Modelado de Sistemas Dinámicos y Educación

DESTREZAS DE PENSAMIENTO CONSTITUTIVAS DE LA SISTEMODINAMICA
          ¿Qué destrezas de pensamiento configuran el pensamiento  sistemodinámico ? Barry Richmond 5 el creador del programa STELLA identifica seis destrezas de pensamiento constitutivas de la sistemodinámica(SD): pensamiento dinámico, pensamiento generalista, pensamiento sistémico, pensamiento estructural, pensamiento en bucles, pensamiento operativo y pensamiento científico. Todas ellas se articulan
en la sistemodinámica para constituir un paradigma que se opone al paradigma de pensamiento dominante en nuestra cultura: pensamiento estático,especialista, individualista, destructurado ,factorial, pasivo y anticientífico.

PENSAMIENTO DINAMICO VS. PENSAMIENTO ESTATICO
          Reaccionar a estados de cosas o a eventos se ha convertido en el modo dominante de actuar de nuestras instituciones políticas,educativas y en el foco de atención predominante de los medios de comunicación. Esto refleja un pensamiento congelado en un punto del tiempo(estados), dos puntos del
tiempo(eventos) o un tiempo indeterminado(sucesion de estados de equilibrio) que designamos por pensamiento estático. La SD,en cambio, nos convoca a centrar nuestro pensamiento sobre procesos:
trayectorias en el tiempo que manifiestan el devenir del objeto estudiado . Los estados del sistemas se explican como los resultados en instantes particulares de los procesos presentes en el sistema. Los estados de equilibrio en particular representan balances alcanzados en esos procesos o flujosy no su cesación, lo que implica una renovación o sustitución constante de los items que componen las variables de nivel o de estado del sistema.
          

PENSAMIENTO GENERALISTA VS PENSAMIENTO ESPECIALISTA
          Es sabido que en nuestra cultura se sobreprecia al especialismo y se menosprecia al generalismo, de quien muchos piensan es una especie extinta o en vias de extinción a raiz de la explosión histórica de la información de toda índole. La sistemodinámica apuesta al generalismo y reclama que todavía existe un nicho para ella en el espacio cultural ,desde el cual debería ser justipreciada nuevamente. Metafóricamente el pensamiento generalista alcanza una concepción definida del “bosque” ,aunque sea en virtud de o a expensas de una concepción borrosa de los “árboles”: una visión en lontananza y de conjunto del sistema en vez de una visión detallada y particularizada.En todo caso lo que se busca es potenciar la mirada del generalista y no la del especialista.

PENSAMIENTO SISTEMICO VS PENSAMIENTO INDIVIDUALISTA
          Cuando pensamos que son las interacciones entre los componentes y no los componentes en sí mismos lo que determina el comportamiento del objeto estudiado, estamos pensando sistémicamente. En SD se suele decir que la estructura y en particular su estructura de bucles(ver mas  adelante)determina la dinámica. Lo que esto quiere decir es que a través del modelo se busca una representación del objeto en la que la estructura
interna del sistema(conjunto de relaciones causales o funcionales entre las variables) produzca los cambios del sistema. Por ende no son tampoco las condiciones iniciales del sistema ,ni factores exógenos los responsables
de lo que sucede. Como el sistema es el “culpable”,cambiar el sistema es la solución, si se precisa una solución ;y la solución debe buscarse al interior del sistema mediante cambios de su estructura o parámetros internos.

PENSAMIENTO EN BUCLES VS PENSAMIENTO FACTORIAL
          La tendencia espontánea de muchos aficionados o expertos al tratar de entender comportamientos en sistemas que rebasan cierto mínimo de complejidad es a pensar buscar una lista de factores ,relacionados o no
entre sí,que inciden causalmente sobre la variable de estudio. Desde la perspectiva sistemodinámica el pensamiento multifactorial suele ser una acometida inmadura del problema, por que se pierde de vista un hecho
fundamental de los sistemas dinámicos complejos: la existencia de bucles de realimentación. Los bucles son cadenas circulares de relaciones causales o funcionales entre variables. Para la SD, la estructura de bucles de
realimentacion del sistema es donde debe buscarse la explicación cualitativa mas certera y fecunda de su dinámica.

