系统思维活动中使用k - 12长达20年

…不能理解真实世界的现实只有定性的描述。

法克

1。介绍

全球的许多系统性问题困扰着我们的复杂系统(斯特曼,2000)。我们知道系统交互的组成元素有目的地,例如足球团队或一个简单的草坪喷水灭火系统。然而,复杂的系统,包含额外的特征。两个额外的特征最相关的讨论包括非线性系统的某些元素之间的依赖关系,包括材料和/或信息在互连延迟,从而导致意想不到的后果,当监管机构试图干涉系统(斯特曼,2000)。非线性依赖意味着一个动作的影响并不总是成正比的原因(或原因),例如,大量的学习时间和一个年级的考试。有最少的学习需要一些积极影响的结果评估,但是还有一个最大的学习时间之外的“收益递减规律”。更多的研究时间并不总是产生更好的考试成绩。

收到信息间发生的延迟时间,经理说,和经理行为的时间信息。一个重要的信息延迟发生在全球气候变化预测在1970年代开始出现,但直到最近,很大程度上被忽视了。复杂系统的例子包括全球气候变化、自然资源枯竭、流行病的传播,供应链动力学,在人体体内平衡,通胀的出现,等等。前孤立的教育方法对理解复杂的系统是不够的。“今天的学生,新世纪的公民和领导人需要工具来组织、理解,行为,和增加人类知识的爆炸的身体在一个日益互联的世界”(Jakobsson 1999,p . 1)。各种教育领导人有先见之明在过去的十年中在教育水平开始嵌入一些必要技能全面地看问题,系统(美国的合作教育可持续发展,2009年;国家研究委员会,2012年;总会导致州,2013年;全国社会研究委员会,2014年)。然而,没有做什么来解决如何教育学生更好地理解复杂的系统。再次,我们之前的工具,尽管强大,不足以让预科学生分析复杂系统。

“复杂系统分析方程是什么写变化,将他们从依赖项属性的属性或关系和集体行为。微积分和统计没有工具来描述我们想学习。…我们必须开发一套全新的概念,使我们考虑系统的行为。…真的,最重要的是,它改变了问题的本质,我们询问系统的行为。它改变了我们的思维方式。”(拐点,2015)

能够解决复杂系统的学生需要成为系统的思想家(整合,2022)。阿诺德和韦德(2015,p . 675)系统思维定义为“一组协同分析技能用于提高系统识别和理解的能力,预测他们的行为,并制定修改以产生期望的效果。这些技能作为一个系统一起工作。”这个定义最密切了作者的心态和我们的教育合作者(教师、管理员和教育咨询公司隶属于社会系统动力学¹)用于指导使用的k - 12系统思维方法6 20年来各进大学前的教室和本文中给出。

进一步定义的组件系统思考避免和料斗(2007)进行了文献综述,确定什么构成了系统思考(ST)和提供了一个描述的七个属于系统思考的概念。这些概念是:

一个。认识到互联:学生必须能够识别系统(元素、互联的目的)。

b。识别反馈:学生应该能够确定闭环因果(反馈)和识别其类型的关系。

c。理解动态行为:学生应该理解和反馈系统的结构决定了它的行为和认识到延迟对系统行为的影响。

d。不同类型的流动和变量:学生应该能够区分变量系统(累积,流)。

e。使用概念模型:学生应该能够解释系统的行为通过使用反馈,(如果可用)的结构模型和模型的图形输出。

f。建立仿真模型:一些教师认为学生应该能够使用适当的数学和建模软件创建量化模型。(注:我们圣集团相信所有高中学生应该能够构建至少小计算机模拟)。学生应该能够“使用定性和定量模型和数据应该能够验证模型对一些标准的行为。”

g。测试策略:学生应该能够测试潜在的政策来改变模型的行为和寻找杠杆点。

一系列的系统思维概念发展适当的可以教育学生从幼儿园到12年级的过程来构建自己的系统思维能力。每个年级的技能概述(幼儿园,小学,初中,高中)部分(下图)中提供了处理教学活动。

