Kognition
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Kognition Overview • • • • • • • • Kognition vs. Wahrnehmung Kurzzeitgedächtnis (KZG) Arbeitsgedächtnis Langzeitgedächtnis (LZG) Mental Model / Metapher Aufmerksamkeit / Affordance Distributed & External Cognition Richtlinien: – GOMS – Fitt’s law – Hick’s law © Möller 2 Quelle: Motschnig + Figl Kognitive Psychologie • kognoscere=erkennen • … hat jene Strukturen und Prozesse zum Gegenstand, welche zwischen „Reizaufnahme“ und „Verhalten“ liegen bzw. mit den Strukturen und Repräsentationen der Kognition in Zusammenhang stehen. • Kognitive Prozesse u. Strukturen – Wahrnehmung (sensation: Wahrnehmung im Sinne von Eindruck, Perzeption: Wahrnehmung im Sinne von Begreifen) – Mustererkennung – Aufmerksamkeit – Lernen, Gedächtnis, Erinnern – Begriffsbildung, Denken – Vorstellungsbilder, Sprache – Bewusstsein, Emotionen – Entwicklungsprozesse © Möller 3 Quelle: Motschnig + Figl Menschliche Informationsverarbeitung © Möller 4 Quelle: Psychologie, Zimbardo Was ist das Gedächtnis? • Aktiv wahrnehmendes kognitive System, das Information aufnimmt, enkodiert, modifiziert und wieder abruft • Die Fähigkeit sich zu erinnern erfordert – Enkodieren: erstmalige Verarbeitung von Informationen – Speichern: Aufbewahrung von Informationen – Abrufen (retrieval) : Wiederauffinden der gespeicherten Information Reaktionen der VP Darbietung der Informationen Behaltensintervall (t) R Zeitachse Enkodierung Repräsentation & Speicherung © Möller Abruf 5 Visuelle Wahrnehmung • visuelle Wahrnehmung ‘passiert einfach’ • Augen sind keine passiven Sensoren, sondern pre-process Informationen • kann nicht vergessen oder verlernt werden • Optische Täuschung – widersprüchliche Informationen – overloading des visuellen systems © Möller 6 Visuelle Wahrnehmung vs. visuelle Kognition 0.5-1s 1-10s J. Koenderink, ‘‘Awareness’’, http://www.gestaltrevision.be/en/resources/clootcrans-press © Möller 7 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Gedächtnisstufen in der Wahrnehmung © Möller 8 Overview • • • • • • • • Kognition vs. Wahrnehmung Kurzzeitgedächtnis (KZG) Arbeitsgedächtnis Langzeitgedächtnis (LZG) Mental Model / Metapher Aufmerksamkeit / Affordance Distributed & External Cognition Richtlinien: – GOMS – Fitt’s law – Hick’s law © Möller 9 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Sensorisches Kurzzeitgedächtnis • Speichert die Signale der Sensoren • Struktur: First In First Out (FIFO) • Ca. 1 Sekunde lang Zugriff • Originalreiz wird genau wiedergegeben. • Ohne sie würden wir Reize nur so lange hören oder sehen wie sie physikalisch vorhanden wären - nicht lange genug um sie zu erkennen und weiterzuverarbeiten. © Möller 10 Quelle: Motschnig + Figl Beispiele © Möller 11 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Beispiele • Partyeffekt – Im allgemeinen Gesprächsrauschen einer Party wird man aufmerksam, nachdem man seinen Namen gehört hat, obwohl man dem Sprecher gar nicht zugehört hat. • Brummen eines Kühlschranks – Hört man nachträglich, nachdem er ausgegangen ist. Das plötzliche Fehlen des Geräuschs macht aufmerksam, worauf quasi der Inhalt des sensorischen Kurzzeitgedächtnisses nochmals auf wichtige Informationen durchsucht wird. © Möller 12 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Veränderungsblindheit • Psychologe Kevin O'Regan (2005) – Wenn Zwischen den beiden zu vergleichenden Bildern oder Darstellungen kurzzeitig eine Störung wie beispielsweise ein komplett helles Bild gezeigt wird, sind Änderungen nur noch sehr schwer zu erkennen, selbst wenn sie größere Teile des Bildes betreffen. – Da Änderungen so nicht mehr wahrgenommen werden, nennt er den Effekt change blindness oder Veränderungsblindheit. © Möller 13 Quelle: Ronald Rensink, University of BC, Vancouver, Canada Beispiel © Möller 14 Quelle: Ronald Rensink, University of BC, Vancouver, Canada Beispiel © Möller 15 Quelle: Ronald Rensink, University of BC, Vancouver, Canada Beispiel © Möller 16 © Möller 17 Quelle: Ronald Rensink, University of BC, Vancouver, Canada Beispiel © Möller 18 Quelle: Ronald Rensink, University of BC, Vancouver, Canada Beispiel © Möller 19 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Kurzzeitgedächtnis bzw. Arbeitsgedächtnis • Das Kurzzeitgedächtnis ist so etwas wie der