Ingenierpsychologie

• das Ideal der Ingenieurpsychologie nach Poulton (1966) besagt, dass es bei dem Ziel der Ingenieurpsychologie

  • nicht primär um die Evaluation verschiedener Artefakte zur

    Identifikation der passendsten Umsetzung geht,

  • sondern um die Identifikation der psychologischen Aspekte und Prozesse, die die Ursache dafür sind, dass eine bestimmte Umsetzung eines Artefaktes die passendste ist.

• Dies entstammt aus seiner Definition -> „The aim of engineering psychology is not simply to compare two possible designs for a piece of equipment (which is the role of human factors), but to specify the capacities and limitations of the human (generate an experimental data base) from which the choice of a better design should be directly deductible.“ (Poulton, 1966, p. 178)

„Ingenieurpsychologie ist die Wissenschaft vom Erleben und Verhalten des Menschen im Umgang mit technischen Systemen mit dem Ziel, diesen Umgang optimal zu gestalten.“ (Vollrath, 2015)

Es werden gesellschaftliche Herausforderungen und technische Entwicklungen analysiert und aus diesen werden Fragestellungen auf basis von psychologischen Theorien für die Nutzerforschung formuliert. Aus diesen Ergebnissen werden dann Rahmenmodelle und schlussendlich Design- Guidelines abgeleitet für eine menschzentrierte Digitalisierung und eine optimierte Technikentwicklung.

• Abgrenzung von Ingenieurpsychologie zu Human Factors / Ergonomie

  • IngPsy: keine Beschäftigung mit physiologischen Aspekten

  • Schwerpunkt Informationsverarbeitungsprozesse (aber: auch Schwerpunkt der kognitiven Ergonomie)

  • IngPsy stärker theoretisch fundiert/orientiert

  • IngPsy weniger stark Entwicklung & Vergleich von Designvarianten

  • Stärker Bezug auf experimentalpsychologisches Wissen

  • Jedoch: IngPsy hat starke Wurzeln in Ergonomie

• Abgrenzung zur Allgemeinen Psychologie

  • Allgemeine Psychologie erfordert experimentelle Kontrolle aller Variablen

  • In der Ingenieurpsychologie überwiegt praktische die statistische Signifikanz

  • Ingenieurpsychologische Untersuchungen müssen anwendbares Wissen liefern

(1) Physical ergonomics -> Anatomie, Anthropometrie, Physiologie, Biomechanik

(2) Cognitive ergonomics -> Wahrnehmung, Aufmerksamkeit, Gedächtnis, Handlungsplanung, Motorik -> hier ist die Ingenieurpsychologie

(3) Organizational ergonomics -> Optimierung von Organisationsstrukturen, Kommunikation, crew ressource management, ...

◼Ingenieurpsychologie = besonders Aspekt (2)

• Mensch-Maschine-System:

  • „Zielgerichtetes Zusammenwirken von Personen mit technischen Systemen zur Erfüllung eines fremd- oder selbstgestellten Auftrages“ (Timpe & Kolrep, 2000, S. 10)

• Mensch & Maschine können beide in Subsysteme gegliedert werden

  • Diese Subsysteme haben bestimme Eigenschaften

  • Beim Menschen z.B. Senorisch/ Perzeptuell, Kognitiv und Psychomotorisch

  • Bei Maschinen z.B. Hardware Interface, Software Interface und Instructional Support

  • Güte der Gestaltung des Mensch-Maschine-Systems (Passung Zusammenspiel Subsysteme) entscheidet über die Gesamtperformanz des Systems

    • Z.B. Passung von Eingabegeräte zu motorischen Anforderungen der Aufgabe,

      Passung der Feedback-Modalität

• „Maschine“:

  • Relativ breites Verständnis des Begriffes

  • Allgemein „technisches Gebilde“ / „technisches System“

  • Oder konkret „Anlage“, „Apparat“, „Produkt“, „Software-System“, „Gerät“, etc. Abgrenzung zu einfachen Werkzeugen:

    • Durch Vielzahl der Elemente, die miteinander in Beziehung stehen & dem Umsatz von Energien, Stoffen oder Signalen dienen

Mögliche Rollen des Menschen im System (Hoyos, 1987)

(1) Regler: Einhalten von Sollwerten (z.B. Flugzeug auf Kurs halten)

-> durch zunehmende Automatisierung zurückgedrängt

(2) Überwacher: Signalverarbeitung, Diagnose, Entscheidung unter Unsicherheit

(3) Dialogpartner: komplexe Informationsverarbeitung -> interaktiver

Problemlöser

• Weiterentwicklung der Rolle des Menschen im System durch Automatisierung:

  • Automatisierung kann zwischen „der Mensch regelt alles“ bis „der Computer entscheidet alles und führt alles aus“ geschehen (Sheridan & Verplank, 1978)

Stufen der Automatisierung, z.B. (Sheridan & Verplank, 1978)

• Der Computer schlägt eine Alternative vor, der Mensch entscheidet

• Der Computer gibt dem Menschen eine Veto-Chance in einem gewissen Zeitfenster

• Der Computer informiert den Menschen nur, wenn dieser das fordert

3-Stage Model der Informationsverarbeitung (Proctor & Zandt 2018)

(1) Perceptual Stage:

• Teilweise unbewusste Teilprozesse (z.B. sensorische Verarbeitung von visuellen Reizen)

• Systemgestaltung: wie lange sind Reize präsent & wie leicht ist die sensorische

  Extraktion von Information (z.B. Auflösung, Größe, Kontrast,...)

  
  

  
  

  (2) Cognitive Stage:

• Kombination von Reizinformationen mit Gedächtnisinformationen, Verstehensprozesse, Entscheidungsprozesse, ...

• Zahlreiche kognitive Begrenzungen (z.B. Arbeitsgedächtniskapaztität)

• Systemgestaltung: Identifikation der benötigten kognitiven Ressourcen & deren

  Grenzen

  
  

  (3) Action Stage:

• Auswahl der Verhaltensantwort aus Verhaltensoptionen, motorische Steuerung

• Systemgestaltung: z.B. Größe von Eingabeelementen, Kompatibilität zwischen Steuerungselementen und erzielbaren Effekten (Affordances von Türen, Fahrzeugsteuerung, ...)

Schwächen/Einschränkungen:

• Informationsverarbeitung ist nicht nur passiv linear, sondern folgt einem aktiven Zyklus

• Motivationselemente (Handlungsregulatorische Prozesse) fehlen

• Visuelle Wahrnehmung – zentraler Zugang zu Informationen ̶ Aber: nur Objekte die im Zentrum Sehfeldes abgebildet werden = scharf

• Implikationen: Nutzer kann nur jeweils Information von einem Ort gleichzeitig tief verarbeiten (scharf sehen)

  • Information dort darstellen wo Nutzer hinschaut und/oder Aufmerksamkeitslenkung(z.B. Blinken)

• Selektive Aufmerksamkeit - Auswahl von Bereichen für die Aufmerksamkeitszuwendung

Aufgaben bei denen selektive Aufmerksamkeit relevant am Beispiel Mary der Busfahrerin:

(1) Orientieren (Generelle Orientierung & Scanning)

Wenn Mary das Bus- Depot verlässt muss sie sich ständig orientieren und die Umgebung scannen.

(2) Überwachen (supervisory control)

Beim Scannen der Umwelt weiß mary in der Regel, welche Bereiche relevant für ihre Aufgabe ist, also der gesamte vordere Bereich z.B.

(3) Bemerken

Mary muss ebenfalls beobachten, um ggf. unerwartete Ereignisse / Stimuli zu entdecken, wie ein Kind, das unerwartet auf die Straße läuft.

(4) Suchen

Mary muss außerdem ständig nach vordefinierten Zielreizen suchen, z.B. nach Passagieren, die an der Haltestelle stehen und in den Bus einsteigen wollen.

(5) Lesen

Mary liest außerdem die Schilder.

(6) Überprüfen (confirming)

Mary überprüft auch, ob bestimmte Aktivitäten stattgefunden haben (d.h. Feedbackverarbeitung). ZB ob die hintere Tür geschlossen wurde, bevor sie weiter fährt.

◼Aufmerksamkeitsanforderungen (Arten/Aspekte):

(1) Selektive A.: notwendige Informationen für sicheres Verhalten selektieren

(2) Fokussierte A.: trotz irrelevanter Störreize Aufmerksamkeit fokussieren

(3) Geteilte A.: oft müssen wir A. zwischen Aufgaben/Reizen aufteilen

(4) Dauer-A. & Vigilanz: oft müssen wir Aufmerksamkeit lange aufrechterhalten

◼AOI – „Area of Interest“

• Bereich/Ort, an dem bestimmte aufgabenrelevante Informationen gefunden werden können

• Eine AOI kann für mehrere (Teil-)Aufgaben relevant sein

• Mehrere AOIs können für eine Aufgabe relevant sein

Grundidee:

• Definiert vier Faktoren, die bestimmen, worauf (d.h. auf welche AOI) die visuelle Aufmerksamkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt gerichtet wird

• Sagt die Aufmerksamkeitsverteilung vorher (wie viel Aufmerksamkeit wird z.B. versch. Displays gewidmet – Verteilung Blickdauern)

4 Faktoren: Salience Effort Expectancy Value

Wert:

• Gut geeignet, um z.B. das Blickverhalten beim Autofahren, beim Fliegen oder im Operationssaal vorherzusagen

• Liefert auch Erklärung dafür, dass bestimmte AOIs von hohem Wert phasenweise vernachlässigt werden („neglect“)

◼(1) Salience

• Auffälligkeit der AOI – inwieweit sticht AOI hervor

• Abhängig z.B. von Größe, Farbe, Intensität, Kontrast

◼(2) Effort

• Aufwand für Aufmerksamkeitsverschiebung zwischen AOIs

• Augenbewegungen einfach – aber nicht aufwandsfrei

◼ (3) Expectancy

• Erwartung bzgl. des Auftretens von Veränderungen innerhalb einer AOI

• Wir schauen eher dorthin wo wir erwarten, dass dort mehr passiert – Hfkgt mit der Informationen an Ort auftauchen (antizipiert) – Infodichte (Änderungen pro Zeit)

• Mentales Model der Umwelt repräsentiert Infodichte (wo passiert viel)

◼ (4) Value

• Bedeutsamkeit/Nützlichkeit der Informationen innerhalb einer AOI

• Wie wichtig ist Aufnahme einer bestimmten Info (z.B. Sicherheitsrelevanz)

• Z.B. auch auf leerer Straße (-expectancy) Blick auf Fahrbahn wichtig (+value), oder dichte Straßenwerbung (+expectancy, -value)

◼ Implikationen aus dem SEEV-Modell für Displaygestaltung:

(1) Bedeutsamere AOIs sollten salienter gemacht werden

(2) Distanz zwischen AOIs sollte negativ korreliert zu ihrer Nutzungshäufigkeit sein

(3) Ebenso bedeutsam: Häufigkeit der sequentiellen Nutzung von AOIs

◼ (1) Definition: Unvermögen, unter best. Bedingungen selbst große Veränderungen in einer Szene nach einer Unterbrechung zu entdecken

◼ (2) Einflussfaktoren: Auftreten wahrscheinlicher wenn...

