耗散结构理论视角下的运动训练过程

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时间:

2021-07-17 14:33:25

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摘 要: 文章在认识耗散论的基础上,阐述了运动训练过程中的有序和无序的状况,并运用此理论分析了运动训练过程中有序和无序的变化机制,从而使运动员对运动训练过程有一个更深刻的认识。

关键词: 耗散结构理论 无序 有序 运动训练过程

有序和无序的有机统一,是自然界和人类社会中普遍存在的现象。所谓有序,是指系统的要素或子系统的自由独立运动处于次要服从的地位,整个系统具有一定的时间、空间或程序的结构,并产生一定的组织功能;无序,作为有序的对立面,则是指系统的要素或子系统的自由对立运动占主导地位,整个系统不具有组织形式,也不具有组织功能。[1]目前,人们总是试图把握运动训练过程系统中有序运作的逻辑,而对无序状态则重视不够。运动训练的发展过程告诉我们,运动训练系统并没有因为自身的无序状态而陷入分崩离析之境,也没有因为人们对有序状态的青睐而一帆风顺地发展,运动训练系统依然在有序与无序的博弈中沧桑前行。随着时代的发展,科学技术的进步,特别是竞技运动的商业化,运动训练理论和实践越来越受到挑战和局限。因此,通过耗散结构理论对运动训练过程进行重新审视,有利于运动训练的可持续性发展。

一、耗散结构理论:认识运动训练过程的一个视角

耗散结构理论是一种关于非平衡系统的自组织理论。20世纪70年代,比利时科学家普利高津创立了这一理论。这一理论不仅改造了物理学,而且在其它的自然科学领域和生态、经济和社会等领域陆续出现了许多具有重要价值的研究成果。

耗散结构理论可概括为:一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量,在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时,通过涨落,系统可能发生突变即非平衡相变,由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构,由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持,因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。[2]这一理论的要点可以概括为以下几个方面:远离平衡态、非线性、开放系统、涨落、突变。

1.远离平衡态:所谓“非平衡”,是指系统必须远离平衡态。因为在平衡态和近平衡态线区,系统是处于稳定状态或趋于稳定状态的,其总的倾向是趋于无序或趋于平衡,小的涨落和扰动很难改变系统的这种状态,系统不可能出现新的有序结构。只有当系统远离平衡态时,才有可能通过涨落或突变进入一个新的稳定有序状态,从而形成新的有序结构。

2.非线性:“非线性是有序之本”,复杂系统内部诸要素的非线性相互作用是推动系统向有序发展的内部动力。也就是说非线性是现实世界的无限多样性、丰富性、曲折性、多变性的真正根源。这是因为当系统远离平衡态时,这种非线性相互作用能使系统各要素间产生协同作用和相干效应,从而帮助系统达到有序。

3.开放系统:热力学第二定律告诉我们,一个孤立系统的熵,一定会随时间增大,熵达到极大值,系统达到最无序的平衡态,所以孤立系统绝不会出现耗散结构。那么开放系统为什么会出现本质上不同于孤立系统的行为呢?其实,在开放的条件下,系统的熵增量dS是由系统与外界的熵交换deS和系统内的熵产生diS两部分组成的,即:dS=deS+diS。热力学第二定律只要求系统内的熵产生非负,即diS>=0,然而外界给系统注入的熵deS可为正、零或负,这要根据系统与其外界的相互作用而定,在deS<0的情况下,只要这个负熵流足够强,就除了抵消掉系统内部的熵产生diS外,还能使系统的总熵增量dS为负,总熵S减小,从而使系统进入相对有序的状态。所以对于开放系统来说,系统可以通过自发的对称破缺从无序进入有序的耗散结构状态。

4.涨落:一个由大量子系统组成的系统,其可测的宏观量是众多子系统的统计平均效应的反映。但系统在每一时刻的实际测度并不都精确地处于这些平均值上,而是或多或少有些偏差,这些偏差就叫涨落,涨落是偶然的、杂乱无章的、随机的。在接近平衡态的线形非平衡区,涨落的发生只使系统状态暂时偏离,这种偏离状态将不断衰减,直至回到稳定状态。而在远离平衡的非线性区,系统中一个随机的微小涨落,通过非线形相干作用或连锁反应被迅速扩大,就可以形成整体宏观的“巨涨落”,从而导致系统发生突变,形成一种新的稳定有序状态。

