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Prof. Dr.-Ing. Thomas HerrmannInformations- und TechnikmanagementInstitut für Arbeitswissenschaft, Ruhr-Universität Bochumwww.imtm-iaw.rub.de
Hard- und Software-Ergonomie
2. Menschliche Faktoren interaktiver Systeme(Abschnitte 2.3)
2
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 2
2.3 Kognitionspsychologie
2.3.1 Aufmerksamkeit
2.3.2 Wissensrepräsentation
2.3.3 Gedächtnis
2.3.4 Gedächtnisabruf
2.3.5 Problemlösen
2.3.6 Differenzierung kognitiver Ebenen
2.3
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 3
Aufmerksamkeitssteuerung - auditiv
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
2.3.1
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 4
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 KurzzeitgedächtnissesOhne 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 Anderson 79ff
2.3.1
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 5
Visual Acuity
Bereich maximaler Aufmerksamkeit für das Wahrgenommene
32131235432121234565432111234567654321012345676543211123456543212123453213123
15 Zeichen42 mm
bei 475 mmAugenabstand
5°7
Reihen
2.3.1
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 6
Randfeld vs. Zentrum der Aufmerksamkeit
• Das Randfeld gibt Information, worauf man sich konzentrieren sollte.
• Jede Veränderung im Randfeld zieht Aufmerksamkeit auf sich.
2.3.1
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 7
Aufmerksamkeitssteuerung - Doppelaufgaben
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.
2.3.1
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 8
Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1
Anderson 104
2.3.1
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 9
Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 2
Verbale und visuelle Repräsentationen werden auf unterschiedliche Art und Weise verarbeitet.
Und eignen sich je nach Aufgabe unterschiedlich gut.
Anderson 105
2.3.2
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 10
Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1
Anderson 104
2.3.1
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 11
Konzeptgesteuerte Wahrnehmung und Farbe
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
2.2.2
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 12
Stroop-EffektBitte lesen Sie laut die dargestellten Wörter:
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 13
Stroop-EffektBitte benennen Sie die dargestellten Farben:
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 14
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
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 15
Bitte betrachten Sie das Wort, das gleich erscheint, aber ohne es zu lesen!
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 16
Unmöglich
...... oder?
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 17
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)•.
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 18
Vor- und Nachteile der automatisierten Verarbeitung?
Ist das immer möglich?Welche Nachteile gehen damit einher, welche Vorteile?
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 21
KontexteffekteWenn 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
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 22
Das verfolgte Monster wird kleiner und oft ängstlich wahrgenommen.
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 23
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!
Entsprechend verhält sich der zeitliche Aufwand für die Durchführung der Operationen
Experiment mit einer fiktiven Landkarte
Scannen mentaler Bilder wird durch Interferenzen behindert, wenn gleichzeitig räumliche Strukturen der Umgebung verarbeitet werden Anderson 108-114
2.3.2
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 24
Hierarchische Struktur mentaler Vorstellungen
Wenn man in der Vorstellung die relative Lage zweier Orte zueinander beurteilen soll, so zieht man als Grundlage die relative Lage übergeordneter Gebiete heran.
Visuelle Vorstellungen sind hierarchisch strukturiert. Dabei sind Teile der visuellen Vorstellung oder Chunks innerhalb größerer Teile oder Chunks organisiert.
Beispiel:Welches ist die nördlichste deutsche Großstadt, die gerade noch südlich von London liegt.
Anderson 119ff
2.3.2
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 25
Gedächtnis
Das Behalten von Gedächtnisinhalten nimmt in den ersten Minuten und Stunden drastisch ab – dieser Effekt wird nach längeren Zeitintervallen schwächer.
Anderson 167f
2.3.3
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 26
Kurzzeit- vs. Langzeitgedächtnis
Sensorischer Speicher
Kurzzeit-gedächtnis
Langzeit-gedächtnis
Aufmerk-samkeit
Memo-rieren
Im Kurzzeitgedächtnis können ca. 7 Items abgespeichert werden.
Anderson 169f
2.3.3
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 27
Kurzzeit- vs. Langzeitgedächtnis - Experiment
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.
Kurzzeit Langzeit
Anderson 170f
2.3.3
Miller 7+-2http://books.google.de/books?hl=de&lr=&id=-4NJxqrv40kC&oi=fnd&pg=PA207&dq=%22the+magical+number+seven%22&ots=85h_yUl1lN&sig=ZHSHWODbqZgetRQJBlMSbquQoGg#v=onepage&q=%22the%20magical%20number%20seven%22&f=false
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 28
The magical number Seven plus or minus two
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 29
Ähnliche Grenze in verschiedenen Wahrnehmungsbereichen
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 30
Kurzzeitgedächtnis - Kritik
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
2.3.3
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 31
Artikulatorische Schleife - Beispiel
Anderson 172f
Leserate und korrekte Gedächtnis-Wiedergabelei-stung korrelieren
Screen-Items (z.B. beim Menü) gut und schnell lesbar benennen.
2.3.3
z,.B.: Laub, Spuk, Beil, Duft, WahnVs.Lokomotive, Marionette, Autobahneinfahrt,Aussichtsturm, Belagerungszustand
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 32
Langzeitgedächtnis: Aktivation und Stärke
Anderson 172f
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.
2.3.3
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 33
Potenzfunktion des Lernens
T = Wiedererkennungszeit gelernter SätzeP = Übungsmenge
T = 1,40 P-0,24
logT = 0,34 – 0,24 log PAnderson 184
2.3.3
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 34
Aktivationsausbreitung
Anderson 180f
Wird ein Item dargeboten, so breitet sich nach der Netzwerktheorie die Aktivation von dem zugehörigen Begriff zu weiteren, mit dem Begriff assoziierten Gedächtnisinhalten aus.
2.3.3
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 35
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.
Wenn mit multimedial präsentierten Material keine vertiefenden Bearbeitungsaktivitäten erfolgen, ist der Lerneffekt schlechter als wenn man ein Skript selbst mitschreibt.
Anderson 187ff
2.3.3
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 36
Generieren vs. Lesen
Auch Lesen hat einen positiven Lerneffekt, aber einen geringeren als Generieren.
Konsequenz für Lernförderlichkeit in der M-C-I, z.B. beim Erlernen von Funktionstasten-Kombinationen
Anderson 189
2.3.3
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 37
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
2.3.4
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 38
Behalten und Abruf - Störeffekte
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.
2.3.4
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 39
Inferenzen: Kontext und Schemata
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.
2.3.4
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 40
Problemlösung mit Operatoren
Zum erfolgreichen Problemlösen müssen Probleme so repräsentiert werden, dass angemessene Operatoren 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.
Anderson 257ff
2.3.5
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 41
Beispiel für funktionale Fixierung
Zum erfolgreichen Problemlösen müssen Probleme so repräsentiert werden, dass angemessene Operatoren angewandt werden können. Anderson 259
2.3.5
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 42
Bewusst vs. nicht bewusstseinspflichtig
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
2.3.6
Fehler entstehen bei der M-C-I auf beiden Ebenen
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 43
Übergang zum Automatic Mode2.3.6
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.
Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 44
2.4 Zeichentheorie und Sprache
Wird im jeweiligen Kontext erklärt!
2.4
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