(1) die generelle Beanspruchung hoch ist

(2) der sich verändernde Stimulus unauffällig ist

(3) die Aufmerksamkeit nicht auf dem Ort der Veränderung liegt

(4) der räumliche Abstand zwischen dem Aufmerksamkeitsfokus und dem Ort der Veränderung groß ist

(5) der sich verändernde Stimulus komplett außerhalb des Sehfeldes liegt

(6) das Ereignis (die Veränderung) unwahrscheinlich ist

(7) [unabhängig davon wo Aufmerksamkeit während Änderung ist] ... weniger Aufmerksamkeit vor/nach Änderung auf Ort der Veränderung liegt

◼ (1) Definition: Unvermögen, Veränderungen in einer Szene trotz Blickzuwendung zu entdecken

• Aufmerksamkeit auf andere Aspekte der Szenerie bzw. andere Aufgabe gerichtet

◼(2) Einflussfaktoren: Auftreten ist wahrscheinlicher wenn...

• (1) die Beanspruchung durch die Primäraufgabe hoch ist

• (2) die Veränderung nur geringe oder keine visuelle Ähnlichkeit mit der Primäraufgabe hat

Useful Field of View (UFOV)

• Definition: Der Sehwinkel, in dem die Präsenz oder Absenz eines Zielreizes (bzw. einer relevanten Information) identifiziert werden kann

• Größeres UFOV – weniger Blickbewegungen erforderlich, um den Suchbereich abzudecken

• Messung: Abstand 2 Blicke nacheinander = Indikator für Durchmesser

• Serielle Suche mit Abbruch:

  • Serial Self-Terminating Search – SSTS model (Sternberg, 1966)

• STp =ap +bN/2

  • STp -> wenn Ziel vorhanden (present)

  • ap -> Bestandteile der Suchzeit (Antwortzeit) außerhalb Suchprozedur

  • bN – b = Zeit für Scannen eines Elements & Entscheidung „nicht Ziel“ (N = Anzahl Elemente)

• STa=aa+bN

(1) Erschöpfende suche bei unbekannter Anzahl an Zielreizen (jedes Item wird gescannt)

(2) Parallele suche bei Klassifikation des Zielreizes anhand einer einzelnen salienten Dimension (z.B. Farbe) - auch genannt target popout - hier wird der Vorteil von z.B. grellen Farben deutlich

(3) Conjunction Search: Kombination aus verschiedenen Merkmalen im Zielreiz erschwert die parallele Suche (z.B. Farbe und Form) - ein rotes L finden zwischen roten und schwarzen L’s und T’s

(4) Serielle Suche ist umso schwerer, je ähnlicher sich Zielreiz und Distraktoren sind (z.B. abgeschnittenes T)

(5) Suche ist leichter, wenn die Distraktoren homogen sind (L zwischen T’s finden vs. zwischen vielen versch. Symbolen & Buchstaben)

(6) Suche ist leichter, wenn Zielreiz durch Präsenz, und nicht Absenz eines kritischen Merkmales definiert ist (Q zwischen O finden vs. O zwischen Q finden)

(7) Abstand zwischen Stimuli relativ unerheblich (in gewissen Grenzen)

• bei größeren Abständen mehr Zeit für Blickbewegungen bzw. UFOV-Verschiebungen erforderlich

• bei geringeren Abständen Interferenzen zwischen verschiedenen Stimuli, die wiederum in längeren Inspektionszeiten resultieren

(8) Suche nach mehreren verschiedenen Zielreizen (z.B. „T oder O“) ist schwieriger als Suche nach nur einem Typ von Zielreiz

• Ausnahme: Zielreize weisen beide das gleiche kritische Merkmal auf, dass sie von den Distraktoren unterscheidet (z.B. „T oder L unter Distraktoren O, U und S“)

(9) Intensives Training – funktioniert speziell wenn Zielreiz(e) immer identisch sind, und nie als Distraktoren auftreten („consistent mapping“)

◼ (1) Suchstrategien begünstigen Auffinden des Zielreizes

• Fokussierung auf bestimmte Merkmale aus Erfahrung

  • Z.B. räumliche Position (Medizin – Suche nach Tumoren auf Röntgenbild)

• Fokussierung auf saliente Merkmale

• Z.B. Zielreiz über zwei Eigenschaften (z.B. Farbe „rot“ und Größe „groß“) definiert, Häufigkeiten der beiden Eigenschaften im Suchfeld unterschiedlich häufig (z.B. nur wenige große Objekte, aber viele rote)→zunächst Aufsuchen des seltenen Merkmals (alle großen Objekte anschauen), dort dann nach häufigem Merkmal suchen (alle roten unter den großen Objekten)

◼(2) Größe des UFOV ̶ UFOV ist unterschiedlich groß (interindividuelle Differenzen) – kann

möglicherweise zum Teil trainiert werden

◼(3) Genauigkeit der visuellen Suche

• Trade-Off zwischen Schnelligkeit und Genauigkeit

• Typischerweise zwei Fehlertypen

  • Inattentional Blindness – Bereich des Zielreizes bei der Suche gescannt (bzw. Zielreiz sogar fixiert), trotzdem Zielreiz nicht identifiziert

  • Nicht den gesamten Suchbereich gescannt (mit UFOVs „tapeziert“) – zu frühe „stopping policy“, z.B. weil:

    • Nur „wahrscheinliche“ bzw. typische Regionen gescannt wurden

    • Die Erwartung, dass der Zielreiz präsent ist, generell gering ist

„Clutter“ – Durcheinander

• Beinträchtig vis. Suche bzw. insgesamt selektive & fokussierte Aufmerksamkeit

• Messung: subjektiv oder anhand objektiver Eigenschaften

Objektiv: Clutter entsteht z.B. durch...

(1) Hohe Anzahl an Reizen im Suchbereich

(2) Distraktoren in unmittelbarer Umgebung des Zielreizes

• Erschwert fokussierte Aufmerksamkeit – z.B. HUD

(3) Heterogenität der Hintergrundmerkmale

(4) Fehlende Organisation der Reize im Suchbereich

„Cueing“ – Lenkung der visuellen Aufmerksamkeit auf einen relevanten Bereich durch einen Hinweisreiz

(1) Position des Hinweisreizes / Cues

◼ A) Zentraler Hinweisreiz (z.B. Pfeil in Richtung der relevanten Information)

• Eher top-down Verarbeitung (kognitiv) – braucht etwas länger

• Keine Verdeckung der Zielinformation

• Eher unpräzise bei der Positionsbestimmung

◼ B) Peripherer Hinweisreiz an der Position der relevanten Information (z.B. blinkendes Licht)

• Eher bottom-up Verarbeitung (perzeptuell) – schnellere Reaktionen

• Präziser bei der Bestimmung der Position

• Problematisch wenn zu weit in der Peripherie

• Müssen salient sein (z.B. multiple Onsets = Blinken)

• Dürfen eigentliche Information nicht überdecken/maskieren (Clutter)

(2) Zuverlässigkeit des Hinweisreizes

◼ 100%ige Zuverlässigkeit eher selten

◼ Je höher die Zuverlässigkeit (unterhalb von 100%)

(1) desto größer der Nutzen wenn korrekt, aber desto größer auch die Kosten wenn inkorrekt – z.B. ausbleibende Warnung („automation complacency“)

(2) desto seltener werden andere Bereiche nach relevanten Informationen gescannt („attentional tunneling“)

Unsere visuelle Verarbeitung läuft in zwei Hauptphasen ab. Die erste Phase, die Präattentive Verarbeitung (oder auch globale bzw. holistische Verarbeitung), meint die automatische Organisation unserer Umwelt in Objekte und Objektgruppen und passiert parallel und unbewusst. Im Anschluss sorgt die selektive Aufmerksamkeit dafür, dass wir bestimmte Elemente genauer verarbeiten und u.U. fokussieren.

◼ Enge Verbindung zwischen holistischer Verarbeitung und Emergent Feature Effekt

-> Z.B. Messparameter Flugzeugmotor – alle im korrekten Bereich?

Abweichungen von der Norm werden in Abbildung B weitaus schneller erkannt als in A

◼ Gestaltpsychologie – Gestaltprinzipien der Gruppierung – Gestaltgesetze

(1) Gesetz der Nähe - Nahe Elemente werden gruppiert

(2) Gesetz der Ähnlichkeit - Elemente die in Bezug auf Farbe, Form, Helligkeit usw. gleichartig sind werden eher gruppiert

(3) gute Fortsetzung – Linien werden in Annahme der stetigen Fortsetzung (geradlinig oder der Krümmung folgend) gruppiert

(4) gemeinsames Schicksal – gemeinsame Bewegung

Positionsbasierte Aufmerksamkeit: Die Aufmerksamkeit wird bestimmten räumlichen Bereichen zugewandt (Spotlight-Metapher), d.h. die räumliche Nähe relevanter Information erleichtert die parallele Verarbeitung (head- up display). Probleme können z.B. Inattentional Blindness und Clutter sein.