Arbeitsspeicher des Gehirns und damit des Wahrnehmungsapparates. • Die Dinge und Objekte, mit denen wir uns gerade im Geiste beschäftigen, auf die wir uns konzentrieren, werden hier gespeichert. • Damit werden die „Gegenwart“ und das Bewusstsein definiert • Durch selektive Wahrnehmung und Aufmerksamkeit sowie Mustererkennung gelangen sensorische Erinnerungen ins Kurzzeitgedächtnis. (Zimbardo) © Möller 20 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Kontext • Das Kurzzeitgedächtnis definiert den Kontext • Kann dazu verwendet werden, den Anwender in die gewünschte Denkrichtung zu schicken – Bsp: „Sie kennen sich aus in Mathematik/ Zahnmedizin/ Botanik, was ist eine Wurzel?“ – Bsp: Interpretation als 13 oder als B je nach Erwartung einer Zahl oder eines Buchstabens • Bei der Gestaltung eines Programms – Den Kontext des Benutzers stets beachten – Passende Funktionen anbieten – Entsprechende Rückmeldungen geben © Möller 21 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Kapazität • Das Kurzzeitgedächtnis ist schnell zugreifbar • Hat eine kurze Behaltensdauer (ca. 20 sec.), die sich durch bewusste Aufmerksamkeit (z.B. erhaltendes Wiederholen) ausdehnen lässt (Zimbardo) • Hat eine begrenzte Kapazität • Die Kapazität wollen wir durch ein Experiment ermitteln: – Merken Sie sich die Zahlen auf der nächsten Folie, die für 1 Minute gezeigt wird. – Dann schreiben Sie alle auf, die sie behalten haben – Dann vergleichen Sie wieder mit der Folie und zählen Sie die richtig behaltenen © Möller 22 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Kapazität - Experiment © Möller 23 Quelle: Psychologie, Zimbardo Die magische Zahl Sieben (George Miller, 1956) • Die 7 Tage der Schöpfung…die 7 Weltwunder… • Die Kapazität des KZG ist typischerweise: – 7 +/- 2 Elemente • Keine kulturellen Grenzen: afrikan. Stammeshistoriker können Sagen von 12000 Wörtern rezitieren, gehen jedoch nur 7 Generationen zurück • Einheiten können sich jedoch der Größe nach unterscheiden: chunks • Bsp: 1980 statt 1, 9, 8, 0 © Möller 24 Overview • • • • • • • • Kognition vs. Wahrnehmung Kurzzeitgedächtnis (KZG) Arbeitsgedächtnis Langzeitgedächtnis (LZG) Mental Model / Metapher Aufmerksamkeit / Affordance Distributed & External Cognition Richtlinien: – GOMS – Fitt’s law – Hick’s law © Möller 25 Quelle: Motschnig + Figl Arbeitsgedächtnis nach Baddeley (1974) • präziseres Modell des Kurzzeitgedächtnisses • Im Gegensatz zu früheren Modellen ist KZG kein einheitliches System • Untersuchungen zeigten, dass es z.B. möglich ist, mehrere Aufgaben unterschiedlichen Typs gleichzeitig auszuführen, z.B. Rechnen komplexer Aufgaben und das Merken von Wortreihen • Hingegen können aber Aufgaben des gleichen Typs nur sehr schlecht parallel ausgeführt werden phonologische Schleife visuell- räumlicher Notizblock Zentrale Exekutive © Möller Prof. Alan D. Baddeley (geb. 1934) 26 Quelle: Motschnig + Figl Visuell- räumlicher Notizblock • Pattern recognition span: Matrix aus verschiedenfarbigen Zellen muss kurz gespeichert werden und wird mit 2.Matrix verglichen © Möller 27 Quelle: Motschnig + Figl Visuell- räumlicher Notizblock • Ist Matrix dieselbe? © Möller 28 Quelle: Motschnig + Figl Kopfrechnen • Was ist 37*28 ? © Möller 29 Quelle: Wikipedia Zentrale Exekutive • Beispiel: Lösung der Multiplikationsaufgabe 37*28 im Kopf • zwei Lösungsstrategien: – Aufgabe sich bildlich vorstellen und man rechnet quasi so, als würde man die Aufgabe schriftlich lösen (Einbeziehung des visuell-räumlichen Notizblocks) – Aufgabe sich selbst immer wieder vorsprechen und berechnet, ständig verbalisierend, Schritt für Schritt (Einbeziehung der phonologischen Schleife). • Die zentrale Exekutive hat dabei die Aufgabe zu speichern, was überhaupt die Aufgabe ist, Informationen aus dem LZG abzurufen (zum Beispiel, dass 7*8 = 56), sich Überträge zu merken (zum Beispiel die 5 aus 56) und schließlich zu verfolgen, wie weit die Lösung der Aufgabe fortgeschritten ist (Anderson, 2001) © Möller 30 Quelle: Prof. Andreas Heinecke. Skript zur Vorlesung MCI. Interne Codes des Gedächtnisses • Unterschiedliche Codierungen für unterschiedliche Objekte – Geometrische Objekte in räumlichem Zusammenhang – Wörter als Ketten (in Leserichtung) • Unterschiedliche Erkennungsleistungen – besser, wenn die Anordnung der Codierung entspricht • Bestätigung der Forschungsarbeiten durch Untersuchung der Blutzufuhr im Gehirn – unterschiedliche Hirnregionen sind bei der Verarbeitung verbaler und räumlicher Informationen involviert – nachweisbar durch Veränderung der Durchblutungsintensität © Möller 31 Quelle: Prof. Andreas Heinecke. Skript zur Vorlesung MCI. Folgerungen für Bildschirmgestaltung • Verbalobjekte linear in Zeilen und Spalten anordnen – möglichst in Leserichtung (kulturspezifisch) • grafische Elemente in gleichbleibender geometrischer Anordnung präsentieren – nicht unbedingt an Zeilen und Spalten gebunden – aber: Gestaltgesetze beachten © Möller 32 Quelle: Motschnig + Figl KZG-Folgerung: Blindschreiben • Aufmerksamkeit durch KZG bestimmt • 10-Fingersystem -> mehr Aufmerksamkeit für Text © Möller 33 Overview • • • • • • • • Kognition vs. Wahrnehmung Kurzzeitgedächtnis (KZG) Arbeitsgedächtnis Langzeitgedächtnis (LZG) Mental Model / Metapher Aufmerksamkeit / Affordance Distributed & External Cognition Richtlinien: – GOMS – Fitt’s law – Hick’s law © Möller 34 Quelle: Psychologie, Zimbardo Aufbau des Langzeitgedächtnisses • Das LZG hat vermutlich unbegrenzten Speicherumfang und Speicherdauer. • Informationen im LZG gehen nicht vollständig verloren, sondern sind mehr oder weniger abrufbar (zugänglich). • ACT-Modell von Anderson (Adaptive Control of Thought, 1985) – 2 Hauptbestandteile: deklaratives und prozedurales Gedächtnis (Produktionengedächtnis) LZG Deklaratives Wissen Episodisches Gedächtnis Prozedurales Wissen Semantisches Gedächtnis © Möller 35 Quelle: www.psychologie.uni-heidelberg.de/ae/allg/lehre/050602_Gedaechtnis.ppt Episodisches Gedächtnis • Gedächtniselemente mit Raum-Zeit Bezug • Speichert autobiographische Informationen Ausflug ins Weltall Erster Schultag © Möller Familienausflug Erstes Date Erster Tanzkurs 36 Quelle: www.psychologie.uni-heidelberg.de/ae/allg/lehre/050602_Gedaechtnis.ppt Semantisches Gedächtnis • Kategorische Erinnerungen, Bedeutungen von Wörtern und Begriffen, Formeln, Fakten Tadsch Mahal = in Indien, Agra Bedienungswissen über Icons oder Menüaufbau © Möller Satz des Pythagoras 37 Quelle: www.psychologie.uni-heidelberg.de/ae/allg/lehre/050602_Gedaechtnis.ppt Prozedurales Gedächtnis • Abläufe laufen automatisch ohne weiteres Überlegen ab, nur wenn Ablauf ungewohnt, schaltet sich bewusstes Überlegen ein • Bsp: Schreiben eines Textes, Kopfrechnen, Gestalten einer Benutzungsoberfläche, sämtliche motorische Fertigkeiten, direkt gekoppelte Folgen von Funktionsaufrufen, über Tastatur, Menüs oder Dialoge • Konsistente Interaktionsgestaltung wichtig für effizientes Arbeiten Radfahren Kochen © Möller Textbearbeitung 38 Quelle: Motschnig + Figl Gedächtniseffekte • Enkodierspezifität – Verbesserter Abruf von Gedächtnisinhalten, wenn der Kontext des Abrufs mit dem der Enkodierung übereinstimmt – Das betrifft den äußeren Kontext sowie innere, emotionale Zustände – Bsp: Den Briefträger würde man auf einer Privatparty nicht so schnell erkennen wie in der Postfiliale – Beleg: klassisches Experiment von Godden und Baddeley (1975), in dem Taucher Wortlisten an Land oder unter Wasser lernten bzw. erinnerten. • Serieller Positionseffekt – Primacy- Effekt: zuerst genannte Informationen werden besser erinnert – Recency-Effekt: zuletzt wahrgenommene Informationen werden besser erinnert © Möller 39 http://www.psych-methoden.uni-koeln.de/veranstaltungen/allgemeine/gedaechtnis/vorlesung/Gedaechtnis-Vorlesung-03.pdf Recognition ist einfacher als Recall! • Freies Reproduzieren (Reproduktion, free recall) – die gelernten Informationen müssen ohne Hilfe aus dem Kopf wiedergegeben werden • Wiedererkennen (Rekognition, recognition) – aus einer vorgegebenen Liste müssen die korrekten Items wiedererkannt werden – Liste enthält auch falsche Items, so genannte Distraktoren • HCI-Folgerungen: – sinnvolle Befehlsnamen – Auswahlmenüs © Möller 40 www.id-book.com Das Problem mit ‘7±2’ • George Miller’s (1956) Theory wieviel Informationen sich Menschen merken können • die Kapazität des Gedächtnisses its sehr beschränkt • Designers glauben dies ist sehr nützlich für das Gestalten von GUIs • Aber… © Möller 41 www.id-book.com Falsche Interpretationen … • • • • • Nur 7 Optionen im Menu Nur 7 Icons in einer tool bar max. 7 Punkte in einer Liste max. 7 Punkte in einem pull