“Modelos dinámicos en Educación” Lorenzo I. Andrade D. Ingeniero en Acuicultura / Postitulado en Informática Educativa Universidad de Los Lagos 2009

Fundamentos Modelos Mentales / Modelos Formales Enfoque Sistémico Pensamiento Sistémico Dinámica de Sistemas

¿Qué es un Modelo? Abstracción de la realidad. Representación de la realidad para comprenderla. Es una construcción intelectual y descriptiva de una entidad en la cual un observador tiene interés. Sirve para transformarla.

REALIDAD PERCEPCIÓN MODELO MENTAL

¿Cuántos triángulos?

¿Cuál situación considera correcta? B A

REALIDAD permiten construir permiten construir se interpreta por MODELOS MENTALES MODELOS FORMALES influyen consensuados individuales

- + REALIDAD MODELOS MENTALES MODELOS FORMALES TOMA DE DECISIONES CONOCIMIENTOS PERSONALES VERBALES O ESCRITOS EXPERIENCIAS PERSONALES MODELOS MENTALES MODELOS FORMALES GRÁFICOS INTUICIÓN MATEMÁTICOS TOMA DE DECISIONES GRADO de COMPLEJIDAD - +

Desde el enfoque reduccionista… …al enfoque de sistemas

¿Qué es un sistema? Parte del sistema Relación Límite del sistema Es un conjunto de partes interrelacionadas de forma tal que un cambio en una de ellas afecta a todo el conjunto. Es posible definir sus límites (subjetivo) y reconocer intercambios con su medio (flujos de entrada y de salida) como también retroalimentación. Persigue un objetivo.

Teoría General de Sistemas Ludwig von Bertalanffy DISCIPLINA Enfoque Sistémico Dinámica de Sistemas Cibernética Norbert Wiener Jay Forrester METODOLOGÍA Pensamiento Sistémico Peter Senge

Teoría General de Sistemas Cibernética Es la ciencia que se ocupa de los sistemas de control y de comunicación en las personas y en las máquinas, estudiando y aprovechando todos sus aspectos y mecanismos comunes. Teoría General de Sistemas Es un esfuerzo de estudio interdisciplinario que trata de encontrar las propiedades comunes a entidades, los sistemas, que se presentan en todos los niveles de la realidad, pero que son objeto de estudio de disciplinas académicas diferentes. .

Metodologías de enfoque sistémico Asisten la toma de decisiones en entornos complejos y cambiantes en donde “lo único constante es el cambio” Pensamiento sistémico Dinámica de sistemas Modelamiento Cuantitativo Simulación por computador y evaluación de posibles Escenarios (¿Qué pasaría si..? Modelamiento Cualitativo Conceptualización de Posibles escenarios Posibles soluciones a problemas complejos

Observaciones a tener presente… Los hechos o eventos son el resultado del comportamiento a través del tiempo que tiene un sistema El comportamiento de un sistema es determinado por su estructura Estructura de un sistema se refiere a las relaciones entre sus partes Los modelos mentales influyen en la estructura

Eventos Comportamiento Estructura Modelos mentales

Observaciones a tener presente… Retroalimentación o feedback Demoras (el efecto puede estar alejado en tiempo y espacio de la causa)

Pensamiento Sistémico “…es una disciplina para ver totalidades. Es un marco para ver interrelaciones en vez de cosas, para ver patrones de cambio en vez de instantáneas estáticas” (Peter Senge,1990)

Pensamiento Sistémico Thinking System “Ver los árboles sin dejar de ver el bosque” “Ver el presente sin dejar de ver el posible impacto en el futuro” “Ver posiciones sin dejar de ver relaciones” “Ver tareas sin dejar de entender los procesos” Es una disciplina para ver las “estructuras” que subyacen a las situaciones complejas, y para discernir cambios de alto y bajo apalancamiento.

Diagramas causales (1) + B A + Relación Causal Positiva Variable A influye positivamente en la variable B: * Un incremento de la variable A produce un incremento de la variable B * Una disminución de la variable A produce una disminución de la variable B + Ingresos provenientes de matrícula Estudiantes matriculados

Diagramas causales (2) - B A - Relación Causal Negativa La variable A influye negativamente en la variable B, * Un incremento de la variable A produce una disminución de la variable B * Una disminución de la variable A produce un incremento de la variable B - Infraestructura disponible por estudiante Estudiantes

Diagramas causales (3) + + Bucle Causal Positivo Lazos de retroalimentación reforzados + + - A B + + A B - + D C + Efecto “bola de nieve”

Ejemplo Bucle Causal Positivo Diagramas causales (4) Ejemplo Bucle Causal Positivo

