论运动技术系统及其优化的自组织机制

张茂林，董传升，郑淑兰，刘灵志，回 波

(1.山西大学商务学院体育系，山西太原030031;2.沈阳体育学院体育社会科学研究中心，辽宁沈阳110102;3.盘锦市高级中学，辽宁 盘锦124010;4.调兵山市第一高级中学，辽宁 铁岭112700)

自组织理论是描述系统发展变化的基本理论之一。这一理论研究表明，一个系统只要具备一定的条件，它就可能会朝向一定的方向发展。也就是说，开放的系统，是作为一种具有耗散结构的自组织状态而存在的。自然的状态下，开放的系统不断地与外界环境进行物质、能量和信息交换，通过交换使得系统不断地发生变化。这些变化，多数是由于外源性输入而引发的系统远离平衡态造成的，即外源性输入会造成系统内部微小的差别，而这些微小的差别通过涨落机制，会有效地放大差异性，从而导致系统对原有平衡态的偏离，并进一步导致系统由无序向新的有序化结构转化的重要机制。自组织是复杂系统演化的基本机制，它使得系统可以自发地、适应地发展或改变其内部结构，以更好地应对或处理它们的环境［1］。

在这样的背景下，作为处于运动核心地位的运动技术是否也具有复杂性，是否也是开放的系统，即运动技术是否是一个整体或系统，自组织机制是否也能够优化运动技术系统等问题，应当借助于自组织理论来进行深度的思考。这是因为只有作为一个系统来分析运动技术，才能够发现其不同层面的组织原理，才能深化对习以为常的运动技术认识的深度。因此，有必要借助于自组织理论把运动技术定位于一个系统并作为一个整体来考察，从整体到部分相互依赖，相互制约的关系［2］中揭示运动技术系统的特征和形成、发展规律，揭示运动技术系统的自组织优化机制，从而一方面可以为以最少的教学或训练投入获得最富有成效的结果提供有力的支持，另一方面则可能形成运动技术系统认识新的理论观点，从而对运动技术基础理论的丰富做出贡献。

1 运动技术系统及其基础

1.1 运动技术系统的确定

系统论创始人L.V.贝塔朗菲对系统下的定义为“相互联系、相互作用的诸元素的综合体”［3］。根据定义，可以这样定位运动技术:

(1)运动技术总是存在于各种关系之中的。例如，运动技术的核心是人，一方面其形成和发展都是有人来推动的，另一方面运动技术总是在与各种因素发生种种关系——与场地关系、与设备关系、与环境关系等。

(2)运动技术总是与环境相互联系。一方面，环境影响运动技术的发展，如塑胶跑道的使用改变了跑的技术结构，网球场地的变化改变了网球技术发展的方向;另一方面，运动技术也不断影响着环境，如运动技术的日益复杂和精化，使得运动场地的设计要更多地考虑人们全方位观赏精彩表演的需求，这也同时推动了媒体技术的不断创新使用。

(3)运动技术总是以整体性输出为主要特征的。无论是哪种运动技术，在完成一个基本的运动过程时，总是有一部分的技术结构处于主导输出状态，一部分结构处于退让性状态，只有所有技术协调运行才能保证运动目标的有效完成。

因此，可以断定运动技术是以系统的方式存在的，其与环境一起，构成了一个完整的运动技术系统，即运动技术系统是指在运动中处于相互关系中并与环境相互联系的运动技术及其要素的集合。

1.2 运动技术系统的基础

运动技术系统是一个复杂的系统，是由生理机制和文化机制复合主导的巨系统，即由人复杂的神经网络子系统和社会文化子系统构成的一个巨大的复杂系统。

1.2.1 运动技术系统的神经生物学基础

从神经生物学角度来看，人体的运动技术是一个复杂的神经网络系统。所谓的神经网络是对人脑或生物存在状态的描述，是指人脑是以网络的形式存在的巨型复杂系统，这个系统具有从环境中自主学习的能力，并通过某些机制保持着与环境的互动关系，以使自己适应环境的发展。在神经网络中，无数神经纤维与神经元的突触关系构成了极为复杂的多维空间联结特征。