PENSAMIENTO ESTRUCTURAL VS PENSAMIENTO DESTRUCTURADO
          La SD concibe que todo sistema dinámico ,irrespectivo de su naturaleza concreta, tiene un estado conformado por sus propiedades  acumulativas       (acervos),expresables por variables de nivel. Los cambios de estados se deben a procesos expresables mediantes variables de flujos. Llamaremos pensamiento estructural a la representación de un sistema como un conjunto articulado de niveles y flujos, complementados con variables auxiliares(convertidores) que representan variables intermediarias y parámetros del sistema.
Determinar los niveles y flujos pertinentes de un sistema equivale a encontrar la estructura dinámica medular del sistema. El pensamiento estructural puede extenderse a los llamados sistemas blandos, que son aquellos
que tienen propiedades de difícil o imposible medición,en contraposición de los sistemas duros en los que sus variables son todas operacionalizables en principio. Los niveles y sus flujos son los constituyentes esenciales de cualquier bucle de realimentación.El bucle canónico de longitud mínima se configura con un nivel y su flujo correspondiente. Pensar un sistema en téminos de flujos y niveles es pues la destreza de pensamiento
sistemodinámica fundamental . Habituarse a pensar de esta manera requiere práctica y esfuerzo sostenido para domar nuestro impulso natural hacia un pensamiento destructurado que no reconoce la posibilidad de
estructurar en niveles y flujos cualquier clase de sistema dinámico.
.
PENSAMIENTO OPERATIVO VS PENSAMIENTO PASIVO
          Desde sus orígenes vinculados a la ingenieria y a la administración de empresas la SD no solo pretende entender como se comporta el sistema pasivamente (sin interferir con él),sino que tambien se plantea como alterar ese comportamiento operando sobre la estructura y parámetros del sistema. Por eso al simular el sistema se generan escenarios alternativos y se estudia la sensibilidad del sistema a cambios con el fin de identificar aquellos parámetros llamados de apalancamiento(leverage),que al variarse dentro de un margen razonable,alteran significativamente el devenir del sistema. Pensar operativamente conlleva hacerse las preguntas:         ¿Qué hubiese sucedido si .....?; ¿Qué podría suceder si ......?

PENSAMIENTO CIENTIFICO VS PENSAMIENTO ACIENTIFICO
          Finalmente, y no por ello menos importante, la Sistemodinámica es un componente del pensamiento científico que por su naturaleza hipergeneral tiene una intersección no nula con la ontología y epistemología de la ciencia. Por consiguiente los modelos SD deben ser contrastables empíricamente y conceptualmente. Esto significa que los modelos SD deben confrontar sus escenarios con los datos empíricos disponibles para su validación o refutación empírica y buscar su compatibilidad con el mejor conocimiento que nos brinda la ciencia natural o social..

Tomado de :

MODELADO DE SISTEMAS DINAMICOS Y EDUCACION
                 JOAQUIN MEDIN MOLINA
         COLEGIO UNIVERSITARIO DE BAYAMON-UPR
           ANNUAL BEST PRACTICES CONFERENCE
             ON TEACHING AND LEARNING-AMP
                     OCTOBER 31,2003
                   PONCE ,PUERTO RICO

Dinámica de Sistemas en la Educación

La DS se basa en algunas ideas "paradigmáticas":
1. los sistemas en los cuales vivimos y que diseñamos son de naturaleza cerrada (política), no-lineal y dinámicamente complejos;
2. su comportamiento (dinámica) es generado por su estructura;
3. las personas tienen dificultades notorias al relacionar la estructura de un sistema con su comportamiento

Para ayudar a remediar, propone:
1. de explicitar los modelos mentales, las creencias y los supuestos y
2. de los someter a prueba en forma de simulaciones en el computador

Ejemplos de esto son:
crecimiento de poblaciones, epidemias, escalamiento de conflictos, acumulación de dinero en el banco, formación de autoestima, conducta social en el aula, ciclos de recursos naturales, fenómenos físicos...

