Hard- und Software-Ergonomie
2. Menschliche Faktoren interaktiver Systeme
(Abschnitte 2.3)
Prof. Dr.-Ing. Thomas Herrmann
Informations- und Technikmanagement
Institut für Arbeitswissenschaft, Ruhr-Universität Bochum
www.imtm-iaw.rub.de
2
2.3 Kognitionspsychologie
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6
2.3
Aufmerksamkeit
Wissensrepräsentation
Gedächtnis
Gedächtnisabruf
Problemlösen
Differenzierung kognitiver Ebenen
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012
2
Aufmerksamkeitssteuerung - auditiv
2.3.1
Fragestellung: Wo wird gefiltert
Erster Ansatz: hauptsächlich anhand der Nervenbahnen (z.B.
linkes vs. Rechtes Ohr)
Revision: es wird auch anhand semantischer Kategorien
gefiltert.
Dämpfung: Ein Teil der Reizsignale wird nicht weggefiltert,
sondern nur gedämpft und sind bei Bedarf der
Aufmerksamkeit zugänglich.
Gegentheorie: Alles bleibt ungedämpft – Filterung findet erst
statt bei der Frage, worauf man reagiert.
Anderson 73ff
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3
2.3.1
Aufmerksamkeitssteuerung - visuell
Aufmerksamkeit ist nicht auf die Fovea begrenzt.
Aufmerksamkeit wird auf einen Fokus konzentriert. Dieser
Fokus kann im visuellen Feld hin- und herbewegt werden.
Durch Aufmerksamkeitsprozesse hat man Zugriff auf
Informationen, die dann weiterverarbeitet werden 
Metapher des Kurzzeitgedächtnisses
Ohne Aufmerksamkeit verblassen die Informationen,
Merkmalskombinationen gehen verloren (z.B. Farbe und
Form).
Aufmerksamkeit kann geübt werden:
Automatisierte Prozesse (z.B. Worterkennung) vs.
kontrollierte (bewusstseinspflichtige) Prozesse
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Anderson 79ff
4
2.3.1
Visual Acuity
Bereich maximaler Aufmerksamkeit für das Wahrgenommene
5°
3213123
54321212345
6543211123456
765432101234567
6543211123456
54321212345
3213123
7
Reihen
15 Zeichen
42 mm
bei 475 mm
Augenabstand
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5
Randfeld vs. Zentrum der Aufmerksamkeit
2.3.1
• Das Randfeld gibt Information, worauf man
sich konzentrieren sollte.
• Jede Veränderung im Randfeld zieht
Aufmerksamkeit auf sich.
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6
Aufmerksamkeitssteuerung - Doppelaufgaben
2.3.1
Bei Doppelaufgaben (z.B. zwei überblendete Videos) kommt
es zu Störungen und erhöhter Anstrengung, wenn die
Aufmerksamkeit geteilt werden muss.
Bei zwei aufeinander folgenden Reaktionen kann die erste
die zweite stören (1-Kanal-Theorie)
Konflikte sind durch das Ausmaß des Zugriffs auf die gleiche
Ressource bestimmt (Multiple Ressourcen Theorie)
Anderson 98ff
Doppelaufgaben können genutzt werden um die
Beanspruchung durch eine Aufgabe zu messen, indem man
feststellt, inwieweit eine Standardaufgabe gestört wird.
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7
Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1
2.3.1
Anderson 104
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8
Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 2
2.3.2
Verbale und visuelle Repräsentationen werden auf
unterschiedliche Art und Weise verarbeitet.
Und eignen sich je nach Aufgabe unterschiedlich gut.
Anderson 105
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9
Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1
2.3.1
Anderson 104
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10
Konzeptgesteuerte Wahrnehmung und Farbe
2.2.2
Auch die Wahrnehmung von Farben hängt z.T. von dem
ab, was im Gedächtnis gespeichert ist und nicht von den
tatsächlichen Reizen.
(Tomaten werden i.d.R. als roter wahrgenommen als sie
tatsächlich sind.)