down menu max. 7 tabs auf einer Webseite. • Aber dies ist falsch — Warum? © Möller 42 www.id-book.com Warum? • Falsche Anwendung der Theory • Man kann Listen von Stichworten, Tabs, und Menueinträgen scannen für die Info die man braucht • kein Grund diese vom Gedächtnis aufzurufen • Trotzdem — eine kleine Zahl von Dingen ist gut • hängt von Aufgabe und Bildschirmgrösse ab © Möller 43 Gute Beispiele für 7+/- 2: chunking https://www.interaction-design.org/literature/book/the-glossary-of-human-computer-interaction/chunking © Möller 44 Gute Beispiele für 7+/- 2: chunking https://www.interaction-design.org/literature/book/the-glossary-of-human-computer-interaction/chunking © Möller 45 www.id-book.com Digital content management • ein wachsendes Problem für Viele – mehr und mehr Dateien (Dokumente, Bilder, Musikdateien, Videos, Emails, Bookmarks, etc.) – wenn erst einmal gespeichert — erinnern wie diese hiessen und wo gespeichert – mit Namen versehen ist am meist verbreitete Methode – damit aber schlecht wiederauffindbar (speziell wenn man 100erte oder 1000ende Dateien hat) – Wie kann man da Abhilfe schaffen (unter Berücksichtigung der kognitiven Fähigkeiten)? © Möller 46 www.id-book.com Digital content management • Gedächtnis involviert 2 Prozesse – Recall-orientiertes und Recognitionorientiertes scanning • File management Systeme sollten beide Fähigkeiten berücksichtigen – z.B. Suchbox und History Liste • Hilfe durch verschiedene Markierungen – z.B. Farbe, Flags, Bilder, Tags, Zeitstempel, etc. © Möller 47 www.id-book.com Ist Apple’s Spotlight Suchagent nützlich? © Möller 48 Overview • • • • • • • • Kognition vs. Wahrnehmung Kurzzeitgedächtnis (KZG) Arbeitsgedächtnis Langzeitgedächtnis (LZG) Mental Model / Metapher Aufmerksamkeit / Affordance Distributed & External Cognition Richtlinien: – GOMS – Fitt’s law – Hick’s law © Möller 49 Quelle: Motschnig + Figl Kognitive Strukturen der Gedächtnisrepräsentationen – – – – – – Begriffe Propositionen semantische Netzwerke, Hierarchien Schemata Skripts (Ereignis-Schemata) Vorstellungsbilder und kognitive Landkarten • John Anderson (1990): Das deklarative Wissen eines Menschen stellt ein Netzwerk dar. Das Netzwerk besteht aus den grundlegenden Wissenseinheiten, also aus Propositionen, bildhaften Vorstellungen und EreignisSchemata. Schemata bilden in diesen Netzwerken die nächst höhere Kategorisierung der grundlegenden Wissenseinheiten. © Möller 50 wwweickel.in.tum.de/lehre/Seminare/Proseminar/WS00/vortrag3/vortrag.ppt Reaktion in HCI • Priming in Menüs: Ähnliches zusammenfassen • verstärkt noch durch Trennlinien, Beispiele Times New Roman Matisse itc Arial Black Courier New -----------------------Fett Kursiv Unterstrichen Schattiert Fett Arial Black Times New Roman Courier New Unterstrichen Kursiv Matisse ITC schattiert © Möller 51 www.id-book.com Problem-solving, planning, reasoning and decision-making • Alle gebrauchen reflective Kognition – z.B. Nachdenken was tun, welche Optionen man hat, und was die Konsequenzen sind • benutzt oft Bewusstseinsprozesse, Diskussionen mit anderen (oder sich selbst), die Benutzung von Artefakten – z.B. Karten, Bücher, Stift & Papier • Könnte verschiedene Szenarien durchdenken und die beste Option © Möller 52 www.id-book.com Design implications • Bereite mehr Informationen / Funktionen für Benutzer bereit wenn mehr Details zu gewissen Aktivitäten verlangt wird • Benutze einfache rechnergestützte Hilfe für schnelle Entscheidungsfindung und Planung für Benutzer die unterwegs sind © Möller 53 www.id-book.com Mentale Modelle • Nutzer entwickeln ein Verständnis für ein System in dem sie es benutzen oder darüber lernen • Wissen ist dabei oft beschrieben durch ein Mentales Model: – Wie man das System benutzt (was kommt als Nächstes) – Was macht man mit unbekannten Systemen oder Situationen • Menschen leiten von Mentalen Modellen ab wie man gewissen Aufgaben bewältigt © Möller 54 www.id-book.com Mentale Modelle • Craik (1943) beschreibt Mentale Modelle als: – interne Konstrukte von Aspekten der externen Welt um Vorhersagen zu treffen • involviert bewusste und unterbewusste Prozesse – Bilder und Analogien sind aktiviert • tiefgehende und oberflächliche Modelle – z.B. wie man ein Auto fährt und wie es funktioniert © Möller 55 www.id-book.com Tägliche Entscheidungen und