Efectos de emplearla sostenidamente:
§ reconocer patrones de cambio a través de disciplinas separadas;
§ reconocer estructuras de política;
§ devenir perspicaz, creativo, orientado a solucionar problemas;
§ cooperación, comunicación clara, comprensión de responsabilidad personal como parte de sistemas más amplios.

En educación, los efectos son:
§ focalización al actor que aprende;
§ motivación
§ aprendizaje significativo
§ alumnos hacen mejores preguntas, elaboran comprensión más profunda, transfieren conceptos más facilmente y se hacen más responsable de su propio aprendizaje;
§ se desarrolla un lenguaje común transversal y una costumbre de explicitar y dialogar sobre modelos mentales;
§ las decisiones son más informadas;
§ se expande el horizonte de tiempo y espacio
§ hay más conciencia de los efectos de las interacciones personales y de la interdependencia de uno con los demás
 
El estudiante: ¿cuáles son sus habilidades, las actitudes y los comportamientos que un ciudadano con una educación de la dinámica del sistema poseerá?
Habilidades de pensamiento sistémico aprendidas en el contexto del plan de estudios actual:
· pensamiento dinámico: ver patrones del cambio en el tiempo más bien que centrarse solamente en acontecimientos aislados.
· sistema como causa: el reconocimiento que los problemas, y sus soluciones son endógenos: se generan dentro de un sistema, no de exterior.
· pensamiento de 10.000 metros: ser capaz de retroceder y considerar el cuadro grande.
· pensamiento operacional: comprender que el comportamento de un sistema es causado por su estructura, y que muchas estructuras genéricas se encuentran en muchas situaciones diferentes.
· pensamiento en términos de bucles cerrados: cualquier acción tiene consecuencias que puedan influenciar esa acción otra vez.
· pensamiento no lineal: saber que las estructuras interactúan de modo a cambiar su mutua sensibilidad.
· pensamiento cuantitativo: comprender que también las variables inmensurables se incluyen en los modelos.
· pensamiento científico: reconocer que todo modelo es una hipótesis de trabajo que debe ser rigurosamente elaborado, testeado y mejorado.

Actitudes de pensamiento y comportamientos sistémico desarrolladas en el proceso de aprender y de practicar los principios de la dinámica de sistemas dentro del plan de estudios:
· capacidad de trabajo en conjunto para solucionar problemas concretos.
· la voluntad de examinar y de cambiar sus propios supuestos y conclusiones. Meta-cognición.
· apertura frente a los modelos mentales de otros. Una tolerancia para el desacuerdo productivo.
§ paciencia y persistencia en solución de problemas. Usar pensamiento sistémico para indagar más profundamente.
· la voluntad (aceptación) de equivocarse y de aprender de errores. Una capacidad de tomar riesgos calculados.
· una aceptación que a menudo no hay respuesta correcta.
· un sentido ampliado del "yo". Verse como parte integral de un sistema más grande con una responsabilidad compartida para el bien común.
· usar la comprensión de un sistema para actuar sobre sus problemas con valor, confianza y esperanza.
· un horizonte extendido del tiempo. Una suspicacia de la solución fácil a corto plazo basada en una comprensión que las políticas a corto plazo son perjudiciales en el funcionamiento largo, y viceversa.
· una capacidad de relacionar el pasado con el presente y el presente con el futuro. Una capacidad de leer a través del presente y de reconocer patrones.
· un internalización de todos estos principios que informa las acciones y las interacciones con otros.