雷竞技rebat边疆教育文章类型B:概念分析。

2。方法

2.1。用系统思考

系统思考是一种分析方法,指导学生观察整体系统性问题。但作为一个方法的分析必须经常使用在一个课程或学生不会意识到它的价值。此外,系统思维支持更多的多学科课程,这是很重要的,因为“…在当今世界越来越多的知识是我们蔓延隔间的边界构造…”(Jakobsson 1999,p . 1)。例如,试图保持一个可持续的渔业包括不仅渔民,而且环境科学家,那些过程和卖鱼和买鱼。这个问题包括理解经济学,数学,科学,商业,和心理学。人们已经发现,跨学科研究促进认知能力的成果,批判性思维,更好地处理歧义的能力,增加了对学生道德和偏见问题(国家,2021)。

里士满(2010),已故的教育家和世界级的系统思考者和modeler中,显示有三个过程系统思维的基本过程:思考、学习和交流。在思考他发现两个主要活动一部分,构建思维模式,²然后模拟它们是否可以得出任何结论基于心理模型。学习部分学生试图调和他们的心智模型与仿真的输出。如果两个不同意然后心智模型是不正确的或模拟不当。在这两种情况下学习是学生试图使他们的心智模型与计算机模拟。学生是使用计算机来验证他们的心智模型。最后,里士满说,学生们需要交流在这个过程中他们所学到的。这需要给予和接受反馈对学生的心智模型。

学生建立计算机模型作为系统思考的一部分课程连续是关键。周杰伦Forrester (2009)系统动力学的父亲,建议学生最终需要建立仿真模型来测试他们的心智模式来帮助他们更加精确地分析系统性问题和保持一致的行为讨论潜在的政策如何改变系统。我们圣序列概念发展是建立在Forrester的建议。教多个作者之一(non-honors)每年代数学生第二年,10年一个市中心的郊区高中然后另一个10年高中,构建和分析小系统动力学(SD)模型作为常规代数课程的一部分(费舍尔,2017)。³

2.2。系统思维分析的工具

下面的列表列举并简要解释了预科的工具k - 12教育工作者的社会系统动力学,Turkiye系统思考协会和其他教育合作伙伴使用注入系统思想和系统动力学建模活动k - 12教育。为了澄清,系统动力学使用计算机仿真测试心理模型。我们认为这是系统思维分析的最后阶段。并不是所有教育工作者需要使用系统思维工具相信计算机模拟(当然低于6年级计算机模拟一般不用作系统思考课程的一部分)。但是我们的方法是基于培养学生,六年级,成为足够熟悉浆流图,这样他们就可以开始使用计算机模拟(从中学开始)作为一种工具来验证系统行为和测试潜在的政策来缓解不良的系统行为。

以下部分列出的系统思维的工具⁴已开发的几个来源。⁵

2.2.1。行为随着时间的推移图(BOTGs)

的动力学中的一个重要系统变量捕获(连续)图,有时间在横轴上的一系列变量值在纵轴上。

2.2.2。反馈回路

(因果循环关闭。)反馈控制系统的行为。加强(+)反馈行为随着时间的推移增加系统的变化。平衡(−)反馈行为抑制系统的变化。

2.2.3。浆流地图

浆流图让学生捕捉他们的心智模型的结构。看到图1。

-股票(矩形)代表一个变量积累(人口、资金、污染、…)