5.突变:阈值即临界值对系统性质的变化有着根本的意义。在控制参数越过临界值时,原来的热力学分支失去了稳定性,同时产生了新的稳定的耗散结构分支,在这一过程中系统从热力学混沌状态转变为有序的耗散结构状态,其间微小的涨落起到了关键的作用。这种在临界点附近控制参数的微小改变导致系统状态明显的大幅度变化的现象,叫做突变。耗散结构的出现都是以这种临界点附近的突变方式实现的。

二、运动训练中的无序和有序

韦克(Kad E.Weick)曾经把高等教育之类的系统统称为“松散结合的系统”。所谓“松散结合”,是指组织结构的组成部分尽管各自承担相应的责任,但是各个部分保持着其本性和可分离性的迹象。松散结合的特点是不确定性和模糊性。[3]科恩(Cohen,M.D)、马奇和奥尔森(Olsen J.G.)称这类组织存在状态为“有组织的无序状态”。[4]“松散结合的系统”和“有组织的无序状态”言简意赅地阐释了高教系统的独特组织特性。同样,运动训练过程系统也具有这种组织特性。运动训练过程系统作为一个极其复杂、扑朔迷离的组织,其内部的有序与无序状态是相伴而生、相随而行的,二者不可分割。

1.无序:运动训练过程系统的自然离散状态。无序是运动训练过程系统的本质特征,是运动训练系统的自然发生状态。这种自然发生状态既来自人体内部的自我作用机制,又来自于人体外部各种因素的影响。

首先,人体内部结构是一个非常复杂的系统,虽然外部表现似乎是稳定平衡的,但是,人体内部的心血管系统、内分泌系统、免疫系统、氧转运系统、骨骼肌系统等始终处在复杂变化中,这种变化是我们无法量化的,它们主要依靠人体内部系统的自然调节,使得绝对的不平衡达到相对的平衡。

其次,模糊不定的外部动力系统,使得运动训练过程系统的无序性更加加强。尽管,训练理论、训练方法在不断创新,运动成绩在不断刷新,但是在实施运动训练过程中有多少运动员的运动成绩最终达到自己的最好成绩呢?就高原训练而言,据专家报道,高原训练的结果是成败各半;就运动量和运动强度而言,仅仅从运动训练的时间、晨脉、乳酸和尿蛋白等一些局部的物理和生化指标,或从教练员的主观经验和逻辑推演的角度对运动员实施着运动量和运动强度;就心理因素而言,目前专家一致认为,心理因素对运动员的训练比赛起着至关重要的作用,但是这种无形的心理暗示在实施中更使我们难以把握。以上种种的模糊性,对运动训练的把握造成了很大的困难。

2.有序:运动训练过程系统的暂时整合状态。无序在运动训练系统内部是占统治地位的,这不等于说,运动训练过程系统在无序纬度上可以无限地走下去。相反,作为一个规范的运行过程,运动训练过程系统的运作要保持整体的秩序,遵循基本的程序,体现连续性、稳定性、有序性的统一。只不过相对于无序来说,有序在运动训练过程系统的存在是相对的、暂时的、运动的。

三、耗散结构理论视角下的运动训练过程

耗散结构理论对于分析运动训练过程系统的有序和无序的博弈机制与运动训练系统达到宏观有序过程具有很大的启示作用。

1.按照耗散结构理论的观点,运动训练过程系统如果一味封闭自身,只固守在“象牙塔”内,而“象牙塔”内无序是占统治的,这样就必然会引起熵的增加,最终会导致组织僵化、无序而涣散。

2.失衡是促使运动训练系统走向有序的动力源泉。从运动训练过程系统结构和功能的角度来看,运动训练过程系统的变化往往出自于环境对运动训练提出新的要求,在市场经济的大背景下,随着竞技体育的商业化,运动训练过程系统经常受到环境的强烈干扰,偏离原来的运行状态,进入失衡状态。运动训练过程系统的失衡在一定程度上是促使运动训练过程系统再次走向有序结构的动力源泉。

