系統動態學的理論基礎

依據 Senge(1994)所言，系統思考是「看見整體」的一項修鍊。它是一個架 構，能讓我們看見互相關聯而非單一的事件。因此，本研究採用系統動態學的 方法，來探討國中教師工作壓力，現就系統動態學的定義、理論基礎、特色及 結構分別探討如下：

一 一 一

一、 、 、 、系統態學的定義 系統態學的定義 系統態學的定義 系統態學的定義

陶在樸(1999)指出系統動態學的英文是 System Dynamics，在華人的文獻中

有兩種不同的翻譯，有譯為系統動態學，或譯為系統動力學，前一種譯法強調 系統隨時間變化的「動」，後一種譯法強調系統之所以變化的「力」。謝長宏(1987) 認為系統動態學是以質性之分析方法，究複雜之實際問題，以數學語言的一階 導數微分方程或高階系統，來表現一系統複雜的正負回饋結構、因果關係及延 滯效果。系統動態學的系統觀認為整個世界是一個循環互動、互為因果的動態 系統，其中存在許多決策點會基於目前的狀態而導致某些行動的產生，行動將 引起狀態的改變再回來的影響所的決策，形成一因果循環的系統。

茲將常見的相關定義整理如表 13 所示。

表 13

系統動態學的定義彙整表

年代 學者 定義

1961 Forrester J.W 系統動態學是研究系統內部情報回饋的特性，並 使用模式來改善組織結構及引導政策的制訂。

1979 Coyle R.G 系統動態學是將時間視為重要的因素的問題分析 方法，研究系統如何對抗環的衝擊，並從環境中 取得利益；也可以說系統動態學是控制理論的分 支，用以處理社會經濟問題，也可以說是管理科 學的分支，用以處理管理階層的控制能力。

1989 Sterman 以因果回饋觀點思考政策與結構間之非線性關 係，強調環境、策略、結構與績效等變數間均會 雙向影響之過程，亦即環境動態或結構問題源自 於企業過去選擇策略行動之回饋。

1990 Wolstenholme E.F

系統動態學是藉由對一個複雜問題的質性描述、

及其運作流程、資訊傳遞與組織邊界的定義，來 建立量化模型，以進行組織結構及功能的設計。

1994 Senge 針對「動態複雜的問題」謀求解決對之道，藉由 高階複雜、非線性、多環及延遲等重要特性，顛 覆以往傳統的管理科學，提供決策者一足以因應 外在環境詭譎多變的策略工具。

二 二 二

二、 、 、 、系統動態學的理論基礎 系統動態學的理論基礎 系統動態學的理論基礎 系統動態學的理論基礎

系統動態學係美國 MIT 教授 Forrester(1968)於 1956 年所提出，其結合系統 分析實驗方法、決策制訂理論、資訊回饋控制理論與電腦擬技術作為理論基礎，

著重於探究「高階、非線性與多環」之動態複雜系統。初始，SD 主要用於企業 管 理 ， Forrester(1971) 在 1971 年 寫 了 一 本 書 叫 做 「 世 界 動 態 學 (World Dynamics)」，宣稱利用系統動態的方法可以探索世界性的問題，1972 年羅馬俱 樂部利用系統態的方法做研究並發表「成長的極限」，當時「成長的極限」是美 國媒體得頭版新聞，這篇研究的發表引起了軒然大波，有褒有貶，但卻也使得 SD 從此廣受學界所矚目，並逐漸擴展應用於其他的領域，包括：人口及經濟成 長、生物族群成長、資源耗竭、環境污染、環境生態、及能源管理等。

Roberts(1992)提出兩項系統動態學的基本理念為：

1.系統結構影響系統行為

主張系統的行為或是其時間歷史，是由組織的結構所造成，這個結構不只 是設備、生產過程等實體面因素，更重要的是在組織中能左右決策制的政策和 傳統，這種結構和一個工程系統一樣，隱含著放大(Amplification)、時間滯延與 情報回饋(Information Feedback)的特性。