在运动中，基于运动技术而产生的种种信息借助于突触的放大作用迅速在复杂的神经网络系统中完成传递。可以说，神经网络系统中的每一个突触都是一个信息处理单元。当突触接收到运动技术信息时，就会借助于化学传递机理形成一个神经冲动的换能过程。在这个过程中，突触就会有效地放大信号强度，使其在前末梢接收到的微小信号，由神经递质控制易化可以增强信号至足以发生效应。这是一种自组织的涨落现象。放大后的信号经由网络系统传递，从而完成运动过程。由于信号是在网络系统中快速传递的，因此表现为非线性的相互作用的基本特征。当然，运动信息在神经网络空间中的传导所引起的效应可以是兴奋的，也可以是抑制的，且具有时间、空间及其自身变化的三维特征。一般说来，神经网络处理的信息方式会根据运动技术的完成过程产生种种变化，与此同时，非线性的神经网络系统也在不断变化以确保运动技术的有效完成。换言之，神经网络系统对运动技术过程的支持，是以自组织的方式来进行的。而这一特征，也使得运动技术呈现出复杂性系统的基本特征。

1.2.2 运动技术系统的社会文化基础

文化，即以既定自然为素材，人类遵循一定的目的和价值实现其理想的过程。技术，广义地讲，是人类为实现社会需要而创造和发展起来的手段、方法和技能的总和。这一定义，体现了技术的目的性、社会性和多元性。而技术另外一个特点是，技术是增加人类活动效率的全部资源之总和。通常，人们仅限于从物理学、力学意义来理解效率这个概念。但在此，也要从广义上来理解。人类可以通过极其多样的方式提高自己的效率，即消耗更少的力量取得更大的效果。在许多关于影响运动技术形成的因素研究中，人们常常忽略了运动技术的主体——人，仅仅就技术论技术。在社会整体中相联系的所有要素和结构，归根到底必须通过人的活动表现出来。社会的任何结构、任何关系都包含人的活动。把处于文化、社会和历史上的一定时空的人类主体引入运动技术系统的研究范围中很有必要。当然，这些关系并不总能为人所意识和理解，但人始终活动在这些关系的背后。在结构的背后，不能不看到作为社会存在物的人［4］。人总是力求通过技术手段来提高系统的组织水平［5］。社会个体的心理习惯、思维模式和思维方式对运动技术系统形成起着不可忽视的隐性作用。

1.2.2.1 社会个体对运动技术系统的复杂影响 社会个体在学习和掌握运动技术系统的过程中所表现出的现在行为依赖于过去个体社会文化属性。社会个体的审美兴趣、思维和价值观等社会文化属性对运动技术系统的形成和发展有一定的影响。社会个体的审美兴趣、思维广度、深度以及对事物的认知、判断不同，社会个体在对运动技术系统性学习的适应性和促进作用也不尽相同。两个或多个个体在均掌握单个运动技术的条件下，个体对运动技术系统不同深度、广度的认识，如对单个运动技术中技术细节如何衔接、技术与技术之间的关系是否有考虑或考虑得是否正确、深入，都会一定程度上影响个体运动技术系统的形成和发展。

1.2.2.2 运动技术系统对社会个体的复杂影响 运动技术系统的形成对社会个体的社会文化属性又会产生干扰。个体长期从事运动技术的活动，会不自觉地形成和积淀相关的职业习惯、思维方式和心理观念，或说可以产生某种“运动技术意识”。一旦社会个体的“运动技术意识”形成，会对新阶段的学习环境来自各个方面的信息选择有不同的价值判断，进而产生对新的运动技术的认知等方面产生适应性变化，对个体的运动水平的提高起到一定的作用。随着社会个体的主体意识的觉醒及“运动技术意识”不断成熟，也在不断改变着运动员、教练员的思想观念、价值取向与行为方式，改变着社会个体的主体性，从而为系统学习和掌握运动技术系统起到进化作用。

2 运动技术系统的构成

运动技术系统由技术、人、设备和环境等多种要素组成。技术系统是相互作用且与环境发生相互联系的诸多单个技术组成的集合;而人包括运动员和教练员或学生与教师;设备包括场地、器材等;环境包括自然环境和社会环境。