Mentale Modelle • An einem kalten Wintertag kommst Du nach Hause. Wie kannst Du Deine Wohnung so schnell wie möglich erwärmen? Das Thermostat sollte so weit wie möglich aufgedreht werden oder auf die richtige Temperatur eingestellt werden? • Du kommst ausgehungert nach Hause. Im Kühlschrank ist nur eine Pizza auffindbar. Diese muss noch mit Deinem elektrischen Ofen aufgebacken werden. Wärmst Du den Ofen erst auf 220 Grad auf und tust dann die Pizza rein (wie Instruktionen es verlangen) oder drehst Du den Ofen auf heiser um die Pizza schneller zu wärmen? © Möller 56 www.id-book.com Aufwärmen eines Raumes/Ofens kontrolliert durch ein Thermostat • Viele Menschen haben ein fehlerhaftes Mentales Modell (Kempton, 1996) • Warum? – Allgemeine Ventil-theory: das Prinzip ‘Mehr ist mehr’ wird generalisiert auf verschiedene Dinge (z.B. Gaspedal, Gasherd, Radio Lautstärke, etc.) – Thermostate basieren auf dem An/Auf Schalter Model © Möller 57 www.id-book.com Aufwärmen eines Raumes/Ofens kontrolliert durch ein Thermostat • ähnliches gilt für das Verständnis von interaktiven Geräten und Computer: – schlecht, oft unvollständig, leicht verwechselt, basierend auf falschen Analogien und Aberglaube (Norman, 1983) – z.B. Lift / Fußgängerampel — viele Menschen drücken den Knopf mind. zweimal – Warum? Man denkt dadurch geht es schneller. © Möller 58 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Metaphern • Metapher: Übertragung mentaler Modelle auf andere Anwendungsbereiche • angewendet z.B. bei der Gestaltung von Benutzungsschnittstellen • Bekannte Konzepte, meistens der realen Welt, übertragen in die virtuelle Welt der Software • WIMP-Konzept: – „Window“, „Icon“, „Menu“, „“Pointing device“ – bezeichnet die derzeit dominierenden Grundkonzepte moderner grafischer Benutzungsschnittstellen – Dateien beispielsweise werden als grafische Objekte dargestellt, die in die Hand genommen und von einem Ordner in einen anderen verschoben werden können. © Möller 59 Quelle: http://mitschau.edu.lmu.de/video_online/vorlesungen/wise2006_2007/mensch_maschine/index.php Metaphern: Scrollbar • Scrollbar: – Aufwärtsbewegung der Scrollbar – Abwärtsbewegung des Dokuments © Möller 60 Quelle: http://mitschau.edu.lmu.de/video_online/vorlesungen/wise2006_2007/mensch_maschine/index.php Metaphern: Hand • Hand: – Aufwärtsbewegung der Scrollbar – Aufwärtsbewegung des Dokuments © Möller 61 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Metaphern - Konsistenz • Allerdings muss man bei der Gestaltung von Metaphern auf der Hut sein: • Die Analogie von realem und virtuellem Objekte sollte so konsistent wie möglich in der gesamten Anwendung durchgehalten werden. – Dateien oder Datensätze sollten immer durch Ablegen auf einem Papierkorb gelöscht werden. – Das Öffnen einer Datei sollte immer auf die gleiche Art und Weise geschehen – Immer zu einem ähnlichen Ergebnis führen, meistens dem Aufruf der damit verbundenen Applikation. © Möller 62 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Metaphern - Grenzen • Ein echtes Blatt Papier, das einer Datei entspricht, lässt sich nicht so einfach duplizieren und in mehrfachen Versionen in verschiedenen Ordnern ablegen. • Diese Unterschiede müssen dem Anfänger auf jeden Fall mitgeteilt werden. • Sonst entstehen Missverständnisse, die zu Verwirrung oder sogar zu Datenverlust führen können – Arbeit an verschiedenen Kopien der Datei – So verschwinden immer wieder Daten unerklärlicherweise © Möller 63 Quelle: Wikipedia Kognitive Landkarten • sind stark schematisierte Repräsentationen unserer Umwelt • Typische Verzerrungen: – Begradigung: "Krumme" Landschaftsmerkmale (Flüsse, Straßen) werden in der geistigen Vorstellung begradigt – Rechte Winkel: Wir neigen dazu, uns Kreuzungspunkte rechtwinklig vorzustellen – Einordnung: Der Landschaft wird eine klare Nord-SüdOst-West-Ausrichtung gegeben – Verzerrung: Gegenden, die man kennt, nehmen in der kognitiven Karte mehr Raum ein und sind detaillierter abgebildet als fremde Räume © Möller 64 Kognitive Landkarten London Subway Map, 1927 © Möller 65 Kognitive Landkarten Harry © Beck, Möller1933 66 Overview • • • • • • • • Kognition vs. Wahrnehmung Kurzzeitgedächtnis (KZG) Arbeitsgedächtnis Langzeitgedächtnis (LZG) Mental Model / Metapher Aufmerksamkeit / Affordance Distributed & External Cognition