2. Menschliche Faktoren interaktiver Systeme (Abschnitte 2.3)

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

Aufmerksamkeitssteuerung - auditiv 2.3.1 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

Aufmerksamkeitssteuerung - visuell 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 Anderson 79ff

Bereich maximaler Aufmerksamkeit für das Wahrgenommene 2.3.1 Visual Acuity Bereich maximaler Aufmerksamkeit für das Wahrgenommene 3213123 54321212345 6543211123456 765432101234567 7 Reihen 5° 15 Zeichen 42 mm bei 475 mm Augenabstand

Randfeld vs. Zentrum der Aufmerksamkeit 2.3.1 Randfeld vs. Zentrum der Aufmerksamkeit Das Randfeld gibt Information, worauf man sich konzentrieren sollte. Jede Veränderung im Randfeld zieht Aufmerksamkeit auf sich.

Aufmerksamkeitssteuerung - Doppelaufgaben 2.3.1 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.

Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1 2.3.1 Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1 Anderson 104

Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 2 2.3.2 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

Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1 2.3.1 Wissensrepräsentation – visuell vs. verbal 1 Anderson 104

Konzeptgesteuerte Wahrnehmung und Farbe 2.2.2 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

Stroop-Effekt Bitte lesen Sie laut die dargestellten Wörter:

Stroop-Effekt Bitte benennen Sie die dargestellten Farben: Werten wir Ihre Erfahrungen zunächst einmal aus. Sie werden bemerkt haben, daß das Nennen der Farben im zweiten Versuch (Farbwörter) weitaus schwieriger war als im ersten (X-Reihen). Sie werden vermutlich mehr Zeit benötigt haben und möglicherweise haben Sie sich ein- oder sogar mehrmals verhaspelt. Genau diese Störung ist der "Stroop-Effekt". Aber woran liegt das? Sie werden die Erklärung vielleicht ahnen: Der Effekt beruht darauf, daß parallel ablaufende psychologische Verarbeitungsprozesse sich gewissermaßen "in die Quere" kommen, also auf einer sogenannten Interferenz. Das Nennen der Farben ist dabei die primäre Aufgabe, die Konzentration erfordert und bewußt gesteuert werden muß. Der zweite Prozeß, das Lesen, ist eine Fertigkeit, die automatisch, unwillkürlich abläuft und auch nicht unterdrückt werden kann.

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 http://www.students.uni-marburg.de/~Jablonsk/psycho/zusammenfassung_goldstein_klein.pdf Zusammenfassung Goldstein (2002)

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

Unmöglich ...... oder?

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) . Farb-Wort-Interferenz, Effekt der auftritt, wenn Wörter in Farben auf einer Projektionsfläche dargestellt werden (Experiment). Die Aufgabe der Versuchspersonen ist es, die Farbe, in der die Worte geschrieben sind, zu benennen, aber nicht die Worte selbst zu lesen. Die Worte können dabei neutral sein (Kontrollbedingung) oder selbst wiederum eine Farbe bezeichnen: Hierbei kann Kongruenz bestehen (das Wort hat die Wortbedeutung der Farbe: z.B. “rot” in roter Farbe geschrieben) oder Inkongruenz (das Wort hat nicht die Wortbedeutung der Farbe: z.B. “rot” in grüner Farbe geschrieben). In der Kongruenzbedingung erfolgt die Benennung der Farben schneller als in der Kontrollbedingung (Reaktionszeit). Sehr schwer fällt es den Versuchspersonen, die Farben in der Inkongruenzbedingung zu nennen. Häufig setzt sich das Wort gegen die Farbe in der Nennung durch. Lesen ist eine derartig automatisierte Tätigkeit, daß es oft unmöglich ist, das Lesen zu unterdrücken, obwohl dies in der Instruktion gefordert ist (Interferenz).

Vor- und Nachteile der automatisierten Verarbeitung? Ist das immer möglich? Welche Nachteile gehen damit einher, welche Vorteile?

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

Beispiele für Wahrnehmungssets Dies hängt davon ab, ob sie zuerst das Bild links oder rechts anschauen. Sehen Sie in der unten stehenden Abbildung eine Frau oder einen Mann mit einem Saxophon?

