Structuur en functie

515641_8532_poster_01_021Kernidee 1: De structuur bepaalt de functie van een systeem, en omgekeerd

In systeemdenken kijken we niet naar de dingen op zich, maar naar hun functie. Je kan de functie van het systeem gemakkelijk begrijpen door naar de structuur van het systeem te kijken. Enkele voorbeelden:

Voorbeeld 1:

Als je kijkt naar de structuur van een Engelse sleutel, dan zie je

  • een lang handvat
  • uit stevig materiaal
  • en een wormwiel waarmee de bekwijdte kan veranderen.

Deze structuur bepaalt de functie van het materiaal: (1) omdat met een lang handvat een hefboom gecreëerd kan worden, (2) het stevige materiaal laat toe om grote krachten te gebruiken en (3) het wormwiel zorgt ervoor dat we verschillende maten van moeren kunnen losvijzen.

Voorbeeld 2:

hand

De bouw van ons hand bestaat uit de vorm, het aantal vingers, de positie van deze vingers, het aantal kootjes, de duim, de grote aanwezigheid van gevoelssensoren in de vingers, …. Dit bepaalt wat met de hand kan worden uitgevoerd. De menselijke vingers kunnen zich allemaal krommen en strekken, maar onze duim is opponeerbaar, dat wil zeggen dat de punt van de duim van iedere ander vinger van dezelfde hand kan aanraken. Hierdoor kunnen we dingen gemakkelijk vastnemen, tekenen, schrijven, … Apen hebben ook een opponeerbare “dikke teen” en kunnen eveneens met hun voeten grijpen.

Maar het werkt ook andersom. Als we de structuur van een systeem niet kennen kunnen we die proberen af te leiden uit zijn functie.

Kékule vond de structuurformule van benzeen doordat hij wist dat benzeen niet reageerde met Broomwater terwijl alkenen,  die ook dubbele bindingen tussen de C-atomen hebben, dat wel doen.

De structuur van benzeen moest zodanig zijn dat de dubbele bindingen in benzeen niet gelokaliseerd zijn en dus continu van positie versprongen. Hierdoor hebben ze een andere functie dan bij de alkanen waar ze wel gelokaliseerd zijn.

Kernidee 2: De structuur wordt voorgesteld door het systeemmodel, de functie uit zich in de patronen.

Wat is de structuur juist? De structuur verwijst naar de fysische ordening van het systeem en hoe de verschillenden elementen van het systeem met elkaar samenwerken of interageren. Dit lijkt heel goed op de definitie van een systeemmodel dat eveneens de systeemelementen ordent en hun interacties in kaart brengt. Het systeemmodel verwijst dus direct naar de structuur, en je kan beiden gewoon door elkaar gebruiken, zolang dat je beseft dat de structuur fysisch is en het systeemmodel onze mentale voorstelling van deze structuur.

De functie van een systeem correspondeert met de patronen van het systeem. We gaan er immers van uit dat de functie van het systeem reproduceerbaar is en dat hergebruik van het systeem (op wat kleine verouderingseffecten na) aanleiding geeft tot steeds dezelfde patronen.

Op zich kunnen we dus stellen dat dit perspectief de nauwe samenhang tussen patronen en modellen nogmaals in de verf zet.

Waarom?

afb 1Inzicht in de ‘nature of science’ is een essentieel onderdeel van wetenschappelijke geletterdheid. De systeemmodellen worden gemaakt om patronen te verklaren en te voorspellen. Deze modellen zijn niet de werkelijkheid zelf, maar kunnen die wel verklaren. Modellen zijn dus niet vast maar evolueren met als doel om zo goed mogelijk alle nieuwe en bestaande patronen te verklaren. In de STEM vakken leer je de systeemmodellen kennen waarvan het merendeel van de wetenschappers en technici uitgaan dat ze op dit moment het best werken. Deze gevestigde modellen noemen we  theorieën. Maar geen enkele theorie is absoluut. Elk nieuw uit de band springend patroon kan deze theorieën onder druk zetten. Dikwijls gaan de gevestigde wetenschappers en technici dan de bestaande theorieën proberen te redden en ze licht aanpassen. Maar af en toe is er nood aan een compleet nieuwe aanpak. Het is aan de jonge generatie om deze nieuwe paden te verkennen en de STEM disciplines te verrijken met nieuwe ideeën.

afb3