Kognitive Modellierung Flashcards
Was ist kognitive Modellierung und wie kann es im MMS-Kontext unterstützen?
- ein wissenschaftliches Werkzeug für die Theoriebildung
- ein Ingenieurswerkzeug für angewandte Forschung Kognitive Modellierung im MMS-Kontext kann
- bei der Entwicklung neuer Systeme unterstützen (frühe Phasen)
- unterschiedliche Interface-Varianten gegeneinander testen
Was ist eine Post Completion Action?
Jede Aktion, die erfüllt werden muss, nachdem die eigentliche Aufgabe erfüllt ist, ist eine post completion action.
Was ist eine Device Action?
Aktion, die für die Erfüllung der eigentlichen Aufgabe wichtig ist.
Worauf baut das Modell für die Erklärung des Post Completion Errors (Byrne, Bovair, 1997) auf?
- Aktivierung von Gedächtniselementen - Abrufbereit von Gedächtniselementen nur möglich, wenn ausrechende Aktivierung vorhanden ist. - Insgesamt verfügbare Aktivierung ist limitiert
Was ist Spreading Activation?
Wenn zwei Elemente „verwandt“ (z.B. Doktor, Spritze) sind, fließt Aktivierung von einem zum anderen, wenn eines im Fokus der Aufmerksamkeit ist.
Was ist Decay?
Decay ist das Verblassen von Aktivierung bei nicht verwendeten Gedächtniselementen.
Nenne die Elemente der Cognition-Artifact-Task-Triade (Gray & Altman, 2001) und beschreibe ihren Zweck.
Beschreibe das Experiment und die Signifikanz des Project Ernestine (Gray, John, Atwood, 2001).
Neugestaltung eines Phone-Support-Prozesses. Modellierung mit GOMS und Vorhersage von fehlender Effizienzsteigerung. Verhinderung von 2.4Mio$ Zusatzkosten.
Nenne und beschreibe die Elemente von GOMS (Card, Moran and Newell, 1983).
- Goals,
- Einfach Operatore (von Nutzer verwendet)
- Sequenzen der Operatoren, die Methoden für das Erreichen eines Ziels bilden
- Wenn alternative Methoden existieren, dann wird eine Selection-Regel benötigt, um zwischen ihnen zu wählen. Selection-Regel benötigt, um zwischen ihnen zu wählen.
Wofür kann man GOMS sinnvoll einsetzen? Wofür ist es nicht so geeignet?
Geeignet: Analyse von Routinen (skilled performance)
Ungeeignet: Analyse von Problemlöse-Aufgaben
Nach welchem Kriterium können Methoden der kognitiven Modellierung unterschieden werden?
Genauigkeit der abgebildeten Prozesse: High-Level und Low-Level
Beschreibe High-Level Modellierung und nenne 2 Untersuchungsgegenstände.
Beschreiben Verhalten in „groben“ zeitlichen Auflösung
Bedienhandlungen (z.B. Mausbewegung, Drücken eines Kopfes) werden als vorher festgelegte Sequenzen menschlichen Verhaltens definiert
Untersuchungsgegenstand:
- Handlungsabfolgen
- Schwierigkeiten in Ressourcenallokation
Beschreibe Low-Level Modellierung und nenne 3 Untersuchungsgegenstände
Beschreiben Verhalten auf „atomaren Ebene“ mit kognitiven Schritten im Zeitbereich von 50 ms.
Größere Präzision als High-Level Architekturen
tieferen Einblick in kognitiven Prozesse (bzgl. motorischer Bewegungen,
Informationsaufnahme, Gedächtnisabrufe)
Untersuchungsgegenstand:
- Komplexere Aspekte der Systembedienung
- Entscheiden
- Signal-Entdeckung & Wiedererkennung
Nenne und Beschreibe die 4 Phasen der Modellierung.
- Aufgabenanalyse
- Untersuchung des Gegenstandsbereichs
- Festlegen des Verwendungszwecks (–> Systemgrenzen)
- Empirie
- Bewertung der zuvor theoretisch begründeten Aussagen
- Wenn Daten vorhanden sind kann Schritt evtl. ausgelassen werden
- Modellimplementation
- Überführung von theoretischen Aussagen in formale Ausdrücke
- Computersimulation: Umsetzung in geeigneter Programmiersprache
- Modellprüfung
- Abgleich mit theoretischen Annahmen und empirischen Befunden
- Fehler und Lücken können identifiziert werden
Nenne 3 Gründe für eine Aufgabenanalyse.