2.以流體流動的觀點來觀察系統運作

為了瞭解系統的運作，系統動態學將人員、金錢、材料、訂單與機器設備，

可視為一種流動的流體(flow)，藉由對流體流動的觀察可使管理者以一種自然的 方式跨越次組織界(sub organizations boundary)，打破㊣視野的障礙，整合次組織 間的衝突和不合於全體組織利益的各別目標。透過了相關流路(flow path)的因果 鏈(cause-and-effect chains)的分析，可以建構出一個有意義的系統結構。

三 三 三

三、 、 、 、系統動態學的奠基 系統動態學的奠基 系統動態學的奠基 系統動態學的奠基

謝長宏(1987)指出系統動態學早期由 Forrester 教授發展連用於工業管理系 統，探討存在於工程與管理之間的關連性問題，其由系統結構看問題的觀點與

因果饋的概念，之後陸續廣泛被運用於各類研究領域，皆有相當優異的表現。

綜觀其發展主要是奠基於下述四種學說及理論的進步：

1.系統設計的概念

建立系統一個長期性屬於穩定狀態(steady state)的目標，再確定組成份子的 關係，如果只偏重某一單獨成份，將會導致系統結構的不和諧。內部控制的基 礎，需透過系統運作的程序，詳細檢查遞移狀態(transient state)和穩定狀態的交 互作用，然後建立系統模式，以指導短期具遞移狀態的行動參考。

2.情報回饋控制理論

使我們瞭解資訊的放大或縮小(amplification)、時間滯延及干擾(noise)在決策 過程中的影響，並透過系統結構來控制系統行為。

3.決策理論(Decision Theory)

政策是為了達成組織目標的基本原則；決策則是基於政策，並參酌實際情 況而產生行動的決定，因為政策可以駕馭決策，而決策可以產生行動，因此可 以透過政策的制定來掌握系統行為。今天有關的決策理論不僅廣泛應用於軍事 國防上，而且也普遍地應用於政府公共行政及一般企業系統的各項決策問題上。

4.電腦模擬(Simulation)方法

第二次世界大戰以來，由於電算機(電腦)的發明，可提供大量、快速、正確 的資料處理，為世界帶來了「第二次工業革命」。藉由電腦大量、快速、正確及 重複資料處理的特性，模擬分析各種管理政策系統行為的影響，亦可經模擬操 作，表現一個複雜系統諸多變數間彼此交互影響的過程與可能之結果，以致使 管理實驗室為之可能。更重要的是，由於現代社會、組織龐大而複雜，決策一 旦錯誤代價高昂，電腦可以減低政策逕付實施所冒失敗的風險。

四 四 四

四、 、 、 、系統動態學的特色 系統動態學的特色 系統動態學的特色 系統動態學的特色

黃鈺珊(2001)指出系統動態學與其他社會科學研究方法(如投入產出分析 法、計量經濟模型)有所區別，也各有其優缺點，有其適合研究的問題，沒有一

種方法可以取代另一種方法。系統動態學具備以下五大特色，可特別加以重視。

(一

一 一 一)擅長處理週期性問題 擅長處理週期性問題 擅長處理週期性問題 擅長處理週期性問題

對於經濟系統中的經常出現的週期性波動，短則四年、長達四十年至八十 年，已有不少系統動態學模型對上述各種週期形成之機制作出解釋。

(二

二 二 二)擅長處理長期性問題 擅長處理長期性問題 擅長處理長期性問題 擅長處理長期性問題

系統動態學模型是一種因果機制的模型，強調系統行為主要是由系統內部 機制所決定的，因此可透過較長的模擬時間來觀察系統行為的變化。

(三

三 三 三)在數據缺乏的條件下仍可進行研究 在數據缺乏的條件下仍可進行研究 在數據缺乏的條件下仍可進行研究 在數據缺乏的條件下仍可進行研究

數據不足及某些參數或關係難以量化是研究社會經濟系統經常遭遇的棘手 問題。但系統動態學在這種條件下仍可進行研究，因其模型以回饋為基礎，因 多重迴圈的存在，使系統行為在模式上對大多數參數較不敏感，只要估計參數 在寬容度之內，系統行為就能顯示出相同的變化型態。

