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GraphIt

Der Beirat der Bundesregierung für Globale Umweltveränderung (WBGU) stellte 1993 fest, dass ein Instrument entwickelt werden muss, mit dem in einer vernetzten Betrachtungsweise die wichtigsten Elemente des globalen Wandels identifiziert werden können. 1996 stellte der WBGU mit dem Syndromansatz die Antwort auf diese Forderung vor.

 

Das syndromspezifische BZG des Sahel-Syndroms. Als zentrales Element des Beziehungsgeflechts lässt sich die selbstverstärkende Verknüpfung von Soziale und ökonomische Ausgrenzung , Zunahme nationaler Disparitäten , Bevölkerungswachstum , Intensivierung bzw. Ausweitung der Landwirtschaft und zunehmender Bodendegradation ( Fertilitätsverlust , Erosion ) ausmachen. In der Literatur zum Globalen Wandel wird vor allem der Zusammenhang zwischen Armut (bzw. Verarmung), Bevölkerungswachstum, Übernutzung von natürlichen Ressourcen, Umweltdegradation und weiterer Verschlechterung der ökonomischen und sozialen Lage hervorgehoben In dem Kontext des Sahel-Syndroms kann man hier auch einfacher von Armut sprechen. Matthias K.B. Lüdeke,

Konkreter formuliert sollen mit dem Syndromansatz die komplexen Vernetzungen des globalen Wandels auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen entschlüsselt werden. Nicht-nachhaltige Entwicklungsmuster sollen aufgezeigt werden, um so zur Operationalisierung des Nachhaltigkeitskonzeptes beitragen zu können. Außerdem sollen funktionale Muster innerhalb des globalen Wandels identifiziert werden.

Auf Grundlage dieser Erkenntnisse kann ein Orientierungsrahmen für die Politik geschaffen und ein lösungsorientiertes und präventives Arbeiten mit den Problematiken und Herausforderungen des Globalen Wandels ermöglicht werden.

Ein zentraler Punkt bei der Arbeit mit dem Syndromansatz ist die grafische Repräsentation der Vorgänge des globalen Wandels. Die nicht-nachhaltigen Entwicklungsmuster werden dabei als Symptome bezeichnet und in einem Wirkungsdiagramm dargestellt. Dieses Wirkungsdiagramm ist dabei in neun unterschiedliche Bereiche (Sphären) geteilt (Biosphäre, Atmosphäre, Hydrosphäre, Bevölkerung, Pedosphäre, Wirtschaft, Psychosoziale Sphäre, Gesellschaftliche Organisation & Wissenschaft/Technik).

Durch diese Vorstrukturierung wird der globale Wandel interdisziplinär und ganzheitlich betrachtet. Die Vernetzungen der Symptome können dabei lediglich als verstärkende, abschwächende oder unbekannte Relationen dargestellt werden (WBGU, 1996).

Um die komplexen Zusammenhänge einer globalisierten Welt verstehen zu können, reicht Fachwissen alleine nicht aus.

Schüler und Schülerinnen können sich erst an einer nachhaltigen Entwicklung beteiligen, wenn sie diese Zusammenhänge als vernetztes System erkennen und verstehen.

Eine intensivere Förderung der Systemkompetenz von Schülern und Schülerinnen rückt daher immer stärker in den Fokus. Die Reduktion unserer komplexen Umwelt auf einzelne, voneinander abgrenzbare und trotzdem in Verbindung stehende Systeme, wird mit dem Begriff Systemkompetenz  umschrieben.

Als geeignete Methode zur Förderung der Systemkompetenz gilt das Arbeiten mit bzw. das Erstellen von grafischen Systemrepräsentationen wie Concept-Maps, Wirkungsdiagrammen oder Syndromansätzen – einer Sonderform von Wirkungsdiagrammen.

Das besondere an den Syndromansätzen ist die Vorstrukturierung in unterschiedliche Sphären, wodurch das betrachtete System interdisziplinär und ganzheitlich betrachtet werden kann.

 

Für seine Promotionsarbeit erforscht Nicklas Müller den Einfluss der Syndromansatzmethode auf die Systemkompetenz von Lehramtsstudierenden.

Im INQUIRE for Teacher Students Seminar der Uni Bremen erstellten die angehenden Lehrkräfte im Wintersemester 2016/17 seminarbegleitend in kleinen Gruppen analoge Syndromnetze zu den Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversität in der Nordsee.