2.1 运动技术系统的形成

技术、人、设备和环境等多种要素组成了运动技术系统。体育教学或运动训练中，为了满足教学或竞赛需要，需要不断地发展运动技术，从而达到主体的目的。技术是最为基本的组成元素。人体作为技术的载体，有其自身的独立性。但在学习运动技术的过程中，需要主体来执行完成，又与运动技术组成一个或多个系统。在运动技术系统形成的过程中，主体在一定的学习目的的导向下，以自身初始状态水平为基础，经过与环境的互相作用，使其神经网络各级水平重新调整，达到新的有序，从而形成运动技术系统。

2.2 运动技术系统的要素

运动技术是以系统的方式存在的，因此这个系统中必然存在某些组成系统的各个部分，这些各个部分就是系统的要素。如运动技术系统是技术、人、设备和环境等要素的集合，其中技术、人、设备和环境都是运动技术系统的组成要素，它们是互相区别、可分辨的。其中每一个要素又是其他组成的集合。如技术的组成包括单个技术和组合技术等等;人，包括运动技术的传授者和学习者以及同一环境中周围其他的人;设备又包括运动器材，如服装、运动所需器具、辅助练习器材等等;环境则包括技术操作过程中涉及的支撑面、目标和其他人等。总之，只要是系统的组成部分，它就是系统的要素。

2.3 运动技术系统的结构

凡系统皆有结构。运动技术系统的结构就是指运动技术各个元素之间由相互作用、相互关系而形成的具有整体性功能的运动技术的总体。运动技术系统内部的诸多元素间有着紧密的相互关系和相互作用。元素间彼此影响，形成复杂的层次结构，有时间、空间和功能等层次彼此嵌套，彼此改变对方的状态或状态空间，改变对方的行为方式或方向。

运动技术系统的内部结构之间存在着严格的等级层次，而且每一等级层次都存在两种状态:一方面是作为本层次存在的特殊属性，另一方面是在系统整体这一前提下而表现出来的特定属性。由于系统层次结构属性存在这样的特殊性，因此这些属性就能够把系统区分开来，即把系统的一个层次与另外的一个层次区别开来。一般说来，系统总是由低层次到高层次构成，低层次系统的相互作用的结果就是构成高层次的系统，最后形成了层次结构不同、特殊属性各异的系统结构，类似一种中国套箱式的等级系统［6］。如图1所示。

图1 运动技术系统结构图

如图1所示，运动技术思维形成运动技术的基本概念，由此形成运动技术的基本形态，并依据技术形态而逐步完成运动技术过程。人作为运动技术的主体，是运动技术过程完成的核心。一方面，运动者本人总是与对象性关系的其他人——教练、体育教师、其他运动员、科研人员等——发生种种的联系，形成了互动的运动技术系统的主体结构。然后，这个主体结构与人的对象物——运动场地、运动设备、运动设施、运动科技等——发生关系，形成完整的运动过程。而这一切，几乎都是同时与社会人文环境和自然环境发生种种的联系——物质、信息和能量的交换，通过交换保持着运动技术系统的不断优化和发展。

2.4 运动技术系统的功能

运动技术系统的功能是指运动技术系统在与外部环境产生相互联系和相互作用时所表现的性质、能力和功效。运动技术系统的功能是由结构和环境共同决定的。运动技术系统内部缺乏必要的练习，就无法形成其系统的基本结构;一旦系统内部结构无法形成，这就意味着:一方面系统本身无法存在，另一方面在其与外界环境之间发生关系时，也无法表现出其整体性功能的输出。换言之，运动技术系统的功能总是以整体性的方式表现出来，而且这一表现也总是在其与环境发生相互关系时才能发生，即运动技术系统的功能是随着与环境关系的变化而变化的。

运动技术系统的结构和功能之间的关系并非简单的线性关系，而是错综复杂的非线性关系，即功能优化的实现表现为系统性输出，而非加和性输出，即1+1≠2的关系。在多数情况，系统性输出要大于加和性输出，而等于或者小于加和性输出的例子也并不少见。也就是说，在不同条件下，同一个运动技术系统的功能总是发生变化，表现出功能的不稳定性特征。在运动中运动员训练和竞赛成绩的波动和变化，一方面可能是因为其状态的关系，另一方面则可能是因为其运动技术系统在功能输出时出现了加和性输出或者是低效能的非加和性输出的原因，即同一运动技术系统表现出不同的功能，而不同结构的系统又可以表现出相同或者类似的功能。这种变化，为理解运动技术系统提供了更加详实的依据。