(四

四 四 四)擅長處理高階 擅長處理高階 擅長處理高階 擅長處理高階、 、 、非線性具時間變化的問題 、 非線性具時間變化的問題 非線性具時間變化的問題 非線性具時間變化的問題

複雜系統所具備的高階、非線性具時間變化特性，利用一般數學方法非常 難以應付。系統動態學利用電腦模擬處理大量資料，對於複雜問題的處理有相 當大的幫助。

(五

五 五 五)對預測的態度之強調條件 對預測的態度之強調條件 對預測的態度之強調條件 對預測的態度之強調條件

凡社會經濟模型大多強調「未來」，因此含有預測的性質存在。但系統動態 學模型對未來的預測是強調產生結果的「條件」，也就是有條件的預測，在不同 的條件下會產生不同的預測結果，其預測方法更接近人類真實行為。

五 五 五

五、 、 、 、系統動態學的結構 系統動態學的結構 系統動態學的結構 系統動態學的結構

Forrester(1971)認為：「系統動態行為特質主要源自於自我封閉系統，其基本 建構單位為因果回饋環路。因果回饋環路主要以積量、率量等工具形成基本結 構。」經整理將基量、率量、線引及流圖等工具，分別敘述如下：

(一

一 一 一)因果回饋圖 因果回饋圖 因果回饋圖 因果回饋圖(Causal Feedback Loop Diagram)

因果回饋圖或因果回饋環路圖形(Causal Feedback Loop Diagram)是為探討 系統結構最簡單的方式，亦是入門者最容易瞭解系統動力學的一個重要工具。

將變數之間以因果方式連接，並且以箭頭圖(Arrow Diagram)來表示，箭頭原點 表示影響變數，箭頭終點表示被影響的變數。若兩者為同向變動關係或成反比，

則以「+」號表示。反之，若兩者為反向變動關係或成反比，則以「-」號表示。

如圖 4 所示

A B

+

C D

正相關 負相關

圖4 正、負相關圖

當變數間的影響係形成一封閉的環路，亦即某一變數同時為影響變數，也 是被影響變數時，則形成一回饋環路。而回饋環路的性質則需由環路中的「+」

「-」號的總和決定，當環路中全部為「+」號或「-」總數為偶數時為「正回饋 環」(Positive Feedback Loop)，當環路中「-」總數為奇數時為「負回饋環」(Negative Feedback Loop)，如圖 5 所示。

A

B

C

+ +

+

A

B

C

+ +

正向回饋環 負向回饋環

圖5 因果正負回饋圖

正回饋環的特性是，環路內的系統狀態隨著時間呈現指數型態的無止境成 長或無止境衰退。亦即當此環路受到外界環境正向衝擊之後，系統呈現指數型 態的成長。當受到環境負向衝擊之後，系統則呈現指數型態的衰退。負回饋環 的特性是，環路的系統狀態隨著時間呈現漸近線型態的成長或衰退，最後趨近 於目標，也就是說，當其受到外界環境正向衝擊後，系統自動呈現漸近線的成 長，一直逼近某一目標而趨於穩定。若其受到環境負向的衝擊，系統會呈現漸 近線型態的衰退。

(二

二 二 二)積量 積量 積量 積量(Level)

又稱存量，為整體動態過程中所累積之數量，任何存量 t 時刻之數值，均根 據它前一時刻(t-1)之值加上微小時間間隔(dt)內流量之累積而定，會受到率量影 響而增減，如人力資源系統中新進人員與資深人員數量。

(三

三 三 三)率量 率量 率量 率量(Rate)

又稱流量，為單位時間內積量之改變量，具有方向性，可因方向不同使積 量增加或減少，如人力資源系統中雇用員工與員工辭職等。

(四

四 四 四)流量圖 流量圖 流量圖 流量圖(Flow Diagram)

清楚界定模式中基量與率量後，系統動力學利用流量圖表示基量、率量互 動關係，圖 6 為基本流量圖表示方法。