牧仁教育│教育中心

科學問題解決法:如何用系統性思維解決複雜問題?

圖片展示一幅抽象風格的數位協作概念插畫,一名女子站在齒輪上,手持平板電腦並指向虛擬界面,象徵決策或技術互動。旁邊一名男子盤腿坐著,專注於筆記型電腦,周圍環繞著流程圖、數據框架與連接線條,代表數位工作流程與團隊合作。

複雜問題的本質使其對傳統問題解決方法構成重大挑戰。這些問題的特徵在於包含大量相互作用的組成部分,使其難以通過簡單的線性方法進行預測和控制。這些問題內部的錯綜關係和回饋循環意味著,在某個領域採取的行動可能在其他領域產生深遠且往往難以預測的後果。例如,試圖解決貧困這類社會問題時,需應對經濟因素、教育機會、醫療服務及社會結構之間的複雜網絡。同樣,應對氣候變化等環境挑戰需要理解大氣條件、人類活動、經濟因素和政治決策之間的相互作用。這些問題往往隨著時間演變,適應干預措施和外部影響,且很少能通過簡單、即時可用的解決方案加以解決。事實上,若缺乏對其潛在系統結構的深入理解,試圖解決複雜問題可能會無意中加劇問題或產生新的、未預見的困難。

複雜問題的固有動態性和相互聯繫性要求採用一種能有效應對這些特徵的問題解決方法。系統思維提供了一個強大且有紀律的框架,用於分析和解決這類挑戰。它超越直覺和猜測,通過特定的方法和工具將問題分解為其組成部分,並理解將這些部分聯繫在一起的複雜關係。這種結構化方法有助於更全面且細緻地理解問題空間。

在系統思維領域中,系統思考(systems thinking)作為一種特別有力的視角脫穎而出。它通過將問題視為更廣泛、動態系統的一部分,而非孤立事件,提供整體視角。系統思考並非僅專注於孤立分析單個組成部分,而是強調理解產生系統可觀察行為的聯繫、關係、互動和相互依賴的網絡。例如,在商業環境中,產品推出的成功不僅取決於產品本身的質量,還受市場策略、供應鏈效率、客戶回饋機制及競爭壓力的影響。這種從單個元素轉向其相互作用所產生的關係和模式的焦點轉移,是有效應對複雜性的基礎。複雜系統的行為並非其各部分的簡單總和,而是從這些部分如何互動和相互影響中湧現的屬性。理解這些湧現屬性對於識別有效的干預點和預測系統內行動的潛在後果至關重要。

本文旨在全面探討如何利用系統思維,特別是系統思考,有效應對和解決複雜問題。它將深入探討系統思考的核心原則和概念,探索其實踐應用的各種方法和工具,討論傳統線性思維在複雜場景中的固有局限性,強調系統思考在進行有效根本原因分析中的關鍵作用,詳述採用系統方法解決問題的眾多益處,並通過不同領域的真實案例展示其成功實施。最終,本文旨在提供對如何培養系統思考心態並應用其原則,以應對科學和現實世界中複雜挑戰的深入理解。

系統思考的基礎:核心概念與原則

系統思考的核心代表了一種心智框架和實踐方法,使個人成為更有效的問題解決者。它涉及視角的根本轉變,促使我們不將世界視為孤立實體的集合,而是視為相互聯繫和相互依賴元素的複雜網絡。這種思維方式鼓勵對促成任何特定結果的因素和互動進行整體調查。系統思考並非將複雜性分解為孤立的可管理部分,而是強調探索複雜系統內的相互關聯部分、邊界及多樣化視角。它是一門強調理解整體而非僅個別部分的學科,並認識隨時間變化的模式而非靜態快照。

系統思考的基礎建立在若干指導其應用的核心原則之上。相互聯繫性是一個基本原則,主張系統內的一切都與其他元素相連並依賴其生存或運作。這一原則要求從線性的因果思維轉向對系統內關係的循環理解。認識這一複雜的關係網絡至關重要,因為問題及其潛在解決方案很少是孤立事件。在相互聯繫的系統中某部分採取的行動可能在整個系統中產生連鎖效應,這凸顯了考慮任何干預措施更廣泛影響的重要性。

