hatfield, 2008)，此類型研究對於人類知覺與動作的檢驗，仍受限於動作對於大腦訊號的影響，因此研究多為瞄準性動作啟動前之腦波與專注力之探討，或是其他簡單動作。因此大腦訊號所提供的複雜性及變異性，依然是認知心理學中是一個相當大的挑戰及難題 (Bressler & Kelso, 2001)。人類動作表現是生物中知覺與動作的一種藝術呈現，過去文獻以大腦決定人類知覺與動作作為理論假設之基礎，除了需要進一步確認知覺與動作的實際觀察及驗證之外，也較少去討論環境、工作對於個體動作協調與控制之影響。. 17.

(28) 圖 2-2.. 大腦中知覺與動作示意圖 (參考自 Tresilian, 2004 ). 二、環境中動物的知覺與動作從生態心理學 (ecological psychology) 的角度來看，動物周圍環境本身就具有豐富之訊息，動物與環境之間的訊息傳遞是一種能量透過介質的轉換，因此其中就有兩個相當有趣的議題，訊息的恆定性 (invariants) 以及環境的賦使 (affordances) (Gibson, 1979)。訊息恆定性包含了結構 (形狀、大小) 以及轉換的恆定性 (相對運動)，例如人類關節點相對運動便提供了相當多的生物可辨識特徵 (嚴雅婷、劉有德，2008；. 18.

(29) Johansson, 1973)。環境賦使則係指環境結構訊息對於動物體具有某些特定性行為觸發之可能性，例如體操經驗對於後空翻性別辨識之影響 (王國連、劉有德，2006)、不同高度掉落對於桌球選手時宜知覺影響 (徐明偉、劉有德，2006)。生態心理學提倡知覺與動作是一種能量的互動關係，例如與對手距離遠近會影響跆拳道選手產生最佳攻擊距離判斷的準確性，而跆拳道選手的預備站姿，亦會影響此判斷的準確性 (葉宇恆、楊梓楣，2014)。人類知覺，以皮膚為界線可分為外在 (exteroception) 例如視覺、聽覺等，以及內在感覺 (interoception) 例如飢餓、頭暈等，而提供身體肢段間相對位置的知覺則稱為本體感覺例如肌梭、關節感受器以及三半規管等 (Sherrington, 1906)。舉例來說，光是一種光子能量及空氣介質折射所產生的光流矩陣，提供豐富視知覺去接收環境訊息 (Gibson, 1979) 產生動作，試著假想在一個沒有光的環境，動物的視知覺便無法產生作用，此時一個物體快速靠近，若無其他能量提供訊息，則必然動物會被物體狠狠撞擊。動作系統提供動物在環境周圍產生移動來知覺環境，而知覺系統則提供動作來產生前瞻性控制 (Prospective control)，因此到底什麼訊息被知覺使用 ? 而知覺跟動作產生什麼關係 ? 這是相當值得探討的課題 (Lee, 2011)。桌球運動本質是一種開放性且互動的過程，因此不管是在發球段、接發球段或是相持段其實都非一方所造成之效果，而是雙方互動的結果。比賽中選手應該會彼此注意對手站位、來球，進而不斷地調整自己動作來產生最好的回擊 (Ripoll, 1989)。Bootsma & Van Wieringen, (1990) 發現當優秀桌球選手揮拍向前時，揮拍軌跡會隨著來球的靠近有變異性變小之情況，且早在先前研究亦發現隨著來球速度越快，揮拍軌跡變異性則有變小的情況，此外若改變視覺訊息情境後，以單眼進行正手擊球則會使向前揮拍動作時間變異性變大 (Bootsma & Van Wieringen, 1988)，因此選手的動作可能會隨著來球逐漸靠近，依照當時的環境與自己的狀態，而不斷地進行揮拍動作的調整，這是一種連續性的知覺與動作關係 (嚴雅婷，2009；Michaels & Carello, 1981)。英國愛丁堡大學教授 David N. Lee 1970 年在康奈爾大學 (Cornell University) 知覺 19.