Nicklas Müller konnte mit seiner Datenauswertung aus dem Wintersemester 2016/17 zeigen, dass sich die analoge Erstellung der Syndromnetze als zu unflexibel herausstsellte. In den beiden darauffolgenden Semestern erstellten die Studierenden digitale Syndromnetze. Eine detaillierte Auswertung der digitalen Erstellungsprozesse zeigte, dass mit dem verwendeten Programm zur Erstellung gewisse Schwierigkeiten einhergehen.

Eine zentrale Erkenntnis aus der Datenauswertung war, dass ein Programm benötigt wird, welches speziell für die Erstellung und Bearbeitung von Syndromnetzen entwickelt wurde. Mit dieser Erkenntnis wurde Kontakt zu Prof. Dr. Rainer Koschke, Leiter der AG Softwaretechnik an der Uni Bremen, aufgenommen. Zusammen mit einem Programmierteam aus Informatikstudierenden wurde dann das Programm GraphIt entwickelt, welches nun kostenlos zum Download bereit steht. Die Basis für die Entwicklung des Programmes sind dabei die Erkenntnisse aus der Datenanalyse der Syndromerstellungen aus den Wintersemester 2017/18 und 2018/19, um eine möglichst intuitive und Benutzerfreundliche Bedienung sicherstellen zu können.

Die Systemkompetenz wird von einer Vielzahl an Autoren und Autorinnen als wesentliche kognitive Fähigkeit angesehen, um einer Nachhaltigen Entwicklung gerecht werden zu können:

Ben-Zvi Assaraf, O. & Orpaz, I. (2010). The “Life at the Poles” Study Unit: Developing Junior High School Students’ Ability to Recognize the Relations Between Earth Systems. Research in Science Education, 40(4), 525–549. https://doi.org/10.1007/s11165-009-9132-2

Bertschy, F. (2007). Vernetztes Denken in einer Bildung für eine nachhaltige Entwicklung. Dissertation. Verfügbar unter: http://www.ikaoe.unibe.ch/forschung/bineu/bertschy_diss.pdf

Fanta, D., Bräutigam, J., Greiff, S. & Rieß, W. (2017). Entwicklung und Validierung eines Messinstrumentes zur Erfassung von systemischem Denken bei Lehramtsstudierenden in ökologischen Kontexten. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 23(1), 241–259. https://doi.org/10.1007/s40573-017-0067-2

Rempfler, A. & Uphues, R. (2011). Systemkompetenz und ihre Förderung im Geographieunterricht. Geographie und Schule, 33(189), 22–33.

Rieß, W. & Mischo, C. (2008a). Entwicklung und erste Validierung eines Fragebogens zur Erfassung des systemischen Denkens in nachhaltigkeitsrelevanten Kontexten. In I. Bormann & G. Haan (Hrsg.), Kompetenzen der Bildung für nachhaltige Entwicklung (1. Aufl., S. 215–232). s.l.: VS Verlag für Sozialwissenschaften (GWV).

Rieß, W. & Mischo, C. (2010). Promoting Systems Thinking through Biology Lessons. International Journal of Science Education, 32(6), 705–725. https://doi.org/10.1080/09500690902769946

Rieß, W., Mischo, C. & Waltner, E.-M. (2018). Ziele einer Bildung für nachhaltige Entwicklung in Schule und Hochschule: Auf dem Weg zu empirisch überprüfbaren Kompetenzen. GAIA - Ecological Perspectives for Science and Society, 27(3), 298–305. https://doi.org/10.14512/gaia.27.3.10

Rost, J. (2005). Messung von Kompetenzen Gloabeln Lernens. Zeitschrift für internationale Bildungsforschung und Entwicklungspädagogik, 28(2), 14–19.

Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU). (1996). Herausforderung für die deutsche Wissenschaft. Jahresgutachten 1996 (Welt im Wandel, Bd. 1996). Berlin, Heidelberg: Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-80297-3

 

 

Dissertation zur Entwicklung von Systemkompetenz von Lehramtsstudierenden

Seit 2016 forscht Nicklas Müller im Rahmen seiner Dissertation zu der Entwicklung der Systemkompetenz von Lehramtsstudierenden. Ein wesentlicher Teil seiner Arbeit ist die Analyse des Einsatzes der Syndromansatzmethode in einem fachdidaktischen Seminar für angehende Biologielehrkräfte. Mit seiner Untersuchung konnte er zeigen, dass eine digitale Erstellung von Syndromnetzen große Vorteile gegenüber der analogen Variante aufweist.