Objektbasierte Aufmerksamkeit: Die Aufmerksamkeit wird bestimmten Objekten zugewandt, d.h. die Zusammenfassung relevanter Informationen in einem Objekt erleichtert die parallele Verarbeitung, z.B. multidimensionale Objektdisplays

◼Was macht ein Objekt überhaupt aus?

• Verbundenheit oder umgebende Konturen zwischen verschiedenen Teilen

• Konsistenz in der Bewegung (in Relation zu anderen Elementen der Umgebung)

• Vertrautheit

• (siehe auch Gestaltpsychologie)

◼ „Kompatibilitätsprinzip der Nähe“

• Leistung hängt ab vom Zusammenspiel aus (1) Aufgabennähe und (2) „Displaynähe“

◼ (1) Aufgabennähe

• Hoch = wenn mehrere Elemente zur Bearbeitung einer Aufgabe erforderlich sind (= geteilte Aufmerksamkeit), d.h. Integration der vorliegenden Informationen ist erforderlich

• Zu unterscheiden von Dual Task Bearbeitung, bei der zwei Aufgaben gleichzeitig bearbeitet werden & keine Informationsintegration erfolgt (=fokussierte Aufmerksamkeit)

◼(2) Displaynähe

• Beeinflussbar über eine Reihe von Faktoren, grob klassifizierbar in sensorische Aspekte, objektbezogene Aspekte und Emergent Features

• Sensorische Nähe

  • Räumliche Nähe

  • Farbliche „Nähe“

• Objektbezogene Nähe

  • Verbindunge

  • Aneinanderstoßende Grenzen

  • Heterogenität / Homogenität der Objektmerkmale

• Emergent Features

  • Homogenität

  • Symmetrie

(1) Verbal-phonetische vs. visuell-räumliche Kodierung

Implikationen für Interfacedesign :

(1) Räumliche Informationen: besser visuell anstatt sprachlich (dann muss nicht umkodiert werden)

(2) Informationen die verbal repräsentiert nur kurz dargeboten werden können: besser auditiv als visuell − weil echoisches Gedächtnis langsamerer Zerfall als ikonisches Ged. & besser kompatibel mit phonolog. Rehearsal

(3) Vermeidung von mehreren Informationsquellen gleicher Kodierung

(2) Zentrale Exekutive

Koordiniert Aktivität der Subsystem (Überwachungs-/Kontrollstation)

Implikation für Interfacedesign:

(1) Vor allem parallele Bearbeitung mehrerer Aufgaben problematisch

◼(1) Kapazitätsgrenze

Max. 7 Elemente – Miller (1956) „magical number seven plus or minus two“

Aber beachten:

− (1) Chunking: Zusammenfassg. v. Einzelinfos in größere bedeutungshaltige Einheiten

− (2) Entscheidend nicht Wortanzahl sondern Länge bei Aussprache

Implikation für Interfacedesign:

zu memorierende Informationen möglichst kurz halten, z.B.:

• Navigationsinformationen (auditiv präsentiert)

• Anzahl verschiedener Menüpunkte, die verglichen werden müssen

◼(2) Interferenz ̶ Ähnlichkeit bzgl. Inhalt und / oder Kodierung führt zu Störung (Interferenz)

◼(3) Zerfall ̶ Ohne Rehearsal (Wiederholen) innerhalb ca. 20 s zerfallen (vergessen)

Brown-Peterson-Paradigma (Brown, 1959; Peterson & Peterson 1959)

◼3 Buchstaben merken (z.B. CRK)

◼ In Dreierschritten von Zahl (z.B. 431) rückwärts zählen (Unterdrückung Rehearsal) für 3-18 Sekunden

◼ Ergebnis: Erinnerungsleistung nimmt schnell ab bei Unterdrückung Rehearsal

◼ Hängt aber auch von Informationsmenge ab (Anzahl Buchstaben, schematische Abbildung, Wickens et al. 2013):

Generelle Implikationen für Interfacedesign:

(1) Chunkingvielfalt -> Vermeidung von langen Folgen ähnlich klingender Chunks

Beispiel -> ein Pilot soll 2 Wegpunkte abfliegen, diese sind absichtlich so unterschiedlich wie möglich benannt (RILAX -> MATIV)

(2) Kodierungsvielfalt -> Nutzung verschiedener Kodierungen (verbal vs. räumlich) für verschiedene Informationsquellen

Beispiel: Die Wegpunkte werden einerseits auditiv (per ATC) und visuell (auf dem Navi) angezeigt bzw. durchgegeben

(3) Rehearsal sicherstellen ->Sicherstellen, dass während bzw. unmittelbar vor und nach Speicherung von wichtigen Informationen keine zusätzlichen Aktivitäten auszuführen sind, die gleiche Kodierung oder sogar gleiches Material (z.B. nur Zahlen) nutzen

Beispiel: Während der Pilot den Funk verfolgt, werden andere Tätigkeiten, wie die Kontrolle der Flughöhe, unterlassen

(4) Keep order ->Nutzung von räumlicher Trennung und anderen Gestaltungsprinzipien, um Verwechslungen zu vermeiden

Beispiel: Der Bildschirm von Navi und anderen Anzeigen ist rechts vom PFD; der Klappenhebel ist weit entfernt vom Fahrwerkshebel

(5) Und ganz allgemein: Arbeitsgedächtnisbelastung im Blick behalten und Möglichkeiten zur einfachen Externalisierung von Gedächtnisinhalten schaffen (z.B. Marker, Notizfunktion)

◼ Situation Awareness (SA) – Situationsbewusstsein

• Wichtige Voraussetzung für gute Entscheidungen in dynamischen Situationen

  • Fluglotsen, Piloten, Autofahrer, Leitwarten-Mitarbeiter, Chirurgen, ...

• Mit +Informationsflut & komplexerer Technik: +Fehler durch –SA

• Grundidee: „Situation Awareness is knowing what is going on around you.“(Endsley, 2000)

◼ Definition:

Hauptdefinition (wichtigste – populärste Definition): “Situation Awareness is

• the perception of the elements in the environment within a volume of time and space,

• the comprehension of their meaning,

• and the projection of their status in the near future” (Endsley, 1988)

Stärker psychologische Definition:

• „Situation Awareness is the continuous extraction of environmental information, integration of this information with previous knowledge to form a coherent mental picture, and the use of that picture in directing further perception and anticipating future events“ (Dominguez, 1994)

(Level 1 SA) Wahrnehmung: beschreibt die Wahrnehmung von kritischen Elementen sowohl im System (z.B. Flugzeug), als auch in der Umwelt (Landebahn)

(Level 2 SA) Verstehen: beschreibt die Integration und Verknüpfung der Elemente und das Verstehen was diese Elemente bedeuten (in Bezug auf Nutzerziele)

(Level 3 SA) Vorhersage: beschreibt die Vorhersage, was in naher Zukunft in System passiert. Hier spielt Wissen zur üblichen Dynamik der Systemelemente eine Rolle. Vorhersage dient einer rechtzeitigen Antizipation von Handlungsnotwendigkeit

Wie kommt es zu suboptimaler SA? – Fehlertaxonomie (Endsley, 1995)

(Level 1 SA) Wahrnehmung

• Relevante Informationen nicht verfügbar oder schwer zu detektieren

• Fehler beim Monitoring

• Fehlwahrnehmung

• Vergessen der Informationen

(Level 2 SA) Verstehen

• Fehlendes oder schlechtes mentales Modell

• Nutzung eines falschen mentalen Modells

(Level 3 SA) Vorhersage

• Fehlendes oder schlechtes mentales Modell

screenshot nachtragen folie 20!

(1) Attentional Tunneling

Zu wenig breite Wahrnehmung (enge Aufmerksamkeitsverteilung) = nur Informationen aus best. Bereichen werden in Situationsmodell aufgenommen bzw. bestimmte Informationen werden zu selten aktualisiert

(2) Begrenzte Gedächtniskapazität

Neue Informationen müssen mit bereits aufgenommenen kombiniert werden = schnell an Kapazitätsgrenze Arbeitsgedächtnis – besonders wenn Systeme viel Erinnerung notwendig machen (z.B. nur auditive Präsentation von Informationen)

(3) Überlastung mit Daten

Viele Daten & schnelle Änderung vs. Fähigkeit neue Daten zu integrieren – Daten effizient komprimieren (z.B. integrierte Anzeigen, Aggregation über Referenzperiode)

(4) Fehlplatzierte Salienz

Zu viele (wenig relevante) hochsaliente Anzeigen – Problem für Aufnahme andere Informationen (fokussierte Aufmerksamkeit)

(5) Fehlerhafte Mentale Modelle

Problem für Level 2 & 3 – falsche Repräsentation der Situation

(6) Automation & „Out-of-the-Loop“

Abnahme von SA wenn höhere Automatisierung – Problem für Übernahmesituation: System muss schnellen Aufbau ausreichender SA unterstützen

Schema-Bezug von Anzeigen

Nutzer haben best. Schemata (prototypische relevante Systemzustände) – Anzeigen sollten Wahrnehmung bzgl. „bestimmtes Schema trifft gerade zu“ vereinfachen

Überblicksanzeigen

Anzeigen die Gesamtüberblick über Situation/System geben zu jeder Zeit zugänglich (für globale SA)

Level 2 & 3 – Anzeigen

Anzeigen sollten direkt Informationsbedürfnisse von Level 2 & 3 adressieren (nicht erst Integration der Daten/Elemente notwendig)

Zielorientierte Anzeigen

Anzeigen so strukturieren, dass Anzeigen mit Relevanz für bestimmtes Nutzerziel gruppiert sind & Status bzgl. Zielerreichung direkt sichtbar

(1) SART - Situation Awareness Rating Technique

• Subjektives Rating der eigenen Situation Awareness auf versch. Dimensionen

• Erfasst nur grob inwieweit sich Personen als situationsbewusst erlebt

• Korreliert eher nicht mit Leistungsmaßen

(2) SPAM - Situation Present Assessment Method

• In der Situation werden ohne Unterbrechung der Tätigkeit (online) einzelne Fragen zur Situation gestellt – Erfassung von Antwortzeit & Korrektheit

(3) SAGAT - Situation Awareness Global Assessment Techniqu

• Prototypischer Vertreter der „Freezing-Techniken“

• Simulation wird angehalten, Anzeigen typischerweise ausgeblendet

• Fragen nach aktueller Situation (z.B. Anzeigenwerte, Elemente in Umwelt, ...)