Wahpsy 58ff
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11
Stroop-Effekt
Bitte lesen Sie laut die dargestellten Wörter:
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12
Stroop-Effekt
Bitte benennen Sie die dargestellten Farben:
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13
Aufmerksamkeit
Fokussierte Aufmerksamkeit erfordert kontrollierte
Verarbeitung
Beispiel:
Schwierigkeiten bei zwei parallelen, konkurrierenden
automatisierten Verarbeitungsprozessen:
Farbwörter werden in „falscher“ Farbe dargestellt;
Folge: Versuchspersonen benennen die Darstellungsfarbe verzögert
und fehlerhäufig
Grund: im Auswertungsprozess wird zuerst das Muster als Folge von
Buchstaben identifiziert und damit ein automatischer Prozess des
Lesens angestoßen, der von der Farbdarstellung abstrahiert;
bei der Testaufgabe muss dieser Prozess jedoch unterdrückt werden
(Stroop, 1935)
Quelle und weitere Beispiele unter
http://www.kommdesign.de/texte/stroop.htm#6
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14
Bitte betrachten Sie das Wort, das gleich
erscheint, aber ohne es zu lesen!
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15
Unmöglich
...... oder?
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16
Automatisierte Prozesse
•Es ist praktisch unmöglich ein bekanntes Wort zu sehen und es nicht
zu lesen.
•Automatische Prozesse zeichnen sich dadurch aus, dass die
Ausführung nur schwer verhindert werden kann
•Das Lesen eines Wortes ist ein so stark automatisierter Prozess, dass
es schwierig ist, ihn zu unterdrücken. Dieser automatisierte Prozess
interferiert mit der Verarbeitung anderer Information, die sich auf das
Wort bezieht Beispiel: Stroob-Effekt (Farb-Wort-Interferenz)
•.
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17
Vor- und Nachteile der automatisierten
Verarbeitung?
Ist das immer möglich?
Welche Nachteile gehen damit einher, welche Vorteile?
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18
Kontexteffekte
Wenn wir einen bestimmten Reiz wahrnehmen,
den wir mit Hilfe mehrerer unterschiedlicher
Schemata interpretieren könnten, durchforsten
wir den unmittelbaren Kontext nach
Informationen.
•Kontext schafft Erwartungen, von denen unsere
Wahrnehmungen geleitet werden
•Ein emotional getönter Kontext kann unsere
Interpretation des Verhaltens anderer Menschen
und unser eigenes beeinflussen.
•Wahrnehmungsset und Kontexteffekte gehen
eine Wechselwirkung ein und tragen dazu bei,
dass wir unsere Wahrnehmungen konstruieren.
Nach: Adrian Schwaninger
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21
Das verfolgte Monster wird
kleiner und oft ängstlich
wahrgenommen.
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22
Aufwand bei Operationen auf mentalen Repr.
Wenn man Operationen
(Rotation, Scannen) an
mentalen Repräsentationen
ausführt, so scheinen diese
Operationen analog zu
Operationen an physikalischen
Objekten zu verlaufen!
2.3.2
Experiment mit einer fiktiven
Landkarte
Entsprechend verhält sich der
zeitliche Aufwand für die
Durchführung der Operationen
Scannen mentaler Bilder wird
durch Interferenzen behindert,
wenn gleichzeitig räumliche
Strukturen der Umgebung
verarbeitet werden
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Anderson 108-114
23
Hierarchische Struktur mentaler Vorstellungen
2.3.2
Visuelle Vorstellungen sind hierarchisch strukturiert. Dabei
sind Teile der visuellen Vorstellung oder Chunks innerhalb
größerer Teile oder Chunks organisiert.
Wenn man in der Vorstellung die relative Lage zweier Orte
zueinander beurteilen soll, so zieht man als Grundlage die
relative Lage übergeordneter Gebiete heran.
Beispiel:
Welches ist die nördlichste deutsche Großstadt, die gerade
noch südlich von London liegt.
Anderson 119ff
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24
2.3.3
Gedächtnis
Das Behalten von Gedächtnisinhalten nimmt in den ersten
Minuten und Stunden drastisch ab – dieser Effekt wird nach
längeren Zeitintervallen schwächer.
Anderson 167f
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25
2.3.3
Kurzzeit- vs. Langzeitgedächtnis
Sensorischer
Speicher
Aufmerksamkeit
Kurzzeitgedächtnis
Memorieren
Langzeitgedächtnis
Im Kurzzeitgedächtnis können ca. 7 Items abgespeichert
werden.
Anderson 169f
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26
Kurzzeit- vs. Langzeitgedächtnis - Experiment
2.3.3
Proband hört Reihe aus 200 dreistelligen Zahlen. In variierendem
Abstand erfolgt eine Zahlenwiederholung, die erkannt werden muss.
