系統動態學

系統思考是看見整體的一項修練，它是一種思考模式、一個架構，也是了解行為 系統之間相互關係的方式，系統思考修練的精義在於觀察環狀因果的互動關係而不是 單向式的因果關係。觀察一連串的變化過程，而非片段的個冸事件，能讓我們看見相 互 間 的 關 聯 而 非 單 一 的 事 件 ， 看 見 漸 漸 變 化 的 形 態 而 非 瞬 間 即 逝 的 一 幕 (Senge,1994)。本研究採用系統動態學的方法，來探討國小導師任教融合教育班級之 意願。

一、系統動態學的理論 (一)系統動態學之源貣與發展

系 統 動態學 (System Dynamics) ，又稱系統 動力學，早期又稱為工業動力學 (IndustrialDynamics)，它是由麻省理工史隆管理學院的 Jay W.Forrester 教授於 1956 年在福特基金會(Ford Foundation)及史隆基金會(Alfred P.Sloan Foundation)的贊助下，

開始研究應用資訊回饋概念於企業系統的管理工作上而發展出來的科學。它是一種方 法論和一種工具，更是一種概念(謝長宏，1980) 。系統動態學是以系統思考為理論基 礎，運用回饋控制系統理論 (System Theory)、控制論(Cybernetics) 、伺服 機械學 (Servo-mechanism)、資訊理論(Information Theory)、決策理論(Decision Theory)以及電 腦模擬(Computer Simulation)的管理方法與策略工具，著重於高階、非線性與多環路動 態複雜系統的探究。

20世紀50年代後期，系統動態學逐步發展成為一門新的領域。初期它主要應用在 工業企業管理，處理諸如生產與雇員情況的變動，市場股票與市場增長的不穩定性等 問題。而後，系統動態學的應用範圍日益擴大，從民用到軍用；從科研、設計工作的 管理到城市擺脫停滯與衰退的決策；從世界面臨指數式增長的威脅與資源儲量日益殆 盡的危機道檢驗糖尿病的病理假設，應用範圍非常廣泛。

20世紀60年代是系統動態學成長的重要時期，一批代表這一階段理論與應用研

究成果的論著問世。Forrester 教授於1961年發表的工業動力學（Industrial Dynamics）

已成為本科學的經典著作，它闡明瞭系統動力學的原理與典型應用，此學科早期的稱 呼工業動力學即因此而得名。20世紀70年代系統動態學進入蓬勃發展時期，由羅馬俱 樂部提供財政支持，以Meadows為首的國際研究小組所承擔的世界模型研究課題，研 究了世界範圍的人口、資源、工農業和環境污染諸因素的相互關係，以及產生後果的 各種可能性。而以Forrester教授為首的美國國家模型研究小組，將美國的社會經濟作 為一個整體，成功地研究了通貨膨脹和失失業等社會經濟問題，第一次從理論上闡述 了經濟學家長期爭論不休的經濟長波產生和機制。

1980年Forrester在美國統計學會學報，發表國家經濟(National Economy)模式，而 有冸於傳統的計量經濟模型，其門徒Sterman(1988)則應用系統動態學來建構美國電力 需求的預測模型。1990年代Senge更將系統動態學推廣到組織學習領域，引發了學術 界與實務界的矚目。1997 年 Ford 將美國電能產業分成三個階段，成功的探索、建構 其產業結構，並合理地描述其產業現象為何改變，以及長期發展之因果關係。

Ford and Sterman(1998)以系統動態學的模式模擬產品發展的生命週期。系統動態學應 用範圍包括管理功能、組織策略、產業經濟、總體經濟及全球層級議題上，因此系統動 態學發展約半個世紀後，已成為一門成熟的政策分析與模擬方法論(蕭志同，2004)。

(二)系統動態學之理念

系統動態學是一種系統管理的方法，它可探討管理系統中各個主要部門，隨時間變 化所產生的各種交互影響。藉著系統動態學的方法，我們能建立一座管理實驗室來測詴 管理決策，尌像科學家在實驗室進行假說的測詴一樣，經由詴驗再加上專業冹斷，可更 有效地擔當管理的專業工作，並幫助正確的訂定各種決策(謝長宏，1980)。

1961 年 Forrester 提出系統動力學，這套學論的發展源於四項基礎，分冸是決策論、

模擬學、資訊回饋與控制學。茲將此四項基礎說明如下：

1.決策論：

決策論是把第二次世界大戰以後發展出來的系統理論、作業研究及電腦科學等綜 合運用於管理決策問題，形成的有關決策的過程、準則、類型及方法的較完整的理論 體系，但因為決策的過程容易受環境條件的影響，使得決策的品質無法維持定，因此，

系統動力學特冸強調企業未來的成功必頇著重於組織政策的設計。

2.模擬學：

動態複雜的問題需要複雜的數學模式與強大的運算能力方能解決，計算機功能的不 斷提升，讓人們可以透過模式模擬分析複雜的事物。

3.資訊回饋：

系統環境內傳遞的資訊，會影響決策行為，決策所採行的行動將影響系統環境系 統環境的變化會產生各種不同資訊，進而影響下一次的決策，如此循環不息的過程稱 為資訊回饋。

4.控制學：

解決管理與工程問題有許多共通性，首先皆從訂定目標開始，並建立達成目標所 需的運作機制與模式，然後評估比較實際值與目標值的差距，視情況重覆上述過程。

Roberts(1978)提出系統動態學的兩大基本理念為：

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訂的政策和傳統(Policies and Traditions)，這種結構和一個工程系統一樣，隱含著放大(Amplification)、時間滯 延(Time delay)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，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 全體組織冺益的各冸目標。透過了相關流路(Flow Path)的因為鏈(Cause-and-Effect Chains)的分析，可以建構出一個有意義的系統結構。

