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