手感扰动机制与网球运动技术系统复杂性模型的优化

刘 亚，董传升

1 问题的提出

运动技术是体育的基本概念之一。深刻认识体育现象，学习和掌握运动技术，必须对运动技术进行深刻剖析，必须以系统论思维构建起复杂性学习模型。然而，在传统线性思维习惯的影响下，运动技术系统性存在问题一直没有得到充分的认识，以线性的、还原论的思维思考非线性的复杂性运动技术系统的做法非常普遍。

为了深刻认识运动技术系统及其特征，探索运动技术系统复杂性及其内在运行规律，本文从复杂性系统理论视角出发，以网球运动技术系统为例，论证了运动技术系统要素、结构、功能和复杂性，并对在系统运行中发挥关键性作用的手感扰动机制进行了深度探讨。

2 技术系统复杂性：一个研究运动技术的新范式

系统是由美籍奥利地利生物学家贝塔朗菲提出并论证的。他在研究生物有机体时发现，有机体只有在作为整体或者作为系统时存在才能获得生存的可能性，因此不可被拆分。作为一个复杂系统，有机体是通过某种机制联系在一起的整体，而不是各个部分的简单加和。也就是说，系统的各个组成部分之间必须通过某种机制联系成为一个整体，否则就会失去存在的意义和价值。系统是诸多元素紧密联系传递的复合体，复合体内的元素间彼此关联，元素同环境也相互牵制，由此成为组织整体[1]。可以说，将对象当做有机整体进行分析，论证整体与部分间彼此依存、彼此制约的关系，能够揭示系统最基本的特征和规律[2]。

系统复杂性，是指复杂的巨系统中在不稳定、不确定、多层次的前提下，系统中要素相互联系相互作用。有学者认为，研究复杂性必须把复杂性当做复杂性来处理，研究系统的模糊性、非线性、混沌、分形等基本特征和内在运行机制，而不能将复杂问题进行简单化处理，将非线性简化为线性、模糊性简化为清晰性、把分形约化为整形、把混沌运动约化为周期运动等[3]。20世纪80年代，我国著名科学家钱学森针对系统复杂性研究问题提出了新的研究范式，即“要用或宜用新的科学方法处理的问题，都是复杂性问题，复杂巨系统就是这类问题”，从而推动人们从简单到复杂研究视野和方法的转变，最终复杂性研究范式的兴起[4-5]。

技术作为合理、有效活动的累积，是秩序、模式以及机制的叠加，其复杂性概念是由英国学者雷克鲁夫特和卡什于1999年提出的，用来描述技术的难易程度和组建数量、技术组件之间非线性的相互作用和技术创新组织系统复杂性问题[6]。有学者认为，研究技术复杂性一般有两个途径，一是用复杂性思维方法观察技术系统，探索技术创新、技术开发等技术活动过程，揭示其复杂性原理，二是用复杂性思维观察技术系统本身的复杂性，分析复杂性由来、自组织演化、复杂性与适应性关系等[7]。换言之，可以通过整体性、涌现性、不确定性等概念来揭示技术系统的复杂性[8]。这就为研究运动技术系统复杂性问题提供了新范式。

3 网球运动技术系统结构与关系

运动技术是体育的核心概念，是指能充分发挥运动员和其他体育活动参加者的身体能力，合理有效地完成动作的方法[9]。人们参与体育活动，首先要掌握的就是运动技术。

3.1 网球运动技术系统的结构

网球运动技术是系统性存在的，表现为器物形态、智能形态和工艺形态[10]，形成了稳定的内在结构——器物技术要素、智能技术要素和工艺技术要素，并通过某种机制将三者有机融合为一体，形成一个由相互依存、相互作用要素联结而成的复杂性技术系统[11]。一般说来，器物技术要素是指构成网球运动的物质性要素，如网球场地、网球、网球拍、网球装备等，是网球运动技术客观存在的依据；智能技术要素是指人的要素，是人根据环境变化和自我意识构建行为的过程，是人对运动基本环境进行客观判断，决定运动如何发生、如何进行、如何结束等行为的因素；工艺技术要素是指链接人与物质之间的技术要素，主体人根据人的需求和环境特殊性规定，通过构建合理的技术体系，最终实现了人与环境融洽互联互动的目标。

人们一般把构成系统的部分称为子系统，而占据主导地位的子系统被称为系统的主体子系统[12](见图1)。从图1可以看出，网球运动技术系统是由主体子系统、运动技术子系统、近人体环境子系统(设备、场地等)构成的、并且是以人为主导子系统的复杂性系统。