3 运动技术系统优化的自组织机制

3.1 运动技术系统的开放性

开放性是系统从无序到有序发展的必要条件。系统的开放性决定系统与外界环境之间的关系状态，只有开放的系统才能顺畅地实现与外界环境之间的物质、信息和能量交换，才能保持系统的活力。在运动技术系统结构优化的过程中，运动技术系统诸要素同环境保持不间断的信息、物质和能量的交换，维系了系统结构和功能的相对稳定和完整。一方面，运动技术系统在交换过程中可以获得有关运动技术方面的信息——如运动员技术诊断的信息——以此不断地优化运动技术系统，而看似细小的技术修正过程，其结果可能会造成整个运动技术系统的革命性的变化——系统的升级;另一方面，运动主体依据运动需要调配饮食，其消化系统对饮食等物质、营养的吸收，通过氧化体内的营养物质所获得的新陈代谢需要的能量等，是维持运动技术系统存在和功能提升的有效手段。

3.2 运动技术系统的远离平衡态

远离平衡系统是系统发展变化的前提性条件之一。当系统远离平衡态时，能自发地形成新结构。运动技术系统的结构依靠强制力来维持，因此需要不断地从系统的环境中消耗能量与物质。系统优化就必须远离平衡态，必须持续获得维持其现有状态的能力、物质和信息来保证其过程的完成。在运动技术教学或训练过程中，教师或教练员通常会制定一定的练习强度、练习时间、练习组数从各方面加强学生或运动员学习运动技术动作的熟练程度，这样通过不断地交换过程，运动技术系统结构变化得到不断的支持力量，从而完成运动技术系统形成的泛化过程、分化过程及巩固过程，最后达到技术动作的自动化程度。

有学者研究认为，在运动技术形成过程中，每个阶段的关系一方面表现为序列发展与分群演进的特征［7］，另一方面则表现为在诸多因素的干预下呈现出分叉、跳跃等发展特征，从而使运动技术系统结构处于不断变化之中。当然，形成运动技能也并不要包括每个阶段过程，而是与形成运动技能的复杂度成正比关系的［8］。

运动技术系统是一个动态非平衡系统。运动技术系统结构的形成过程在远离平衡后可能出现两类不同的状态:一是良好状态，系统在各种因素的干预下，其结构越来越复杂，有序性越来越高;二是混乱状态，即系统发展出现了混沌和湍流现象，使得系统平衡受到极大冲击。湍流是学生或运动员在学习运动技术过程中进步最快时与原运动技术发生看起来十分混乱的运动状态。学生或运动员在学习或训练过程中出现的“高原现象”就是主体的运动技术系统处于混沌状态的表现之一。只有在远离平衡态背景下，系统才能够通过能量耗散和内部非线性动力学机制的作用而形成稳定有序的结构［2］。

3.3 运动技术系统的非线性

非线性是系统的一种特性，它是指系统中各部分、要素之间的相互作用不是简单的加和，而是系统所表现出来的整体功能可能大于、也可能等于、也可能小于系统各个部分的加和。这种非加和性常常导致系统结构的变化从而涌现出前所未有的新质，并进一步推动系统从低级向高级发展。

运动技术是一个复杂的系统，其表现出来的整体性要远远高于其内部某一要素或者多个要素之间的独立性。在运动技术系统的技术子系统中，组成技术子系统的诸要素不能够单独存在，而是与其他单个技术进行互相作用和影响。在此过程中，运动技术子系统的每个技术要素尽管能够保持一定的独立性，但是各个要素仍然要严格服从于运动技术整体性功能的基本要求，否则，这些与整体性要求不相符合的技术要素将会被视为不合理因素而被改造甚至排除在系统之外。这样，运动技术系统就能够有效地保持其整体性，而非要素之间的简单加和性。例如，投掷标枪的过程中，运动技术系统效能最好的时候，并不是全身各个运动器官的统一发力，而是有些运动器官处于主导地位，发挥主导作用;有些运动器官则退让出来，居于次要地位，起到辅助性作用，即达到教练员或者运动员常常提及的“出手顺”的状态。正是非线性的作用，才保证运动技术系统整体性的功能输出。同时，运动技术系统的子系统或子系统内部要素对外部环境和条件的适应与反应不同，技术操作主体的能力不同，获取的物质、能量及信息的质量也存在差异。