Richtlinien: – GOMS – Fitt’s law – Hick’s law © Möller 67 © Möller 68 © Möller 69 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Aufmerksamkeit • Die Aufmerksamkeit – Der Augenblick – Das Bewusstsein • Wird durch das Kurzzeitgedächtnis – Seinen Inhalt und – Seine Kapazität bestimmt • Bedienung von Geräten, einer Website oder eines Buchhaltungsprogramms – Aufmerksamkeit immer nur auf eine Handlung © Möller 70 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Mentale Belastung • Entweder auf die Aufgabe konzentrieren • Oder auf die Bedienung der Benutzungsschnittstelle – Beispiel: Autofahren • Anforderungen an den mentalen Aufwand zur Benutzung so gering wie möglich – Weniger Fehler – Mehr erledigte Arbeit – Weniger Anstrengung resultiert. © Möller 71 Inattentional Blindness Daniel J. Simons and Daniel T. Levin, Failure to detect changes to people during a real world interaction, 1998 © Möller 72 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Überlastung • Nur auf eine einzige Aufgabe konzentrieren • Zu viele Informationen aufzunehmen – Über verschiedene Kanäle – Unter hohem psychischem Druck • Überflüssige Informationen – Zu viele und überladene Menüs • Vermeidung von mentaler Überlastung – Zufriedenheit des Benutzers gesteigert – Fehler vermieden. • Kapitel 7 Normen und Gesetze • Kapitel 8 Richtlinien © Möller 73 Wachsamkeit • Entdeckung von nicht oft auftretenden Zielen – Radar oder Röntgen Monitore auf Flughäfen • Wickens 1992: – nimmt stark über die erste Stunde ab – Müdigkeit hat einen stark negativen Einfluss – benötigt signifikante kognitive Ressourcen; Nebentätigkeiten nicht möglich – irrelevante Signale reduzieren die Leistung • Hilfe: – wiederholte Erinnerung des Zieles © Möller 74 www.id-book.com Attention • Selecting things to concentrate on at a point in time from the mass of stimuli around us • Allows us to focus on information that is relevant to what we are doing • Involves audio and/or visual senses • Focussed and divided attention enables us to be selective in terms of the mass of competing stimuli but limits our ability to keep track of all events • Information at the interface should be structured to capture users’ attention, e.g. use perceptual boundaries (windows), colour, reverse video, sound and flashing lights © Möller 75 www.id-book.com Activity: Find the price for a double room at the Quality Inn in Pennsylvania a © Möller 76 www.id-book.com Activity: Find the price of a double room at the Holiday Inn in Columbia © Möller 77 www.id-book.com Activity • Tullis (1987) found that the two screens produced quite different results – 1st screen - took an average of 5.5 seconds to search – 2nd screen - took 3.2 seconds to search • Why, since both displays have the same density of information (31%)? • Spacing – In the 1st screen the information is bunched up together, making it hard to search – In the 2nd screen the characters are grouped into vertical categories of information making it easier © Möller 78 www.id-book.com Multitasking and attention • Is it possible to perform multiple tasks without one or more of them being detrimentally affected? • Ophir et al (2009) compared heavy vs light multi-taskers – heavy were more prone to being distracted than those who infrequently multitask – heavy multi-taskers are easily distracted and find it difficult to filter irrelevant information © Möller 79 www.id-book.com Design implications for attention • Make information salient when it needs attending to • Use techniques that make things stand out like color, ordering, spacing, underlining, sequencing and animation • Avoid cluttering the interface with too much information • Search engines and form fill-ins that have simple and clean interfaces are easier to use © Möller 80 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Antwortzeiten • Dauert die Ausgabe so lange, dass der Benutzer auf Teile der Ausgabe wieder warten muss, wird diese Zeit ebenfalls als Wartezeit empfunden. © Möller 81 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Antwortzeiten - Richtwerte • • • • • Wartezeit = Antwortzeit eines interaktiven Systems Bis ca. 1 Sekunde: unmittelbar (instantan) Bis ca. 5 Sekunden: verzögert Bis ca. 10 Sekunden: stark verzögert Ab über 10 Sekunden Wartezeit: keine Antwort erwartet – Konsequenzen