Yvonne Beck

• Systemmodellierung ist Bestandteil vieler technischer Studiengänge. Sie wird beispielsweise in der Regelungstechnik eingesetzt, um mechatronische Systeme zu beschreiben (vgl. Lunze 2013, S. 31). Dabei werden Strukturen technischer Systeme, die häufig Rückkopplungen enthalten, sowie das zeitliche Verhalten dieser Systeme untersucht (vgl. ebd., S. 11). System Dynamics ist eine Form der Systemmodellierung, welche dieselben Analyseprinzipien auf andere Themenbereiche, wie die Wirtschaft, überträgt. Systemmodellierung wird daher auch in Studiengängen wie dem Wirtschaftsingenieurwesen unterrichtet (vgl. Sterman 2000, S. 4ff., Lane 2000, S. 3). Anstelle technische Systeme isoliert zu betrachten, schlägt Ropohl in seiner Allgemeinen Technologie vor, Technik stets in ihrer Wechselwirkung auf Mensch, Gesellschaft und Umwelt zu untersuchen (vgl. Ropohl 2009, S. 32ff.). Eine solche mehrperspektivische Systemsicht ist in Lehrveranstaltungen für angehende Techniklehrer*innen grundlegend (vgl. z.B. Schmayl 1995, S. 55ff., Schmidt 2009, S. 49ff., Gschwendtner und Geißel 2021, S. 168ff.). Die vorliegende empirische Studie versucht, Systemmodellierung mit einer mehrperspektivischen Systemsicht für Studierende verschiedener Technikstudiengänge zu verknüpfen. Hierzu setzen die Teilnehmer*innen der Studie Wirkungsdiagramme als leicht zu erlernende Form der Systemmodellierung (vgl. Ossimitz und Lapp 2006, S. 63) ein, um die deutsche Energiewende mit Bezug auf ihre dynamische Entwicklung und die Integration verschiedener Perspektiven zu untersuchen. Das Ziel der empirischen Studie ist zu beschreiben und darzustellen, in welcher Form Teilnehmer*innen verschiedener technischer Studiengänge in einem aktiven Modellierungsprozess dynamische und perspektivische Komplexität dieses sozio-technischen Systems (vgl. Pfenning 2016, S. 102) durch Systemmodellierung abbilden. Hierzu wurde eine Interventionsstudie durchgeführt. Die Teilnehmenden entschieden sich nach einer Informationsphase über das System Energiewende und über die Systemmodellierung mit Wirkungsdiagrammen für die Betrachtung ausgewählter Perspektiven aus dem Spektrum Technik, Wirtschaft, Umwelt und Gesellschaft. Sie formulierten eine Leitfrage, zu der sie ein Wirkungsdiagramm erstellten. Das entwickelte Modell wurde anschließend anderen Teilnehmenden in Kleingruppen vorgestellt. Zu den erhobenen Daten gehören Arbeitsdokumente der Intervention, Transkripte der Modellpräsentationen, Antworten von Pre- und Posttests, sowie soziodemografische Daten. Das bislang weitreichend unerforschte Themenfeld der mehrperspektivischen Systemmodellierung als Inhalt bildungswissenschaftlicher Studien wurde mit einem qualitativen Forschungsdesign erkundet: Es wurden Kategorien einer qualitativen Inhaltsanalyse entwickelt, um die erhobenen Daten zunächst textstellenbasiert und später fallbasiert zu beschreiben und zu strukturieren. Hieraus wurde eine Typologie entwickelt, in der die Fälle in einem Merkmalsraum eingeordnet und nach Ähnlichkeit gruppiert wurden. Innerhalb der Typologie wurden fünf Typen identifiziert, die sich bezüglich der Vernetzung von Perspektiven und der Entwicklung ihrer Modellierungskenntnisse unterscheiden. Eine Mehrheit der Teilnehmenden wurde dem zentralen Teil der Typologie zugeordnet und konnte sowohl die Modellierung mit Wirkungs-diagrammen, als auch die Vernetzung von Perspektiven in der Studie umsetzen. Für die Zusammenhangsanalyse wurden die fünf Typen in zwei Gruppierungen zusammengefasst: Für drei Randtypen mit einer extremeren Merkmalsausprägung im typologischen Raum wurde die Leistung in der Intervention mit Bezug auf die erhobenen Sekundärdaten eingeordnet und kontextualisiert. Für die Vertreter*innen der zwei Zentraltypen wurde gezeigt, dass das von ihnen erreichte Niveau der Systemmodellierung und mehrperspektivischen Systembetrachtung von Personen mit unterschiedlichen Vorkenntnissen und Studienhintergründen erreichbar ist. Dieses Ergebnis spricht dafür, dass eine Lernumgebung, die eine selbstständige Wahl von Perspektiven und Leitfragen, ein aktives Erstellen von Modellen, sowie die Interaktion mit anderen Teilnehmenden ermöglicht, den Einsatz von Wirkungsdiagrammen zur mehrperspektivische Modellierung sozio-technischer Systeme fördern kann. Die vorliegende qualitative Studie bietet nur einen ersten Einblick in den Forschungsbereich, der Systemmodellierung und Mehrperspektivität als Thema bildungswissenschaftlicher Forschung betrachtet. Es werden daher abschließend Vorschläge für weitere Forschungsthemen und für die Gestaltung von Lernkonzepten formuliert, die den Einsatz von Systemmodellierung zur Förderung einer mehrperspektivischen Systembetrachtung in der Hochschullehre unterstützen können.