——一个流(与球管中心和至少一个箭头)代表这些变量,增加或减少股票的价值。

——一个转换器(一个独立的圆圈)通常拥有一个常数的价值或一个简单的算术两个组件的组合。

——一个连接器组件在另一个指定的依赖。

2.2.4。浆流模拟

浆流模拟全面运作浆流图值或简单公式放在每一个图标,可以在计算机上执行和显示模型的行为变量通过图或表。

2.3。老师把关

学生接系统思维概念相对迅速,甚至建设浆流模拟。而这正是我们想要的发生它可以用一些老师不舒服的位置。显然涉及策略教学的教师专业发展圣分析是必要的。培训使用BOTGs,推理的阶梯,冰山一角,链接极性,并提供的反馈循环水系统思维中心(2000)。⁶培训圈的使用连接,创建浆流图,连接极性,反馈回路,建立系统动力学模拟提供的CC建模系统。⁷额外的材料可以找到老师的创造性学习交流。⁸有一个相对陡峭的学习曲线准备教师允许学生创建的经验教训原始浆流模型(模拟)作为教师需要知道足以能够调试学生模型,当模型不正常工作。让教师使用模型引导学生课程可以帮助教师过渡到最后阶段。只有一个或两个老师在学校系统可能愿意与学生达成最终的模型阶段。这些教师将对学校很重要,因为他们可以帮助其他教师创建自己的圣/ SD教训,帮助管理员使用ST / SD加强学校领导。记住,作为学生成为精通ST / SD他们成为有价值的盟友与教师和行政人员合作(充当助手当老师正试图用SD建模与电脑第一次在课堂上,或尝试新的建模特性,或者特殊的建模任务如建立模型来跟踪每个年级的学生数量随着时间等)对那些成年人舒适与学生做学习伙伴。这是一个令人兴奋的和令人羞辱的体验!

虽然培训需要教师与学生实现圣和SD, SD教训软件也是必要的。

2.4。系统模型软件

网络,是一个免费的浆流(SD)建模软件,将致力于笔记本电脑,平板电脑,和chrome笔记本。在线软件叫做斯特拉。⁹它限制了模型最多3股票和最多20图标。这个限制是充分的几乎所有指导模型的经验,适合初中或高中类。有学生构建原始模型需要一个网站许可的商业版本的模型软件。

在下一节中我们将描述的是一个小样本的k - 12活动旨在建立圣技能到期的学生从小学开始,中间,和高中。

3所示。教学活动

预科经验(重点发展到系统动力学建模为学生)迄今为止积累表明了一种系统思维概念的进展通过年级和下面的表中列出(见表1)。只是一个小样本提供的教训我们的教育ST / SD集团已在中小学课堂中使用。注意:还有其他方法使用圣而不是这里讨论。

3.1。小学

两种可能的方法来设计课程与圣方法:

•符合圣试图找到话题

•试图找到方法来注入圣在课程的概念。

Turkiye,我们发现后一种方法更有前途和舒适的小学水平。¹⁰

以下圣活动已经成功应用在小学水平。

3.1.1。出席率图

可以说,在小学的第一个活动,因此在一个学生的教育生活可能出席图表。出席一个图是一个基本的行为随着时间的推移图(BOTG)在一周内的水平轴和参加的学生人数在特定的日子里在纵轴上。

在这一周中,不同的学生出勤的学生人数在特定的一天。老师跟学生们,帮助他们找到图上的点标记。标记后的最后一周,最后一天出席所有标记点的连接。¹¹看到图2。这给了老师一个机会问这样的问题,哪一天是出勤率最高/最低,你如何知道信息图,和为什么下降或上升?

3.1.2。故事书

另一个广泛使用的活动是使用圣方法分析故事。任何故事与BOTGs可以分析的事件序列和浆流图。第一步是最重要的一个,因为它决定了后续的步骤:

•改变整个故事是什么?这个问题的答案,至少对于小学生,被指定为一个股票。它不需要测量的但它应该是可计量的,例如,happiness of a blue whale who is friends with a penguin, the amount of food collected by mice for the winter, things collected by Frederick the mouse, the distance traveled by the tortoise and the hare in their race, the number of scales and number friends of a Rainbow Fish, the will of the Little Prince to return to his planet B 612, the decisiveness of Hamlet to kill his uncle, etc.

•一旦故事(变量)的变化被发现,事件的顺序随着时间的推移(图纸或写作,根据年级)显示变化是讨论和记录。

•然后BOTG准备事件/时间在横轴上(表示时间序列),纵轴表示序数(低、中、高)或数值范围。单独变量图了,由小组或全班老师的便利化。虽然画图形,丰富环境发生讨论变量选择的行为。

•最后,老师和学生讨论这种变化的原因。为研究变化的原因,浆流图。最简单的事情是使变量BOTG股票的浆流图。股票被确认后,其流入和流出容易指定。然后老师问,“流入/流出的原因是什么?从BOTG,什么导致了图中增加或减少在特定点在图上?浆流图完成后通过所有的点BOTG(事件)。

3.1.3。问题建模(股票)