另一核心原則是整體性(或稱綜合性),強調同時理解整個系統及其各部分的並存重要性,以及塑造系統動態的關係和聯繫。這一原則與傳統分析形成對比,後者通常將複雜性分解為更小、更易管理的部分。系統思考提倡「見林又見樹」,同時理解單個樹木及其在更大生態系統中的互動。有效的問題解決需要對系統的廣泛概覽以及對其組成部分及其在整體中角色的詳細理解。

湧現性是另一個關鍵概念,強調從系統內較小部分的互動中自然產生更大的結果和現象。系統整體往往展現出單獨檢查其個別組成部分時不顯而易見的屬性。例如,蟻群的複雜行為從單個螞蟻的相對簡單互動中湧現。認識湧現性有助於理解看似簡單的規則或互動如何導致複雜且有時令人驚訝的系統級結果。

回饋循環也是系統思考的核心。這些是系統內的循環過程,其中某部分的輸出影響其輸入。回饋循環可以是強化型,放大系統內的變化,或平衡型,抵消變化並促進穩定。例如,在市場經濟中,對某產品的需求增加可能導致生產增加,進而進一步刺激需求,形成強化循環。相反,競爭加劇可能導致價格降低,從而減少盈利能力和生產,這展示了一個平衡循環。理解這些回饋循環的性質和動態對於預測系統如何回應內外部變化至關重要。

邊界的概念也至關重要。系統具有定義其內部與外部的邊界。這些邊界可以是有形的,如組織的物理範圍,或更具概念性,如特定項目的範圍。邊界的定義方式可能顯著影響我們對問題及潛在解決方案的理解。仔細考慮在哪裡劃定這些界線有助於集中解決問題的努力和管理固有的複雜性。

最後,系統思維認識到系統存在於更大的系統中,形成嵌套的相互連結的層次結構。。公司內的一個部門是一個系統,運作於整個組織這個更大系統內,而後者可能是更廣泛行業生態系統的一部分。認識這些嵌套層次有助於理解更廣泛的背景和可能影響問題的外部因素。系統邊界外的因素可能施加顯著影響,考慮這些更大系統可以揭示額外的槓桿點或限制,否則可能被忽視。

分析複雜問題中的相互聯繫性:解開關係與依賴性

系統思考提供了一個強大的框架,通過聚焦於複雜問題內存在的錯綜關係和依賴性網絡來剖析問題。它提供了超越將問題視為孤立事件的獨特視角,而是強調所涉及元素的相互聯繫和相互依賴性質。這種整體方法特別擅長解開多面向問題,突出往往驅動系統行為的聯繫和相互依賴性。系統思考不尋求單一的線性原因,而是鼓勵探索系統內各因素如何以往往是循環的方式相互影響。

這一分析的關鍵方面涉及對複雜問題的每個互動組成部分提出基本問題:這個組成部分影響什麼?什麼影響它?。這種探究方式有助於繪製系統內影響流的圖譜,揭示可能產生連鎖效應的潛在干預點。系統思考促使我們超越問題顯現的直接範圍,尋找可能存在於系統看似遙遠部分的因果和潛在解決方案。此外,它鼓勵批判性地檢查改變系統邊界的定義如何改變我們對問題的理解。

回饋循環在理解系統內相互聯繫性中扮演關鍵角色。在這些循環中,一個元件的輸出直接影響另一個元件的輸入,從而創建因果鏈,隨著時間的推移推動系統的行為。通過繪製強化循環(放大變化)和平衡循環(抵消變化),我們可以開始識別表徵系統動態的潛在模式。這些模式可能表現為常見的系統原型,如「增長極限」或「轉嫁負擔」,為系統性問題提供寶貴洞察。分析這些回饋機制可以讓我們看到相互聯繫性如何隨著時間的推移轉化為動態行為。