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

Das verfolgte Monster wird kleiner und oft ängstlich wahrgenommen. ängstlich wahrgenommen und das verfolgende Monster aggressiv, obwohl es genau die gleiche Zeichung ist.

Aufwand bei Operationen auf mentalen Repr. 2.3.2 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 Wieviel Fenster hat ihr Haus, wieviele Bilder hängen in ihrem Zimmer zu Hause Landkarte einprägen, Turm bauen lassen und Fragen stellen – (eigenes Beipiel – Landkarte nicht bei Anderson gefunden) Scannen mentaler Bilder wird durch Interferenzen behindert, wenn gleichzeitig räumliche Strukturen der Umgebung verarbeitet werden Anderson 108-114

Hierarchische Struktur mentaler Vorstellungen 2.3.2 Hierarchische Struktur mentaler Vorstellungen 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. z.B. dortmund Beispiel: Welches ist die nördlichste deutsche Großstadt, die gerade noch südlich von London liegt. Anderson 119ff

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

Kurzzeit- vs. Langzeitgedächtnis 2.3.3 Kurzzeit- vs. Langzeitgedächtnis Sensorischer Speicher Kurzzeit-gedächtnis Langzeit-gedächtnis Aufmerk- samkeit Memo- rieren Im Kurzzeitgedächtnis können ca. 7 Items abgespeichert werden. Anderson 169f

Kurzzeit- vs. Langzeitgedächtnis - Experiment 2.3.3 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 Miller 7+-2 http://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 Anderson 170f

The magical number Seven plus or minus two

Ähnliche Grenze in verschiedenen Wahrnehmungsbereichen

Kurzzeitgedächtnis - Kritik 2.3.3 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

Artikulatorische Schleife - Beispiel 2.3.3 Artikulatorische Schleife - Beispiel Leserate und korrekte Gedächtnis-Wiedergabelei-stung korrelieren Screen-Items (z.B. beim Menü) gut und schnell lesbar benennen. Laub, Spuk, Beil, Duft Wahn z,.B.: Laub, Spuk, Beil, Duft, Wahn Vs. Lokomotive, Marionette, Autobahneinfahrt, Aussichtsturm, Belagerungszustand Anderson 172f

Langzeitgedächtnis: Aktivation und Stärke 2.3.3 Langzeitgedächtnis: Aktivation und Stärke 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

Potenzfunktion des Lernens 2.3.3 Potenzfunktion des Lernens T = Wiedererkennungszeit gelernter Sätze P = Übungsmenge T = 1,40 P-0,24  logT = 0,34 – 0,24 log P Anderson 184 Gesichter von Vorlesungsteilnehmern

Aktivationsausbreitung 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. Katze + Geige, gummiball, Tennisschläger, Rinderknochen Anderson 180f

Lernen und Verarbeitungstiefe 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.

2.3.3 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

Gedächtnis – Behalten und Abruf 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

Behalten und Abruf - Störeffekte 2.3.4 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.

Inferenzen: Kontext und Schemata 2.3.4 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. Wenn man sich an einen Namen erinnern möchte und hat kurz vorher einen ähnlichen, aber nicht den passenden gehört Anderson 207ff Hilfestellungen für bereits Gelerntes müssen anders konzipiert werden als für noch nicht Gelerntes.

Problemlösung mit Operatoren 2.3.5 Problemlösung mit Operatoren Zum erfolgreichen Problemlösen müssen Probleme so repräsentiert werden, dass angemessene Operatoren angewandt werden können. Anderson 257ff  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.

Beispiel für funktionale Fixierung 2.3.5 Beispiel für funktionale Fixierung Zum erfolgreichen Problemlösen müssen Probleme so repräsentiert werden, dass angemessene Operatoren angewandt werden können. Anderson 259

Bewusst vs. nicht bewusstseinspflichtig 2.3.6 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 Fehler entstehen bei der M-C-I auf beiden Ebenen

Übergang zum Automatic Mode 2.3.6 Übergang zum Automatic Mode Attentional Mode -> Lernen -> Schematic Mode (Automatic Mode) Alles was man ständig wiederholt lernt man! Man kann nicht etwas bewusst nicht lernen!!  Problem bei sicherheitskritischen Dialogen.

2.4 Zeichentheorie und Sprache Wird im jeweiligen Kontext erklärt!