Prof. Doris Elster

Prof. Dr. Doris Elster leitet die Arbeitsgruppe Biologiedidaktik der Universität Bremen und betreut die Dissertation von Nicklas Müller.

Softwareentwicklung GraphIt für Lehrkräfte

Der Syndromansatz wird als geeignete Methode empfohlen, um die Systemkompetenz im Sinne einer Bildung für nachhaltige Entwicklung zu fördern. Allerdings gab es kein geeignetes Programm, mit dem eine digitale Erstellung in didaktischen Veranstaltungen möglich gewesen wäre.

Bis zur Entwicklung der Software GraphIt!

GraphIt ist ein Programm, welches an der Universität Bremen in einer Kooperation zwischen den Fachbereichen 2 und 3 speziell für die Erstellung von Syndromansätzen entwickelt wurde. Dabei wurden in einer qualitativen Studie Erstellungsprozesse von Syndromnetzen mit einem bereits bestehenden Programm für die Gestaltung von grafischen Wirkungsdiagrammen videografiert und ausgewertet. Zusätzlich wurden die Ersteller und Erstellerinnen interviewt und zu ihren Erfahrungen mit der digitalen Erstellung von Syndromnetzen befragt.

Die Ergebnisse dieser Studie bilden die Basis für die Entwicklung von GraphIt.

    Ein Beispiel eines analog erstellten Syndromnetzes aus dem Wintersemester 2016/17
    Ein Beispiel eines analog erstellten Syndromnetzes aus dem Wintersemester 2016/17
    Beispiel eines digital erstellten Syndromnetzes aus dem Wintersemester 2017/18
    Beispiel eines digital erstellten Syndromnetzes aus dem Wintersemester 2017/18

    Im Rahmen seiner Dissertation wollte Nicklas Müller untersuchen, ob die Syndromansatzmethode eine geeignete ist, um die Systemkompetenz von Lehramtsstudierenden zu fördern. Im Wintersemester 2016/17 erstellten 22 Lehramtsstudierende in der Lehrveranstaltung „INQUIRE for Teacher Students“  in kleinen Gruppen seminarbegleitend analoge Syndomnetze. 

    Dafür platzierten sie mit Post-Its Symptome auf einem DIN-A3 Blatt, welches in 6 unterschiedliche Sphären vorstrukturiert war. Die dazugehörigen Relationen wurden mittels Bleistift platziert. Thematischer Inhalt war der Klimawandel und seine Auswirkungen auf die Biodiversität im Wattenmeer.

    Die Auswertung der Lehrveranstaltung zeigte, dass die Studierenden die analoge Erstellung als zu unflexibel und unübersichtlich empfanden. Die Studierenden platzierten recht schnell die von ihnen erkannten, nicht-nachhaltigen Entwicklungsmuster in Form von Symptomen. Die dazugehörigen Relationen wurden jedoch erst sehr spät integriert, weil eine nachträgliche Änderung der gezeichneten Relationen mit relativ viel Aufwand verbunden ist. Auch eine spätere Änderung des Verlaufs einer Relation war nur möglich, wenn die Relation zunächst radiert und dann neu gezeichnet wurde. Diesen Zusatzaufwand vermieden die meisten Gruppen, was dazu führte, dass der Verlauf der Relationen am Ende des Seminares nur mit viel Mühe nachzuvollziehen war. Dies erschwerte auch die Auswertung der Netze.

    17 der 22 Studierenden hätten eine digitale Erstellung der Netze bevorzugt. Daher erstellten die Teilnehmerinnen im Wintersemester 2017/18 digitale Syndromnetze. Dabei wurden alle Vorgänge auf dem Computerbildschirm, sowie die Gruppengespräche während der Erstellung aufgezeichnet, um den Prozess der Syndromerstellung bestmöglich dokumentieren und auswerten zu können. Zusätzlich wurden die Studierenden in Interviews zu der Erstellung der Syndromnetze näher befragt.