可視化這些複雜聯繫往往對於清楚理解系統的相互聯繫性至關重要。系統映射工具(Systems mapping tools,包括叢集圖(cluster maps)和互聯圓圈圖(interconnected circles maps),是識別和繪製系統內各元素及其之間關係的無價工具。特別是因果映射(Causality mapping,提供了系統內變量、其聯繫及因果影響方向的可視化表示。這一過程揭示了通過更線性分析可能不明顯的系統連通性鏈,支持對連鎖效應和回饋動態的更深入理解。通過使這些複雜關係更具體化,系統映射促進利益相關者之間的共享理解,並有助於識別關鍵的干預和分析領域。

使用系統思考進行系統性問題解決的方法:框架與方法

幾種已建立的方法提供了將系統思維應用於解決問題的結構化方法。其中一個框架是系統性思考六步法(Six Steps to Thinking Systemically,為應對複雜問題提供了實用的路線圖。過程從講述故事開始,重點在於通過審視整個系統並收集所有相關利益相關者的觀點,全面理解問題。這一初始步驟通常使用概念圖來可視化表示系統的元素及其關係。下一步是繪製隨時間變化的行為 (BOT Behavior Over Time) ,該圖追蹤特定時期內問題的行為以識別趨勢和模式。這種可視化表示有助於超越當前情況的快照,理解其演變。隨後,團隊制定聚焦陳述,清晰簡潔地表達解決問題的目標及其發生的根本原因。第四步是識別系統的結構,包括其行為模式,通常使用系統原型來獲得更深入的洞察。然後,過程深入探討問題,通過澄清系統的目的、利益相關者的主流心理模型、更廣泛的系統背景及情況中的個體角色。最後,團隊利用這些步驟獲得的知識,計劃干預策略,修改系統內相關部分和聯繫,以實現期望的行為並長期解決問題。這種迭代方法提供了一個從理解問題到設計有效解決方案的結構化方式。

另一個強大的方法是系統思考與建模(ST&M- Systems Thinking and Modeling)方法,提供了一個更正式和量化的方法。該框架包括五個不同但相互關聯的階段:

  1. 問題結構化,涉及定義情況並收集初始數據;
  2. 因果循環建模,創建概念模型以展示關鍵變量之間的關係;
  3. 動態建模,專注於開發模擬模型以測試各種政策和策略;
  4. 情景規劃和建模,在不同外部條件下評估這些政策;
  5. 以及實施和組織學習,涉及傳達結果並促進組織內的學習。

ST&M方法強調使用建模和模擬作為理解複雜系統行為和測試不同干預潛在影響的強大工具,在現實世界實施之前進行。

認識到複雜問題往往涉及人類行為和社會動態,結合系統思考與以人為中心的設計的綜合方法可能特別有效。這種方法將系統思考的分析工具與以人為中心的設計的創意和同理心方法相結合,確保解決方案不僅在系統上合理,還能滿足系統內人們的需求、動機和行為。通過以人的視角看待問題,同時考慮更大的系統背景,這種綜合方法旨在開發既有效又負責任的解決方案。

最後,聖吉的五項修練(Senge’s Five Disciplines提供了一個全面的框架,用於培養能夠應對複雜挑戰的學習型組織。該模型確定了五個關鍵修練:

  1. 系統思考,作為整合其他修練的基石,強調系統的相互聯繫性;
  2. 個人精進,涉及持續澄清和深化個人願景及對現實的理解;
  3. 心理模型,專注於反思和挑戰內部假設和概括;
  4. 共同願景,涉及圍繞期望的未來狀態建立群體承諾;
  5. 以及團隊學習,集中於轉化對話和集體思考技能。

聖吉的框架強調個人發展和組織學習在培養系統思考文化中的重要性,從而帶來更具洞察力和有效的問題解決。

理解和可視化系統的工具:映射複雜性

多種工具和技術可用於幫助理解和可視化複雜系統,從而實現更徹底的相互聯繫性和動態分析。因果循環圖(CLDs- Causal Loop Diagrams是一種強大的工具,用於可視化表示構成系統的回饋關係。這些圖表展示了系統內不同變量如何隨時間相互影響,通過識別強化循環(放大變化)和平衡循環(抵消變化)。通過映射這些回饋機制,CLDs提供了對系統動態行為的寶貴洞察,並有助於識別潛在的干預槓桿點以及預測意外後果。