“SART” steht für “Situational Awareness Rating Technique

• beim SART wird subjektiv auf mehreren Dimensionen bipolar gerated, z.B.:

  • The amount of demand on attentionnal resources (D)

  • Instability of the Situation i.e. likeliness to change suddenly

  • Complexity of the Situation i.e. degree of complication

  • Variability of the Situation i.e. number of variables and factors changing

  • Supply of attentionnal resources (perceived workload) (S)

  • Arousal i.e. degree of alertness or readiness for action

  • Concentration of attention i.e. degree to which thoughts are brought to bear

  • Division of attention i.e. distribution, spread of focus

  • Spare mental capacity i.e. mental ability available for new variables

  • Understanding of the situation provided (U)

  • Information quantity i.e. amount of knowledge received and understood

  • Information quality i.e. accuracy and value of knowledge communicated

  • Familiarity with the situation i.e. degree of prior experience and knowledge

• SART wird auf den Dimensionen nicht angegeben, aber meine Einschätzung wäre, dass es sich um ein indirektes und offline- Verfahren handelt

• Nachteile sind, dass SART nur grob erfasst, wie situationsbewusst sich Personen erleben und dass es nicht mit Leistungsmaßen korreliert

• SPAM steht für Situation present assesment method

• in der Situation werden ohne Unterbrechung der Tätigkeit (online) einzelne Fragen zur Situation gestellt - erfasst wird die Antwortzeit und Korrektheit

• SPAM ist direkt und online

• Vorteil gegenüber SAGAT: manchmal ist es lediglich notwendig in einer gegebenen Situation (z.B. ATC) zu wissen, wo man bestimmte Informationen (z.B. Callsign eines Flugzeuges) finden kann, stattt dies immer im Arbeitsgedächtnis zu behalten

• SAGAT steht für Situation Awareness Global Assessment Technique

• Prototypischer Vertreter der “Freezing” Techniken

• Simulation wird angehalten und wichtige Anzeigen ausgeblendet, z.B. die Position eines Flugzeugs bei ATC

• Dann wird nach der aktuellen Situation gefragt, TN muss angeben, wo sich die relevanten Informationen finden lassen (z.B. Positionen der Flugzeuge im Luftraum)

• SAGAT ist eine direkte und offline- Messung

• Problematisch kann SAGAT beim Abfragen von gedächtnisbasierten Freezing- Techniken sein, man sollte hier nur wenig informationen unmittelbar abfragen

Unsere Arbeitsdefinitionen (Carroll & Olson, 1987):

„A rich and elaborate structure, reflecting the user’s understanding of

• (a) what the system contains,

• (b) how it works, and

• (c) why it works that way.

It can be conceived as knowledge about the system sufficient to permit the user to mentally try out actions before choosing one to execute.”

Grundidee: In vielen Kontexten der Mensch-Technik Interaktion ist korrektes Systemverständnis relevant (Wie funktioniert das System?)

• Nutzer entwickeln subjektives Systemverständnis

• Häufig genutzter Begriff: Mentales Modell

Was ist ein mentales Modell?

• Lange Debatte – viele unterschiedliche Definitionen & Sichtweisen

• Z.B. kognitive Psychologie vs. Human Factors / HCI

Kernmerkmale MM in Bezug auf Mensch-Technik-Interaktion(Wickens et al. 2013):

1 Mentale Struktur die reflektiert wie ein Nutzer ein System versteht

2 Repräsentation eines technischen Systems die ausreichend ist um bestimmte Aktionen mental zu simulieren (auszuprobieren) bevor Entscheidung treffen

3 Zur Ableitung von Erwartungen bzgl. “Wie wird das System reagieren?”

4 Typischerweise durch Interaktion mit System gebildet (spontan entwickelt oder durch spezifisches Training geformt)

◼Konstruktion mentaler Modelle

• Instruktionen, Training, Erfahrung

• Analogien / Metaphern

• Menschen transferieren bestehendes Wissen in neue, scheinbar ähnliche Domänen

• Problem – Analogien liefern keine 100%ige Genauigkeit

Struktur mentaler Modelle

• Repräsentation von Objekten und deren Beziehungen zueinander – kausale Verknüpfungen (oder zumindest korrelative Beziehungen)

• Modelle großer, komplexer Systeme sehr wahrscheinlich in kleinere, unabhängig voneinander funktionierende Modelle unterteilt

„Running the model“

• Gedankliche Manipulation des Modells um Hypothesen über die Realität (das „Zielsystem“) zu testen

Zu unterscheiden:

(1) Designmodell / Konzeptuelles Modell

Das ist die Repräsentation des Systems bzw. der Maschine durch den Designer. Das Designmodell ist korrekt, konsistent und vollständig. Es ist „Erfunden“ bzw. vordefiniert.

(2) Nutzermodell / Mentales Modell

Meint die Repräsentation des Systems bzw. der Maschine durch den Nutzer. Das mentale Modell ist zumeist technisch nicht völlig korrekt und häufig unvollständig, aber funktional. Es entwickelt sich natürlich, durch Interaktion mit dem Zielsystem

(3) Systembild (System Image)

Ist das physische Erscheinungsbild des Systems, seine Arbeitsweise, seine Reaktionen, und die zugehörigen Manuale und Instruktionen

Design Guideline: Über Systembild Nutzer ein angemessenes mentales Modell vermitteln (entsprechend konzeptuellem Modell des Designers)

Doppelaufgaben-Leistungseinbußen: Der Vergleich der Leistung in 2 Aufgaben bei gleichzeitig vs. alleiniger Bearbeitung

3 relevante Komponenten von Multitasking

(1) Anstrengung – Ressourcenbeanspruchung

• Anstrengung, die Bearbeitung einer oder mehrerer Aufgaben erfordert bzw. die bei der Bearbeitung investiert wird – Ressourcenbeanspruchung

• Verknüpft mit Aufgabenschwierigkeit

(2) Ähnlichkeit – Multiplizität der Ressourcen

• Ähnlichkeit der zu bearbeitenden Aufgaben hinsichtlich der beanspruchten Ressourcen

• Vielfältigkeit (Multiplizität) der Ressourcen (z.B. Modalität) – Ressourcenstruktur

• Nicht nur ein „Pool“ von Ressourcen sondern mehrere (z.B. laufen vs. sprechen) Aus (1) und (2) gemeinsam ergeben sich Doppelaufgaben-Leistungseinbußen

(3) Ressourcenmanagement – Ressourcenallokation

• Verteilung der Ressourcen/Anstrengung bei Bearbeitung der Aufgaben

• →Theorie multipler Ressourcen

• Ausgangsgedanke:

  • Es sind limitierte Ressourcen zur Bearbeitung von Aufgaben vorhanden

  • Je mehr Ressourcen eine Aufgabe benötigt, desto weniger verbleiben für etwaige Parallelaufgaben

• Automatizität – Aufgabe kann mit sehr geringer Aufmerksamkeitszuwendung ausgeführt werden

Entsteht bei:

• (1) Umfassender Übung

• (2) Sehr einfacher Reiz-Reaktions-Kombination

• Entsprechend kaum Ressourcen erforderlich, keine Einschränkungen bei paralleler Bearbeitung einer zweiten Aufgabe zu erwarten (keine Doppelaufgaben-Leistungseinbußen)

(tlw. für hochautomatisierte [überlernte] Aufgaben sogar nachteilig wenn Aufmerksamkeitszuwendung)

• Normalfall: keine Automatizität

  • Aufgaben brauchen, je nach (a) Schwierigkeitsgrad und (b) Expertisegrad, ein

    unterschiedliches Maß an Ressourcen

• 3 Arten von Aufgaben – „Performance-Ressource Function“ (Norman & Bobrow, 1975)

  • A – schwere Aufgabe (bzw. weniger geübt) – je stärker der Ressourceneinsatz, desto besser die Performanz - z.B. eine komplexe cognitive Task

    • ergo: die Aufgabe ist ressourcenlimitiert

  • B leichte Aufgabe (bzw. hoher Expertisegrad) – maximaler Ressourceneinsatz nicht für maximale Performanz erforderlich

  • C – (mittelschwere) Aufgabe, bei der zusätzliche Anstrengung nur bis zu bestimmtem Punkt eine bessere Performanz zur Folge hat, z.B. Wahrnehmungsschwelle (Beispiel: Höraufgabe, Dinge können nur bis zu einem bestimmten Grat gehört werden)

    • ergo: die Aufgabe ist datenlimitiert

◼ Bei 2 Aufgaben (hier: A vs. B) Entscheidung bzgl. Ressourcenallokation

A- der VL Folgen (durchgestrichen)

B - Folien Markieren (gestrichelt)

Ausgangsgedanke:

• Nicht einzelner „Ressourcentopf“, aus dem alle Aufgaben bedient werden Vielmehr versch. Aufgaben, in Abhängigkeit von ihren jeweiligen Merkmalen, durch unterschiedliche, voneinander unabhängige Ressourcen gespeist

• Je ähnlicher sich Aufgaben bzgl. dieser Merkmale sind, desto größer ist die zu erwartende Interferenz Z.B. Laufen und Telefonieren vs. Textnachrichten schreiben

4 Dimensionen:

(1) Verarbeitungsstufen

(2) Verarbeitungscodes

(3) Wahrnehmungsmodalität

(4) Visuelle Kanäle (foveale vs. periphere vis. Verarbeitung; später hinzugefügt)

(1) Verarbeitungsstufen

Meint die Unterscheidung zwischen

(A) Perzeptiven/kognitiven Aktivitäten und

(B) Handlungsauswahl/-ausführung

Evidenz:

• Neuropsychologische Befunde: verschiedene Gehirnareale für

  • (a) Sprache und Motorik auf der einen, und

  • (b) Wahrnehmung und Sprachverstehen auf der anderen Seite

• Nachweis: z.B. wenn Schwierigkeit (Ressourcenbeanspruchung) hinsichtlich Reaktionskomponente bei Aufgabe 1 manipuliert & keine Auswirkungen auf wahrnehmungsbezogene Aufgabe 2

  
  

• Entsprechend:

  • Interferenzen zw. ...

  • (a) Wahrnehmungsaufgaben &

  • (b) kognitiven Aufgabe

    ➔ obwohl untersch. Prozesse

z.B. sollten die kognitiven Prozesse eines Telefongespräches während der Autofahrt mit den Wahrnehmungsanforderungen des Autofahrens, insbesondere wahrnehmen von Veränderung, interferieren

(2) Verarbeitungscodes

Unterscheidung:

• (A) (manuell)-räumlich vs.

• (B) (vokal)-verbal

̶ Evidenz:

• Ebenso verschiedene Gehirnareale (hier die beiden Hemisphären)

• Siehe z.B. auch verschiedene Strukturen des Arbeitsgedächtnisses

• Nachweis: manuelle Handlungen (manuelle Kontrolle, meist stark räumlich, z.B. Maus, Tracking, Lenken) gut gleichzeitig mit sprachlichen Aktionen ausführbar

  − Z.B. (1) kontinuierliche manuelle Zielverfolgung (Tracking) geht leichter parallel mit (2) diskreter verbaler Aufgabe (wenn bei (2) verbale anstatt manuelle Reaktion)

  − (Schreiben auf Tastatur = „hybrid“ = manuelle Handlung, von verbaler Kognition gespeist)

  ̶ Designimplikation:

  • Z.B. zusätzliche manuelle Kontrolle stört Leistung in Aufgabenumgebung mit starker räumlicher Komponente (z.B. Autofahren)

◼(3) Wahrnehmungsmodalität

Unterscheidung:

• (A) visuell vs. • (B) auditiv vs. • (C) taktil

Aussage:

• Starke Interferenz zu erwarten, wenn beide Aufgaben gleiche Modalität fordern

• z.B. zwei parallele visuelle Aufgaben – Autofahren und Navigationssystem bedienen

Designimplikation:

• Entsprechend sinnvoll (wenn möglich) versch. Modalitäten anzusprechen

− Z.B. stark visuell beanspruchende Displays – Teile auf auditive Präsentation„auslagern“ (z.B. Warn- und Statussounds)

− Z.B. System mit gleichzeitigen auditiven Nachrichten – lieber Teil davon visuell

− Immer noch wenig ausgereizt: taktiles Feedback (Z.B. aktives Gaspedal, Lagefeedback für Hubschrauberpiloten, ...)

◼(4) Visuelle Kanäle ̶ Unterscheidung:

• (A) Fokal (foveal) vs.

• (B) peripher

̶ Evidenz:

• Offenbar unterschiedliche Hirnstrukturen und auch verschiedene Formen der Informationsverarbeitung

• Fokales/foveales Sehen für feine Details, Muster- und Objekterkennung − Z.B. Text lesen, kleine Objekte auf Bildschirm identifzieren

• Peripheres Sehen für Wahrnehmung von Richtung und Eigenbewegung − Z.B. durch Kurve steuern und auf Spur bleiben (Autofahren)

  
  

• Designimplikation:

  • Z.B. im Luftfahrtbereich – peripheres Sehen ausnutzen um Hinweise & Warnungen zu vermitteln (wo fokales Sehen von Piloten schon ausgelastet ist)

Grundidee: Durch Ressourcenbeanspruchung & Multiplizität der Ressourcen entsteht eine Doppelaufgaben-Leistungseinbuße ➔Wie wird Einbuße verteilt?

• Notwendigkeit der aktiven Ressourcensteuerung bzw. -verteilung zwischen den verschiedenen parallelen Aufgaben

• Z.B.: meist wird Spurhaltung/Gefahrenvermeidung beim Fahren über Handygespräch priorisiert

Wie geht das? Aufgabe der zentralen Exekutive des Arbeitsgedächtnisses

2 Varianten der Ressourcenzuwendung:

(A) Graduelle Verteilung der Ressourcen zwischen mehreren Aufgaben

• Z.B. Priorisierung durch Instruktion/Incentives

(B) Alles-oder-nichts Verteilung der Ressourcen, mit Wechsel zwischen den Aufgaben (z.B. Unterbrechungsmanagement)

• Multitasker = Entscheider, z.B. „jetzt Navi-Zieleingabe & keine Aufmerksamkeit Spurhaltung“

• Typisches experimentelles Paradigma:

  • Umgang mit Zahlenpaaren In trial 1 „Summe >10?“ in trial 2 „durch 2 teilbar?“

  • Ständiger Wechsel zwischen 2 Aufgaben (stimulus-response mapping)

  • Ergebnis: Vergleich Performanz 40x mit Wechsel vs. 2x20x ohne Wechsel

3 Hauptbefunde zu Aufgabenwechsel:

(1) Aufgabenwechsel mit „Kosten“ verbunden

• Antwortzeiten länger bei gemischten als bei getrennten Aufgaben

• (bei komplexen Aufgaben/Umgebungen bis >1 Sekunde)

(2) Kosten höher, je ähnlicher sich die Aufgaben sind (vor allem im Hinblick auf mögliche Verwechslungen)

• Z.B. wenn Stimuli klar anzeigen welche Aktionen ausgeführt werden sollen (z.B. Beispiel oben vs. Entscheidung Vokal/Konsonant in jeweils trial 2) = geringere Kosten (leichter)

(3) Kosten größer, wenn Wechsel schnell aufeinander erfolgen

• Als würde es etwas dauern, um Entscheidungsregeln für andere anstehende Aufgabe zu

  „laden“

• Aber auch wenn mehr Zeit für Wechsel – trotzdem Kosten (als ob es physische Präsenz der Aufgabe bräuchte, um Regeln zu „laden“)

Einflussgrößen auf Wechsel-1 (kontinuierliche Primäraufgabe zu Nebenaufgabe)

(1) „Engagement“ in Primäraufgabe

• Je gebundener man in Primäraufgabe ist, desto schwerer/unwahrscheinlicher wird Wechsel zur Nebenaufgabe (z.B. „cognitive tunneling“)

• Eigenschaften/Faktoren von Engagement?

  • Inhärentes Interesse an Aufgabe (bzw. interessante Details/Merkmale - Immersion)

  • +Workload (und Stress) in Primäraufgabe

(2) Relevanz der Primäraufgabe

• Je bedeutsamer die Primäraufgabe (bzw. deren korrekte Ausführung), desto

  später bzw. unwahrscheinlicher der Aufgabenwechsel

(3) Modalität der Aufgabe

• Auditive Aufgaben (mit flüchtiger Information) werden länger aufrechterhalten bzw. werden eher gestartet als Aufgaben, deren Informationen nicht leicht verloren gehen

(4) Teilziele

• Aufgaben werden tendenziell eher dann unterbrochen, wenn bestimmte Teilaufgaben abgeschlossen sind (z.B. Unterbrechung nach Absatz besser)

• Designimplikation: z.B. Hinweise/Unterbrechungen wie „neue Nachricht“ besser nach Erreichen von Teilzielen darbieten

(5) Temporäre Instabilität des Systems (kritische Dynamik)

• Dynamik der Primäraufgabe (d.h. Veränderlichkeit der Bedingungen) kann dazu führen, dass in bestimmten Situation ein Aufgabenwechsel eher oder eher nicht erfolgt (z.B. wenn Querbeschleunigung od. laterale Geschwindigkeit gerade hoch bei Fahrzeugsteuerung)

(6) Bewusste Verzögerung

• Um letzten aktuellen Arbeitsschritt in der Primäraufgabe a) zu memorieren oder b)

  zu markieren

(7) Salienz der Nebenaufgabe

• Je auffälliger, desto wahrscheinlicher die Aufmerksamkeitszuwendung

• Z.B.: taktile & auditive Unterbrechungen typischerweise salienter als visuelle

  • Designimplikation: z.B. Unterbrechungswirkung auditiver/taktiler Signale beachten

Einflussgrößen auf Wechsel-2 (zurück zu Primäraufgabe) – „resumption lag“ & Fehlerfreiheit des Rückwechsels

(1) Bewusste Verzögerung vor Wechsel 1, um Aufgabe am richtigen Arbeitsschritt fortzusetzen = flüssigerer Rückwechsel

(2) Lange/komplexe Nebenaufgaben erschweren die Rückkehr ̶ Z.B. Zerfall von Zielrepräsentationen bzgl. Primäraufgabe durch Länge & Schwierigkeit des Rehearsals (freie Ressourcen trotz Nebenaufgabe)

(3) Unterbrechung der Sichtbarkeit der Primäraufgabe erschwert Rückkehr

• Z.B. räumliche Entfernung (des Blicks) von Primäraufgabe während Nebenaufg.

(4) Ähnlichkeit zwischen Aufgaben erschwert Rückkehr

• Verwechslung von Material / Überlagerungen im Arbeitsgedächtnis

Priorisierung von Aufgaben auf höherer Ebene – was soll zuerst getan werden?

Auf untersch. Zeitskalen (z.B. Chirurg während OP vs. Student im Semester)

3 zentrale Kriterien:

(1) Dringlichkeit – Verhältnis Bearbeitungszeit / Zeit bis Deadline

(2) Wichtigkeit – Bedeutsamkeit Aufgabe (Wert der Aufgabe für Zielerreichung)

(3) Dauer der Aufgabe – Wenn lange Aufgabe begonnen – bindet Ressourcen länger (Tendenz zur Vermeidung von Aufgabenwechseln, switching costs), entsprechend häufig Tendenz, zunächst schnell zu erledigende Aufgaben abzuarbeiten

◼Optimale Priorisierung erfordert Planung

• Planung selbst ressourcenintensiv, entsprechend häufig vernachlässigt

Designimplikation: Priorisierung unterstützen – z.B. 3 Aspekte repräsentieren

(1) Expertise

(1) Höhere Automatisierung der einzelnen Aufgaben

(2) Besseres visuelles Suchverhalten (+Suchstrategien)

(3) Besseres Management von Aufgabenwechseln

(4) Flexibler bei der Aufmerksamkeitsverteilung

Einiges davon direkt trainierbar, z.B.:

• Training visuellen Suchverhaltens für Fahranfänger

• Training im Umgang mit Unterbrechungen für Piloten

(2) Alterseffekte

(1) Nachlassende Flexibilität bei der Aufmerksamkeitsverteilung

(2) Probleme bei fokussierter Aufmerksamkeit→leichter abzulenken

(3) Generelle Probleme bei der Exekutiven Kontrolle (zentrale Exekutive im Arbeitsgedächtnis), die für die Ressourcenzuteilung verantwortlich ist

Auswirkungen - Beeinträchtigung der Fahrperformanz (Regan, Lee, & Young, 2009 oder Young, Hammer, & Regan, 2003 für einen Überblick)

• Lückenakzeptanz

  • Schwierigkeiten bei der Auswahl geeigneter Lücken zum Durchfahren bzw. zum Überqueren und Einordnen

• Laterale / longitudinale Kontrolle

  • stärkere Variationen in der Spurhaltung, in Abständen zu vorausfahrenden Fahrzeugen und im Bremsverhalten (z.B. an Ampeln)

• Reaktionszeiten

  • Zu späte oder ausbleibende Reaktionen auf kritische Ereignisse (z.B. bremsendes Fahrzeug voraus)

• Blickabwendungen

  • Längere Blicke weg von der Straße, mit entsprechenden Folgen für die Entdeckung sicherheitsrelevanter Hinweise

Workload

• Eins der am meisten genutzten Konzepte im Bereich Human Factors / IngPsy

  • Fragen im Systemdesign die Workload betreffen - z.B.:

    • Wie komplex sind die zu bearbeitenden Aufgaben?

    • Könnten noch zusätzliche Aufgaben zu den bestehenden geleistet werden?

    • Wird der Nutzer fähig sein auf unerwartete Ereignisse zu reagieren?

... Fragen können durch Erfassung von Workload adressiert werden

• Für uns im Fokus: Mental Workload

• Forschungsentwicklung Mental Workload in Ergonomie-Literatur

  • 80er: Etablierung des Konzept & Fokus auf Messung

  • 90er: Entwicklungen von Modellen & physiologischen Messmethoden

  • 00er: Vielfältige Anwendungen des Konstrukts

• Begriffsbestimmung Mental Workload (Wickens, 2013)

  • Mental Workload erfasst inwieweit Aufgaben die begrenzte Informationsverarbeitungskapazität der Person beanspruchen

• Definition nach Young and Stanton (2005): “The level of attentional resources required to meet both objective and subjective performance criteria”

  • Kriterien können extern oder intern (Ziele) gesetzt werden

• Unterscheidung Mental Workload vs. Physical Workload:

  • Physical: Energieanforderungen an Muskeln

  • Mental: „Energieanforderungen“ an Gehirn

• Psychische Belastung & Beanspruchung

  • Hauptbegrifflichkeiten im dt. Sprachraum

• Unterscheidung:

  • Belastung: Objektive, von außen auf den Menschen einwirkende Faktoren (z.B. Gewichte, Lärm, Zeitdruck)

  • Beanspruchung: Auswirkungen von Belastung beim Menschen

• Bezug zu Mental Workload?

  • Nach ISO 10075-1 – „Mental Workload“ = „Psychische Belastung“ als generischer Überbegriff

• Definition “Psychische Belastung”: „Gesamtheit aller erfassbaren Einflüsse, die von außen auf den Menschen zukommen und diesen psychisch beeinflussen“

  • Sowohl positive als auch negative Auswirkungen möglich

  • Gesamtheit = es gibt keinen Plural von Belastung

  • Gesamtheit aller Belastungsfaktoren (ugs. „Stressoren“)

• Definition Psychische Beanspruchung: „Unmittelbare Auswirkung der psychischen Belastung im Individuum in Abhängigkeit von seinen jeweiligen individuellen Voraussetzungen.“

  • (Früher in DIN 33405: „Die individuelle, zeitlich unmittelbare und nicht langfristige Auswirkung der psychischen Belastung im Menschen in Abhängigkeit von seinen individuellen Voraussetzungen und seinem Zustand.“)

    • Was meint „individuelle Voraussetzungen“?

    • Individuelle Merkmale wie z.B. Alter, Geschlecht, Fertigkeiten, Bewältigungsstrategien

    • Es gibt auch keinen Plural von Beanspruchung

(A) Anforderungen der Aufgabe

(1) Daueraufmerksamkeit

• längere Beobachtung Radarschirm

(2) Informationsverarbeitung

• Anzahl/Art der zu entdeckenden/identifizierenden/verarbeitenden Signale, Schlüsse ziehen aus unvollständigen Informationen, Entscheidung zw. alternativen Handlungsweisen

(3) Verantwortlichkeit

• Für Gesundheit und Sicherheit von Mitarbeitern, für Produktionsverluste

(4) Dauer, zeitliches Muster, zeitliche Lage der Tätigkeit

• Arbeitszeit, Ruhepausen, Schichtarbeit

(5) Gefahren

• Untertagearbeit, Verkehr, Umgang mit Explosivstoffen

(B) Physikalische Bedingungen

(1) Beleuchtung

• Leuchtdichte, Kontrast, Blendung

(2) Klimabedingungen

• Temperatur, Feuchte, Luftbewegung

(3) Lärm & Vibrationen

• Schalldruck, Frequenz, zeitliche Verteilung (Lärm) & Frequenz, Amplitude (Vibrationen)

(4) Wetter

• Regen, Sturm

(5) Gerüche

• Stechend, ekelerregend, blumig

(C) Soziale & organisatorische Faktoren

(1) Organisationstyp

• Führungsstruktur, Kommunikationsstruktur

(2) Betriebsklima

• Persönliche Akzeptanz, zwischenmenschliche Beziehungen

(3) Gruppenmerkmale

• Gruppenstruktur, Zusammenhalt

(4) Führung

• Kontrollspanne

(5) Konflikte

• Zwischen Gruppen/Einzelpersonen

(6) Soziale Kontakte

• Isolierter Arbeitsplatz, Interaktion mit Kunden und Patienten

(D) Gesellschaftliche Faktoren (außerhalb Organisation)

(1) Gesellschaftliche Anforderungen

• Verantwortlichkeit für die öffentliche Gesundheit oder das Gemeinwohl

(2) Kulturelle Normen

• Akzeptable Arbeitsbedingungen, Werte, Normen

(3) Wirtschaftliche Lage

• Arbeitsmarkt

(A) Förderliche kurzfristige Effekte

Aufwärmeffekt – bald nach Beginn einer Tätigkeit wird diese Tätigkeit mit weniger Anstrengung als am Anfang ausgeführt

Aktivierung – „innerer Zustand mit erhöhter psychischer und körperlicher Funktionstüchtigkeit“ (es gibt ein optimales Level der Aktivierung)

Lernen & Übungseffekt – kurzfristige Folge – aber dauerhafte Änderung im Verhalten

(B) Förderliche langfristige Effekte

̶ Kompetenzentwicklung – „ Neuerwerb, Festigung, Verbesserung und/oder Ausdifferenzierung psychischer, emotionaler und motorischer Fähigkeiten und Fertigkeiten“

(C) Beeinträchtigende kurzfristige Effekte

Psychische Ermüdung – „vorübergehende Beeinträchtigung der psychischen und körperlichen Funktionstüchtigkeit“

• Verlust Leistungsfähigkeit nur durch Erholung (Pause) kompensierbar

Monotonie – „langsam entstehender Zustand herabgesetzter Aktivierung, der hauptsächlich mit Schläfrigkeit, Müdigkeit, Leistungsabnahme und - schwankungen, Verminderung der Umstellungs- und Reaktionsfähigkeit sowie einer Zunahme der Schwankungen der Herzschlagfrequenz einhergeht“

• Z.B. bei Radarüberwachung

• Unterschied Ermüdung: Effekt verschwindet bei Wechsel Tätigkeit/Anforderung

Sättigung – „Zustand der nervös-unruhevollen, stark affektbetonten Ablehnung einer sich wiederholenden Tätigkeit oder Situation, bei der das Erleben des Auf- der-Stelle-Tretens oder des Nicht-weiter-Kommens besteht“

• Symptome wie Ärger & Leistungsabfall – Unterschied Monotonie: höhere Aktivierung

(D) Beeinträchtigende langfristige Effekte

• Burnout-Syndrom

Leitsätze in Bezug auf Ermüdung – z.B.:

(1) Mehrdeutigkeit des Aufgabenziels vermeiden (Klare Aufgabenziele & Prioritäten)

(2) Mehrdeutigkeit der Informationen vermeiden

• Z.B. Bereitstellung von Bereichsinformationen (akzeptabel, nicht akzeptabel) anstatt Notwendigkeit zur Interpretation

(3) Unterscheidbarkeit von Signalen

• Z.B. Veränderung Intensität von Signalen, unterschiedliche Kodierung durch Form, Farbe, Dauer, oder Zeitcharakteristiken, Reduktion

(4) Kompatibilität

• Inkompatibilität mit allgemein verbreiteten Erwartungen der Benutzer vermeiden

(5) Genauigkeit der Informationsverarbeitung

• Ggf. Unterstützung durch Anzeige oder Steuerungssystem bei Anforderungen an Genauigkeit > menschlische Kapazitäten (z.B. Operationen)

(6) Beanspruchung Arbeitsgedächtnis & Langzeitgedächtnis

Sowohl Overload als auch Underload = suboptimales Workload

(A) Overload

Triff auf, wenn ein Nutzer mit mehr Informationen umgehen muss als für Ihn möglich (gegeben eines bestimmten Performance- Standards). Unmittelbare Folge können Ablenung und eine unzureichende Zeit für eine angemessene Informationsverarbeitung sein. Dies stellt somit eine Fehlerquelle dar.