Gemessen wird die Wahrscheinlichkeit p, dass eine „alte Zahl“ korrekt
erkannt wird.
Miller 7+-2
http://books.google.de/books?hl=de&lr=&id=4NJxqrv40kC&oi=fnd&pg=PA207&dq=%22the+magical+number+s
even%22&ots=85h_yUl1lN&sig=ZHSHWODbqZgetRQJBlMSbquQ
oGg#v=onepage&q=%22the%20magical%20number%20seven%2
2&f=false
Anderson 170f
Kurzzeit
Langzeit
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27
The magical number Seven plus or minus two
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28
Ähnliche Grenze in verschiedenen
Wahrnehmungsbereichen
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29
Kurzzeitgedächtnis - Kritik
2.3.3
Annahme:
Je länger etwas im Kurzzeitgedächnis war – durch häufiges Wiederholen
– desto besser wird es memoriert.
Gegen-Befund: Die Memorierungsleistung hängt von der
„Verarbeitungstiefe“ ab, also vom aktiven Einordnen des zu
Memorierenden in bestehende Repräsentationen.
Gegenmodelle:
Artikulatorische Schleife und räumlich visueller Notizblock:
Beides hilft uns, um Informationen für die Verarbeitung (z.B.
Kopfrechnen) verfügbar zu halten. Es ist keine Verweildauer erforderlich,
um ins Langzeitgedächtnis zu gelangen!
Kapazität ist begrenzt durch das, was man in einer gegebenen Zeiteinheit
artikulieren oder mental skizzieren kann.
Anderson 172f
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30
Artikulatorische Schleife - Beispiel
2.3.3
Leserate und korrekte
Gedächtnis-Wiedergabeleistung korrelieren
Screen-Items (z.B. beim
Menü) gut und schnell
lesbar benennen.
z,.B.: Laub, Spuk, Beil, Duft, Wahn
Vs.
Lokomotive, Marionette, Autobahneinfahrt,
Aussichtsturm, Belagerungszustand
Anderson 172f
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31
Langzeitgedächtnis: Aktivation und Stärke
2.3.3
Aktivation: Wie häufig und mit welcher Wahrscheinlichkeit
wird auf einen Gedächtnisinhalt „zugegriffen“
Stärke: Wie stark – und insbesondere wie schnell – erfolgt
die Aktivation.
Die Aktivationsstärke hängt von der Häufigkeit und dem
Zeitpunkt des letzten Abrufs ab.
Durch Übung eines Gedächtnisinhalts steigt dessen Stärke
nach einer Potenzfunktion  nach mehrfachem Üben bedarf
eine Verbesserung des Gedächtniseffektes eines immer
größeren Übungsaufwandes.
Anderson 172f
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32
Potenzfunktion des Lernens
2.3.3
T = Wiedererkennungszeit gelernter Sätze
P = Übungsmenge
-0,24
T = 1,40 P

logT = 0,34 – 0,24 log P
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Anderson 184
33
2.3.3
Aktivationsausbreitung
Wird ein Item dargeboten, so breitet sich nach der Netzwerktheorie die
Aktivation von dem zugehörigen Begriff zu weiteren, mit dem Begriff
assoziierten Gedächtnisinhalten aus.
Anderson 180f
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34
2.3.3
Lernen und Verarbeitungstiefe
Wenn Inhalte elaborativ verarbeitet werden, dann werden sie
besser behalten.
(z.B. Lernen von selbst formulierten statt vorgegeben Sätzen, Lernen von
Sätzen, die auf dem Kopf stehend gedruckt sind)
Die Verarbeitungstiefe und nicht die Absicht zu lernen
bestimmt den Umfang des Erinnerns.
Lerntechniken, die das Generieren und das Beantworten von
Fragen umfassen, führen zu besseren Resultaten.
Anderson 187ff
 Wenn mit multimedial präsentierten Material keine
vertiefenden Bearbeitungsaktivitäten erfolgen, ist der
Lerneffekt schlechter als wenn man ein Skript selbst
mitschreibt.
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35
Generieren vs. Lesen
2.3.3
Auch Lesen hat einen
positiven Lerneffekt,
aber einen geringeren
als Generieren.
