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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

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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

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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

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Visual Acuity

Bereich maximaler Aufmerksamkeit für das Wahrgenommene

32131235432121234565432111234567654321012345676543211123456543212123453213123

15 Zeichen42 mm

bei 475 mmAugenabstand

5°7

Reihen

2.3.1

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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

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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

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Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1

Anderson 104

2.3.1

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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

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Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1

Anderson 104

2.3.1

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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

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Stroop-EffektBitte lesen Sie laut die dargestellten Wörter:

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Stroop-EffektBitte benennen Sie die dargestellten Farben:

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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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Bitte betrachten Sie das Wort, das gleich erscheint, aber ohne es zu lesen!

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Unmöglich

...... oder?

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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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Vor- und Nachteile der automatisierten Verarbeitung?

Ist das immer möglich?Welche Nachteile gehen damit einher, welche Vorteile?

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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

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Das verfolgte Monster wird kleiner und oft ängstlich wahrgenommen.

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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

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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

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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

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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

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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

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The magical number Seven plus or minus two

Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/2012 29

Ähnliche Grenze in verschiedenen Wahrnehmungsbereichen

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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

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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

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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

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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

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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