图1 网球运动技术系统结构Graph 1 Structure diagram of tennis technical system

人是网球运动技术系统的核心，对网球运动技术系统的发展和变化起到决定性作用。一般说来，主体人根据环境变化来构成自我意识，又在自我意识的指引下构建行为。因此，人在打网球时，首先会对当下时空关系、近人体环境因素进行基本的判断，形成运动策略，进而通过运动技术的选择来达成运动目的。运动技术作为主体人与环境发生关系的中介变量，时刻调节着人与物质环境之间的关系状态，并为主体人选择技术方案或者行为策略提供支持和帮助。在一次底线击球的过程中，运动者往往根据自身系统状况、近人体环境和远人体环境因素的综合分析来形成一个基本判断，然后会在对自身技术水平或状态评估的基础上选择自认为最恰当的或者最合适的运动技术来完成一次有效的底线击球活动。

3.2 网球运动技术系统结构间关系

3.2.1 主体人与环境的互动关系

在网球运动技术系统中，主体人始终与环境保持着密切的互动关系。人通过自身的感官系统，对环境要素特征进行感知、信息编码、传递到中枢神经系统，再经由解码、匹配形成决策所需要的种种信息，最后由主体人做出反应。也就是说，主体人通过调整身体技术这一具有中介性质的活动来适应不同环境的要求。例如，根据来球的方向、角度、速度、旋转、落点等因素选择合理的击球路线、击球技术和击球时机等，再根据技术目的的基本要求完成一次击球运动：确定击球点、击球力度、击球角度、回球线路等，完成一次击球过程后进入到下一次的击球过程。值得注意是，技术在帮助人们有效完成网球击球任务的同时，也在不断强化自身的地位和作用，依据技术内在要求对身体技术不断的解构和重构，从而导致技术化现象的出现[13]。也就是说，技术效用一旦展现出来，就会对主体人产生积极的吸引作用，激励主体人继续强化或者优化这一技术，并尝试根据技术的基本要求对自身的素质、机能、技术等进行改造，以使之完全能够满足技术的基本需求。人们常常将这一依据技术规范对自身进行改造的过程称之为“技术化”。

3.2.2 运动技术沟通着主体人与环境互动关系

网球运动技术不仅是运动者能够有效完成网球运动的基本手段和基本保障，而且还是主体人与物质环境之间进行有效沟通的中介，是二者之间发生互动关系的桥梁。一个网球正手击球技术由如下子技术流程构成：基本姿态、转体、引拍、蹬转、挥拍、击球、随挥、还原。这是一个标准的网球击球的完整动作过程。由此可见，网球运动技术不同动作之间通过一定的运动序列结构协同工作，即通过构成一个完整的技术动作链的方式支持主体有目的有意识的运动过程。在这个过程中，运动技术具有无可替代的作用。也就是说，主体人通过运动技术的中介作用，与环境系统之间——人体环境、近人体环境、远人体环境建立起了密切的互动关系，从而使得人与近人体环境、远人体环境保持着和谐的互动性存在状态。换言之，运动技术起到了“桥”的作用。

3.2.3 时空子系统是主体人与环境互动关系存在的基础

时空子系统是网球运动存在的客观环境。在网球运动中，一方面技术系统要不断地经历时空环境的变化，表现出历时性特征，如运动序列的存在；另一方面网球运动轨迹、运动效果等信息都被时空子系统所描述下来，表现出空间性特征。在时空关系状态中，人们通过分析时空信息及其变化规律来获得对运动技术系统有效性、合理性等问题进行判断的依据，进而找出运动技术改进、重构的技术路线。也就是说，从时间与空间上来说，两者在运动技术上的相互作用表现为不同的时间、空间上技术序列性这一特征，其结果被记录在时空子系统中。人们可以通过查阅、分析记录在时空系统中的各种信息来获得对技术过程的基本认识，以此作为优化运动技术系统的依据。例如，人们常常运用运动捕捉技术[14]记录运动技术过程，并据此进行运动技术诊断和分析，到达优化运动技术结构的目标。这一过程体现出运动技术系统与时空子系统互动关系的存在状态。

4 网球运动技术系统的复杂性

复杂性是系统的基本特征。网球运动技术系统是由主体、技术、环境、时空等子系统构成的。各个子系统之间不仅既存在着相对独立的结构，又存在着密切的相互联系，而且各个子系统既能通过独立的行为发挥独特功能，又能通过协同关系的互动机制产生整体性系统功能。一项针对游泳运动技术系统的研究表明，运动技术是一个复杂的巨系统。

