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Prof. Dr.-Ing. Thomas Herrmann Informations- und Technikmanagement Institut für Arbeitswissenschaft, Ruhr-Universität Bochum www.imtm-iaw.rub.de Hard-

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1 Prof. Dr.-Ing. Thomas Herrmann Informations- und Technikmanagement Institut für Arbeitswissenschaft, Ruhr-Universität Bochum Hard- und Software-Ergonomie 2. Menschliche Faktoren interaktiver Systeme (Abschnitte 2.3) 2

2 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Kognitionspsychologie 2.3.1Aufmerksamkeit 2.3.2Wissensrepräsentation 2.3.3Gedächtnis Gedächtnisabruf 2.3.5Problemlösen 2.3.6Differenzierung kognitiver Ebenen 2.3

3 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

4 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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 Anderson 79ff 2.3.1

5 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Visual Acuity Bereich maximaler Aufmerksamkeit für das Wahrgenommene Zeichen 42 mm bei 475 mm Augenabstand 5° 7 Reihen 2.3.1

6 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Randfeld vs. Zentrum der Aufmerksamkeit Das Randfeld gibt Information, worauf man sich konzentrieren sollte. Jede Veränderung im Randfeld zieht Aufmerksamkeit auf sich

7 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

8 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1 Anderson

9 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

10 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1 Anderson

11 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

12 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Stroop-Effekt Bitte lesen Sie laut die dargestellten Wörter:

13 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Stroop-Effekt Bitte benennen Sie die dargestellten Farben:

14 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

15 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Bitte betrachten Sie das Wort, das gleich erscheint, aber ohne es zu lesen!

16 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Unmöglich oder?

17 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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).

18 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Vor- und Nachteile der automatisierten Verarbeitung? Ist das immer möglich? Welche Nachteile gehen damit einher, welche Vorteile?

19 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Wahrnehmungssets Unsere Erfahrungen, Annahmen und Erwartungen können uns ein Wahrnehmungsset (mentale Prädisposition) vorgeben, die das, was wir wahrnehmen entscheidend beeinflusst (top-down). Ein Wahrnehmungsset ist eine mentale Prädisposition, etwas bestimmtes wahrzunehmen und nicht etwas anderes. Ein Schema ist eine kognitive Struktur, mit der Informationen geordnet und erklärt werden. Weil unsere erlernten Begriffe (Schemata) als Vorreiz (Prime) dienen, um nicht eindeutige Reize in bestimmter Weise zu organisieren und zu interpretieren, bringt unsere Wahrnehmung unsere Version der Realität zum Ausdruck. Unser Wahrnehmungsset kann durch Vorstellungen oder Schemata festgelegt sein, die wir aufgrund unserer Erfahrungen bilden und mit Hilfe derer wir unbekannte Informationen organisieren und interpretieren. Nach: Adrian Schwaninger

20 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Beispiele für Wahrnehmungssets Sehen Sie in der unten stehenden Abbildung eine Frau oder einen Mann mit einem Saxophon?

21 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

22 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Das verfolgte Monster wird kleiner und oft ängstlich wahrgenommen.

23 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

24 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

25 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

26 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

27 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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. KurzzeitLangzeit Anderson 170f Miller NJxqrv40kC&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

28 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ The magical number Seven plus or minus two

29 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Ähnliche Grenze in verschiedenen Wahrnehmungsbereichen

30 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

31 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Artikulatorische Schleife - Beispiel Anderson 172f Leserate und korrekte Gedächtnis-Wiedergabelei- stung 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

32 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

33 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Potenzfunktion des Lernens T = Wiedererkennungszeit gelernter Sätze P = Übungsmenge T = 1,40 P -0,24 logT = 0,34 – 0,24 log P Anderson

34 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

35 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

36 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

37 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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 = CV n (C ist eine Konstante) Anderson

38 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

39 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

40 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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

41 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Beispiel für funktionale Fixierung Zum erfolgreichen Problemlösen müssen Probleme so repräsentiert werden, dass angemessene Operatoren angewandt werden können. Anderson

42 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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 Fehler entstehen bei der M-C-I auf beiden Ebenen

43 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ 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.

44 Vorlesung Hard- und Software-Ergonomie, WS 2011/ Zeichentheorie und Sprache Wird im jeweiligen Kontext erklärt! 2.4


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