3.4 运动技术系统的涨落

涨落是指系统的某个变量或某种行为对平均值的偏离。在一个开放的系统当中，当某种能量、信息在系统内传导而偏离系统的均值状态时，涨落现象就可能发生。当能量或信息的偏离被不断放大并达到一定阈值的时候，系统内部在非线性的相互作用下，可能会促使这种偏离在更大程度上发生并导致突变，从而形成新的有序结构。研究表明，复杂系统中存在的微小涨落之所以能够被放大并成为系统突变的巨大推力，其原因就是远离平衡的开放系统可以产生与线性作用完全不同的非线性互相作用［9］。这种作用可能会形成类似蝴蝶效应的作用，从而通过涨落机制来推动系统内部差别的放大，直至形成巨涨落，从而导致系统结构的不断优化。

在由众多技术要素组成的开放的运动技术系统中，技术要素之间通过非线性的相互作用而产生协同和竞争的矛盾运动，并导致其在某一特殊的节点上产生偏离系统平衡态的涨落现象。例如，原技术动作的之间的协同与新技术动作的矛盾之间的非线性的相互作用，使得学习者出在学习新技术动作时往往表现出手脚配合不协调的现象，并会进一步放大成为干扰原来稳定运动技术系统的因素，出现所谓不知所措的状态。这是一种典型的运动技术系统中发生的涨落现象。这些与技术结构为矛盾的涨落在一定的练习强度和教师或教练员的强化和运动技术系统内部非线性机制的作用下得到放大，破坏了原运动技术系统的稳定性，从而导致原运动技术系统结构发生突变，从无序到有序，从低级到高级。

当然，运动技术系统的涨落具有双重性特征:有时涨落会起到积极的作用，形成新的更高一级的稳定运动技术系统;有时会起到消极的作用，破坏原有稳定的技能，形成运动技术系统的退化甚至崩溃。

3.5 运动技术系统与环境的协调机制

所谓系统的环境，指的是与系统组成要素发生相互影响、相互作用而又不属于这个系统的所有事物的综合［10］。运动技术系统的环境指的是教师、设备和场地等要素。

运动技术系统在与环境相互作用的过程中不断地从中获取物质、能量、信息，以确保其自身存在。由于环境总是随着世界万物的变化处于变动不居之中，所以运动技术系统为适应环境的改变而必然相应改变自身结构的某些功能，以获得环境的支持。可以说，运动技术系统的主体是有目的的人;运动技术活动是为了满足主体人的需要而展开的。例如，针对不同的竞赛环境、不同的竞赛对手等，运动技术的主体必然会选择有利于自身技术系统功能输出最大化的方案。为了达到这样的目的，主体人便会及时、广泛地收集相关技术信息，并结合自身的情况采取相应的措施，不断改进运动技术，调整运动技术系统结构。通过观察、思考、效仿、练习，促使运动技术更加合理化、有效化。

4 运动技术系统优化的路径

优化是在一定条件下系统的组织、结构和功能的改进过程。系统通过这一过程，达到消耗最小、输出最大、效率最高的目的。复杂系统不仅将组织其自身结构，而且倾向于以优化方式来实现［1］，因此优化是一种普遍现象。

