动作技能系统复杂性特征及耗散结构理论视角下研究路径探析

赵洪波

复杂性科学作为一门新兴学科，目的在于探究复杂系统的复杂性(来源、表现)，研究复杂系统在众多组分(子系统)之间及其与环境的相互作用下，系统演化产生整体涌现性(特性、特征、行为与功能)的机理和一般规律的科学［1］。现代科学技术发展表明，不能把复杂性全部归结为认识过程的不充分性，必须承认存在客观的复杂性，真正的复杂性应当具备自身特有的规定性，即使已被人们认识，即使找到了解决办法，它仍然是复杂的［2］。

一切研制对象都可称为系统，动作技能也不例外，作为系统，整体性和复杂性是动作技能系统的基本特性［3］。

借助系统科学的相关理论研究动作技能系统的复杂性，有利于拓宽研究者的研究思路，为动作技能的研究提供新的视角，从而促进动作技能理论与实践的不断发展。

1 动作技能的复杂性表现

1.1 子系统数目众多

动作技能是指具有特定的运动目标，通过练习而获得的完成随意性肢体任务的能力。它由众多的处于不同层次的子系统构成的，动作技能的构成成分包括动作或动作组，体能和认知能力［4］。根据系统构成成分可再分的特性，动作技能系统的各子系统又可进一步被分解，根据动作的外部表现特征，动作可分为身体姿势、动作轨迹、动作时间、动作速度、动作速率、动作力量和动作节奏等，这些动作要素的不同特点以及要素之间不同的组合会构成多种不同的动作形式，决定着动作的外部表现特征。由此可以认识到，动作技能系统包含着众多子系统，而且各子系统又都具有自身的系统结构，可以说，系统的再分解是无以穷尽的，其构成组分表现出了明显的复杂性特点。

1.2 组分间存在着复杂的相互作用

这种作用不一定只(具)物理性质，还可能是信息交换;相互作用具有非线性，存在反馈通路。构成动作技能系统的各子系统之间，存在着复杂的相互作用关系，它们不仅在横向上能够表现出各要素之间的相互依赖、相互制约，而且在纵向上还能表现出要素之间的促进和演化，如在构成动作技能系统的各要素之中，体能系统会对动作系统产生重要影响，速度素质可以影响动作的节奏和速度，力量素质可以影响动作的力量;身体形态也会对速度素质产生影响;同样，认知能力会对动作和体能系统产生影响，高度集中的注意力和敏锐的观察力能够影响动作的速度和灵敏素质，而良好的记忆力又是动作快速形成的前提。因此，可以说构成动作技能系统各要素之间的相互作用是错综复杂的，并且还可能存在信息交换，如执行技能时，人们可以借助视觉进行观察，从外部获取相关信息，调整自己的动作，以保证技能的顺利执行，这在开放性技能如篮球技能中较为常见。

组分之间的相互作用具有非线性特点，存在反馈通路。非线性的相互作用是系统中新质产生的重要条件，组分之间的非线性表明，组分之间具有不独立的相干的相互作用，组分之间存在的相互作用不再只是简单地数量叠加，而是相互制约、耦合成为全新整体效应的体现［5］。如体能是由身体形态、身体机能和身体素质构成，身体素质是体能的外在表现，力量、速度、耐力、柔韧、灵敏等任何不同素质之间的组合都会呈现一定的体能水平，因此，任何一种素质的发展以及素质之间关系的变化都会影响到整体的体能水平。在这里需要强调的是，素质之间的相互作用并不是叠加的关系，具有相关性，如力量的发展会在一定程度上影响柔韧素质发展，而柔韧素质的发展也会对力量素质产生作用，任何一种素质的过分发展都会影响另一种素质的训练效益，从而也对影响运动素质的整体水平。