Diagramas causales (5) - - Bucle Causal Negativo Lazos de retroalimentación equilibrado + + - A B - - A B + - D C + “Ciclo balanceado”

Ejemplo Bucle Causal Negativo Diagramas causales (6) Ejemplo Bucle Causal Negativo

Ejemplo clásico “llenar un vaso con agua”

Arquetipos Sistémicos (V Disciplina, Peter Senge) Compensación entre proceso y demora Límites del crecimiento Desplazamiento de la carga Erosión de metas Escalada Éxito para quien tiene éxito Tragedia del terreno común Soluciones rápidas que fallan Crecimiento y subinversión

Compensación entre proceso y demora Descripción. Una persona, un grupo o una organización, actuando con miras a una meta, adaptan su conducta en respuesta a la realimentación demorada. Si no son conscientes de la demora, realizan más acciones correctivas de las necesarias o a veces desisten porque no ven ningún progreso. CONDICIONES REALES ACCIÓN CORRECTIVA DEMORA

Límites del Crecimiento Descripción. Un proceso se alimenta de sí mismo para producir un periodo de crecimiento o expansión acelerada. Luego el crecimiento se vuelve más lento (a menudo en forma inexplicable para quienes participan en el sistema) y se revierte e inicia un colapso acelerado. La desaceleración surge por un proceso compensador que se activa cuando se llega a un “límite”. El límite puede ser una restricción en los recursos, o una reacción externa o interna ante el crecimiento. ACCIÓN CRECIENTE CONDICIÓN DECRECIENTE LIMITATIVA

Desplazamiento de la carga Descripción. “Solución” de corto plazo para corregir un síntomas en desmedro de la solución fundamental. “SOLUCIÓN” SINTOMÁTICA SÍNTOMA DEL PROBLEMA SOLUCIÓN FUNDAMENTAL EFECTO LATERAL DEMORA

Erosión de metas Descripción. Una estructura de desplazamiento de la carga donde la solución de corto plazo significa el deterioro de una meta fundamental de largo plazo. META PRESIONES PARA AJUSTAR LA META BRECHA CONDICIÓN ACCIONES PARA MEJORAR CONDICIONES DEMORA

RESULTADOS DE A EN RELACIÓN CON B Escalada Descripción: La conducta agresiva de una entidad es una reacción defensiva ante la agresión de la otra; pero la “defensa” de cada parte deriva en una escalada que escapa a la voluntad de ambas. RESULTADOS DE A DE B RESULTADOS DE A EN RELACIÓN CON B ACTIVIDAD

Éxito para quien tiene éxito Descripción: Dos actividades compiten por recursos limitados. A mayor éxito, mayor respaldo, con lo cual la otra se queda sin recursos. ÉXITO DE A ÉXITO DE B RECURSOS PARA A PARA B ASIGNACIÓN PARA A Y NO PARA B

Tragedia del terreno común Descripción: Los individuos utilizan un recurso común pero limitado reparando únicamente en las necesidades individuales. Al principio son recompensados, pero eventualmente hay una disminución en las ganancias, lo cual les induce a intensificar los esfuerzos. Al final agotan o erosionan el recurso. ACTIVIDAD INDIVIDUAL DE A GANANCIAS NETAS PARA A INDIVIDUAL DE B PARA B TOTAL GANANCIA POR ACTIVIDAD INDIVIDUAL LÍMITE DE RECURSO DEMORA

Soluciones rápidas que fallan Descripción: Una solución eficaz en el corto plazo tiene consecuencias en el largo plazo imprevistas que requieren más uso de la misma solución. PROBLEMA SOLUCIÓN CONSECUENCIAS NO BUSCADAS DEMORA

Crecimiento y subinversión Descripción: El crecimiento se aproxima a un límite que se puede eliminar o desplazar hacia el futuro si la empresa o individuo invierte en “capacidad” adicional. Pero la inversión debe ser intensa y rápida para impedir la reducción del crecimiento, pues de lo contrario no se hará nunca. ACCIÓN CRECIENTE DEMANDA DESEMPEÑO CAPACIDAD INVERSIÓN EN NECESIDAD PERCIBIDA DE INVERTIR PAUTA DE DEMORA

Dinámica de Sistemas

Definición Creación de Modelos de simulación computacional para el estudio, comprensión y manejo de sistemas complejos y dinámicos. Facilita la comprensión de la relación entre el comportamiento del sistema en el dominio del tiempo y su estructura subyacente, estrategias, políticas y reglas de decisión.