四年级的学生,在发展中舒适使用SD建模软件建立小模型图,下面的问题是使用与土耳其的学生。我们给了学生一个问题基于真实值从伊斯坦布尔的大坝占用统计数据,构造就像一个谜(虚线显示可能的分离线拼图)。看到图3。学生分组,每个模型是一组。学生的任务是首先求出参数的值(圆圈)显示问号,然后学生团体合作重建纸模型和准备了BOTG预测如果水在伊斯坦布尔的大坝就足够了人口,如果不是这样,当大坝将会清空。类似的问题可以使用本地适合您的区域的数值。

3.2。中学

中学,顾名思义,是中间的连续体之间的简单概念模型和复杂的数值模型。¹²这些年来被用来培养学生技能在构建因果循环和理解数字关系(公式)导致基本行为指数增长/衰变,寻找目标的行为最后振荡行为。这个连续体是有效如果班上所有的学生都已经通过圣实现在小学上课。如果学生没有圣在小学上课然后加速版的入门圣活动应该实现中学的第一年。

以下圣活动已经成功地应用在中学水平。

3.2.1之上。环境教育与系统思维和世界气候的游戏

更全面的适应的系统方法与圣工具可以使用在环境教育课程。由于全球气候危机环境教育是一个非常受欢迎的和重要的主题和(不幸的是)每天都变得越来越重要。下面的练习,包含一系列的活动分为三部分,富含圣工具,用来让学生研究这场危机。看到图4。

的第一部分包括活动锻炼,逐步开发,帮助学生理解的结构系统,财富,和因此,排放。首先,介绍了一个简单的人口模型选项用于选择一个国家人口和全球人口。添加后移民和移民流动人口结构、经济浆流结构,讨论了创造财富(见图5 b)使用这样的问题:关键生产和生产人均(财富)定义?其他这些流的影响是什么?他们是不可避免的吗?图,伴随着各种国家的图表,用于显示,虽然似乎是一个财富和排放之间的相关性,这是许多国家不是这样可以增加财富不增加排放(见图5一个)。浆流映射用作补充表示向学生介绍浆流概念的中学生没有先验知识系统思考(浆流映射是一个很好的强化,即使学生有以前的接触圣)。出于同样的原因,更大的反馈循环并没有讨论(在这点上),因为我们认为浆流结构构建一个坚实的理解是一个重要的第一步。

第一部分的目的是准备学生认知和心理,为第二部分,世界气候的游戏,即C-ROADS¹³(交互式联合国角色扮演模拟演习涉及气候变化谈判)。看到图4 b。

第三部分使用的练习中创建的热情世界气候的游戏。后见证国家面临的困境,我们的学生变得更加渴望了解更多关于气候变化的机制。所以,这是一个很好的时间来讨论的话题如碳循环和温室效应。作为一种活动,股市给学生和老师要求他们完成地图绘制流动。后,这张地图是用来显示点的影响学生研究和提出的解决方案讨论全球气候变化的影响。看到图4 c,6。

3.2.2。物理:从一维运动能量转换

经典(牛顿)力学建模与浆流图,帮助学生理解力学理论的整体通过可视化的概念之间的关系。模型构建整个中学成绩,一步一步,给学生一个机会来建立更多的了解当前年度的概念通过添加到前一年的理解(建筑图多年)。看到图7。

第一个模型只包括一个股票和一个流,“位置”和“改变位置。“通过限制这两个变量是正数,“位置”变成了“距离”和“改变位置”变成了“速度”和模型成为了六年级科学课程兼容。介绍了随后的成绩,相关股票和流动逐步完成经典力学的大局,只有“力”和“质量”是外生和系统的其他部分连接在不同的方式产生观察到的行为(如图所示的图形图7)。

例如,改变力的结果在不同的股票在系统可视化BOTGs:一个常数力增加的方向运动速度线性的增加位置二次模式位置的变化是更大的连续每个时间步。这种变化在力和位置引起了改变工作,也就是说,工作是完成了。一个改变工作是能量的变化所以能源转换势能(股票)动能(股票)。因此,物体的动能,应用力的方向运动,增加。

的模型是一个表示一维运动相关的概念。一旦内化,模型扩展到二维(要求高中)很容易和顺利通过添加位置和速度股票新维度(垂直和水平维度)。该模型扩展通过添加的链接位置,速度和质量,使“力”内生(如重力、摩擦力)。