1.3 开放性与外界环境相互作用

开放性是系统的一般特征。系统只有具有开放性，才能与外界不断进行物质和能量交换，从外界吸收给养，同时释放能量，保障系统的正常运转。动作技能系统具有开放性的特征，为促进动作技能的形成，系统需要从外界接收有利于技能形成的必要信息，同时也需要释放不利于技能形成的冗余信息，使系统的运行达到最佳状态，即使动作技能的学习获取最佳的效益。动作技能形成过程中，学习者可以接受的外界信息主要包括通过观察获得的对动作技能的外部形态信息、通过听觉和视觉获得的有关动作技能的指导信息、通过本体感觉获得的对动作技能的知觉信息等，而需要输出的信息主要包括头脑中有关动作技能的错误信息、头脑中对掌握该项技能无关的信息等，这种动作技能系统与外环境之间进行的信息交换对动作技能形成具有重要作用。

1.4 远离平衡，存在持续的能量流以维持系统组织的更新发展

非平衡可谓是有序之源，只有远离平衡态的开放系统，才有不断发展的可能。动作技能作为一个远离平衡态的开放系统，在其形成过程中，需要其构成成分认知系统、体能系统及动作系统处于不断的发展变化之中，从而呈现出越加协调的相互作用关系，保证动作技能系统的顺利运行，而认知系统、体能系统和动作系统的变化则需要通过外界能量流的持续输入来实现。如技能形成初期，学习者认知能力水平较低，为提高技能水平，需要通过各种视听手段使学习者接受各种外界信息，提高学习者的认知水平，使学习者的技术动作变得越加精确;随着技能水平的提高，学习者的认知能力有了一定程度的发展，此时为促进技能水平的持续发展，需要借助外界能量流，如身体素质的发展、营养、康复等手段以实现学习者体能水平的同步发展，从而使认知系统、动作系统和体能系统能够更加协调的作用和配合以促进动作技能水平的不断发展。因此可以说，在动作技能形成过程中，一定存在着持续的能量流不断地维持着动作技能系统的组织结构，或认知或体能或动作系统，以保障动作技能的不断发展。

1.5 路径依赖，不仅是时间的演化，还包括现在的行为要依赖于过去的行为

系统的发展变化并不仅是随时间向前推移的，还需要依赖于过去的行为，是在原有行为的基础上不断变化发展的，动作技能系统更是如此。动作技能的形成是一个长期发展和变化的过程，是从不会到会，从不熟练到熟练的过程，这不仅是指时间上的长短，也是指技能的形成是一个效果逐渐累积的过程。从构成动作技能系统的各子系统来看，情况都是如此，如认知系统的发展，需要在原有认知能力基础之上实现，接收新的信息流输入后，原有认知结构或发生同化作用使新信息成为自身的一部分，或发生顺应，改变自已以适应新的信息，从而使认知能力发展到新的水平，因此，促使认知能力在原有能力基础之上的不断发展。

1.6 组分个性对系统整体的影响具有不确定性

复杂性是个体间相互作用的结果，但组分个体只能对自己相关的信息做出反应。系统的发展得益于构成系统的各组成成分的变化以及成分之间的非线性相互作用关系，系统的各组成成分都会对系统的变化发展起到一定作用，但是作用的大小、作用的性质却是未知的，每个组成成分只能通过自身的调整来协调与其它组分的关系，而不能预知和决定整个系统的变化结果。如动作技能系统由认知、体能和动作三个子系统构成，这三个子系统还可分为诸多子系统，无法通过诸多子系统或是子系统之间的变化结果来预测整个系统发生的变化。

通过以上论述，可以清楚地认识到，动作技能系统是一个复杂系统，因此复杂性特征的认识是深入研究动作技能系统的必要前提，它能够为研究动作技能系统提供方法论指导，引导人们选择恰当的研究视角和研究方法，从而有利于整体上认识并把握动作技能系统的内在规律性。当前，耗散结构理论是对系统复杂性进行深入研究并较具代表性的理论之一，它以自身独特的视角对系统复杂性进行了深入细致的研究，并取得了较有贡献的研究成果，为人们认识系统的内在规律性提供了较大帮助。