    Dabei gestaltete sich die Suche nach einem passenden Programm als schwierig. Zwar gibt es einige Programme, mit denen Wirkungsdiagramme erstellt werden können, allerdings kann bei fast keinem Programm der Hintergrund verändert und als Formatvorlage abgespeichert werden. Die ist allerdings nötig, um den Syndromansatz in die Sphären zu unterteilen. Bei dem Programm draw.io war dies möglich. Die Auswertung der Erstellungsvideos und Interviews aus der zweiten Welle und dritten Welle (Wintersemester 2017/18 & 2018/19) zeigte jedoch, dass die Studierenden mit verwendeten Programm unzufrieden waren. Sie bemängelten vor allem die komplizierte Benutzeroberfläche und die Unübersichtlichkeit der vom Programm  platzierten Verläufe der Relationen. Eine erste Analyse der Videos der Erstellungsprozesse zeigte, dass die Studierenden zu Beginn jedes Erstellungstermins viel Zeit benötigten, um sich wieder in die Bedienung des Programms einzufinden.

    Es konnte jedoch auch nach langer Suche kein Programm gefunden werden, welches besser geeignet war. Daher nahm Nicklas Müller im Dezember 2017 Kontakt zu Prof. Dr. rer.nat. Rainer Koschke auf. Als Leiter der Arbeitsgruppe Softwaretechnik an der Uni Bremen ist er unter anderem für das Bachelormodul Software-Projekt I und II zuständig. In diesem Modul erlernen die IT-Studierenden, wie sie in ein Programm nach den Wünschen eines Kunden entwickeln.

    Nachdem Nicklas Müller die Ergebnisse aus der zweiten Welle Herrn Koschke schilderte, wurde er eingeladen, als „Kunde“ bzw. Fallbringer an dem Modul teilzunehmen. Im Mai 2018 besuchte Nicklas Müller eine der ersten Vorlesungen des neuen Semesters und erklärte auch den ca. 200 Studierenden, was für ein Programm benötigt wird und welche Funktionen es haben soll. Dieser Termin simulierte ein erstes Treffen zwischen Kunde und Softwareentwicklern. Nach einem 20 minütigen Vortrag, in dem Nicklas Müller die Ergebnisse der zweiten Welle präsentierte, hatten die Studierenden die restlichen 70 Minuten Zeit, Fragen zu dem geplanten Programm zu stellen. Im Anschluss wurde ein konkreter Erwartungshorizont festgelegt, der unter folgendem Link einzusehen ist http://www.informatik.uni-bremen.de/st/Lehre/swpI_18/scheinbedingungen.html. In Kleingruppen setzten die Studierenden in den folgenden Monaten diesen Erwartungshorizont um und semesterbegleitend fanden weitere Termine statt, an denen Nicklas Müller und die Gruppen sich über das Projekt austauschten. Im März 2019 stellten die Gruppen ihre entwickelten Programme vor, von denen das Programm GraphIt der Gruppe Team Blank dem Erwartungshorizont am nächsten kam.

    Durch eine durch eine zentrale Forschungsförderung der Universität Bremen konnte das Programmierteam mit Hilfswissenschaftsverträgen ausgestattet werden. Dadurch war auch nach Beendigung der Softwareprojekte I und II eine Optimierung des Programmes möglich. Im Frühjahr 2021 wurden die letzten Zeilen Code geschrieben, sodass GraphIt nun zum Download zur Verfügung steht.

    Funktionsmodi der Software GraphIt

    Eine Vorlage im Ersteller-Modus.
    Abb. 1: Eine Vorlage im Ersteller-Modus. Auf der rechten Seite können die Rechte für Veränderungen im Bearbeitermodus eingestellt werden.

    Im Erstellermodus wird das Syndromnetz für die eigentliche Erstellung vorbereitet. Dieser Modus richtet sich somit primär an Lehrkräfte und Dozierende. Es wird eine Vorlage erstellt, in der die Anzahl, Form, Größe und Anordnung der Sphären ausgewählt wird. In einem weiteren Fenster kann festgelegt werden, ob die Einstellungen der Sphären im Bearbeitermodus verändert werden können (Abb. 1).