系統圖,包括叢集圖和互聯圓圈圖等形式,提供了系統結構的更廣泛視角。這些可視化表示概述了系統的關鍵組成部分、其屬性、功能及其之間的複雜相互關係。叢集映射適用於初步探索,允許自由聯想系統元素並映射其聯繫,而互聯圓圈圖則促進對系統內關係和因果效應的更深入分析。最終,系統圖有助於建立對系統架構的共享理解,並識別潛在的策略干預領域。

為了理解系統行為如何隨時間展開,隨時間變化的行為(BOT)圖是無價的。這些圖表將特定變量與時間繪製在一起,揭示靜態視圖可能不明顯的模式和趨勢。通過可視化關鍵指標的歷史行為,BOT圖有助於識別相關性,理解過去干預的影響,並為未來預測提供信息。

冰山模型(Iceberg Model提供了一個隱喻框架,用於理解系統運作的不同層次。它表明我們觀察到的可見「事件」只是冰山一角,更深層次包括模式和趨勢、潛在系統結構以及塑造這些結構的心理模型。該模型鼓勵對問題進行更深入的分析,促使我們深入表面之下,識別驅動觀察症狀的根本原因。

對於數量和累積很重要的系統,存量與流量圖(Stock and Flow Diagrams提供了強大的工具。這些圖表識別系統內的存量(代表系統內的積累)和流量(代表這些存量隨時間變化的速率)。通過映射存量與流量之間的關係,這些圖表提供了一個量化框架,用於建模系統動態並理解積累如何回應流入和流出。

除了這些核心工具外,系統思考還可使用多種其他技術。豐富圖片(Rich PicturesCATWOE有助於從不同視角理解問題。心智圖(Mind Maps概念圖Concept Maps有助於整合來自不同來源的知識並結構化理解。貝葉斯信念網絡(Bayesian Belief Networks提供了一種使用概率建模相互關係的統計方法。個體為本模型(Agent-Based Modeling社交網絡分析(Social Network Analysis有助於探索系統內的個體和群體行為。RACI圖表等實用工具可以澄清決策過程中的角色和責任。認識常見系統原型(System Archetypes可以提供對行為重複模式的洞察。最後,模擬模型(Simulation Models允許在虛擬環境中測試政策和實驗不同情景。這一多樣化的工具包使從業人員能夠從多個角度和不同細節層次分析複雜問題,滿足不同系統和問題背景的具體需求。

線性思維在複雜場景中的局限性:為何還原論不足以應對

傳統問題解決往往依賴線性思維,假設事件之間存在直接的因果關係。然而,複雜系統的特徵在於循環因果和複雜的回饋循環,其中效應本身可能成為原因,這是線性模型根本無法捕捉的動態。這種對線性的依賴可能導致對複雜問題的不完整理解,進而導致無效甚至適得其反的解決方案。通過忽視複雜系統固有的相互聯繫性和回饋機制,線性方法往往僅處理症狀而非潛在的根本原因。

傳統方法的另一個顯著局限性是其還原論(Reductionism傾向。還原論思維涉及將系統分解為其個別組成部分並孤立地分析它們。雖然這對於理解各個部分本身很有用,但它往往忽略了這些組件之間相互作用而產生的新特性。在複雜系統中,整體確實大於其各個部分的總和,僅專注於單個元素可能無法掌握系統的整體行為和動態。

此外,線性方法往往難以應對在相互聯繫的系統中進行干預時經常出現的意外後果。由於複雜系統涉及關係網絡,某個領域採取的行動可能在系統其他部分產生深遠且往往未預見的影響。看似簡單或僅解決當前問題的解決方案可能無意中在其他地方創造新的、甚至更嚴重的問題。未能考慮這些更廣泛的影響是線性思維的一個重大缺陷。

最後,當面對慢性、系統性問題時,線性問題解決往往僅產生臨時修補或權宜之計。這些表面解決方案傾向於處理問題的中間原因,但無法解決深植於系統結構中的根本原因。因此,潛在問題持續存在,往往以不同形式或更強烈的程度再次出現。系統性問題的本質要求系統性解決方案,解決驅動問題行為的根本結構和關係,這是線性思維通常無法達到的分析層次。