(30) 實驗室中生態光學工作坊 (Ecological Optics Workshop) 認識了生態心理學家 J. J. Gibson，當時兩位學者對於知覺與動作是透過怎樣互動來達成目的相當感興趣，例如蜜蜂飛行減速停落花叢間、塘鵝收翅入水捕魚 (Lee & Reddish, 1981)、或是開車時知道要保持多少距離、何時需要煞車以及需要多用力踩煞車來避免撞到障礙物 (Lee, 1976) 等等，認為環境中視覺光流矩陣可以提供動物知覺環境物體何時靠近或是碰撞，並在 1976 年以駕駛看到障礙物何時煞車的課題發展出 tau 理論，tau 是一種動物與環境隨著時間改變的訊息知覺，來自受動器 (effector) 與物體 (object) 或表面 (surface) 的間距 (motion-gap)，例如視覺，在隨著時間改變的光流場域中，當物體靠近動物時眼睛會有成像放大之比率訊息，因此可以透過單位時間下的距離變化 (速度) 以及物體當時的位置導出此比率 (Lee, 1976) (公式 2-1)。此後開始有人從物體靠近方向 (圖 2-3)、單雙眼的差別 (Bootsma & Van Wieringen, 1988)、身體維度 (眼睛高度或是腿的長度)、物體非等速度靠近 (tau dot) 等因素進行相當多的討論或公式修正 (嚴雅婷，2009；Lee, 2009/2014)。 1980 年代相關研究都只是認為 tau 是一種視覺的引導，引發了 Lee 對於幾個問題的思考，tau 存在於其他知覺 (聽覺、觸動覺) 嗎？ tau 可以是不同的間距 (距離、角度、壓力等) 嗎? tau 訊息是否可以是一種神經系統的引導 ? 因此發展出一般性 tau 理論 (General Tau Theory) ，並明確定義理論相關名詞及範疇如下， 1. 行動間距 (Action-gaps) 是一種動物當下狀態 (current state) 和目標狀態 (goal state) 之間的間隙 (separation)，此間隙是可以透過動作來改變。而理論原則就是所有意圖性動作都會控制著這個行動間距的靠近 (closure of action-gaps)，例如桌球選手控制球拍來擊中飛行的球，球和球拍的距離或是球拍與擊球位置的距離都可是一種行動間距 (action-gap)。 2. tau 是當動物或人類控制行動間距靠近時唯一測量值，tau 被假設為所有動作控制下的功能性訊息，表示依照當下狀態可能多久達到目標狀態。3. tau 可能不只一個，且不同 tau 之間可能彼此有關係，例如當擊球時，球拍會隨著來球靠近調整距離及角度，當前狀態 (球拍) 與目標 (球) 的距離與角度就是一種 tau 整合 (tau-coupling)。4.知覺系. 20.