2 耗散结构理论视角下田径动作技能系统研究路径分析

耗散结构理论是1967年由比利时自由大学教授普利戈金提出的，耗散结构理论主要讨论一个系统从混沌向有序转化的机理、条件和规律。该理论指出，一个远离平衡状态的开放系统，当系统内部的某个参量变化达到一定阈值时，通过涨落，系统就可能发生突变，由原来的混沌无序状态变为一种在时间、空间和功能上的有序结构，这种有序结构需要不断地与外界进行能量和物质交换，并保持一定的稳定性，不再因外界微小的扰动而消失。普利戈金将这种在远离平衡态的条件下系统自组织形成的有序结构，称为耗散结构［2］。

普利戈金指出，一个系统通过自组织形成这种耗散结构需要满足必要条件，因此，为促使动作技能系统形成一定的耗散结构，有必要对其形成条件进行分析和研究，进而能够采取相关措施以促使耗散结构的形成，耗散结构形成的必要条件为系统必须保持开放性、远离平衡态、各要素之间的非线性作用、涨落导致有序。

2.1 动作技能系统的开放性特征

一个孤立的系统会自发地趋于无序，代表系统无序程度的物理量——熵会自发地趋于极大。只有开放的系统才能不断与外部环境进行物质、能量和信息的交换，从外界引入负熵流来抵消系统内正熵的增加，使系统的总熵逐步减少，促使系统由无序走向有序。动作技能系统由众多子系统构成，各子系统与外界环境之间存在着千丝万缕的联系，从而为促进整个动作技能系统有序结构的形成提供条件。如动作技能形成初期，由于大量新知识的输入，学习者对这些新知识的认识较模糊，对于“如何做动作”还不清楚，此时学习者内部产生的能够导致系统混乱的正熵流会逐渐增加，但是，随着外界负熵流如各种形式的指导信息的不断输入，学习者对技能的认知水平会不断提高，从而减少了系统内部的正熵流，为动作技能系统内部由无序向有序状态的过渡，技能水平的不断提高提供条件。因此，在动作技能学习的各个阶段中，指导者应根据学习者学习技能的实际情况，选取恰当的指导策略，以积极减低学习者内部的负熵流。

2.2 动作技能系统的远离平衡态特征

平衡态通常指一个孤立系统，不随时间的变化而变化的状态。处于这种状态时，系统运行中产生的废物会越来越多，最终将导致系统功能的逐渐丧失。因而开放系统只有在远离平衡态的情况下，才能保持对涨落的敏感性，在临界点上产生突变，促使系统形成新的有序的自组织结构［6］。作为一个开放系统，动作技能系统之所以能从一定的有序状态向更高的有序状态演化，实现动作技能水平的不断提高，原因就在于系统内各子系统与外界环境不断地发生着作用，使系统远离平衡态。如动作技能学习过程中，学习者获得的新知识会改变头脑中已有的认知结构，这种认知系统的非平衡性状态才能促使整个田径动作技能系统向更有序状态的演化成为可能。而且，也只有当学习者的认知水平处于非平衡状态时，学习者体能水平的提高才会变得更加有意义，才会与认知系统紧密结合共同促使动作技能水平的提高。

2.3 动作技能系统内各要素之间的非线性作用

系统内各要素之间具有复杂的、不能用线性的简单方式加以描述的关系。非线性的相互作用说明系统演化可能出现不同的结果，从而产生系统演化的复杂性和多样性。远离平衡区的系统方程具有非线性性质，非线性系统存在着不稳定性，由于不稳定性，在一定条件下出现的扰动才可以驱使系统进入一个新的稳定状态［7］。田径动作技能水平的提高并不是各子系统简单叠加的结果，而是各子系统之间复杂的、非线性相互作用的结果。如动作技能学习过程中，学习者认知水平、体能水平和动作精确性的提高并不代表技能整体水平的必然提高，如果学习者对技能的认知未达到一定水平，即使体能水平大幅度改善，那么整体技能表现也不会产生明显变化。因此，提高动作技能水平，必须要考虑各子系统之间的相互作用关系，考虑相互作用结果的多种可能性，以此才能对动作技能系统内部的演化规律有更深入了解。