 Konsequenz für
Lernförderlichkeit in der
M-C-I, z.B. beim
Erlernen von
FunktionstastenKombinationen
Anderson 189
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36
2.3.4
Gedächtnis – Behalten und Abruf
Gedächtnisinhalte gehen i.d.R. nie verloren, können aber
- bei Vergessen - nicht mehr abgerufen.
Potenzgesetz des Vergessens: Wert der Behaltensleistung
(d) entspricht einer Potenzfunktion mit dem
Verzögerungswert (V) als Basis. Er gibt die Zeitspanne
zwischen Erlernen und Abruf an.
Der Exponent (n) ist i.d.R. negativ und liegt im Intervall [0,1]
 d.h. die Behaltensleistung nimmt in der ersten Zeit nach
dem Erlernen rapide und dann immer langsamer ab.
d = CVn (C ist eine Konstante)
Anderson 189
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37
Behalten und Abruf - Störeffekte
2.3.4
Werden zu einem Stimulus zusätzliche Assoziationen
gelernt, so kann dies ein Vergessen alter Assoziationen
bewirken.
Je mehr Fakten mit einem Begriff assoziiert sind, desto
länger dauert der Abruf jedes einzelnen Faktums.
Das Vergessen wird sowohl durch den Zerfall der Stärke
einer Spur, als auch durch Interferenzen mit anderen
Gedächtnisinhalten produziert.
Das Lernen von redundantem Material stört nicht, sondern
kann den Abruf verbessern.
Anderson 200ff
Sollte bei der Konzeption von Menü-Items berücksichtigt
werden.
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38
Inferenzen: Kontext und Schemata
2.3.4
Inferenzen: Wenn man versucht, sich an Gelerntes zu
erinnern, so benutzt man die direkt abrufbaren Inhalte, um
das zu erschließen, was man noch gelernt haben könnte.
Schemata helfen beim Aufbau von Inferenzen, wenn
Gelerntes wiedergegeben werden soll.
Die Gedächtnisleistung erhöht sich, wenn die externalen
Kontexte der Lern- und der Abrufsituation übereinstimmen.
Gedächtnisleistung für Wörter steigt, wenn die Wörter im
selben Kontext abgerufen werden, in dem sie gelernt
wurden.
Anderson 207ff
Hilfestellungen für bereits Gelerntes müssen anders
konzipiert werden als für noch nicht Gelerntes.
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39
Problemlösung mit Operatoren
2.3.5
Zum erfolgreichen Problemlösen müssen Probleme so
repräsentiert werden, dass angemessene Operatoren
Anderson 257ff
angewandt werden können.
 Aufgabe von Virtual Reality ist es, diese Repräsentation
und auch den für Abruf von Erlerntem förderlichen Kontext
darzustellen.
Funktionale Fixierung: Objekte werden in ihrer üblichen
Problemlösefunktion repräsentiert, wodurch das Erkennen
neuer Funktionen verhindert wird.
 In den letzten Jahren wird zunehmend versucht, den
emotionalen Zustand bei der M-C-I zu erfassen und zu
berücksichtigen.
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40
Beispiel für funktionale Fixierung
2.3.5
Zum erfolgreichen Problemlösen müssen Probleme so
repräsentiert werden, dass angemessene Operatoren
Anderson 259
angewandt werden können.
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41
Bewusst vs. nicht bewusstseinspflichtig
2.3.6
Attentional Mode (bewusstseinspflichtig)
• Aufmerksam, sequenzielles Vorgehen
• Ressourcen intensiv (zeitaufwendig, starke mentale
Anstrengung)
• Problemlösen in neuen Situationen
Schematic mode (nicht bewusstseinspflichtig)
• Bedarf keiner Aufmerksamkeit, parallel, schnell
• Wenig Anstrengung
• Leistungsstark in vertrauten Situationen, aber wenig
effektiv in unerwarteten Situationen
Yoshikawa fig. 2.2
Fehler entstehen bei der M-C-I auf beiden Ebenen
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42
2.3.6
Übergang zum Automatic Mode
Attentional Mode ->
Lernen
->
Schematic Mode
(Automatic Mode)
1.Alles was man ständig wiederholt lernt man!
2.Man kann nicht etwas bewusst nicht lernen!!
 Problem bei sicherheitskritischen Dialogen.
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43
2.4 Zeichentheorie und Sprache
2.4
Wird im jeweiligen Kontext erklärt!
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44
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Kapitel 2 – Teil 3 - Lehrstuhl für Informations