- Kommunizierbarkeit
- Problemanalyse
- Orientierung für den Modellierungsvorgang
Nenne 3 Entscheidungen, die für die Aufgabenanalyse getroffen werden müssen.
- Für wen ist die Aufgabenanalyse?
- Für welchen Zweck und Fragestellung?
- Soll eine spezifische oder allgemeine Interaktion dargestellt werden?
- Soll eine generelle Aufgabe oder ein spezielles System dargestellt werden?
Was versteht man unter einer Aufgabenanalyse?
Aufgliederung einer Gesamtaufgabe in analytische Teilaufgaben
Beschreibe die HTA (Hierarchical Task Analysis)
- Natürliche Sprache
- Bei der Aufgabenbeschreibung wird den Designern die Freiheit gelassen zu entscheiden wie etwas umgesetzt wird.
- Aufgaben werden hierarchisch in ihre Komponenten aufgegliedert und diese können weiter aufgeteilt werden
- Stop-Regel: Wann muss ich mit der Dekomposition aufhören?
Beschreibe die Kerngedanken der Sub-Goal Template Method (SGT)
- Erweiterung der Hierarchischen Aufgabenanalyse (HTA)
- Gliederung von Aufgaben, um ein abstraktes Modell zu erstellen [Barfield, 1993]
- Terminologie für die Klassifizierung und Organisation von stereotypen Aufgaben von Operateuren
- Spezifikation der Informationsanforderungen zur Informationsaufnahme und –Verarbeitung
- Aufgabenbeschreibung in so wenigen Kategorien und hierarchischen Levels wie möglich
- Dekomposition ist beendet wenn Informationen aus dem System aufgenommen, verarbeitet oder Eingriffe vorgenommen werden
Nenne und beschreibe die 4 Analyseschritte von SGT
- Aufgabendekomposition & Sequenzierung der Aufgaben
- Dekomposition der Hauptaufgaben in Unteraufgaben
- Spezifikation der Sequenzierung der Tätigkeiten
- Abbruchlevel / Information Handling Operations (Informations Verarbeitungs -Operationen)
- Strategische Dekomposition
- Beschreibung der Tätigkeiten auf unterster Ebene mittels Information Handling Operations (IHOs)
- Informationsumsetzung (Act)
- Tätige Eingriff / Nehme Anpassung vor
- Informationsverarbeitung (Evaluate)
- Vergleich aktueller Zustände mit Zielzuständen, …
- Informationsaufnahme (Receive)
- Überblick über den aktuellen Systemstatus, Zielzustand, Schlüsselparametern, … verschaffen
- Informationsumsetzung (Act)
- Spezifikation der Ausführungsreihenfolge (S1, …,
- Beschreibung der Tätigkeiten auf unterster Ebene mittels Information Handling Operations (IHOs)
- Subgoal -Templates
- Zuordnung der SGTs
- A1: Activate etc.
- –> Beschreibung mittels SGT Task-Element Catalogue
- Zuordnung der SGTs
Welchen Nutzen haben Modelle für Usability Evaluationen?
- Erlauben Quantitative Vorhersagen darüber, wie gut Aufgaben mit einem Designentwurf gelöst werden können.
- Als Ergänzung zu empirische Daten, um den iterativen Designzyklus zu beschleunigen. (Entwurf Evaluation Verbesserungen).
- Die Essenz eines Designs wird getestet, ermöglichen ein Wiederverwenden von erfolgreichen Designaspekten.
Was sollen Engineering Models leisten? Nenne und beschreibe 3 Dinge
- A priori Vorhersage
- Vorhersage von Modellen in frühen Phasen der Entwicklung
- Festlegung von Parametern für Vorhersage während der Modellkonstruktion
- Keine empirischen Daten vorhanden
- Erlernbarkeit & Nützlichkeit
- Anwendbarkeit von IT-Spezialisten und Designern
- “Basic psychology should be built into the model!”
- Klare Regeln für Konstruktion und den Anwendungsbereich von Modellen notwendig
- Approximation
- Engineering Modelle sind Annäherungen
- Annäherung immer in einem notwendigen Detaillierungsgrad, abhängig von der Aufgabenstellung
Welche Usability-Aspekte können mit GOMS-Modell abgebildet werden und welche nicht?