3.3。高中

的重点高中圣活动提出了基于学生构建和分析浆流(SD)模型。¹⁴尽管圣活动已做好准备,来支持多学科课程大多数高中仍然分别教授大部分课程。因此,以下圣活动分为离散的学科领域。

3.3.1。数学

当学生学习代数系统建模是一个富有成效的教学策略。让学生构建简单的浆流表示的函数(线性、二次、指数、收敛、物流和正弦)允许他们一个替代方法研究大多数数学教科书的典型问题,涉及随时间变化。看到图8。这种格式尤其深受学生好评与封闭方程不舒服。

一旦学生成为适应浆流结构对个人功能他们开始把那些浆流结构学习问题通常不会在代数学习(如何治疗药物在人体工作,全球人口和粮食生产互动,自然资源枯竭、和捕食者-猎物互动)。学生看过系统的内部结构产生的行为和决定如何修改结构考虑替代政策来改善系统行为。反馈的研究介绍了这些数学类,不是一个典型的主题代数。

此外,这种系统动力学建模代数类的增强给了学生们一个接触一些核心概念在微积分(他们比较股票(积分)与流(一阶导数)的图表和图形解释最大值和极限的意义在每个图表)。

在微积分课学生翻译微分方程浆流模型,修改了模型和翻译的新模式来创建新的微分方程。这样做的后果使微分方程对学生更有意义。

3.3.2。生物学

高中生物教师,Jon Darkow带来了50多个系统动力学模拟计算思维,反馈回路,引爆点,线性和非线性行为分析到他的生物课。他所有的模拟,包括一些教训,都可以在他的网站上免费阅读。¹⁵他的模拟包括主题对细胞代谢、光合作用、酶、渗透和扩散。他的目标是教科学实践通过使用系统动力学模拟。

3.3.3。环境科学

学生建立了SD模型来研究人类种群动态、不可再生和再生图9)资源利用、经济影响等。在这些教训学生被要求建立模型,预测模型的行为,解释预期行为模型和实际模型输出之间的差异,分析反馈,然后测试模型来确定政策杠杆点。

现在有一个新的2022年的著作,“什么?行动呼吁:环境系统课程为即将到来的后代,”艾伦Ticotsky写的,包含众多圣可持续发展课程¹⁶初中和高中学生。它包括章节在陆地上,空气,水,和额外的主题部分在运输、电能、回收和提供了大量的网络资源。Ticotsky先生也是一个另一个杰出的2007系统思考的书的作者之一名为“形状的改变包括股票和流动”的创造性学习交流。

3.3.4。解剖学和生理学

用SD学生学习人体生理学。他们建立模型来研究治疗药物的动态管理通过静脉滴注法、照片或药片给病人。一些医学问题被提出的每一堂课和学生使用模型来测试可能的方法来处理出现的问题。

体内平衡是了解人体如何工作的基础。四圣的教训被用来加强学生的理解的体温,钙和glucose-insulin内稳态和稳态响应减少氧气的红细胞。为每个这些教训学生的描述过程中,在每个描述都应该确定哪些变量构成股票,然后提供了一个开发浆流图(老师)的稳态过程和要求素描在适当的反馈系统,识别反馈是否加强(+)或平衡(−)和为什么。最后但血糖-胰岛素稳态研究涉及到学生活动与SD模型和操作组件交互模型中产生行为表明1型和2型糖尿病。

3.3.5。物理

有很多SD模型建立学生更好地理解物理概念。最基本的是捕获位置之间的关系,速度和加速度向上抛一个对象或一个角度时,或者把它从一些高度。学生建立SD模型和分析反馈(在适当的地方)问题涉及汽车打破距离,冲动和动量的一个对象,动能和势能转换,行星轨道,放射性衰变序列,电容器充电和放电,温度冷却对象和简单谐振子。

3.3.6。英国文学

一个非常创新的英国文学老师,快乐(1996)创建了一个SD模型,增强学生的讨论小说《蝇王。他的模型有两个股票,一个天真的男孩和其他的野蛮。这本书的学生识别部分的文本支持,失去了纯真,野蛮随时间增加。一旦失去,但是学生不同意是否清白是永久性的。学生开始创建自己的浆流模型以反映他们的心智模式。这个教室里经历了积极的意外后果(学生建立自己的模型来支持他们的论点,没有提示)给学生提供的工具,帮助他们更深入地思考系统。