(31) 統與行動間距存在乘冪率 (power law) 關係 (公式 2-2)，因此可以推論人體存在著一個知覺系統與動作系統的 tau 整合 (公式 2-3)。5. 假設先前煞車研究，以 tau dot 推算出一個 b 值，而 b 值可代表踩煞車時之減加速度，當 b 值越大，則表示踩得越用力，且當踩煞車時 b 值大於.5 駕駛則會撞擊障礙物，此 b 值引導駕駛煞車的減加速度的產生，就如同蘋果從空中掉落被重力加速度引導一般，人類產生任何行動都受到地心引力的作用，從牛頓的自由落體的方程式中可以導出一個受到地球重力影響改變的 tauG (Intrinsic tauG-guidance) (公式 2-4)，而此 tauG 會與動作系統的 tau 值產生 tau 整合 (Lee, 2009) (公式 2-5)。例如包括嬰兒吸吮時口腔壓力改變的 taup 與 tauG (Craig & Lee, 1999) 以及高爾夫球擊球時 tausw 和 tauG 等研究 (Craig, Delay, Grealy & Lee, 1999)，其後更將 tau 修正為 rho，以靠近的速率去除以動作間距 (公式 2-5)，使此訊息變成是一種比率概念且通用在任何一種的行動間距閉合的知覺上，例如角度、力量、壓力以及音調。並利用相似三角形原理導出受重力影響之垂直高度 (Zt)、物體寬度 (Wt) 以及動物體移動時與目標位置之角度 (ɵ) 靠近時的放大率 (圖 2-3) (Lee, 2014)。生態心理學理論認為環境與動物體的關係是一種知覺與動作的相互影響，不深究人類大腦運算，不完全依循在牛頓的古典力學 (Turvey，2008)。因此生態心理學主要探討環境中的動物到底是知覺什麼環境能量訊息，進而產生連續性的知覺與行動的互動關係。對於產生互動的過程中個體如何受到環境、工作影響，進而產生動作協調改變或是動作變異性的影響，則非主要探討之研究。 ------------------- 公式 2-1 x 為間距，ẋ 為間距速度 S(t) = CX(t)kx,s. ------------------- 公式 2-2. S 為環境知覺，x 為間距，KX,S 為環境知覺與間距的關係 taux(t) = kx,s * taus(t). ------------------- 公式 2-3 ------------------- 公式 2-4. TG 是 tauG-引導的時間，意思應指過程所有時間，t 則代表過程中每一個時間點。 21.

(32) taux(t) = kx,g * taug(t). ------------------- 公式 2-5 ------------------- 公式 2-6. x 為間距，ẋ 為間距速度. 圖 2-3. 視覺放大率示意圖，外在環境將會透過光學投射在平面上，靠近物體則符合原先放大率假設 (Lee, 1976)，但若目標從空中飛過來，則放大率亦受到垂直軸重力之影響，大寫英文字皆為實際場域物體：O 為眼睛位置；ɵ 為 OP (移動方向) 和 OT (目標與眼睛距離) 之夾角；T 為目標；WT 為目標水平面 (XY 平面) 寬度，ZT 則為垂直地平面 A 點之距離；YT 則代表目標與眼睛實際距離；而小寫英文字則代表光學投射平面中的位置：t 為投射平面目標；Zt 為投射平面中與地平面高度；Oa 為眼睛至投射平面距離假設為 1；rt 則為投射平面的目標與移動方向 (p) 之距離 (參考自 Lee, 2014)。三、複雜系統的知覺與動作人類中樞神經系統 (Central Nervous System; CNS) 及周邊神經系統 (Peripheral Nervous System; PNS) 是人類相當重要的知覺與動作控制的系統，其中包含了 1010 的大腦細胞以及 104 神經連結來產生相當複雜的人類行為，因此人類到底是如何產生知覺與動作，對於科學家來說是一個相當有趣且複雜的過程。因此有科學家認為人類具有複雜. 22.