Abbildung:
- Nur die Usability von Prozeduren
- Menge, Konsistenz und Effizienz der Prozeduren
- Erfassung von Nutzerzielen in GOMS durch Interface-Design-Vorgaben
Nicht-Abbildung:
- Spezielle Wahrnehmungsaspekte (z.B. ist die Schrift lesbar?)
- –> Nutzertests
- –> Können tw. mit Guidelines für die Software-Entwicklung adressiert werden.
- Stärker kognitive Aspekte: Welches konzeptuelle Wissen hat der Nutzer? Wie verändert sich das Mentale Modell des Nutzers?
- Nutzertests
- Kognitive Architekturen
Wie ordnet sich GOMS unter High- und Low-Level Modellierungen ein?
High-Level
Wie wird das Pareto-Prinzip bei der Erstellung von kognitiven Modellen eingesetzt?
Ziel ist eine Modellierung, die mit 20% Modellierungsaufwand 80% genaue Vorhersagen treffen kann. –> Perfekt ist nicht notwendig, stattdessen hinreichend genaue Modellierung mit schlanken, einfachen Modellen
Benenne und Beschreibe die Teile von GOMS (4).
- Goals
- Goals sind das, was mit der Aufgabe erreicht werden soll.
- Goals sind oft in Subgoals unterteilt.
- Goals und Subgoals sind meist hierarchisch aufgebaut
- Erst wenn die Subgoals erreicht werden, kann man auch das übergeordnete Goal erreichen
- Operators
- Ein Operator ist eine Aktion, um ein Ziel zu erreichen.
- Operatoren können perzeptiv, motorisch, kognitiv oder eine Kombination davon sein.
- Operatoren können den internen mentalen Zustand ändern, oder physisch die externe Umgebung ändern.
- Ausführungszeit ist der wichtigste Parameter der Operatoren
- Möglichkeiten zur Festlegung:
- konstante Werte
- Wahrscheinlichkeitsverteilungen
- Funktionen
- Methods
- Methoden sind Sequenzen von Operatoren
- Ausführung um ein Goal oder Subgoal zu erreichen
- Selection Rules
- Bilden das Wissen eines Nutzers ab, welches angewandt werden soll.
- Basieren i.d.R. auf spezifischen Eigenschaften der Aufgabenzustände.
- Entstehen auch durch
- Erfahrung des Nutzers mit dem Interface
- Training
In welche 2 Formen lassen sich Formen von GOMS unterteilen?
- Programmform
- Ist analog zu einem parametrisierten Computerprogramm.
- Modell nimmt einige Aufgabenparameter entgegen und führt die
Berechnung der beschriebenen Aufgabe aus. - Beispiel: CMN-GOMS
- Sequenzform
- Diese Art der Modelle bilden eine feste Sequenz von Operatoren für ein einzelnes Ziel eines Taskszenario ab.
- Beispiel: KLM
Wofür steht KLM (Card, Moran, & Newell, 1980) und wodurch zeichnet es sich aus?
- Keystroke-Level-Model
- Sequenzform
- Anderen GOMS Methoden sagen Methoden und Selection Rules vorher – KLM nicht!
- Original KLM nutzt nur 6 Typen von Operatoren
- KLM nutzt 5 heuristische Regeln für mentale Operatoren
Was ist der Vorteil von KLM?
- Schnelle Einschätzung von Ausführungszeiten bei einer Aufgabenverarbeitung
- Minimum an konzeptuellen Vorgaben notwendig
- Leichte Anwendbarkeit bei einem Interface Design
- Einfach zu erklären
- Leichte Rechtfertigung gegenüber Software-Entwicklern
Nenne Eigenschaften von CMN-GOMS anhand der Einordnung von GOMS-Formen.
- Programform
- Strikte Goal-Hierarchie
- Beschreibung einer Aufgabe mit einer hierarchischen Goal-Struktur und Sets von Methoden
- Darstellung der Methoden in Pseudocode-Notation
- Basiert auf Model Human Processor
Beschreibe das Konzept und die Ziele des Model Human Processors (1980, 1983)
- Einer der ersten Versuche einer ganzheitlichen Beschreibung von Nutzern
- Anwendung der Psychologie der Informationsverarbeitung auf Aufgabenanalyse, Berechnungen und Annäherungen
- Zusammenfassung psychologischen Wissens über fehlerfreie menschliche Leistung
- Zusammensetzung aus
- Set von Speichern und Prozessoren
- Mehrere Funktionsprinzipien zur Beschreibung des Zusammenspiels der Komponenten
- Drei interaktive Subsysteme mit jeweils eigenen Speichern und Prozessoren
- Wahrnehmungssystem
- Motorisches System
- Kognitives System
Was ist der sogenannte critical path in Engineering Models?