3.3.7。家庭研究

在高中家庭研究课程学生使用SD模拟叫做“建模你的未来,”由两个高中教师。学生决定是否或何时上大学(和多少年的大学完成),无论什么时候买车(多少支付),是否或何时买房(和支付多少),何时或是否结婚,有多少孩子等。他们的工作收入是基于他们的教育水平。他们的选择和模拟的模拟记录,随着时间的推移,他们可以期望赚多少钱在他们的一生。一个学生对另一个说,“我不想等着买一辆车或者一个房子,我不会去上大学。”另一个学生回答说,“你能做决定吗?不能你看到多少钱你将不得不生活在。你的孩子是不公平的。“这样的经验帮助学生变得更加意识到长期影响临界点的决定他们的生活。

3.3.8。系统动力学建模过程

一些最有效的和刺激的ST / SD学生完成的工作发生在一些公立和私立高中SD建模课程。

前英国文学老师,蒂姆欢乐,也教高中SD建模过程。学生们看问题在美国太平洋西北部。一年他们专注于水域、森林和河流地区他们知道。他们扮演了SD模拟鱼银行,商业捕鱼。在某种程度上学生开始建立模型来捕捉他们在看什么。他们想要“一个机会看到角落里我们居住的世界是一个学习如何生活”(快乐,2008、个人通信)。他的课程没有一组课程但快乐先生是一个老师,能够把现实问题带入教室为学生探索。

另一个老师教一个更加结构化的高中在两个不同的公立学校系统动力学建模课程超过二十年。在一所学校第二年课程SD模型提供至少5年。(在学校有多个部分的第一年SD建模课程。)包建模场景包含的课程中,学生建立和分析模型在一系列的月里,行为预测模型,识别反馈,解释模型的行为和应用的另一个问题类似的动力学建模场景。没有考试、没有作业。学生可以自由地与对方交谈,因为他们在包和学生工作进展尽快通过数据包。然后在过去10周类的学生每个选择一个合作伙伴,选择每周2系统性问题研究,决定在一个追求的两个研究主题,创建了一个浆流模型工作,写了一篇技术论文解释他们的模型结构和反馈以及为什么它表现,并向观众提出他们的模型或构造一个海报来显示他们的模型和结果。对于老师来说,这是一个改变一生的经历。学生们继续生产模型和论文超出了她的预期。学生们参与,尤其是兴奋地研究他们感兴趣的问题。 Comments by students over the two decades were very positive. For example, “I really enjoyed this class and thought everything was really important. This class was not what I expected, it was much better. I was really challenged by the material. I enjoyed this class a lot.” It is possible to see examples of high school student model diagrams, technical papers and videos.¹⁷一个例子所示图10。

为了识别学生的原始模型和给父母和朋友一个机会,看看高中学生可以实现年度圣/ SD学生展览是在波特兰,俄勒冈州(SymFest),伍斯特,马萨诸塞州(DynamiQueST)。与会者包括大学教授、父母、老师和其他学生。学生解释他们的圣/ SD创作(因果循环图和SD模型)的方式类似于科学公平的。

3.3.9。政府

学校管理者使用ST / SD分析学生考勤,人员需求,预算动态,和领导策略。一大话题管理使用ST / SD是尝试修改学校环境是重点支持学生和他们的学校,而不是专注于老师的经验,也就是说,管理员想要创建一个学习环境敏感的学生来自文化。有些管理员浆流映射用于讨论与老师,父母和其他管理员。

4所示。讨论

反馈分析并不是一个新的教学策略。从反馈的角度教学已纳入一些k - 12类很长一段时间,特别是在社会研究和文学课程。革命的原因的研究,讨论因素导致增加的贫困率,头脑风暴策略来说服人们在一个民主国家,提高税收可能有利于提供更多的社会服务经济都需要整体思维通常教授的讲座和/或讨论。认识到文化规范的影响对小说主题的发展或发展情节强调因果因素和反馈的基础,是一个作家的工具箱的一部分。