系統思考用於有效的根本原因分析:揭示系統性根源

系統思考為進行有效的根本原因分析(RCA – Root Cause Analysis)提供了強大的視角,將焦點從識別個人責任轉向理解促成問題的更廣泛背景和系統因素。這種方法認識到單一動作和錯誤通常發生在影響這些動作的系統內,而不是孤立事件。透過強調系統背景,系統思維可以指導根本原因分析超越直接觸發因素,深入研究可能導致或促成問題的底層組織結構、政策和流程。

通過系統視角進行的有效根本原因分析旨在識別系統性原因,促成問題的根本結構、政策和程序,而不僅僅關注即時或表面因素。這些系統性原因往往潛伏於組織文化、基礎設施以及工作設計和管理方式之中。揭示這些更深層根源需要整體分析,超越簡單識別誰犯了錯誤,而是理解為什麼系統允許錯誤發生。解決這些潛在原因對於實施更具影響力和可持續的解決方案,防止問題再次發生至關重要。

系統思考提供了可在根本原因分析過程中有效使用的寶貴工具。問題樹(Problem Trees因果循環圖(Causal Loop Diagrams特別有助於可視化不同問題之間的相互聯繫,並識別系統內變革的潛在槓桿點。同樣,系統映射工具可以幫助揭示系統的複雜動態和相互聯繫性,有助於識別通過線性分析可能不明顯的根本因果關係。這些工具促進了對促成問題的因素網絡的更全面理解,超越線性因果思維,轉向對系統影響的更細緻理解。

運用系統思考進行根本原因分析的領導者會提出專注於系統背景和潛在流程的問題,而不是立即將問題歸因於個人行動。重點從簡單詢問事件「如何」展開,轉向探究「為什麼」系統允許失敗發生。這類問題鼓勵對可能影響事件的組織和環境因素進行更深入調查,最終導致更徹底和有效的根本原因分析。

系統方法解決問題的益處:長期影響與整體解決方案

採用系統方法解決問題帶來眾多益處,特別是在應對複雜挑戰時。一個顯著優勢是理解長期後果的能力。系統思考通過考慮系統內的相互聯繫性和回饋循環,有助於預測干預措施的潛在長期影響。這種更廣泛的時間視角允許開發更可持續且不太可能產生未來意外負面結果的解決方案。通過認識行動如何可能隨時間在系統中產生連鎖效應,我們可以超越短期修補,追求更持久的解決方案。

另一個關鍵益處是避免意外後果的能力。通過映射系統內的關係和流動,系統思考有助於在決策和干預早期識別潛在的負面副作用。這種主動方法允許進行調整,最大限度減少在解決現有問題時創造新問題的風險。考慮更廣泛的系統及其相互聯繫性提供了超越即時和預期效果的更全面的潛在結果評估。

系統思考還能識別系統變革的槓桿點 。通過理解複雜系統的潛在結構和動態,我們可以精確定位特定領域,在這些領域中,針對性的干預可以以相對較少的努力帶來顯著且持久的變化。系統內並非所有行動都有相同的影響,系統思考有助於將問題解決努力集中在最有效的領域。

此外,系統方法促進多元利益相關者之間的協作和共理解 。系統思考的整體視角為理解複雜問題和識別共同目標提供了共同框架。透過促進對系統及其內部相互關係的共同理解,系統思維促進了更有效的溝通和合作,以找到解決方案。協作建模和使用視覺圖使利益相關者能夠考慮多維影響和相互依賴性,從而產生更全面且廣泛接受的解決方案。

最後,系統思考促進創新和適應性 。通過揭示系統內的隱藏聯繫和潛在協同效應,系統視角鼓勵創造性問題解決,並開發更具適應性和韌性的解決方案,以應對複雜挑戰。理解系統動態允許設計靈活的解決方案,能夠隨時間適應變化條件。