bei Websites: zur Konkurrenz gewechselt • Werte differieren zwischen – Anwendungsfällen und Benutzergruppen – Erfahrungen der Besucher © Möller 82 Overview • • • • • • • • Kognition vs. Wahrnehmung Kurzzeitgedächtnis (KZG) Arbeitsgedächtnis Langzeitgedächtnis (LZG) Mental Model / Metapher Aufmerksamkeit / Affordance Distributed & External Cognition Richtlinien: – GOMS – Fitt’s law – Hick’s law © Möller 83 www.id-book.com Distributed cognition • Concerned with the nature of cognitive phenomena across individuals, artefacts, and internal and external representations (Hutchins, 1995) • Describes these in terms of propagation across representational state • Information is transformed through different media (computers, displays, paper, heads) © Möller 84 www.id-book.com How it differs from information processing © Möller 85 www.id-book.com © Möller 86 www.id-book.com What’s involved • The distributed problem-solving that takes place • The role of verbal and non-verbal behavior • The various coordinating mechanisms that are used (e.g. rules, procedures) • The communication that takes place as the collaborative activity progresses • How knowledge is shared and accessed © Möller 87 www.id-book.com External cognition • Concerned with explaining how we interact with external representations (e.g. maps, notes, diagrams) • What are the cognitive benefits and what processes involved • How they extend our cognition • What computer-based representations can we develop to help even more? © Möller 88 www.id-book.com Externalizing to reduce memory load • Diaries, reminders, calendars, notes, shopping lists, to-do lists – written to remind us of what to do • Post-its, piles, marked emails – where placed indicates priority of what to do • External representations: – Remind us that we need to do something (e.g. to buy something for mother’s day) – Remind us of what to do (e.g. buy a card) – Remind us when to do something (e.g. send a card by a certain date) © Möller 89 www.id-book.com Computational offloading • When a tool is used in conjunction with an external representation to carry out a computation (e.g. pen and paper) • Try doing the two sums below (a) in your head, (b) on a piece of paper and c) with a calculator. – 234 x 456 =?? – CCXXXIIII x CCCCXXXXXVI = ??? • Which is easiest and why? Both are identical sums © Möller 90 www.id-book.com Annotation and cognitive tracing • Annotation involves modifying existing representations through making marks – e.g. crossing off, ticking, underlining • Cognitive tracing involves externally manipulating items into different orders or structures – e.g. playing Scrabble, playing cards © Möller 91 www.id-book.com Design implication • Provide external representations at the interface that reduce memory load and facilitate computational offloading – e.g. visualizations have been designed to allow people to make sense and rapid decisions about masses of data © Möller 92 Overview • • • • • • • • Kognition vs. Wahrnehmung Kurzzeitgedächtnis (KZG) Arbeitsgedächtnis Langzeitgedächtnis (LZG) Mental Model / Metapher Aufmerksamkeit / Affordance Distributed & External Cognition Richtlinien: – GOMS – Fitt’s law – Hick’s law © Möller 93 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de GOMS-Modell • Goals – Ziele, die mit einer Operation verfolgt werden • Operators – Operatoren, mit denen einzelne Ziele erreicht werden • Methods – Methoden, um eine Folge von Operatoren einzusetzen • Selection Rules – Regeln zur Auswahl von Operatoren oder Methoden © Möller 94 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de GOMS – Ziele • Ziel des Modells ist die Simulation von Interaktionsabläufen, um – Sie besser verstehen zu können, – Schwierigkeiten entdecken zu können und – Verbesserungen durchführen zu können. © Möller 95 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de GOMS - Quantifizierung Operator Zeitdauer Ta s t a t u r Keying eingabe K 0,2 Sekunden (0,08 bis 1,2 Sekunden) Mauszeigen Pointing P 1,1 Sekunden (siehe auch Fitt’s law unten) Wechsel M a u s – Homing Tastatur H 0,4 Sekunden Vorbereiten Mentally M prepare 1,35 Sekunden für das Klarmachen eines Goals und die Anwendung einer Selection Rule (siehe auch Hick’s law unten) Warten ResponR ding n Sekunden Wartezeit, bis der Computer die Funktion