网球运动技术结构非常复杂，结构的多样性、关系的多样性、连接的多样性等构成了运动技术系统中技术子系统的多样性，由此生成了复杂性系统。可以从以下四个方面认识网球运动技术系统的复杂性：

首先，在网球运动技术系统中，人、运动技术、物质技术、环境技术等要素相互渗透、交叉、综合，各子系统之间，不同层次的组成之间，通过非线性互动所形成的机制[15]相互关联，相互制约，形成了复杂的非线性相互作用，进而构成了一个典型的基于复杂性的技术生态系统。从系统论来看，互动关系本身就是一个复杂性的存在状态。

其次，网球运动技术系统存在普遍的不确定性。不确定表现在主体人的不确定性、运动过程的不确定性、运动环境的不确定性和主体人与运动环境互动的不确定性等方面。一般说来，即使决策信息充分、分析过程规范、结果判断可靠性高、运动技术选择合理、动作序列恰当等，也不能保证网球每次击球的成功率达到100%。甚至，在一些特殊的情况下，确切性的判断和动作选择与执行，往往产生失败的结果。究其根源，运动技术本身就是一个充满不确定性过程行为的结果。为了达到有效性目标，人们提炼技术结构、分析技术系统、找出运动规律等形成的网球运动技术，不仅仍然无法彻底有效解决动作时机、动作序列、动作时空等方面的不确定性问题，而且对技术本身的合理性依据的确立在深刻讨论的前提下也显得不再那么具有确切性了。

第三，网球运动技术系统是主体人与客观环境相互作用建立起来的具有鲜明的自组织性特征，作为一个独立的存在，是客观手段与主观能力相结合的产物，是一个动态的技术实现过程[16]。通过不同子系统的信息输出与输入的相互传递转换，在不断的演化过程中形成网球运动技术系统的基本结构和功能，并通过自我优化的形式发展和演化[17]。在一个自组织运动中，涨落机制、正反馈放大机制、远离平衡机制、非线性机制等发挥着重要的作用。这些机制或许并不是发挥着同等的作用(而且也没有证据表明或证明它们能够发挥同等作用)，或者更不是某一机制产生主导作用，但是通过彼此之间建立起一种协同关系来对技术系统运行产生主导作用却是具有较好的观察性和确切性的。

最后，网球技术系统的整体性来源于各个部分之间内在的密切联系及其相互作用，即人、人体、环境之间相互作用，即各个网球运动子系统之间关系状态的和谐运行导致了涌现性的出现。网球运动技术系统运行的一个鲜明特征是，各要素之间、子系统之间、要素与子系统之间等存在广泛的、密切的内在联系和相互关系。这些相互关系的发展变化，往往使得某一要素或者某一技术环节凸显出来，表现出某种清晰的运行特征。例如，主体人与技术之间的关系和谐状态，是通过主体人与环境之间互动关系的和谐性来获得的。也就是说，一个底线正手击球过程的流畅性、有效性、美观性等特征的涌现，是通过主体人与技术之间的流畅性、有效性、美观性关系的互动形成的。简言之，人与技术之间的和谐性往往表现为人与环境之间的和谐性上。

5 手感扰动机制与网球运动技术系统的优化

运动系统中，一个关键动作的改进会联动若干个动作的改进[18]，因此关键技术环节(因素)的改善对运动技术学习至关重要。这样的因素，在体育领域中往往被称为“球感”[19]“舞感”[20]等。

手感不仅是网球运动技术系统复杂性典型标志之一，更是系统运行的关键机制。作为一种特殊的机制，手感普遍存在于人体、近人体环境、远人体环境等子系统中，并通过综合机制调节各个子系统存在和运行的状态。

手感是一种综合性感知觉，即主体人对网球的运动不仅表现为通过生理、心理和文化等信息录入、传递、编码、翻译、匹配、分析、制定策略来完成对某一刺激应对的过程，而且更表现为主体人对网球运动中人体环境、近人体环境和远人体环境整体的感知觉的把握过程。主体状态感知觉、网球运动状态感知觉、触球感知觉、时空关系感知觉等同时形成，主体人通过与积累经验的比照，形成一种综合性判断和反应。手感的养成不仅要建立主体人与近人体环境(球拍、场地等)的良性互动关系，更要建立主体人与远人体环境(时空存在及其特征)建立良好的互动关系。唯有此，才有可能不断提升网球运动技术系统的功能水平，从而表现为网球运动技术、技能水平的不断上升。因此，分析网球运动技术系统，必须采用整体思想而不是采用还原和分离的方法，更为重要的是要着重分析技术系统内在非线性关系而不是只考虑外力的被动作用。[21]

手感是如何对整个网球运动技术系统运行产生主导性作用的呢?