現實世界的應用與案例研究:系統思考的實踐

系統思考的原則和方法已在眾多領域成功應用,以應對複雜問題。在醫療保健領域,系統思維已被證明在應對多方面挑戰方面具有重要價值,例如透過考慮健康的社會決定因素和整合複雜的治療計劃來改善患者治療結果。在COVID-19大流行期間,系統方法對於理解複雜的社會影響和健康差距至關重要,為更有效的應對策略提供了信息。此外,通過系統思考,慢性疾病如心力衰竭的管理得到了顯著改善,專注於全面的患者教育和早期識別高危人群。

商業領域,系統思考為應對組織複雜性和實現戰略目標提供了強大的框架。組織利用這種方法通過整體分析而不是孤立關注單個組件來優化複雜的供應鏈。促進變革管理過程也從系統思考中受益匪淺,使領導者能夠預測組織變革的連鎖效應和意外後果。此外,系統思考指導了可持續商業實踐的發展,使公司能夠理解經濟、社會和環境因素的相互聯繫性。

環境管理是系統思考至關重要的另一個領域。應對氣候變化的全球挑戰需要理解其對各種系統的深遠影響,包括食品安全和水資源。有效管理重要水資源需要考慮人類活動與自然環境之間的複雜相互關係。此外,系統思考有助於識別各種社會和環境問題的根本原因,為開發更有效和可持續的解決方案鋪平道路。

教育領域也採用系統思考來提升學習和組織效能。教育工作者利用這種方法通過認識學校系統內各元素的相互聯繫性來改善學生參與度和整體成果。課程設計通過融入系統思考原則得到加強,創造更連貫和整合的學習體驗,突出不同概念的相互聯繫性。此外,通過系統視角教學培養學生的問題解決和批判性思維技能,使他們能夠對複雜問題形成整體理解。

除了這些主要領域外,系統思考在許多其他領域也取得了成功應用。在汽車產業,通用汽車(GM)和豐田汽車為重振陷入困境的汽車廠而展開的聯手努力,展現了系統性變革相對於單純關注個體績效的變革力量。Amar Bose開發降噪耳機的突破性成就展示了系統導向思維如何通過仔細考慮系統內所有元素的相互作用來優先考慮長期優化。這些涵蓋廣泛行業和部門的多樣例子凸顯了系統思考作為應對各種現實世界複雜挑戰的強大方法的通用性和有效性。

結論:擁抱系統思考心態應對複雜世界

本文探討了系統思考作為解決複雜問題的強大方法的基礎原則和方法。我們考察了相互聯繫性、整體性、湧現性、回饋循環和邊界等核心概念,並深入研究了實用方法,如系統性思考六步法、ST&M方法、聖吉的五項修練模型以及系統思考與以人為中心設計的整合。此外,我們強調了一系列用於理解和可視化系統的寶貴工具,包括因果循環圖、系統圖、隨時間變化的行為圖、冰山模型和存量與流量圖。

系統思考的力量在於其提供對複雜問題的整體理解,超越了傳統還原論方法的局限性。通過考慮系統內的錯綜關係和依賴性網絡,我們獲得了對行為潛在驅動因素的更深入洞察,並能識別更有效和可持續的解決方案。傳統線性思維在面對複雜系統的動態和相互聯繫性質時往往不足以應對。擁抱系統視角使我們能夠避免僅處理症狀的簡單解決方案的陷阱,這些方案往往導致意外後果。

採用系統方法解決問題的益處是多方面的。它使我們能夠預測長期後果,避免意外結果,精確定位系統變革的槓桿點,促進多元利益相關者之間的協作,並在複雜性面前激發創新和適應性。系統思考在醫療、商業、環境管理、教育及各個其他領域的現實應用凸顯了其多功能性和有效性,用於應對複雜挑戰。

在日益相互聯繫和快速演變的世界中,系統思考的能力不僅是有利的,而是必不可少的。我們鼓勵個人、組織和政策制定者培養系統思考心態,並利用其強大的工具和方法來應對各行業面臨的複雜挑戰。通過擁抱系統思考的原則,我們可以走向對世界更細緻和全面的理解,從而做出更明智的決策,實施更具影響力的干預措施,並最終實現更可持續和有韌性的未來。

Tags: