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5 Engineering Modelle für

Mensch-Maschine-Interaktion

5.1 GOMS

Prinzip und Bestandteile


Ein Anwendungsbeispiel

Aufgabe für Jakob Nielsen

(Sun Distinguished Engineer) 1995:

3 neue Buttons auf Sun-Homepage?

Zeit: < 24h

Ergebnis:

ein zusätzlicher (unbenutzter) Button

kostet die Besucher 1/2 Mio $/Jahr.

2 Buttons wieder gestrichen

Verwendete Methode: GOMS

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 2


Engineering Modelle in HCI

GOMS ist ein Engineering Modell im HCI-

Bereich “Kognitive Modellierung” zur

Quantifizierung von Interfaces

Ziel solcher Modelle ist (im Vergleich zu

psychologischen Ansätzen)

Nützliche a-priori-Abschätzungen zu liefern

Einsetzbar durch Software Entwickler zu sein

Das psychologische Wissen ist in der Methode

“eingebaut”

relevante HCI-Design-Fragen abzudecken

Z.B. aufgabenumfassende Betrachtung von

Wahrnehmung und Motorik

80% Exaktheit zu liefern bei 20% Aufwand

im Vergleich zum Prototypen (= 100%)

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 3


GOMS im Überblick

GOMS ist eine Methode zur Beschreibung

von Aufgaben (Tasks) und des Wissens des

Menschen, wie man sie bearbeitet

Ziel ist es, die Bearbeitungs- und Lernzeiten

abzuschätzen

GOMS-Modellbestandteile sind

Goals, Operators, Methods & Selection Rules

Ursprung der GOMS-Modelle ist

Stuart Card, Thomas Moran und Allen Newell:

“The Psychology of Human-Computer Interaction”

(1983)

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 4


Ziele (Goals)

Ziele des Benutzers

Was will er durch die Benutzung des

Systems erreichen?

Gedacht für Routineaufgaben

Nicht zu abstrakt, kreativ oder

problemlösend

Es gibt eine Hierarchie von Unterzielen

Siehe Bsp. "Manuskript editieren"

Die Ziele sind in der Domäne formuliert

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 5


Operatoren

Operatoren sind die kleinsten, atomaren Aktionen

des Benutzers

Beispiele:

Kommando-Interface

Textkommando+Parameter eintippen, Meldung lesen

WIMP-Interface

Menüauswahl, Drag&Drop, ...

Neuere multimodale Interfaces

Gesten, Sprachkommandos, ...

Operatoren sind auf verschiedenen

Abstraktionsebenen definierbar, aber mit der

Tendenz zu konkreten Aktionen

Operatoren sind kontextfrei und haben eine

konstante / parametrisierbare Dauer

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 6


Methoden

Methoden sind gelernte Folgen von

Unterzielen und Operatoren, um ein Ziel zu

erreichen

Beispiel:

Methode “Lösche-Absatz-per-Drag”:

Mit Maus Cursor an Absatzbeginn platzieren

Mausknopf gedrückt halten

Maus bis zum Ende des Absatzes ziehen

Mausknopf loslassen

Delete-Taste drücken

D.h. hier:

Methode = Anwendung von 5 Operatoren

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 7


Selektionsregeln

Im Allgemeinen gibt es mehrere Methoden für

das Erreichen eines Ziels

Bsp. “Lösche-Absatz-per-Del” (zeichenweise

löschen) und “Lösche-Absatz-per-Drag”

Persönliche, individuelle Selektionsregeln des

Benutzers entscheiden auf Basis anderer

(Kontext-)Faktoren, welche Methode

verwendet wird

Beispiel:

Verwende “Lösche-Absatz-per-Del” bei

Absätzen < 5 Buchstaben

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 8


Form eines GOMS-Modells

Programmform

Ähnlich einem Computerprogramm

Beschreibt, wie eine Klasse von Aufgaben gelöst wird

Aufgabenvariablen als Parameter

Methoden als Prozeduren

Beispiel:

Lösche-Absatz-per-Drag (startpos,endpos);

Vorteil: Umfassend, maschinenausführbar

Nachteil: Unübersichtlich, aufwändig

Sequenzform

einfacher, aber unparametrisiert

Ähnlich einem speziellen Programmdurchlauf, d.h. nicht

allgemein

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 9


5 Engineering Modelle für Mensch-

Maschine-Interaktion

5.2 GOMS

Varianten und Beispiele


KLM

Keystroke-Level Model

Einfache Vorversion des Original-

GOMS

Ebenfalls von Card/Moran/Newell, 1980

KLM verwendet die Sequenzform auf

„Tastenniveau“ ohne Goals / Methoden

/ Selektionsregeln

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 11


KLM

Operatoren

K Keystroking

B Pressing Mousebutton

P Pointing

H Homing (Hände von Tastatur zu Maus)

D Draw (mit der Maus zeichnen)

M MentalPrepare

R ResponseSystem

Dazu 5 heuristische Regeln für Platzierung

von M-Operatoren („Denkpausen“)

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 12


KLM

Dauer der Operatoren (nach Card, Moran,

Newell)

K Typist 0,12 Sek

Geübter 0,28 Sek

Novize 1,2 Sekunden

B Mouse Down oder Up 0,1 Sekunden

Mouse Click 0,2 Sekunden

P siehe Fitts Law

Durchschnittswert 1,1 Sekunden

H 0,4 Sekunden

D anwendungsabhängig

M 1,35 Sek

R systemabhängig

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 13


KLM Beispiel

Text mit Menümethode bewegen

Vorbereiten M 1.35s

Cursor auf Bereichsanfang P 1.10s

Mausklick B 0.20s

Cursor auf Bereichsende P 1.10s


Summe: ??.?? s

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 14


KLM Bewertung

KLM ist ein schnell und einfach anwendbares

(und begründbares) Modell

KLM ist nützlich für Vergleichsschätzungen

von Bedienzeiten und zum Beurteilen des

Einflusses externer Parameter

(Tippgeschwindigkeit etc.)

Nachteil

Die Sequenzform schlecht automatisierbar (keine

Parameter)

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 15


CMN-GOMS

Originalmodell von Card, Moran, Newell

1983

Unterschiede zum KLM

Hierarchische Ziele, Methoden und

Selektionsregeln sowie

„Verify“-Operationen statt des einfachen M-

Operators

Dadurch detailliertere Modellierung

Programmform, dadurch allgemeiner und

ausführbar

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 16


CMN-GOMS Beispiel

GOAL: EDIT-MANUSCRIPT

GOAL: EDIT-UNIT-TASK (* wdh. bis fertig *)

GOAL: ACQUIRE UNIT-TASK (* wenn nicht im Kopf *)

GOAL: TURN-PAGE (* wenn am

Seitenende *)

GOAL: GET-FROM-MANUSCRIPT

GOAL: EXECUTE-UNIT-TASK (* wenn eine gefunden *)

GOAL: MODIFY-TEXT

select:

VERIFY-EDIT

GOAL: MOVE-TEXT (*wenn Text zu verschieben ist*)

GOAL: DELETE-PHRASE (* wenn Text zu löschen ist *)

GOAL: INSERT-WORD (* wenn Wort einzufügen ist *)

[…]

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 17


CMN-GOMS Beispiel

GOAL: MOVE-TEXT (* Ausformulierung *)

GOAL: CUT-TEXT

GOAL: HIGHLIGHT-TEXT

Select: (* je nach Länge des Bereichs *)

GOAL: HIGHLIGHT-WORD [...]

GOAL: HIGHLIGHT-ARBITRARY-TEXT

MOVE-CURSOR-TO-BEGINNING 1.10s

CLICK-MOUSE-BUTTON 0.20s

MOVE-CURSOR-TO-END 1.10s

SHIFT-CLICK-MOUSE-BUTTON 0.48s

VERIFY-HIGHLIGHT 1.35s

GOAL: ISSUE-CUT-COMMAND

MOVE-CURSOR-TO-EDIT-MENU 1.10s

PRESS-MOUSE-BUTTON 0.10s

MOVE-MOUSE-TO-CUT-ITEM 1.10s

VERIFY-HIGHLIGHT 1.35s

RELEASE-MOUSE-BUTTON 0.10s

GOAL: PASTE-TEXT […]

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 18


CMN-GOMS Bewertung

CMN-GOMS ist detaillierter und

realistischer als KLM

CMN-GOMS-Modelle sind durch die

hierarchische Programmform besser

automatisierbar

Aber:

eine genaue Anleitung zur Erstellung

fehlt noch

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 19


NGOMSL

Natural GOMS Language

(David Kieras, 1988)

Ausformulierter als das Original

Programmiersprachen-ähnliche

Darstellung der Komponenten

Dazu: Grobe Regeln für viele Faktoren

4 Ebenen bis Tastenlevel, 5 Schritte pro

Methode, Zielsetzung & -abschluss,

Gedächtnisanforderungen

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 20


NGOMSL-Kochrezept

Oberste Ziele wählen

Bsp. Dokument editieren

Rekursiv Methoden pro Ziel skizzieren

“Wie würde der Benutzer beschreiben, wie man

das macht, erst mal ohne die genauen Details?”

Neue Unterziele festhalten

Shortcuts für später aufheben

Konsistenz (gleiche Methoden, …) und

Auswirkung der Modellannahmen prüfen

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 21


NGOMSL Beispiel

Ziel

Text editieren (Ebene 1)

Methode für Ziel

Text verschieben (Ebene 2)

Erfülle Ziel: Text ausschneiden

Erfülle Ziel: Text einfügen

Zurück, Ziel erfüllt

Methode für Ziel

Text ausschneiden (Ebene 3)

Erfülle Ziel: Text markieren

An Kommando „Cut“ erinnern

Erfülle Ziel: Kommando absetzen

Zurück, Ziel erfüllt

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 22


NGOMSL Beispiel

Methode für Ziel

Text einfügen (Ebene 3) […]

Selektionsregelmenge für Ziel "Text

markieren"

Wenn Text=Wort, dann erfülle Ziel:

Wort markieren

Ansonsten, erfülle Ziel:

Beliebigen Text markieren

Zurück, Ziel erfüllt

Methode für Ziel

Wort markieren (Ebene 4) […]

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 23


NGOMSL Beispiel

Methode für Ziel

Beliebigen Text markieren (Ebene 4)

Bestimme Position des Textanfangs 1.20s

Bewege Cursor auf Textanfang 1.10s

Mausklick 0.20s


Summe: 16.38s

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 24


CPM-GOMS

Die bisherigen GOMS-Modell kennen keine

Parallelität/Nebenläufigkeit von Zielen und

Operatoren

CPM-GOMS verwendet PERT Charts zur

Notation [Gray, John, Atwood 1993]

CPM = Critical Path Method

CPM-GOMS ist eine Sequenzform

CPM-GOMS beinhaltet Operatoren-

Kombinations-Templates für Wahrnehmung

(Perception), Erkennung (Cognition) und

Motorik

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 25


CPM-GOMS Ausschnitt aus einem Beispiel

Prozessoren

Wahrnehmung

Kognition

Rechte Hand

Linke Hand

Augenbewegung

Shift-

Klick init.

(1650/50)

Cursor ans

Ende

(1330/480)

Anfangszeit/Dauer

Cursorposition

(1810/100)

Shift-Taste

(1700/100)

Kritischer Pfad: fett

Cursor

prüfen

(1910/50)

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 26


5 Engineering Modelle für Mensch-

Maschine-Interaktion

5.3 GOMS Einsetzbarkeit


Tools: QGOMS

Quick (and Dirty) GOMS

David Beard, 1996

Tool zur schnellen graphischen

Erstellung von Ziel- und

Operatorhierarchien

Templates für gängige Operationen

Automatische Berechnung der

Bearbeitungszeit

Kostenfrei unter

http://cob.isu.edu/qgoms/

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 28


Tools: QGOMS

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 29


Was kann GOMS liefern?

Ausführungszeiten für Aufgaben bei geübten

Benutzern vorhersagen

Verknüpfung geschätzter Zeiten pro Operator

auch für parallel bearbeitete Aufgaben

Lernzeit für das Ausführen von Aufgaben

vorhersagen

Methoden-Lernzeit

Gedächtnisbasierte Fehlbedienungswahrscheinlichkeiten

vorhersagen

wo, wie oft

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 30


Was lässt sich daraus ableiten?

Trainingskosten

Kosten täglicher Benutzung, Effizienz

Fehlerkosten

Fehlerbehebungskosten

Verknüpfbar mit Anschaffungs-,

Änderungs-, Herstellungs-,

Wartungskosten

Letztlich in Geld messbar

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 31


Anwendungsbereiche

Passive Einbenutzeranwendungen

Benutzer initiiert Aktion – System handelt –

Feedback

Beispiele:

Betriebssystem, Tabellenkalkulation, Texteditor,

DTP, CAD, Informationsbrowser, WWW-Seiten,

Flugcomputer, Oszilloskope, progr. Fernseher

Aktive Einbenutzeranwendungen

System liefert ständig neue Situationen

Beispiele: Radar, Spiele

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 32


Anwendungsbereiche

Ersatzbenutzersituationen

Benutzer löst Probleme eines Clients

(Hotline)

Auch kreative, Nicht-Standard-

Aufgaben

Routineanteil erleichtern, z.B. beim

Programmieren oder Design

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 33


Einsatzbeispiele Quantitativ

Alternative Systemangebote

modellieren

Beschaffungskosten/Nutzungseffizienz

analysieren

Expert-User-Vorhersagen &

Kostenangaben oft nur mit GOMS möglich

Redesign-Auswirkungen abschätzen

Kurzfristige Trainingskosten / langfristige

Arbeitsersparnis analysieren

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 34


Einsatzbeispiele Qualitativ

Dokumentation

GOMS beschreibt Wissen, um Aufgaben

zu erledigen

D.h. ein guter Ausgangspunkt für

Online-Hilfe, Tutorials, Schulungen (“taskoriented

documentation”)

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 35


Wann nicht GOMS?

Kiosksysteme ohne Mehrfachnutzung

Neuartige Systeme ohne Benutzungsprofil

Systeme mit Schwerpunkt des Erlernens auf

der Operatorebene

Z.B. Gestenerkennung, VR-Operatoren

Generelle Gefahr

mechanistische Sichtweise des Menschen

GOMS ist nicht immer, aber oft sinnvoll

Interaktive Systeme, SoSe 2003, Prof. Dr. M. Weber, Folie 36


Zusammenfassung GOMS

GOMS liefert a-priori-Abschätzungen für

Ausführungs- und Lernzeiten von

Routinetätigkeiten des Benutzers

Aufgaben hierarchisch durch Ziele,

Operatoren, Methoden und Selektionsregeln

modelliert

Evolutionäre Familie von Methoden

KLM, CMN, NGOMSL, CPM-GOMS, EPIC

Tools existieren

z.B. QGOMS

Bewährte Ergänzung und Alternative zu

Prototyping

für Beschaffung, (Re-)Design-Tradeoffs, Doku

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