System Dynamics

Geschichte

System Dynamics (SD) oder Systemdynamik ist eine von Jay W. Forrester an der Sloan School of Management des Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelte Methodik zur ganzheitlichen Modellbildung und Simulation komplexer, dynamischer Systeme.

Heute wird die systemdynamische Modellierungstechnik hauptsächlich im sozio-ökonomischen sowie ökologischen Bereich angewendet. Das didaktische Potenzial der sytemdynamischen Modellbildung ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Der Verein zur Förderung der Systemdynamik im Unterricht bildet laufend Lehrkräfte aller Stufen und Fachrichtungen aus, um der Systemdynamik in die Schulzimmer zu bringen.

Kennzeichnend für SD ist die Identifikation und Untersuchung in sich geschlossener Wirkungsketten (engl.: feedback loops). Unterschieden werden dabei Loops mit positiver (reinforcing loops) und negativen (balancing loops) Rückkopplung. Positive Rückkopplung verstärkt die Dynamik, negative schwächt sie ab.

Die Darstellung in Systemdiagrammen und deren Simulation ermöglicht ein unwahrscheinlich tiefes Systemverständnis. Speicher (Stocks) und Ströme (Flows) dienen der Beschreibung der grundlegenden Systemzusammenhänge, der Bilanzen. Mit Wirkpfeilen (Arrows) und Zusatzelementen (Auxiliaries) werden die Rückkopplungen formuliert. Spezielle Softwareprogramme wie STELLA, BerkeleyMadonna, Vensim oder Powersim simulieren die systemdynamischen Modelle mit zum Teil recht effizienten numerischen Algoritmen. Die Simulation unterschiedlicher Szenarien (Runs) fördert das Verständnis für das Systemverhalten, sowie die Sensitivität bezüglich Parameter und Anfangsbedingunen.

Den immer wiederkehrenden Verhaltensmustern komplexer Systeme liegen bestimmte Strukturen zugrunde, die als vereinfachte Modelle dargestellt werden können, sogenannte Systemarchetypen. Momentan werden 10 verschiedene solcher Systemarchetypen unterschieden.

SD war die grundlegende Methodik zur Simulation des Weltmodells World3, das für die Studien zu Limits to Growth (dt.: Die Grenzen des Wachstums, 1972) unter Leitung von Dennis L. Meadows im Auftrag des Club of Rome erstellt wurde.

SD und Physik

Zu Beginn der neunziger Jahren haben Studierende der Maschinenbauabteilung des damaligen Technikums Winterthur (TWI) erste Systeme mit dem STELLA modelliert. Das didaktische Potenzial der Synthese von Karlsruher Physikkurs und systemdynamischer Modellierung ist rasch erkannt und in mehreren Schritten in ein tragfähiges Curriculum umgesetzt worden. In der Zwischenzeit wird an einigen pädagogischen Hochschulen und mehreren Berufsmittelschulen die Physik der dynamischen Systeme unterrichtet. Die Akzeptanz unter den Studierenden und Schülern ist sehr hoch, falls die Lehrkraft über eine solide theoretisches Basis verfügt und mit der systemdynamischen Modellierungsmethode (System Thinking) vertraut ist. Leider sind die Verhältnisse an vielen Schulen dermassen katastrophal und die verwendeten Lehrmittel mit so groben Fehlern durchsetzt, dass die zur Verfügung stehenden Steuermittel kaum ausreichen werden, im Gebiet des Physikunterrichtes den schon längst überfälligen Innovationsschub auszulösen.

Die Systemdynamik erlaubt nicht nur die effiziente Modellierung von komplexen, dynamischen Sytemen, sie erhellt geradezu die Struktur der Physik. Wer diese Struktur durchschaut und den Transfer einzelner Basisgesetze von einem Gebiet ins andere geschafft hat, spielt in einer höheren Liga und wundert sich, wie man leider allzuhäufig pyhsikalisches Denken mit Formelrechnen verwechselt. Die nachfolgende Erklärung beschränkt sich auf das Skelett der Physik der dynamischen Systeme. Wer Fleisch sehen will, führe sich ein paar Modelle zu Gemüte.