    Um eine Binnendifferenzierung zu ermöglichen, können im Erstellermodus bereits erste Symptome und Relationen integriert werden. Auch für diese Elemente festgelegt werden, ob der Titel, die Position oder das Layout im Bearbeitermodus verändert werden können. Die erzeugten Vorlagen können dann abgespeichert und beispielsweise von der Lehrkraft per Mail an die Schüler und Schülerinnen geschickt werden, wodurch auch ein dezentrales Bearbeiten möglich ist. Ein Abspeichern als PDF-Datei und ein direktes Ausdrucken aus dem Programm heraus ist ebenfalls möglich.

    Der Bearbeitermodus in GraphIt.
    Abb. 2: Der Bearbeitermodus in GraphIt.
    Ausgewählte Symptome werden hervorgehoben
    Abb. 3: Ausgewählte Symptome werden hervorgehoben

    in diesem Modus können erstellte Vorlagen bearbeitet und vervollständigt werden. Es kann aber auch ein neues Syndromnetz ohne vorgegebene Sphären erstellt werden. Das Bearbeiten zeichnet sich durch eine intuitive und leichte Bedienung aus. Ziel bei der Entwicklung des Programmes war eine möglichst übersichtliche Benutzeroberfläche zu gestalten, in der nur die wichtigsten Schaltflächen zu sehen sind. Gleichzeitig wird eine hohe gestalterische Freiheit ermöglicht, indem die Form, Größe, Farbe sowie die Position aller platzierten Elemente geändert werden können, falls dies durch die Vorgaberegeln nicht verhindert wird  (Abb. 2). Um die Übersichtlichkeit innerhalb des Syndroms zu erhöhen, wird der Verlauf der Relationen automatisch so gewählt, dass es möglichst wenige Überschneidungen gibt. Außerdem kann ausgewählt werden, welche Relationstypen sichtbar bzw. unsichtbar geschaltet werden sollen. Auch kann festgelegt werden, welche Symptome hervorgehoben oder ausgeblendet werden sollen (Abb. 3).

    Das Syndrometz kann abgespeichert und zu einem weiteren Zeitpunkt erneut bearbeitet werden. Die Abgespeicherte Datei kann auch von weitergeleitet werden, sodass eine Bearbeitung von einem anderen PC aus möglich ist. Das Programm enthält ein Benutzerhandbuch, in dem die einzelnen Funktionen detailliert beschrieben sind. GraphIt kann sowohl in deutscher als auch englischer Sprache benutzt werden.

    Der Analysemodus
    Abb. 4: Der Analysemodus

    In diesem Modus kann das Syndromnetz näher analysiert werden. Es wird die Anzahl der Relation und Symptome angezeigt, sowie der Vernetzungs- und Strukturindex angezeigt.  Zusätzlich können verschiedene Analyse-Optionen ausgewählt werden. So kann beispielsweise der kürzeste Weg zwischen zwei Symptomen, alle Kreisläufe, Pfeilketten oder kon- bzw. divergenten Verzweigungen gehiglightet werden (Abb. 4). Außerdem kann der gesamte Bearbeitungsprozess im Verlaufsfenster nachvollzogen werden. Das Platzieren von Sphären, Symptomen und Relationen wird mit einer Zeitangabe dokumentiert und kann anschließend als Textdokument abgespeichert werden.

    Gute Gründe für den Einsatz von GraphIt im Unterricht

    • Intuitive, einfache Bedienung
    • Grosse Übersichtlichkeit
    • Speichern und Versenden möglich
    • Dokumentation in Datenbank
    • Ausgabe als Textdatei möglich
    • Vorlagenerstellung zur Binnendifferenzierung möglich
    • Verschiedene Analyseoptionen verfügbar,
      z.B. stark vernetzte Symptome, Kreisläufe, kürzeste Verbindung

    Software-Entwicklungsteam

    Marcel Steinbeck (M.Sc.) ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Softwaretechnik und hat die Studierenden während der Entwicklung von GraphIt unterstützt.

    Prof. Dr. rer. nat. Rainer Koschke ist der Leiter der Arbeitsgruppe Softwaretechnik (FB03) an der Universität Bremen und verantwortlich für die Veranstaltung „Softwareprojekt 1“, in der Informatikstudierende eine erste Version des Programmes GraphIt erstellt haben.

    Kostenloser Download

    Das Progamm GraphIt können Sie hier kostenlos downloaden.

    Das Programm läuft sowohl auf Microsoft Windows, MacOS, als auch auf Linux Betriebssystemen. Um GraphIt installieren zu können, muss eine gültige Version von Java 8 oder höher installiert sein.