La escuela : Una escuela construida alrededor de los principios de la dinámica de sistemas y centrado en el alumno tendrá las características siguientes:
· Lecciones diseñadas para que los estudiantes construyan activamente su propio conocimiento/comprensión con el profesor como una guía y facilitador (que también aprende junto con los alumnos).
· La dinámica de sistemas será infundida en el plan de estudios. No será un curso agregado; ni suplantará toda la instrucción actual. Proporcionará las herramientas y el marco para integrar y para energizar el plan de estudios actual.
· Los problemas vendrán primero. En vez de confrontar a los estudiantes con un problema solamente después que han aprendido todo necesario para solucionarlo, los estudiantes harán frente al problema primero y aprenderán lo que necesitan para solucionarlo como en vida verdadera.
· El aula será abiertamente accesible a los padres, a otros profesores y a estudiantes.
· Los estudiantes trabajarán en proyectos interdisciplinarios con importancia verdadera en el mundo u en sus propias vidas.
· Los límites de las disciplinas serán menos excluyentes.
· Los alumnos trabajarán en grupos multi-edad, aprendiendo uno del otro.
· Los alumnos serán involucrados en la comunidad local, para solucionar problemas concretos; la comunidad será involucrada en el colegio.
· Los alumnos tendrán acceso a ecperos en los temas de su trabajo y en dinámica de sistemas.

Lo que los alumnos logran hacer en los diferentes niveles en las escuelas que ya están en la corriente:

Preescolar
· Reconocer patrones de cambio
· Identificar acumulaciones
· Participar de simulaciones y juegos en el salón.
1 Básico
· Comprender del comportamiento de un sistema en base de gráficos
· Comprender un diagrama básico de stock/flow con un "nivel"
· Graficar los datos de una actividad
· Discutir las causas de un cambio
· Discutir demoras
2 Básico
· Comparar la pendiente de la evolución de variables con las tasas de crecimiento
· Graficar desde historias de la literatura el comportamiento de variables
· Discutir lazos causales simples y bucles de política
· Identificar bucles de política ampliadora y compensadora
· Discutir patrones crecimiento exponencial
3 Básico
§ Use un modelo de dinámica del sistema computacional simple con elementos gráficos
§ Discutir el concepto de un modelo como representación del comportamiento de la realidad
§ Usar graficos del comportamiento de dos variables y deducir causalidad
§ Crear bucles de política desde historias
§ Analizar gráficos publicados en diarios
4 Básico
· Crear modelos lineales con un nivel (en grupos con dirección)
· Hacer predicciones antes de simular
· Generar gráficos de comportamiento independentemente
· Distinguir patrones de crecimiento lineales y exponenciales
· Reconocer patrones de oscilación
5 y 6 Básico
· Crear modelos de un nivel con política independentemente
· Explorar la relación entre la estructura y el comportamiento
· Explorar de transferibilidad de una estructura; reconocer que una misma estructura básica aparece en contextos diferentes.
· Crear diagramas causales multi-bucle independientemente; etiquetar la polaridad de los bucles.
· Usar las funciones gráficas para capturar relaciones no lineares, con dirección
7 y 8 Básico
· Usar o construir modelos con 2 o 3 niveles.
· Aplicar simulación en la consideración de las asuntos globales.
· Discutir como la dominancia de bucles afecta al comportamiento.
· Use en un cierto plazo gráficos y diagramas causales para organizar un documento de trabajo y una presentación
· Usar integración gráfica para comprender una simulación
· Usar la simulación con lapiz para comprender dt.
 
1 y 2 Media
· Explicar el funcionamiento de segmentos comportamientales de modelos más grandes.
· Sugerir y justificar políticas basadas en modelos a través de documentos escritos y presentaciones.
· Aplicar una estructura medianamente simple a otro problema o disciplina; reconocer y transferir aprendizajes a otras disciplinas.
· Predecir el comportamiento de un sistema mirando la estructura.
· Usar el lenguaje de modelado para describir y explciar la estructura dinámica presente en artículos de noticias.
· Modelar en grupos para enfrentar problemas concretos.
 