3.运动训练过程系统内部诸要素的非线性相互作用是推动系统向有序发展的内部动力。运动训练过程系统是一个复杂的系统,其内部单元具有随机突变的特点,并遵循一定法则进行优化组合,这样可随时调整单元之间的关系。“松散结合”是运动训练过程系统内部动力和活力产生机制缘由所在,松散的状态为实施训练计划提供了认识上的可能,促使许多专家为使运动训练过程系统更优化而在不断地探索着。

4.运动训练过程系统中的“涨落”即“变革”在时时刻刻进行着,它为运动训练过程系统走向宏观有序提供了契机。“微涨落”即点滴的适应性调整是普遍而典型的变革方式。这点滴的调整一般在空间上是局域性的,在时间上是持续的,在频度上是渐进频繁的。它往往发生在运动训练过程系统的稳定发展时期。“微涨落”是向“突变”发展的一种过度。在远离平衡的非线性区,“微涨落”具有积累性,一旦内部结构力量积累到一定的程度,“突变”就会发生。随着“突变”的发生,旧的已不适应运动训练过程系统的理论方法将重新被认识,新的结构秩序将被重新建构。

5.耗散结构论认为,自然界是一个大系统,其演化是一种自发的自组织过程,它强调的是外因与内因相结合的整体论。在系统的自组织中,内部原因是根据,外部因素是系统演化的条件。系统内涨落、非线性作用机制等是系统演化的内在动力;只有开放的系统才能演化,系统与外界环境保持物质、能量、信息的交流。自组织演化并不意味着自身孤立地运动,而是多种因素协同作用的结果。

随着时代的发展,科学技术的进步,特别是竞技运动的商业化,运动训练理论和实践越来越受到挑战和局限。竞技体育既是一种以取得优异成绩为目的的社会活动,又是人体生物适应性的过程。运动员既要受到各种社会因素,包括家庭及周围各种情况变化,训练比赛环境变化对运动员情绪的影响,又要受到机体内部各系统的相互调节。因此,我们要坚持全面、协调、可持续发展的运动训练,必须遵循生物适应原理,按照刺激—适应—再刺激—再适应,不断打破旧有平衡逐渐形成新的平衡,建立多级适应平台的原则;必须正确处理一般训练和专项的关系,必须正确处理不同年龄、不同水平、不同性别运动员训练强度的差别,以及青少年运动员专项训练的起始时间;在训练手段上面,必须做到纵向上长期、中期、短期甚至每天训练计划彼此有机的衔接和呼应,形成以总体训练目标为主线的,有层次的序列,横向上注意不同训练目标的影响因素和这些要素之间的关系,明确各个训练目标的结构,必须注意到运动中各种动作要素的相互匹配;必须注意各种社会因素对运动员情绪的影响,从心理方面注意运动员训练中的情绪表现,从运动能力方面注意运动员完成动作时的稳定性和准确性,从机能方面注意运动员的食欲、消化、睡眠、健康等情况,特别要注意运动员的个体情况:必须注意准备活动的充分到位和各种恢复手段的正确使用;必须注意在训练中,特别是高强度训练中检测方法及监测指标的选择应用与正确判断,及时预防和处理可能出现的过度疲劳的症兆;必须学会适应和正确制定一系列大赛之间运动员的训练计划。总之,正确的训练目标,系统的训练计划,有针对性的训练方法,适宜的训练负荷,以及对训练过程的科学监控,是科学、全面、协调、可持续性大运动量高强度训练的关键。

参考文献:

[1]冯契.哲学大辞典[M].上海;上海辞书出版社,2001.

[2]普利高津等著.探索复杂性.罗元里等译.成都:四川教育出版社,1986.

[3][4]刘淑华.论高等教育系统中的有序和无序[J]黑龙江高教研究,2006,(1).

[5]田麦久.运动训练学[M].人民体育出版社,2004.6.

[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,2007.1.

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