ausgeführt hat © Möller 96 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de GOMS – Heuristiken 1 Regel 0: Einfügen von Ms Ein M vor allen Ks Ein M vor allen Ps, die einen Befehl auswählen, aber nicht vor den Ps für die Auswahl von Argumenten Antizipierte Ms sind überflüssige Vorbereitungsschritte, da die geistige Regel 1: Vorbereitung bereits in einem Löschen antizipierter vorangegangenen M stattgefunden hat. Ms Beispiel: Mausbewegung zum Ziel des Klickens am Zielpunkt –> M P M K –> MPK Entspricht einer Ausweitung der Regel 1 auf Regel 2: längere, zusammenhängende Aktivitäten Löschen von Ms in Bei spi el : Zusammenhängende Stri ngs k o g n i t i v e n (Folgen von Buchstaben/Zahlen Worte, Einheiten Argumente, Sätze) –> M nur am Anfang MKMKMKM –> MKKKK © Möller 97 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de GOMS – Heuristiken 2 Regel 3: Löschen von Ms vor Begrenzer sind Zeichen, die das Ende eines Wortes oder Satzes markieren, zum a u f e i n a n d e r Beispiel: (Leertaste), (.), (,) oder (:). f o l g e n d e n Begrenzern Begrenzer, die immer angegeben werden Regel 4: müssen, zum Beispiel (Enter) zur Löschen von Ms, die Ausführung. Diese werden nach einer Begrenzer von Weile automatisch eingegeben und Befehlen sind bedürfen keiner Überlegung mehr. Gilt nicht für Anfänger, nur für Erfahrene. Regel 5: Wird ein M von einem R (Warten auf Löschen von Re a k t i o n ) ü b e r l a g e r t , k a n n d a s M überlagernden Ms gestrichen werden. © Möller 98 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de GOMS – Folgerungen • Viele Ms sind ein Hinweis auf viele Stockungen im Arbeitsablauf. – Verbesserung: Bedienkonzept den Erkenntnissen anpassen • Viele Hs deuten auf zu häufigen Wechsel zwischen Maus und Keyboard hin. – Verbesserung: Zu häufige Wechsel sollten unterbleiben • Werden statt weniger Ks über die Tastatur viele Ps mit der Maus gebraucht, ist die Bedienung zu aufwändig. – Verbesserung: Dieses deutet auf eine Umsetzung hin, die viel zu aufwändig zu bedienen ist © Möller 99 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de GOMS – Umsetzung • Die Schwierigkeit: Komponenten zu erkennen und zu identifizieren: – Anfänger folgen viel eher festen Regeln, die von der Betriebsanleitung vorgegeben werden. – Sie können eine Aufgabe nicht selbständig in Sub-Goals unterteilen. – Experten verlassen sich auf ihre Erfahrung und können vielfach gar nicht mehr erklären, was sie tun, geschweige denn, G, O, M oder S angeben. • Hochsprache: Task Modelling Language (TML) © Möller 100 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Fitt‘s Law - Positionierung • Positionierzeit/ms = a + b*log2(D/S + 1) • a und b sind Konstanten – Experimentell bestimmt – a = 50 (für die konstante Suchzeit) – b = 150 (für die Skalierung) verwendet © Möller 101 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Fitt‘s Law – Folgerungen • Die Ziele sollten nicht zu klein dargestellt werden. • Sie müssen erkannt und gefunden werden und sie müssen getroffen werden. • Setze bei fortlaufenden Aktionen innerhalb eines (Teil-) Arbeitsprozesses die Ziele nahe zusammen. • Möglichst wenig Verwendung von weit entfernten Objekten, zum Beispiel Pop-up-Fenster. • Zusammengehörige Objekte nah zueinander anordnen. Gestaltgesetz der Nähe • Die Forderung nach Konsistenz und Erwartungskonformität wird erfüllt, wenn häufig gesuchte Ziele immer an der gleichen Stelle zu finden sind. © Möller 102 Hover Queries • brauchen keinen Mausklick mehr • ‘tool tip’ • viel schneller © Möller 103 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Hick‘s Law – Auswahl • Auswahlzeit/ms = a + b*log2(n + 1) – n ist die Anzahl der Alternativen – Konstanten a und b wie Fitt‘s Law • Zeit/ms = a + b*Sum( p(i)*log2(1/p(i) + 1) ), – p(i) die Wahrscheinlichkeit der Auswahl © Möller 104 Quelle: Pearson Studium, Grundlagen der MCI, M. Dahm, www.swergonomie.de Hick‘s Law – Folgerungen • Die Auswahl aus komplexen Alternativen kostet mehr Zeit als bei einfachen Alternativen. • Aus einer großen Anzahl an Alternativen gleichzeitig zu wählen geht schneller als aus einer verschachtelten Auswahl von jeweils weniger Alternativen. • Das entspricht auch allen anderen Untersuchungen zu Menüstrukturen. • Grenzen werden hier durch die Bildschirmgröße gebildet. © Möller 105 © Möller 106