3 y 4 Media
· Identificar un problema real en la comunidad y elaborar una solución (usando dinámica de sistemas)
· Presentar resultado y descubrimientos a una audiencia externa a la escuela
· Promover políticas basadas en el análisis de modelos y descubrimientos desde el modelado y la simulación
· Re-examinar políticas en respuesta a una crítica

Elementos esenciales de la estrategia de desarrollo:
§ desarrollar los materiales extensos del plan de estudios
§ entrenar y ayudar a los profesores.
§ fomantar una red global de profesores involucrados en este movimiento

(Resumen del documento de trabajo de la reunión
"THE FUTURE OF SYSTEM DYNAMICS AND LEARNER-CENTERED LEARNING IN K-12 EDUCATION
A Report from the Planning Meeting, Essex, Massachusetts, June 23 - July 1, 2001"

Dan Barcan, William Costello, Diana Fisher, Jay Forrester, Scott Guthrie, John Heinbokel, Debra Lyneis, Jim Lyneis, Jan Mons, Jeff Potash, Rob Quaden, George Richardson, Barry Richmond, Lees Stuntz, Alan Ticotsky, Larry Weathers, Ron Zaraza)

La Compleja Realidad

La realidad es compleja y cambiante y para interpretarla acudimos a modelos mentales que, a veces, en vez de acercarnos a la solción de dicho problema, nos alejan de ella. Incluso en los casos más sencillos la solución suele ser contraintuitiva. Por ejemplo, ¿porqué al alejar una lupa del objeto, deja de aumentar de tamaño?, ¿porqué es verano en Europa cuando la Tierra está más lejos del Sol?, ¿porqué el uso de calculadores nos disminuye nuestra habilidad mental?, etc.
Toda interpretación de la realidad es, como dijo Kant, una aventura de la razón, y podemos adoptar la posición de renunciar a cualquier interpretación, o bien intentar llegar a una explicación de la realidad. Ahora bien, no hemos de olvidar el carácter analógico de dicha intepretación, ya que no tenemos la menor prueba de que el MUNDO REAL sea de la misma naturaleza que el que nos ofrece la EXPERIENCIA INTERIOR.

Cuando la realidad tiene parámetros definidos y cuantificables acudimos a modelos formales (estadísticos, econométricos, matemáticos,...) los cuales suelen ser aceptables y dar resultados coherentes y aprovechables. Pero hay situaciones complejas en las que la realidad depende de un incierto número de parámetros, siendo éstos dificilmente cuantificables, y es entonces cuando acudimos a modelos menos formales, los cuales nos dan una visión más estructurada del problema, sus aspectos más críticos y sus posibles vías de solución.

La Dinámica de Sistemas encuentra sus principales aplicaciones en los entornos complejos y poco definidos, donde intervienen las decisiones del ser humano, las cuales suelen estar guiadas por la lógica.

¿Qué es la Dinámica de Sistemas?

   La Dinámica de Sistemas es una herramienta de construcción de modelos de simulación radicalmente diferente al de otras técnicas aplicadas el estudio de sistemas socioeconómicos, como la econometría. Las técnicas econométricas, basadas en un enfoque conductista, emplean los datos empíricos como base de los cálculos estadísticos para determinar el sentido y la correlación existente entre los diferentes factores. La evolución del modelo se realiza sobre la base de la evolución pasada de las variables denominadas independientes, y se aplica la estadística para determinar los parámetros del sistema de ecuaciones que las relacionan con las otras denominadas dependientes. Estas técnicas pretenden determinar el comportamiento del sistema sin entrar en el conocimiento de sus mecanismos internos. Así existen asesores para invertir en Bolsa denominados "chartistas" que utilizan modelos que analizan las montañas y valles que describen las cotizaciones de una acción, los ciclos alcistas y bajistas, y diseñan estrategias para minimizar el riesgo de pérdidas. No pretenden "conocer" porqué la cotización de una empresa sube o baja en función de sus nuevos productos o nuevos competidores, sino pronosticar la evolución de una cotización para recomendar comprar, mantener o vender una determinada acción.