• Systems modelling is part of many technical fields of study. For instance, it is intensively taught in control systems theory to describe mechatronical systems (Lunze 2013, p. 31). In this approach of modelling, the understanding of system structures, which often include feedback loops, and the resulting dynamic behaviour over time, are addressed (ib., p. 2013). System Dynamics is another approach of systems modelling that applies the same principles of analysis to other disciplines such as economics. It is therefore taught in study programmes such as industrial engineering (Sterman 2000, p. 4ff.). Instead of investigating stand-alone technological systems, the integrated view of the General Technology proposed by Ropohl states, that technology should no be investigated separately, but always with respect to its influences on humans, society and ecology (Ropohl 2009, p. 32ff.). Such a multi-perspective view is central in courses for future teachers of technology (Schmayl 1995, p. 55ff., Schmidt 2009, p. 49ff., Gschwendtner and Geißel 2021, p. 168ff.). The present empirical study attempts to connect the approaches of modelling with System Dynamics and integrating a multiperspective view on systems for students of different technical study programmes. Causal loop diagrams as an easy-to-learn approach to systems modelling (Ossimitz and Lapp 2006, p. 63) were used to model elements of the German energy transition (Pfenning 2016, p. 102) with respect to its dynamics and an integrated view on perspectives. The aim of the study is to describe and display, in which way participants of different backgrounds actively develop models of a system to capture both its dynamical and its perspective-driven complexity. For this purpose, an intervention was conducted in an educational setting where participants, after a session of information on the energy system and on modelling with causal loop diagrams, selected perspectives of their choice to phrase their own research question. Afterwards, they developped causal loop diagrams, which were later presented to a group of fellow students. The data collected for the study include working documents of the interventions, transcripts of the model presentations, but also replies from a pre- and post-test, as well as socio-demographic information. A qualitative approach of data analysis was used to explore this largely unexplored topic of research. In a cyclic process, a qualitative content analysis was conducted to establish categories that describe and structure the data. The data was first coded based on text passages and later based on document sets of individual participants. From those findings, a typology was developed, where cases where mapped and grouped by similarity. Five types could be identified, differing with respect to the way they combined perspectives and their progress in applying the modelling technique. A majority of the participants was mapped to the central part of the typology and was able to combine both features reasonably well. For an analysis within the context of collected data, the five types were grouped into two clusters: For three boundary types with more extreme expression of at least one attribute in the feature space of the typology, the performance was explained with respect to the collected data. The representatives of the two central types were shown to be less homogenous both with respect to their fields of study and with respect to other supplementary data. In particular, it was shown that their level of modelling and combining perspectives could be reached without particular prior knowledge by participants of the study. This allows to assume that, in principle, an educational setting where an active construction of models and interaction are supported and participants can select topics and perspectives of their choice, causal loop diagrams are a modelling approach that can foster the modelling of socio-technical systems with respect to multiple perspectives. However, the study offers only a first insight into this field of research. Therefore, ideas for research topics and for the development of educational settings are proposed to promote the use of systems modelling for an integrated and multi-perspective view on systems in higher education study programmes.