2.4 动作技能系统内的涨落现象

涨落指系统中某个变量的行为对平均值发生的偏离，它能够迫使系统离开原来的状态或轨道。当系统处于较稳定状态时，涨落只是作为诱发系统混乱的一种干扰，此时系统能够借助自身的抗干扰能力，使涨落衰减，重新回到原来的状态;但当系统处于不稳定的临界状态时，这种涨落可能不会衰减，反而会放大为“巨涨落”，促使系统由不稳定状态跃迁到一个新的有序状态，即“涨落导致有序”。动作技能系统中存在着各种各样的涨落现象。如学习者认知水平的变化包括对技能概念的深入理解、技能表象的清晰以及体能的变化如各项身体素质的改变等，这些变化都有可能成为影响系统演化的因素。而且在技能学习的不同阶段，这些涨落作用不尽相同，有些涨落仅仅是昙花一现，对系统不产生任何影响，但有些涨落对系统的影响却意义深远，能够引起整个系统的变化。动作技能学习初期，学习者对技能的认知程度较低，即使此时学习者的体能水平得到大幅度提高，学习者也难以将提高的体能恰当的应用与技术动作之中，所以对于技能的整体水平来说，可能影响不大;进入技能学习的后期，学习者对技能的认知已处于较高水平，此时若提高学习者的体能水平，那么就有可能引起技能整体水平的大幅度提高。由此，应该正确地认识动作技能系统中的涨落机制，根据实际情况合理地利用各种涨落现象，以促进动作技能系统向更加有序的方向发展。

3 结语

动作技能是一个复杂性系统，具有其独特的复杂性特征表现，借助耗散结构理论的思想方法有利于拓宽动作技能系统的研究思路。系统的开放性特征提示，动作技能形成过程中，系统内部会产生各种形式的引起系统混乱的正熵流，有必要根据动作技能系统自身的运行状态从外界输入一定的负熵流，以此抵消系统内的正熵，从而促进动作技能系统的有序发展;系统的非平衡性指出，“非平衡是有序之源”，非平衡态是动作技能系统不断发展的动力，动作技能形成过程中要采用各种措施促进系统非平衡态的形成，使动作技能水平的提高成为可能。系统的非线性相互作用表明，动作技能系统内各子系统之间存在着错综复杂的相互作用关系，对各子系统相互之间关系的把握是深入认识和研究动作技能系统的前提。系统的涨落机制说明，动作技能形成过程中会出现许多影响动作技能发展和提高的涨落现象，有必要根据动作技能系统的当前状态，充分利用涨落现象产生的时机，并通过采取有效措施，诱发其形成巨涨落，从而促使系统向更加有序的方向发展。

［1］于景元，刘 毅.复杂性研究与系统科学［J］.科学学研究，2002(10):450－453.

［2］黄欣荣.复杂性科学与哲学［M］.北京:中央编译出版社，2006:13.

［3］沈小峰.混沌初开:自组织理论的哲学探讨［M］.北京:北京师范大学出版社，2010:55.

［4］邵瑞珍.教育心理学［M］.上海:上海教育出版社，2000:156.

［5］任玉凤.协同学理论对非线性相互作用的方法论分析［J］.内蒙古大学学报，1998(6):98－101.

［6］邵桂华.耗散结构与体育教学系统的自组织［J］.西安体育学院学报，2007，24(1):105－109.

［7］吴元樑.科学方法论基础［M］.北京:中国社会科学出版社，1981:13.