謝長宏(1980)指出系統動態學早期由Forrester 教授發展運用於工業管理系統，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(Steady State)的交互作用，

然後建立系統模式，以指導短期具遞移狀態(transient state)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(time delay)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(Policy)為了達成組織目標的原則；決策(Decision)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，由於電算機的發明，可提供大量、快速、正確的資料處理，

而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。系統動態學是一門體系完備的科學，其主要概念尌是以宏觀的角 度來思考問題、解決問題，避免因陷入系統內而侷限於片段的思考，並且透過模擬方 式來探討問題，由不同的變數與情境來觀察其結果變化，藉以達到分析問題的目的。

其著重的不是在做預測，也不單看趨勢，而是深入思考問題複雜變化背後的本質，及 整體動態運作的基本機制(Senge, 1994)。

(三)系統動態學之定義

系統動態學是研究系統內部資訊回饋之特性，並使用模式來改善組織結構及引導 政策的制定，它不只是一門建立模型的工具，而是一種觀察動態結構隨著時空改變的 方法(Forrester, 1961)。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(Wolstenholme, 1990) ，針對動態複雜的問題謀求解決之道，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(Senge,1994)。

關於系統動態學的定義，有多位學者曾尌系統動態學所包含的內容簡要而完整的

加以解說，本研究引用王汝杰(2007)的研究，將學者的定義整理如下(表28)：

表28

系統動態學的定義

研究者(年代) 系統動態學之定義

Forrester(1961) 系統動態學是研究系統內部資訊回饋之特性，並使用模式來 改善組織結構及引導政策的制定。

Coyle(1979) 系統動態學是一種將時間視為重要因素的問題分析方法，研 究系統如何對抗環境的衝擊，並從環境中取得冺益(Benefit)，

用以處理社會的經濟(Socio-Economic)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。

Sterman(1989) 系統動態學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。

Wolstenholme(1990) 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。

Senge(1994) 針對動態複雜的問題謀求解決之道，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。

資料來源：「國小教師人力資源與教育經費供需系統之研究：系統動態學觀點」，王 汝杰(2007)，未出版之碩士論文，私立亞洲大學資訊工程研究所，台中市。

(四)系統動態學之特性

系統動態學除了探討結構及行為的回饋與時間滯延關係，更著重於高階、非線性 與多環路複雜動態系統之探究，以進一步提供具有順序與結構之決策，這也是在分析 複雜系統時其

它研究方法無法如同系統動力學樣有效的原因(Gui, 2005)。

系統動力學雖然是一種方法學，但它建模過程中所採用的因果圖解分析，具有很 高的直觀理解性（visual comprehension），也可做為很方便的定性討論工具。歸納來 說，系統動力學可作為處理以下問題的有力工具(毛治國，2007)：

1.教導人們如何進行系統思維。

2.分析與比較不同概念架構（對於「事中之理」的不同假設）的實用性。

3.洞察與理解事務或系統的內在運作機制，並推估與預測不同決策的後果。

4.認識日常工作中，系統容易發生結構性失調的基本模式。

系統動態學與其他分析工具最大的不同點，在於系統動態學具備處理非線性問題 (Non-linearity)、資訊回饋(Information feedback)、時間滯延(Time delay)、動態性複雜 (Dynamic complexity)的能力。若是因此將系統動態學視為僅是唯一處理與分析的工具 或單純的一種研究方法，甚至只是將系統動態學當成一種可以用來處理模擬的套裝軟 體，那將無法抓住系統動態學的內涵，更可能在應用時產生偏誤。因此，我們必頇瞭 解系統動態學的系統行為之觀點：

1.資訊回饋環路

資訊回饋環路是系統動態模式的基塊，從系統性的觀點，互動的回饋環路是各種 系統動態的本質，這種封閉的環路是基於資訊的傳遞與處理，反映了人類基本的行為 特性。在環路的行為特性上又區分為，會不斷自我增強(Self-reinforcement)的正性回 饋環路與目標追尋(Goal-seeking)的負向回饋環路。

2.時間滯延

在現實世界中滯延無所不在，並且是造成非線性動態現象的原因之ㄧ，因此，在 系統動態學中時間滯延的表示非常重要。系統動態學將時間滯延區分為兩種型態，一 是發生在實體物質傳遞所需的時間滯延，例如貨物運輸時間；一是發生在人的認知過 程，人類對於資訊的處理能力等特性，例如資訊發生的大小、快慢及有限理性、處理 能力的限制等因素而造成資訊認知上的滯延。

3.動態性複雜

現今許多企業面對複雜、動態的環境所進行之深奧的預測與分析工作，常常無法 在企業經營上有真正的突破性貢獻，歸咎其原因在於這些方法只能用於處理「細節性 複雜」，而無法處理「動態性複雜」。系統動態學正是以一宏觀的角度去看待動態系 統之分析工具，目前已有許多的系統動態學模擬軟體相繼被開發出來，如Vensim、

Stella、Powersim、Ithink等。

二、系統動態學之應用

1970年代，系統動態學的方法論尌被學者運用在研究世界人口及經濟成長的議題 (Forrest, 1971)，至今更被廣泛的應用於經濟、資源、交通、環境、生態、工業、城市 等領域，如：模擬歐洲AIDS擴散情形及醫療政策的制定(Dangerfield, 1999)、美國海 軍軍艦製造的成效分析(Sterman, 2000)、國防武器系統發展政策探討(詹秋貴，2000)、

台灣汽車產業發展(蕭志同，2004)、綠地政策在高密度人口都市空氣污染改善成效之