不同的是,现在我们有另一个强大的窗口,通过它来分析这些动态主题(以及更多)。我们现在可以表面类的集体心智模型学习革命的原因,培养学生浆流图的概念他们感觉是对革命运动中必不可少的。整个讨论可能变得更具体(钾肥,1994;红领巾,2007)。如果需要,浆流图可以量化和模型测试,看看哪个最影响革命元素。即使不使用量化模型图,导致历史准确性他们可以用来讨论关注相关信息,学生可以从他们的课堂阅读资料带来,蒂姆的情况也是快乐的学生当他们构建《蝇王》(浆流模型快乐,1996)。免费、基于web的浆流建模软件我们可以带来更多的心理模型的结构化表示对话在课堂上,过去没有这样的工具。

此外,结合本文提到的圣工具开始早在幼儿园,可以构建一个学生思维的转变,增强识别和分析动态、多学科场景。年复一年地增加交互动态系统可以产生舒适的学生分析他们所看到的在他们周围的世界(Lannon-Kim 1991)。他们可以看到一个动态模式,图,创建一个浆流图捕捉他们认为导致动态、量化他们的浆流图来测试他们的心智模型是否准确,并测试浆流模型,看看如何改变政策动态的行为模式。完成这个分析过程的能力是强大的允许学生修改他们的心智模式,使他们更紧密地与事实Forrester (2009,14页)说:

“心智模式和计算机间的双向运行模型。心智模式贡献的计算机模型的输入。创建一个计算机模型要求澄清的心智模式,统一、和扩展。从计算机模拟来获得关于行为的新见解,给心理模型新的意义。心智模式仍将是大多数决定的基础,但这些心理模型可以更相关和与计算机交互模型更有用。”

不是所有的老师都希望学生创建计算机模拟来研究动态问题。只是让学生建立(独立或作为一个团队/类)浆流图来帮助每个人都可以非常有用的可视化的结构问题。浆流图就像管道图蓝图的问题。他们可以帮助学生做出决策变量是什么最重要的是,这将是指定为股票,其价值随着时间的推移我们想(潜在)跟踪。然后每个股票有一个或多个流有关,随时间变化的变量,导致股票变化值(即使我们不考虑这个时候的值)。然后每个流是由其他元素,其中很多是相互联系的。反馈回路可以出现,深化讨论。

另一方面,这是我们的论点,所有高中学生应该建立小浆流模型的代数,微积分,微积分课程,很多学生应该建立小模型在环境科学、生理学、生物学、物理学类。我们也强烈建议教师熟悉浆流建模辅助其他学科教师:全球研究,健康,和经济学建立浆流模拟(那些会感兴趣的学科教师)增强包含动态问题的讨论的话题。

我们发现了一个意想不到的结果用圣教训我们的学生他们更能够使用圣圣概念工具和应用比我们预期的。学生制作模型和系统动力学建模课程论文SymFest¹⁸法官(大学教授)认为更多的本科大学比高中的工作。学生经常超过我们的预期。

虽然有更多的实证研究在预科教育(使用系统思考Vattam et al ., 2011;Lammi和Becker), 2013年;Gero和扎克,2014在过去的十年里很少有)(Verhoeff et al ., 2018;绿色et al ., 2021),地址浆流图和仿真的价值与预科学生。为什么?有三个原因值得一提。首先,传统的评估问题/策略不适合评估浆流系统思考。拐点提到在本文介绍微积分和统计提供的工具,我们需要评估我们圣教育者发现更深层次的学习时,学生积极参与创建动态行为的理解建筑浆流图和建筑SD模型。评估问题的类型来捕获ST / SD学习必须是不同的。当前,这些问题不存在。但是我们一群人正在努力解决这一赤字。我们目前有235问题已经收集了来自不同教育工作者在多个k - 12的水平。我们是在调整的过程中每个问题与一个或多个系统思维概念在避免和料斗的名单和工作上两分的可靠性(费舍尔和Goktepe, 2021年)。然后我们将验证问题。这些问题将免费向所有教育工作者和研究人员可能会发现有用的。