(B) Underload

Eine zu geringe Stimulation kann zu Underload führen. Das Ergebnis: Ressourcen werden auf andere Aufgaben verteilt bzw. gehen generell zurück (z.B. Kompetenzabbau). Eine Unmittelbare Folge ist z.B. eine geringere Wachsamkeit bzw. Aufmerksamkeit. Dies stellt ebenfalls eine Fehlerquelle dar.

Implikation:

• Underload kann genauso schädlich für Performanz sein wie Overload

• Es gibt einen optimalen Workload-Bereich = beste Performanz

• Daher: keine Garantie, dass Reduktion von Workload zu +Performanz führt (kann auch Gegenteil passieren)

Beste Leistung wird bei mittlerem Aktivationsniveau (Arousal) erreicht, Leistung nimmt bei niedrigerem und höherem Aktivationsniveau ab

• Umgekehrt U-förmiger Zusammenhang zwischen Aktivationsniveau und Leistung

Außerdem:

• Bei leichten Aufgaben höhere Aktivation förderlicher für Leistung

• Bei schweren Aufgaben niedrigere Aktivation förderlicher für Leistung

  • „Ur-Experiment“: Mäuse zeigen bei mittleren Elektroschocks die beste Lernleistung (z.B. visuelle Diskriminationsaufgabe), zusätzliche Erhöhung Elektroschocks = schlechterer Leistung

Zentral Kenngröße in Systemen mit begrenzten Ressourcen:

Die Rote Linie meint den Überschneidungspunkt von genutzten Ressourcen mit der Leistung in einer Aufgabe, in Abhängigkeit von den in der Aufgabe geforderten Demands. Die Linie teilt den “Leistungsraum” in zwei Bereiche. Links der roten Linie die Reservekapazitäten, bei denen die verfügbaren noch größer sind als die genutzten Ressourcen. Rechts der Linie ist der Overload, weil hier die Aufgaben- Demands steigen, womit gleichzeitig die nötigen Ressourcen steigen, die eine Person zur verfügung stellen muss (verfügbar = genutzt). Werden die Aufgaben- Demands zusätzlich erhöht, geht die Leistung runter, weil keine Ressourcen mehr zur Verfügung stehen.

• Verhältnis von genutzten zu verfügbaren Ressourcen

  • Verfügbare > genutzte Ressourcen: Performanz optimal

• Verfügbare = genutzte Ress.:

  • „rote Linie“ zw.

    • Bereich-A) Reservekapazität

    • Bereich-B) Overload

Zentrale Frage im Systemdesign: Wo liegt die rote Line und wann kommt es zu Overload (dies ist bei zählbaren Variablen wie z.B. Akzeptable Geschwindigkeit von Trackingaufgaben ein einfacher Fall). Für das Arbeitsgedächtnis kennen wir die “rote Linie” - ca. 7. Chunks. Eine offene Frage bleibt: Wo ist die rote Linie für Underload und wie kann man Sie bestimmen?

(1) Verhalten

• Beachten: Performanz (Leistung) wird sich im Bereich Reservekapazität nicht ändern – aber Verhalten

• Z.B. bei Aufgaben mit manueller Kontrolle: Kontrollaktivität & mittlere Kontrollgeschwindigkeit

(2) Performanz in Primäraufgabe

• Inwieweit kann Person Performanz in Primäraufgabe in akzeptablen Bereich halten

• Z.B. Autofahren – Güte der lateralen Spurhaltung, Fehler, ...

(3) Performanz in Zweitaufgabe

• z.B. Peripheral Detection Task (PDT) – peripher eingeblendete Lichtreize registrieren – mit +Workload = längere Reaktionszeiten & mehr verpasste Signale

(4) Subjektive Maße

(5) Physiologische Maße

• Herzrate & Herzratenvariabilität

  • +Beanspruchung = + Herzrate, -HRV

• Pupillometrie

  • Veränderungen des Pupillendurchmessers

Beispiele für subjektive Maße

(1) NASA Task Load Index (NASA-TLX; Hart and Staveland 1988)

• Am meisten genutztes Instrument zur Erfassung der erlebten subjektiven Beanspruchung

• Mehrdimensional

• Messung geistiger, körperlicher, zeitlicher Beanspruchung

(2) Subjective Workload Assessment Technique (SWAT; Reid and Nygren 1988)

(3) Rating Scale Mental Effort (RSME; Zijlstra 1993)

(4) SEA-Skala (Eilers, Nachreiner & Hänecke, 1986)

• Eindimensionale Skala

• Punktwertskala mit Werten von 0 bis 220 & verbalen Ankern an bestimmten Stellen

Was ist Stress?

Stress ist ein subjektiv intensiv unangenehmer Spannungszustand, der aus der Befürchtung resultiert, dass eine Situation eintritt, die ...

(A) stark aversiv ist

(B) zeitlich nah (auch bereits eingetreten) ist

(C) subjektiv lang andauert (andauern wird)

(D) vermutlich nicht komplett kontrollierbar ist

(E) jedoch (subjektiv) unbedingt vermieden werden sollte

Stressoren = Faktoren (externe sowie interne Stimuli), die Stressreaktion auslösen

Stressoren entsprechen Belastungsfaktoren (Schaper, 2011)

Stressreaktionen = psychische Zustände/Verhaltensweisen, Resultat von Stress

Stressreaktionen entspricht Beanspruchung (Schaper, 2011)

Transaktionales Stressmodell von Lazarus & Folkmann (1984)

Kognitives Stressmodell = nicht einfache Reaktion auf Reiz, sondern Betrachtung von Prozessen der kognitiven und emotionalen Bewertung einer Situation

Drei Bewertungsprozesse

(1) Primary Appraisal:

• Sind potentielle Stressoren vorhanden? Bedrohungen?

(2) Secondary Appraisal:

• Sind ausreichende Ressourcen (Möglichkeiten zur Bewältigung) und Bewältigungs-/Coping- Strategien vorhanden?

(3) Re-Appraisal:

• Sind Stressoren zu bewältigen, oder wird Situation weiterhin als bedrohlich beurteilt?

Bewältigungsstrategien (Coping-Strategien)

(A) instrumentell: Reduzierung der Bedrohung durch aktive Handlungen

(B) emotionsorientiert: Reduzierung der eigenen, stressbezogenen Gefühle

PASA-Skala zur Erfassung Stresserleben (Gaab, 2009)

Einsatzbereich: differenzierte Erfassung Ausmaß „subjektiv wahrgenommener Belastung“ (Gaab 2009) bezogen auf konkrete Situation

Basis: transaktionale Stresstheorie von Lazarus und Folkman (1984)

Aufbau:

• Erstbewertung (primary appraisal)

  • Subskalen Bedrohung & Herausforderung

• Zweitbewertung (secondary appraisal) = Wahrgenommene Bewältigungsmöglichkeiten

  • Selbstkonzept eigener Fähigkeiten & Kontrollüberzeugungen

• Gesamtscore: Stressindex

  • Differenz zwischen Erst- und Zweitbewertung 16 Items mit 6-stufiger Antwortskala

Dauer: maximal 5 Minuten (eher 2-3 bei etwas Übung)

Akzeptable Reliabilität (Messgenauigkeit)

“We define automation as the execution by a machine agent (usually a computer) of a function that was previously carried out by a human.”(Parasuraman & Riley, 1997)

“What is considered automation will therefore change with time. When the reallocation of a function from human to machine is complete and permanent, then the function will tend to be seen simply as a machine operation, not as automation.” (Parasuraman & Riley, 1997)

• Ein Beispiel, was früher als Automation und heute als Maschine gesehen wird -> Waschmaschine

Messbare Vorteile von Automatisierung

(1) Geringere Kosten

• Z.B. Weniger Besatzung für Schiffe notwendig − 30-40 vor ca. 40 Jahren vs. 8-12 heute

(2) Größere Effizienz

• Z.B. Reduzierung von Flugzeiten & Spritverbrauch durch direktere Routen

(3) Höhere Sicherheit

• Mensch als Fehlerquelle ausschließen bzw. weniger Gelegenheiten für menschliche Fehler

• Z.B. Systeme zur Unterstützung von medizinischen Entscheidungen

(4) Weniger Workload

• Geringere körperliche Anstrengungen (Handlinggeräte)

• Kognitive Ressourcen durch Abnahme von Berechnungen/Entscheidungen frei

(1) Übernehmen von Aufgaben...

... die der Mensch nicht ausführen kann

• Roboter in radioaktiven Umgebungen, komplexe Rechenoperationen, Tiefsee- Expeditionen, in der Weltraumfahrt, bei Kampfhandlungen

(2) Übernehmen von Aufgaben...

... bei denen der Mensch nur schlechte Leistungen erbringen kann

... bzw. Erbringen Leistung mit hoher Beanspruchung verbunden

• Autopilot & Bodenannäherungs-Warnsystem, Diagnoseentscheidungen, z.B. Erkennen von tiefen Beinvehnenthrombosen

(3) Unterstützen des Menschen bei Aufgaben...

... bei denen der Mensch nur schlechte Leistungen erbringen kann

... bzw. Erbringen Leistung mit hoher Beanspruchung verbunden

(a) Displays zur Darstellung von Informationen (die sonst memoriert werden müssten)

(b) prädiktive Displays (bei Vorhersage unterstützen)

(c) adaptive Displays (aktuell unnötige Informationen ausblenden)

(4) Übernehmen von Aufgaben...

...die durch Maschinen kostengünstiger zu bearbeiten sind

• Z.B. telefonischer Support, Check-in am Flughafen

(5) Übernehmen von Aufgaben...