    En cambio, el objetivo básico de la Dinámica de Sistemas es llegar a comprender las causas estructurales que provocan el comportamiento del sistema. Esto implica aumentar el conocimiento sobre el papel de cada elemento del sistema, y ver como diferentes acciones, efectuadas sobre partes del sistema, acentúan o atenúan las tendencias de comportamiento implícitas en el mismo.

    Como características diferenciadoras de otras metodologías puede decirse que no se pretende predecir detalladamente el comportamiento futuro. El estudio del sistema y el ensayo de diferentes políticas sobre el modelo realizado enriquecerán el conocimiento del mundo real, comprobándose la consistencia de nuestras hipótesis y la efectividad de las distintas políticas.

    Otra característica importante es su enfoque a largo plazo, entendiendo por tal un período de tiempo lo suficientemente amplio como para poder observar todos los aspectos significativos de la evolucióan del sistema. Sólo en una escala de tiempos suficientemente amplia podrán verse las tendencias de comportamiento fundamentales. No hay que olvidar que, a veces, los resultados de determinadas políticas no son óptimos porque el horizonte temporal de la toma de decisiones fue demasiado corto o porque faltó una perspectiva de sistema en el planteamiento del problema. En estos casos es útil conocer las consecuencias globales que a largo plazo, tendráan las decisiones tomadas en el momento actual, lo cual puede conseguirse de manera más tangible a través de un modelo adecuado.

    La evolución a largo plazo podrá ser comprendida únicamente si se identifican las principales causas de los posibles cambios, lo cual es facilitado por una correcta selección de las variables. Idealmente, los límites del sistema deberán incluir todo el conjunto de mecanismos capaces de explicar las alteraciones importantes de las principales variables del sistema a través del amplio horizonte temporal utilizado.

    Así pues, la Dinámica de Sistemas permite la construcción de modelos tras un análisis cuidadoso de los elementos del sistema. Este análisis permite extraer la lógica interna del modelo, y con ello intentar un conocimiento de la evolución a largo plazo del sistema. Debe notarse que en este caso el ajuste del modelo a los datos históricos ocupa un lugar secundario, siendo el análisis de la lógica interna y de las relaciones estructurales en el modelo los puntos fundamentales de la construcción del mismo.

    Esta metodología permite:

- Identificar el problema.
- Desarrollar hipótesis dinámicas que explican las causas del problema.
- Construir un modelo de simulación del sistema que permita analizar la raíz del problema.
- Verificar que el modelo reproduce de forma satisfactória el comportamiento observado en la realidad.
- Probar en el modelo las diferentes alternativas o políticas que solucionan el probleme, e implementar la mejor solución.

(Tomado de  http://www.dinamica-de-sistemas.com/)

Sobre la Teoría General de Sistemas

    El enfoque proporcionado por la Teoría General de Sistemas para el estudio de los problemas cuyos contornos son difusos y poco matematizables es una herramienta muy útil para poder entender las estructuras inmanentes de dichos sistemas.
    Los problemas que se describen y aparecen en entornos humanos y los estudiados en las Ciencias Sociales cuando se intentan resolver por las metodologías analíticas y descriptivas típicas de las ciencias duras muchas veces nos se resuelven.
    El fracaso escolar, la falta de motivación de los alumnos, la, en ocasiones, frustración entre el profesorado tiene difícil solución con estrategias usuales.
    El enfoque sistémico puede ayudar a estudiar la realidad desde otro punto de vista más centrado en la estructura de los sistemas y las relaciones que se establecen entre los componentes de dichos sistemas, que en el análisis descriptivo de esos elementos.
    La concreción práctica de la Teoría General de Sistemas (TGS) es la Dinámica de Sistemas (DS), cuya metodología a partir de los diagramas causales puede ayudar en estos entornos con el estudio de los sistemas estables, inestables, hiperestables, oscilantes, erosionados, adictivos, etc.