(33) 系統 (complex system) 的特質，其中包含以下幾點因素 (莊國良、黃姿榕、劉有德， 2015)： (一) 人類系統具有開放性 (open) 及非平衡性 (nonequilibrium)：開放性是指自身能量會與系統以外之環境交換能量，而非平衡性則是具有特定資源來維持系統一定結構或功能性 (Kelso, 1995)，舉例來說，環境提供生物系統養分賴以生存，生物亦會經由運動代謝消散能量在環境中，這個過程並不會真正達到完全靜態的穩定，因為生物會受到飢餓或許多求生本能的驅使，不斷地補充養分以及消散能量，這就是一種開放非平衡之現象，因此探討人類系統的複雜行為時，需同時考慮系統的環境因素。 (二) 系統具有許多子系統 (subsystem) 交互作用的自我組織 (self-organization) 現象：自我組織是許多子系統，在非特定領導者或是指令的情況下所形成的聚合現象，例如白蟻築巢、候鳥人字陣列地飛行 (Schöner and Kelso 1988) 或是一種浮現的模式 (emergence of pattern ) (Kelso, 2001)。以分子的層次 (Molecular level) 來說，從人類細胞形成來說，許多核甘酸、醣類、脂鍵結合鹼基組織形成一個帶有細胞組成訊息的大分子-去氧核醣核酸 (DNA)，而所有的組成訊息形成一個基因組 (Genome)，基因組大小以核甘酸鹼基對 (base pair) 數量來看至少有 30 億個，這些數十億的基因訊息在自我重複及交互作用的過程中，又可能會受到一些環境因素影響產生變化，進而影響人體系統的形成，這就是一種子系統間交互作用的自我組織現象，並非完全決定於任一個指令或細胞 (Eigen, 1971/2013)。 (三) 系統具有階層性 (hierarchy)：以有機體的層次來說 (Organismic level)，人類的行為不管是從大腦中樞神經系統的處理 (Bressler & Kelso, 2001) 到動作的產生 (the redundancy of degree of freedom ) 議題 (Bernstein, 1967)，都必須面臨大量自由度以及變異性的挑戰，例如大腦皮質 (cerebral cortex) 和次皮質 (subcortical. 23.

(34) structures) 中有著許多不同認知功能路徑，大腦皮質區被視為是許多神經群組 (neuronal population) 透過突觸 (synaptic) 細胞接收並由軸突傳送訊息 (axonal) 彼此交互作用的組織集合體，而無數的皮質區交互作用自我組織產生各種認知功能，動作系統的肌肉骨骼具有龐大的自由度，即使反覆執行相當精熟動作也無法完全重複。從大腦認知功能至動作產生皆會大量子系統自我組織的聚合現象。此外亦可從社會的層次 (Social level) 來看，人與人的社會結構，亦會受到他人與自己的交互作用。這些不同層次 (分子、有機體以及社會) 內或之間 (大腦神經、骨骼肌肉系統) 都具有相當多不同階層的自我組織聚合現象，彼此交互作用互相影響 (Balagué, Torrents, Hristovski, & Kelso, 2017)。 (四) 系統經常是非線性 (nonlinear) 的動力：意思影響系統因果元素是不成比例的 (disproportionate)。舉例來說，走路是一種高效率地轉換動能及位能的反鐘擺 (inverted pendulum) 運動，而跑步是一種反覆利用單腳肌肉韌帶的彈性能 (elastic energy) 使雙腳同時滯空飛行來產生較大位移的運動。有研究發現隨著跑步機速度越快 (1.8 m/s 至 2.4 m/s 左右)，人會由走路型態轉換成跑步型態，然而若在跑步時將速度慢慢下降，則會慢慢由跑步型態轉變成走路型態。兩種穩定型態協調 (髖-膝-踝) 隨著速度產生轉換會產生跳躍式 (sudden jump) 的質性改變 (qualitative change)，且受到上一個狀態的影響 (慢到快或快到慢)，速度使其轉換之關鍵點則不相同，這是一種磁滯現象 (hysteresis)。速度會使協調型態產生非等比例改變。人類步態運動會有穩定相位關係 (stable phase) 來使能量產生最小消耗之外，在某些環境中，為了減少能量花費，會犧牲一些穩定性產生步態轉換，而形成另外一種穩定相位關係 (Diedrich, & Warren Jr, 1995)，這是一種非平衡性的相位轉換 (non-equilibrium phase transition)，亦是一種複雜系統的非線性動力自我組織；此外，另一個顯而易見的例子，成比例學習 (scaling learning) 的表現進步，可以透過以自然指數為底且具有半衰期遞減的三參數之指數率 (公式 2-7)，來描述其非線性學習動力，以極限值表示動力之固定點 (fix 24.