- Vorgefertigter Pfad von Aktionen zur Erfüllung einer Aufgabe in einem System
“The sequence which produces the longest path through the chart is called the critical path, and it represents an estimate of the total time required to perform the task. “
Wie haben John & Gray (1992, 1994) zur Weiterentwicklung von CPM-GOMS beigetragen?
- Entwicklung von Templates für die Verknüpfung von kognitiven, perzeptuellen und motorischen Operatoren.
- –> Beispiel Read-Screen
Was ist die grundlegende Annahme von CPM-GOMS?
- Parallele Ausführung von Aufgaben möglich
- Paralleles Multi-Prozessor Stufenmodell der menschlichen Informationsverarbeitung
- Nutzung von Schedule Charts zur Abbildung von Operatoren und der Abhängigkeiten zwischen Operatoren
- Nutzt Templates
- Bestimmung der Ausführungszeit über kritischen Pfad
Wie geht man bei der Erstellung eines CPM-GOMS-Modells vor?
- Erstellung eines CMN-GOMS-Modells
- Darstellung von Wahrnehmungs- und Motorprozessen mit Operatoren
- Ausdruck von Operatoren als Goals und Umsetzung mit Methoden
Von was für einem Nutzerbild geht CPM-GOMS aus?
- Extrem erfahrene Nutzer
- Ausführung der Aufgabe so schnell wie durch MHP möglich
- Keine Suche nach Zielen mit den Augen
- Abbildung von einem Minimum an kognitiver Aktivität
- Exakte Vorhersage von Mausbewegungen durch CPM-GOMS
Was bedeutet NGOMSL, was für eine Form hat es und was sind Besonderheiten?
- Natural GOMS Language (Kieras, 1988)
- Programmform
- Theoretisches Modell CCT
- Serielles Stufenmodell der menschlichen Informationsverarbeitung
- Eigenschaften
- Beinhaltet interne Operatoren
- bspw. Hinzufügen / Löschen von Informationen im Arbeitsgedächtnis
- Lerndauer einer Prozedur auch abgebildet
- Keine simulierte Lerndauer für Erlernen neuer Operatoren möglich
- Mehr mentale Operatoren als CMN-GOMS
- Extra kognitive Ausführungszeit für
- Veränderungen von Goals
- Nutzung des Arbeitsgedächtnisses
- Start und Ende einer Methode
- Beinhaltet interne Operatoren
Was leisten die einzelnen GOMS-Varianten?
- KLM
- Schnelle, pragmatische Modellierungen (nur Operators und Heuristiken)
- CMN: Traditionelle Modellierungsform, Basiert auf MHP
- CPM: Multitasking, sehr erfahrene Nutzer
- NGOMSL: Lernen (wie CMN-GOMS)
Welche 4 Fenster gibt es in CogTool?
- Projektfenster
- Designfenster
- Skriptfenster
- Visualisierungsfenster
Beschrifte das Modell zu kognitiven Architekturen.
Über welche Elemente werden Chunks definiert?
- Chunk-Typen
- Chunk-Typ stellt die Kategorie dar
- Slots
- Attribute
- Können, müssen aber nicht belegt sein
Über welche Elemente werden Produktionen definiert?
- Bedingungsteil
- Left-Hand-Side
- Muss “wahr” sein, damit der Ausführungsteil feuert
- Ausführungsteil
- Right-Hand-Side
- Besteht aus Operationen zur Ausführung bei “wahrer” Left-Hand-Side
Erkläre den Aufbau von ACT-R anhand der Wohnungsmetapher.
- ist modular aufgebaut
- basiert auf einem Produktionssystem
- verfügt über Buffer (eine Art Speicher). Diese dienen als Schnittstelle zwischen Modul und Produktionssystem.
- Ein Buffer enthält jeweils nur ein Element.
Mit welchem Befehl werden Chunktypes generiert?
Mit welchem Befehl werden Chunks generiert?
- Befehl add-dm
- Spezifikation von Chunks in einer Liste
- Name (z.B. p1)
- Typ (z.B. property)
- Slot-Namen und die Belegung der Slots (z.B. object shark)
Beschreibe Eigenschaften von Buffern.