其次,很多预科教师率先使用本文的方法部分中提到的工具是全职教师/教育者也忙着写作课程需要圣带进他们的类。当时这些早期ST / SD注入教训发生(1980年末1990年初的)圣/ SD在进大学前的教室不是大多数研究者的雷达。所以并没有太多的精力去做必要的实验研究来收集和分析数据。在过去的十年里发生了更多的研究(Verhoeff et al ., 2018;绿色et al ., 2021)。绿色等人进行了研究,以确定是否使用系统思考(没有建模)工具,系统动力学模拟,或者两者都将增强学生实践两个可持续性问题的理解。理解是评估通过测试在每个主题的一个网上第50分钟,无监督教学会话。系统动力学仿真的结论是,在学生理解,显示出了极大的提高。Verhoeff等人所做的最近的实证研究文献综述系统思考,发现系统思维的定义在每个研究是不同的。作者建议,学习者应该把重点放在应用圣概念学习时一个复杂的系统,应该看到系统整体工作。他们建议圣定性的方法对学生发展技能,因为SD (ST的教师和学生创建仿真模型)都是需要花费很多努力为学生和教师。

最后,花了一些时间在k - 12学校计算机技术成为广泛使用的(在美国),免费的,基于web的版本的首选SD建模软件开发(Stella网络成立于2017年),为课程成为可供教师(见脚注7 - 10),和一些网上ST / SD的教师培训变得可用。¹⁹

使用本文包含示例圣教训,从小学至12年级很多年了。我们的经验表明,有圣工具将每个年级工作。虽然连续的圣概念发展从幼儿园到12年级表1)是理想的,它不是必需的。老师可以在任何级别,并使用这些圣工具似乎适合特定的动态问题在他们的课程学习。教师可以建立他们的圣技能以及学生。然而,最可持续的解决方案在k - 12教育注入圣概念会使圣分析大学教师准备课程的一部分。这些努力正在Turkiye制造的。

4.1。我们所需要的

我们将永远无法说服教育决策者的重要性提升这圣/ SD方法除非我们能支持我们的主张与统计分析学生的学习。所以我们需要研究人员团队与教师在教室里使用ST / SD工具来执行所需的研究来验证我们的经验。要做到这一点,需要开发或研究人员在他们的处置评估工具专门设计用于捕获越深,系统性的理解,我们已经在我们的学生发现了开花。有评估专家专门从事这种类型的分析(程et al ., 2010)。他们需要这些研究团队的一部分。

此外,我们需要一个系统性的方法来改变我们的教育制度,包括动态系统的研究。我们需要:

•更多的教育材料和课程(特别是在线)在职教师要成为精通核心系统思维概念(工具),

•教师培训项目包括系统思维概念作为不可或缺的一部分教师准备。作为准备工作的一部分,我们需要帮助老师变得更舒适:

o包括问题集多学科概念,

o工作与学生学习环境,老师不知道所有的答案,但知道如何支持学生找到所需信息浆流图或SD模型,他们可能想要创建

•包括更多的系统思维概念在所有适当的教育学习的标准,

•教育的父母,

•大学非常看重学校招聘学生系统思维在进大学前的教育背景。

5。结论

系统思维和系统动力学建模功能强大的分析方法,帮助专业人士管理系统。研究复杂系统和动态行为实在太重要了,不能省略了从进大学前的教育。我们有超过20年的经验表明,进大学前的学生,用系统思维的工具可以学会识别系统,识别和分析这些特性,使系统复杂,模型和描述,使用反馈分析,为什么它显示生产行为。进大学前的学生可以使用计算机模拟确定政策和测试它们,它们可以创建一些。

进大学前的学生,未来知情的公民,应该能够分析系统。是时候让我们进大学前的教育系统进入21世纪和提供所有学生获得理解的动态系统。这是我们的责任,给我们的学生的权力构造他们的未来,所以他们希望。

道德声明

伦理审查和批准没有所需的研究涉及人类参与者按照地方立法和制度的要求。书面知情同意参加本研究从参与者不需要按照国家法律和制度需求。

作者的贡献

DF写论文的所有部分除了小学和中学教学活动表1信息。小学和中学教学活动表1信息是系统思考Turkiye协会写的。

确认

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的利益冲突

作者说,这项研究是在没有进行任何商业或金融关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

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脚注

引用