2.1.1 Modellierung dynamischer Systeme

Ein dynamisches System wird beschrieben durch eine Menge von Größen, die einigen unterschiedlichen Kategorien zugeordnet sind sowie den Beziehungen dieser Größen untereinander. Dynamische Systeme kommen natürlich nicht nur in der Physik vor, sondern eigentlich überall im täglichen Leben und v.a. auch in der Ökonomie und der Ökologie. Zusammenhänge zwischen beliebigen Zustandsgrößen werden in einem dynamischen System so strukturiert, das eine Berechnung etwa der zeitlichen Entwicklung von Abläufen, die die veränderlichen Größen beschreiben mit dem Computer durchgeführt werden kann.
In diesem Handbuch wird meist der Begriff Wirkungsgefüge verwendet, wenn von dynamischen Systemen gesprochen wird. Ein Wirkungsgefüge ist die graphische Repräsentation eines dynamischen Systems; gemeint ist aber nicht nur die reine optische Darstellung, sondern das, was der jeweilige Editor gesamt über das dynamische System "weiss" und darstellen kann.
Der Urvater der computergestützten Modellierung dynamischer Systeme ist wohl Forrester (Grundzüge einer Systemtheorie, 1972), der zuerst mit der Modellierungssprache Dynamo ein System vorstellte, das allerdings noch ohne graphische Darstellung der Zustandsgrößen arbeitet. Das erste Programm, das graphische Darstellungen anbot war Stella. Dieses ist auch heute noch wahrscheinlich das meistverwendete Programm auf diesem Gebiet. Ein Sharewareprogramm, das die gleiche Symbolik wie Stella nutzt, ist Dynasys.
Gründe dafür, Modellbildungssoftware statt Bleistift und Papier bzw. Kreide und Tafel zu verwenden, liegen auf der Hand: Die Symbole, die Größen graphisch repräsentieren, können sehr schnell umbenannt, verschoben, kopiert und verknüpft werden. Man ist einfach viel flexibler als mit herkömmlichen Mitteln.
Noch wichtiger ist, dass solche Software numerische Näherungsverfahren bereit stellt, die der Benutzer nur einstellen und nicht selbst programmieren muss. Der wichtigste Punkt ist, dass mit Hilfe der Software das Modell als Simulation ablaufen und das Ergebnis in Form von Graphen, Animationselementen , etc. betrachtet sowie direkt ausgedruckt werden kann. Dieses Vorgehen eröffnet natürlich völlig neue Lernerfahrungen, die ohne solche Software gar nicht realisierbar sein würden.
Es soll hier noch erwähnt werden, dass natürlich keines dieser Programme Wissen über über die Physik, Ökologie, usw. beinhaltet. Durch die Bereitstellung mathematischer Hilfsmittel durch die Software ist jedoch die theoretische Entwicklung komplexer physikalischer Phänomene oft erst mit dem Computer möglich.


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Wirkungsgefüge-Editor für PAKMA