4.1 运动技术系统目标导向路径

系统的优化总是与一定的目的相联系，离开目的性就无法定义系统的优劣。客观世界的不断发展，决定了人们的目标总是根据发展变化做出相应的调整以适应这种发展［2］。系统优化常常是系统处于自身整体结构的改进而展开的，因此其本质是系统整体性功能输出的优化。一般说来，这个过程总是具有明确的目标的，即系统整体优化目标。为了实现这样的目标，运动技术系统必须在目标的引领下组建最合理的组织结构，拟定最优的系统功能输出策略。例如，在田径运动中跳高技术的优化就是一个典型的例子。众所周知，跳高运动技术经历了几种技术发展历程，从跨越式到剪式，从剪式到俯跃式再到背跃式的技术转变，就是运动技术系统根据技术环境的变化——对运动技术成绩提升的需求越来越高——而不断优化自身的必然结果。所以，目标导向成为运动技术系统优化的引领性的力量。当运动技术系统目标发生变化时，运动技术系统为了满足技术目标变化的需求，必然会适当调整运动技术系统的结构，以保证其与技术目标的一致性。

4.2 运动技术系统协同路径

协同作用是指系统内部子系统之间的相互协调、相互合作或同步联合作用。从广义的角度来讲，协同作用包含了竞争与合作，通过竞争达到合作的相互作用关系［6］。一方面，运动技术系统各要素之间保持着适度的竞争状态，如上肢子技术系统与下肢子技术系统之间，在一些运动过程中常常处于竞争的状态。羽毛球运动中，上肢技术的完善过程总是要通过挤占下肢技术系统的完善时间来实现的，即运动主体在进行技术系统优化的时候，总是要保持对某些子运动技术系统的优先优化，而在解决了这一部分问题之后才会依据计划要求逐步解决其他子系统优化的问题;另一方面，各子系统之间又保持着高度的协调、合作状态。例如，羽毛球上肢技术系统的优化，很快会有效促进下肢子系统的优化，以使运动技术系统保持整体的协调性。再如前面所述的投掷标枪过程中，各运动子系统是通过退让与进取、主导与辅助等相互协调的方式来完成一次投掷过程，否则投掷过程就无法实现。也就是说，在运动技术系统中，单个技术系统间及子系统内部要素间必须密切配合、协同工作，逐渐使运动技术系统朝向预定的目标接近或者达成［11］，才能使运动技术系统处于最优化运动状态，从而获得最大的整体效益。

4.3 运动技术系统信息选择路径

联邦德国的艾根(M.Eigen)，从物质自组织和生物的高分子的进化，研究生命起源过程中，如何从“无序”的分子“随机地”出现自组织的状态，并用信息的“选择价值”来说明组织优化的机制。

复杂系统是开放系统，即与其环境相互作用的系统，不仅是能量上，而且是信息上。教师、教练员加强对运动技术分析，先解决运动技术的构成成分以及成分间时空操作特征的相互依赖程度，依据技能复杂性和组织性的水平，确定它们之间的关系作为教师、教练员选择合适的练习方法的依据［12］，由此获取更多的信息。同时应该注意信息资源不应过度，也不应不足。也就是说，运动技术系统通过一系列的有序的信息活动的方式来有效控制自身机体［13］，那么通过对运动技术系统信息选择的优化，就可以达到系统的自我优化这一目标。

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［4］ B.F.阿法纳西耶夫.社会:系统性、认识与管理［M］.张凡琪译.北京:北京大学出版社，1987.

［5］ F·拉普.技术科学的思维结构［M］.刘武等译.长春:吉林人民出版社，1988.

［6］ 颜泽贤，范冬萍，张华夏.系统科学导论—复杂性探索［M］.北京:人民出版社，2006.

［7］ 刘建和.论运动技术的序列发展与分群演进［D］.北京:北京体育大学，2006.

［8］ 祁国杰，祁国鹰.运动技能形成过程新论［J］.体育与科学，1994(4):42－45.

［9］ 苗东升.非线性思维初探［J］.首都师范大学学报，2003(5):94－102.

［10］ 黄欣荣.复杂性科学的方法论研究［M］.重庆:重庆大学出版社，2010.

［11］ 韩 丹.论运动训练系统的结构与功能之优化［J］.体育科学，1992(1):7－10.

［12］ 玛吉尔(Magill.R.A.)著.运动技能学习与控制［M］.张忠秋等译.北京:轻工业出版社，2006.

［13］ 武雪莲，梁建平，焦胜利.试论运动技能的形成［J］.首都师范大学学报，2003(5):39－41.