一般说来，网球运动技术系统在自组织机制作用下可以实现自我优化，表现为不确定性、非线性、自组织性和涌现性等特征。这其中，手感作为综合性的关键因素发挥了重要的作用。主体人在借助于运动技术与环境发生关系时，自身同时也与环境产生交互关系。一方面，主体人借助于手感的正反馈机制对人体子系统、近人体环境子系统和远人体环境子系统进行综合感知觉，形成对网球运动的信息判断，然后形成初步的指令指挥人体的运动过程；另一方面，运动的人体与环境的适应性又在手感的综合感知觉作用下通过反馈机制反馈到主体人，主体人再次通过综合反应的模式协调人体与环境之间的关系，并使之逐步达到一种和谐的状态。

应该说，手感的细微变化都可能导致运动系统的巨大变化，呈现出一种典型的“蝴蝶效应”。在一次击打底线球的过程中，来球的方向、速度、力量、旋转、角度等信息的判断一直是网球运动主体必须要首先解决的基础性问题。运动主体首先会根据网球飞行的轨迹判断时空关系特征——方位、角度、旋转，再根据网球飞行的速度、声音来判断来球的力度，然后根据自我设定的回球方位——路线、角度、落点等来选择击球的时机、旋转、速度、力量、方位和与之相适应的运动技术击打来球，最后根据回球的状态来重新评判自我手感的准确度，并将这一判断作为后续完成动作的依据，从而完成上次完整的击球过程。

一般来说，击球效果越好，手感效果的正反馈效应就越强，以后面临相似局面时采用同一策略应对的可能性也越高；击球效果越差，手感可能会出现负反馈机制的调节作用，从而导致主体完善、优化或放弃这一策略以应对以后可能发生的类似局面。之所以手感能够对网球运动技术运行产生如此巨大的影响作用，源于手感可以有效调节网球运动技术系统中客观存在的正反馈放大机制、非线性作用的涨落机制等机制，通过形成系统自洽效应的方式强化原有的运动技术系统结构和关系，并可以通过形成系统矛盾效应来促进系统的改进、优化甚至是重构。

这个过程循环反复进行着。主体通过不断构建、优化运动技术子系统与环境子系统之间非线性互动关系模式来促进系统的自洽性。一方面，主体子系统、运动技术子系统和环境子系统之间互动良好，匹配度高，运动系统就能够较好地适应环境，系统就会保持一种平衡态，此时运动技术系统自我优化的内生力量就不强烈，就会继续维持原有运动技术系统结构和功能；另一方面，当这种互动效果差，匹配性低，运动技术系统适应环境状态也较差，系统就会产生远离平衡态的现象，则运动技术优化的内生力量就强烈，就会通过涨落、负反馈放大等机制来不断放大差异化，造成系统与环境之间矛盾日益尖锐，最终网球运动技术系统的自优化行为。如图2所示。

图2 网球运动技术系统复杂性模型Graph 2 System complexity model of tennis techniques

可见，手感在网球运动技术系统运行中是一种综合性机制，对网球运动技术系统的运行、优化等方面发挥着关键性的主导作用。在运动技术与环境互动作用下，主体总是有意识的或无意识的借助手感的综合机制不断地匹配着运动技术与环境之间的互动关系，使技术保持一种平衡态和远离平衡态，从而推动着网球运动技术系统的持续演进——从简单到复杂、从低级到高级。也就是说，手感是网球运动技术系统自我优化的必然结果，也是系统性输出的必然结果，是系统存在与发展的客观基础。因此，需要对手感的培养给予充分的重视，从而通过手感水平的不断提升来促进网球运动技术系统的不断优化与升级。

总之，网球运动技术是一个复杂性的开放系统，是由主体子系统、运动技术子系统和环境子系统构成的复杂性的系统，表现出不确定性、非线性、自组织性、涌现性等复杂性特征。手感作为一种综合性的关键要素，可以通过正反馈放大机制、非线性相互作用、自组织机制等对网球运动技术系统的优化产生积极的正向作用。