Evolución de la DS J. Forrester Trabajo pionero en el MIT (1956) Industrial Dynamics – MIT (1961) Urban Dynamics – MIT (1969) World Dynamics – MIT (1971) Meadows et al Límites del Crecimiento – MIT (1972) Richardson Feedback Thought in Social Science and Systems Theory (1991) Senge La Quinta Disciplina (1990) Sterman Business Dynamics (2000)

La DS como recurso de Aprendizaje

La DS como recurso de Aprendizaje

La DS como recurso de Aprendizaje

Realidad Conceptualización - Hipótesis Dinámica DEFINICIÓN PROBLEMA TOMA DE DECISIONES Formalización En el SW de simulación Evaluación del comportamiento

Construcción de modelos con el software Vensim PLE

Nube (fuente/sumidero) Símbolos básicos Nivel Flujo Variable auxiliar o convertidor Conectores Nube (fuente/sumidero)

Los cinco símbolos básicos Nivel Acumulador o “Stock” Es como un estanque acumulador cuyo contenido depende de los flujos (entradas o salidas de contenidos) La cantidad que existe en un momento dado Variable de estado Dependen de los flujos (de entrada y de salida) Ejemplos: -Estudiantes; -Académicos; Funcionarios administrativos; Libros de la biblioteca; Espacio utilizado del disco duro (MB) Saldo en una cuenta de ahorro

Los cinco símbolos básicos Flujo Corresponde a una cantidad que ingresa o sale del Nivel Los Flujos son los únicos que hacen variar el Nivel, pueden aumentarlo (flujos de entrada) o disminuirlo (flujos de salida). Ejemplos: -Nuevos matriculados por año -Estudiantes egresados por año; -Deserción de estudiantes por semestre; Ingresos por concepto de pago de aranceles mensuales; Libros prestados a la semana; N° de Comunicados diarios: Estudiantes que salen a pasantía por año; Cantidad de publicaciones anuales;

Los cinco símbolos básicos Variable Auxiliar Pueden ser dependientes e independiente. Para el primer tipo (dependiente) “reciben” la información de otras variables, la “procesan” a través de una ecuación dada por el modelador y la “convierten” en nueva información de salida dirigida hacia otra variable auxiliar o hacia una variable de flujo. En cuanto a una variable auxiliar independiente, esta puede representar una constante y su valor puede ser cambiado por el usuario del modelo. Ejemplos: - Valor de la matrícula - Densidad de estudiantes por sala - Número de computadore - tasa de deserción - tasa de incremento de la matrícula de pregrado

Los cinco símbolos básicos Conector Representan la dirección de la información entre variables, puede ser: - de Variable Auxiliar a Variable Auxiliar; - de Variable Auxiliar a Variable de Flujo; - de Variable de Flujo a Variable Auxiliar; - de Variable de Nivel a Variable Auxiliar; - de Variable de Nivel a Variable de Flujo

Los cinco símbolos básicos Nube Puede representar una “fuente” o un “sumidero”, “toda materia viene de alguna parte y va a dar a alguna parte”. Se asocia a las Variables de Flujo Fuente …..cuando está asociada a un Flujo de Entrada Sumidero…..cuando está asociada a un Flujo de Salida

Diagrama “Stock & Flow” (=Diagrama de Forrester)

Referencia Bibliográfica Aracil, J.1992. Introducción a la Dinámica de Sistemas. Editorial. Alianza AU. Textos. Madrid. Forrester, J.W. 1975. Dinámica Industrial. Editorial El Ateneo, Buenos Aires. Kauffmann, D. 1980. Sistemas 1: Una Introducción al Pensamiento Sistémico. (documento en PDF). Meadows, D.H; D.L.Meadows; J.Randers; W.Berhens. 1972. Los Límites del Crecimiento. Fondo de Cultura Económico. Ciudad de México. Senge, P. 1999. La Quinta Disciplina: El arte y la práctica de la organización abierta al aprendizaje. Ed. Granica. Buenos Aire s. Senge, P.; Kleiner, A.; Roberts, C.; Ross, R.; Roth, G.; Smith, B. 2000. La Danza del Cambio. Ed. Gestión 2000 S.A. Barcelona. Sterman,J.D.2000. Business Dynamics: Systems Thinking and Modeling for a Complex World. Boston, MA: Irwin McGraw-Hill. Schaffernicht, M. 2006. Indagación de situaciones dinámicas mediante la Dinámica de Sistemas, Universidad de Talca (Documento PDF). Martin García, J. 2003. Teoría y ejercicios prácticos de Dinámica de Sistemas, ISBN 84-607-9304-4, Barcelona.

Direcciones URL http://www.cedus.cl/?q=taxonomy/term/235 http://dinamica-sistemas.mty.itesm.mx/roadmaps/ http://www.itson.mx/DII/ELAGARDA/APAGINA2001/DINAMICA/dsistemas.html http://www.iseesystems.com http://www.vensim.com http://www.powersim.com/