- Buffer sind ein Interface zwischen prozeduralem Gedächtnis und den Modulen
- Nur ein Chunk kann sich pro Zeitpunkt in einem Buffer befinden
- LHS
- Produktionen tesen mit der LHS den Zustand der Buffer bzw. des darin befindlichen Chunks
- RHS
- Veränderung des Inhalts des Buffers
- Anforderungen an einen Buffer
Nenne und erkläre die 3 Formen von Aktionen an Buffern auf der RHS.
- ‚=`eine Information in dem Buffer soll sofort verändert werden
- ‚+` Anfrage an das Buffermodul
- ‚-` Bufferclearing – der Chunk wird aus dem Buffer entfernt (landet im DM)
- (implicit clearing – eine + Aktion wird automatisch den alten chunk aus dem Buffer entfernen)
Nenne die wichtigsten Module von ACT-R
Was bedeutet Binding und wie wird es auf LHS und RHS verwendet?
Binding (Befehl “=”) wird für Variablen verwendet:
LHS:
- Vergleich von Slots (gleich oder verschieden)
RHS:
- Kopieren von Werten aus Slots in der LHS und Einsatz in der RHS
Welche 3 Buffer Modification-Aktionen bei Produktionen gibt es?
‚=` –> eine Information in dem Buffer soll sofort verändert werden
‚+` –> Anfrage an das Buffermodul
‚-` –> Bufferclearing – der Chunk wird aus dem Buffer entfernt (landet im DM)
(implicit clearing – eine + Aktion wird automatisch den alten chunk aus dem Buffer entfernen)
Beschreibe die Vorgehensweise des Visual-location buffer.
- Eine Anfrage an die visual-location bedeutet einen Ort zu finden, an dem sich ein Objekt bestimmter Art im visuellen Umfeld befindet.
- Daraufhin wird ein Info-Chunk folgender Art bereitgestellt
- Dieser Vorgang benötigt keine zusätzliche Zeit. Dies soll abbilden, dass das Perzeptuelle System parallel arbeitet.
- : attended nil bezeichnet keinen slot.
- Es ist ein request parameter (:)
- speziell für visual-location Buffer
- es gibt auch die Zustände t und new (Objekt neu auf dem Monitor).
Beschreibe die Vorgehensweise des Visual-object buffer.
- Ist der Ort eines Objektes bekannt, kann die Aufmerksamkeit darauf gerichtet werden, um Details dieses Objektes zu enkodieren.
- Hierfür benötigt man den Befehl „move-attention“.
- 85ms dauert es in diesem Beispiel (abhängig von der Distanz der Blickbewegung) bis die Aufmerksamkeit auf den Ort gerichtet wurde und das Objekt enkodiert ist.
Beschreibe die Funktionsweise des Motor Module.
Erhält das motorische Modul eine Anfrage, durchläuft es 3 Phasen:
- Vorbereitung
- Einleitung (initiation)
- 50ms
- preparation state : free
- processor state : busy
- Ausführung
- processor state : free
- Die Zeit, die für eine Ausführung einer Bewegung benötigt wird, ist abhängig von:
- der Art der Bewegung
- der Distanz, die überbrückt werden muss
- Ausführung nach Fitts Law
Nenne 5 Modifikationen, die für Produktionen verwendet werden können.
- -
- <
- >
- <=
- >=
Wie wurde der Sperling Task (1960) eingesetzt, um die Anzahl von FINSTS, den Iconic Memory und dessen decay zu testen
- Reiz, Teilnehmer sollten so viele Buchstaben wie möglich wiedergeben
- Whole Report
- Einfach random so viele wie möglich
- Partial Report
- Ton nach Präsentation des Bildes gibt Zeile an, die man wiedergeben soll
- Beweis für Iconic Memory und Verblassen, je nachdem, wann der Hinweiston gegeben wird
- Whole Report
- Vergleich mit empirischen Daten zeigt starke Güte der Modellierung
Nenne und beschreibe 2 Maße des Goodness-of-Fit.
- Trend (r2)
- RMSE (Lage)
- Genaue Position ist irrelevant, wenn
- Performanz von Modell und Daten nicht mit gleichen Methoden gemessen wird.
- genaue Position auf der AV willkürlich ist in Bezug zum Modell, da empirische und Modellperformanz nicht mit gleichen Dimension gemessen wird
- AV nicht intervallskaliert ist.
- Genaue Position ist relevant, wenn
- Modell klare, exakte Vorhersage über Position macht und die AV Intervallskalenniveau hat