...für die nicht genügend (entsprechend ausgebildete) menschliche Bediener zur Verfügung stehen

• Z.B. Steigerung Flugverkehr vs. Fluglotsen, Drohnen in der Logistik oder Bedienpersonal in der Gastronomie

Beispiele:

10: Flugzeug in manchen Bereichen

9: Staubsaugerroboter

8: Aktualisierung von bestimmten Applikationen

7: Notbremssystem im Auto

6: Google Maps bei der Bereitstellung einer alternativen Route

5: Aktualisierung bei Software

4: Handlungsempfehlung von einem System im Bereich ATC, bei dem der Fluglotse jedoch Handlung aktiv ausführen muss

3: Google maps schlägt Tankstellen in der Nähe vor, wenn Tank leer

2: Tempomat

1: Autofahren in einem alten Auto, welches noch nicht über einschlägige Unterstützungs-/Automatisierungssysteme verfügt

(1) Informationsaufnahme

• Unterstützen und/oder Ersetzen der menschlichen Informationsaufnahme z.B.:

  • Zurverfügungstellung von Informationen aus Umwelt, die Menschen sonst nicht zugänglich wären (z.B. Drohnen mit Kameras oder Entdecken von Strahlungswerten)

  • Organisation von Informationen (z.B. automatische Priorisierung von Flugzeugen für Fluglotsen)

  • Aufmerksamkeitslenkung (z.B. Hinweistöne)

(2) Informationsanalyse

• Unterstützen/Ersetzen kognitiver Prozesse wie Speicherung im Arbeitsgedächtnis (Rehearsal), Schlussfolgern, usw., z.B.:

  • Displays, die zukünftige Systemzustände vorhersagen/anzeigen

  • Intelligente Alarme basierend auf der Integration von Informationen

(3) Entscheidungsselektion

• Handlungsempfehlungen bzw. Vorgabe einer Handlungsauswahl an den Nutzer, z.B.:

  • Warnsysteme im Flugzeug, die dem Piloten bestimmte Manöver (z.B. „Steigen“) vorschlagen

  • Diagnosesysteme in der Medizin (z.B. Behandlungsempfehlung)

(4) Handlungsimplementation

• Maschine führt Handlung aus, bzw. unterstützt Handlungsausführung, z.B.:

  • Autopilot

  • Spurhalteassistent (vs. Spurverlassenswarnung – Informationsanalyse)

Vertrauen ist Thema in unterschiedlichen Bereichen der Psychologie

Definitionsvielfalt

• Z.B. zwischenmenschliches Vertrauen

  • z.B. Rotter (1967): “an expectancy held by an individual or a group that the word, promise, verbal or written statement of another individual or group can be relied upon”

• Allen Definitionen gemein: Erwartung in Bezug auf Verhalten einer anderen Instanz (bzw. Verhaltensoutcomes)

• Integration in Bezug auf Automationsvertrauen (Lee & See, 2004):

  
  

  “[trust is] the attitude that an agent will help achieve an individual’s goals in a situation characterized by uncertainty and vulnerability”

• Einschätzung: andere Instanz (Agent, Automatisierung) unterstützt Erreichung individueller Ziele der Person

• Situation ist relevant (Schadenpotenzial) & es herrscht Unsicherheit

Literaturüberblick von Hoff & Bashir (2015)

(1) Dispositionelles Vertrauen

• Kultur, Alter, Geschlecht (aber keine besonders klaren Befunde)

  • Persönlichkeitseigenschaften

(2) Situationales Vertrauen

• Externale Variablen (umweltbezogen), z.B. Aufgabenschwierigkeit/-komplexität, Workload

• Internale Variablen (personenbezogen), z.b. Selbstvertrauen, Stimmung, Aufmerksamkeitskapazität

(3) Erlerntes Vertrauen

• Systemperformanz, z.B. Verlässlichkeit, Vorhersagbarkeit, Fehlerart & -zeitpunkt

• Designaspekte, z.B. Erscheinungsbild, Kommunikationsstil der Automatisierung, Transparenz/Feedback, Einfachheit der Nutzung

• Und für initiales Vertrauen – Vorwissen:

  • Der gute Ruf einer Marke / eines Systems, Erfahrung mit ähnlichen Systemen, Verstehen des Systems

Zentrale Effekte im Kontext Over-Trust

(1) Complacency – Nachlässigkeit

Auswirkung:

• Aufgrund hoher Reliabilität unzureichende Überwachung des Systems

Bewertung:

• Kurzfristig bzw. die meiste Zeit ressourcenschonend

• Bei Automatisierungsfehlern allerdings problematisch

Einflussfaktoren:

• (1) Zuverlässigkeit:

  • Je zuverlässiger die Automatisierung (unterhalb von 100%), desto höher das Vertrauen, und desto größer die Gefahr von Complacency

• (2) Beanspruchung (Workload):

  • Complacency häufig in Situationen, in denen mehrere Aufgaben parallel bearbeitet werden müssen (Multitasking), und eine der Aufgaben durch Automatisierung unterstützt oder ganz übernommen wird = Reduktion von Beanspruchung

  • Teilweise rational (wenn nahezu perfekt, warum überwachen?)

(2) Kompetenzverlust & „out of the loop unfamiliarity“

• (zu) häufige Nutzung automatischer Funktionen führt zu Verlust zuvor erworbener Kompetenzen (besonders bzgl. manuelle Kontrolle)

• Z.B. Autopiloten, Parkassistenten

• Out of the loop Effekt:

  • Nutzer nicht mehr mit allen ablaufenden Prozessen vertraut

  • Bzw. hat unzureichende Kenntnis über aktuelle Prozesse

  • Mit Folgen für die Detektion von Fehlern und die darauffolgende Reaktion

  • Design-Implikation:

    − Suche nach optimalem Level Automatisierung – „out of the loop“ möglichst gering und gleichzeitig Workload möglichst reduzieren

Zentrale Effekte im Kontext Under-Trust

(1) First Failure Effekt

• Erleben von Fehlern (speziell „first failure“) führt häufig zu sehr starker Abnahme im Vertrauen & zur Nicht-Nutzung von Automatisierung

• Z.B. falscher Alarm – automatisierte Hinweissysteme die fälschlich Warnung ausgeben

  • Vertrauen geht zurück

  • Warnung wird von Nutzer ganz ignoriert/abgestellt

• Problem: Automatisierung häufig trotz Fehlern effektiver bzw. effizienter als dauerhafte manuelle Ausführung

  • Zahlreiche Beispiele für Unfälle weil Warnungen ignoriert/abgestellt

Unterscheidung von (a) Vertrauen in (Trust) und (b) Verlassen auf (Dependence) Automatisierung (Wickens, 2013)

(1) Trust (Vertrauen) ist kognitiv/affektiver Zustand der über Ratings messbar ist

(2) Dependence (Verlassen) meint das Interaktionsverhalten (z.B. Automatisierung anschalten, Anweisung befolgen, geringe Überprüfung Automatisierung)

I.d.R. korreliert, aber nicht vollständig, z.B.:

• (A) Verlassen auf Automatisierung bei hoher genereller Beanspruchung trotz geringem / nicht maximalem Vertrauen

• (B) Manuelle Ausführung einer Handlung trotz hohem Vertrauen in die entsprechende automatische Funktion (z.B. „möchte es selbst machen“, „bin neugierig“ )

Automatisierungs-Feedback

• Kritische Informationen über den aktuellen Status/ Statusveränderungen der Automatisierung liefern ;

Angemessene Automatisierung

• Trade-Off zwischen Verbesserung von Routinetätigkeiten und hohem Situationsbewusstsein/ gutem Fehlermanagement auf der anderen Seite

Kalibrierung des Nutzervertrauens

• Vermeidung von (ungerechtfertigtem) Misstrauen durch Vereinfachung und Training

• Vermeidung von (ungerechtfertigtem) übermäßigem Vertrauen durch Informationen über Zuverlässigkeit und Erfahrung von Fehlern während des Trainings (Vermeidung des first failure effects)

Phase 1 (front-end) – Situationserfassung & -bewertung

Selektive Aufmerksamkeit (welche Reize werden verarbeitet?) und Diagnose (Hypothesen über zukünftigen Zustand entwerfen, dies oft iterativ und abduktiv)

Phase 2 (back-end) – Entscheidung treffen

Handlungswahl (Einschätzung von Wahrscheinlichkeit & Wert versch. Ergebnisse – auch: welches Risiko geht man ein?)

Fehlentscheidung durch Fehler in

A) Ph1 (ungenaue SitErfassg.) vs.

B) Ph2 (z.B. zu risikoreiche Handlungswahl trotz akkurater SitErfassg.)

Problem bei Situationsbewertung (Ph1) – Confirmation Bias

Meint die aktive Suche nach Informationen, die die Hypothese bestätigen und Vernachlässigung von Informationen, die der Hypothese widersprechen.

Mögliche Ursachen:

• Verringerung der kognitiven Beanspruchung – Veränderung der Hypothesen ist komplex(er)

• Menschen können besser mit positiver (bestätigender) Information als mit negativer Information umgehen

• ... & besser mit Anwesenheit anstatt Abwesenheit eines Hinweisreizes (Ausbleiben von bestätigender Information wird weniger wahrgenommen als Auftreten bestätigender Information)

• Neue Hypothese formulieren (oder sogar mehrere parallel verfolgen) = kognitiv aufwendig (eher bei aktueller Hyp. bleiben solange Evidenz einigermaßen zu aktueller Hyp. passt)

• „Desire to believe“ – Wunsch nach Konsistenz (motivationaler Faktor)

Diversität von Tracking-Aufgaben:

̶ Bei manchen Aufgaben eher periodisch (seltene) Entscheidungen

̶ Bei anderen Aufgaben quasi kontinuierliche Kontrollentscheidungen

◼Struktur von Tracking-Aufgaben:

(1) Kontroll-Gerät (z.B. Maus, Lenkrad,...) wird bewegt

(2) Systemoutput (z.B. Cursor) wird dadurch räumlich bewegt (über die Zeit)

(3) Zielbereich wird damit angesteuert (z.B. Auto mittig in Spur, Button)

Fazit: Ziel ist, Diskrepanz zwischen Systemoutput & Zielbereich zu reduzieren

◼ Zwei Fehlerquellen führen zu Störungen im System (Notwendigkeit Anpassung)

(a) Ziel bewegt/verändert sich (z.B. Kurvenfahrt)

(b) Störung bewegt Systemoutput weg von Zieltrajektorie (z.B. Wind)

◼ Diversität der Systemdynamik: Beziehung zwischen Bewegung Kontroll-Gerät & Systemoutput kann sehr unterschiedlich sein

Kontrolle 0. Ordnung -> Veränderung in Maus führt zur Veränderung im Cursor

Kontrolle 1. Ordnung -> Beziehung zwischen Lenkrad- Drehung und Fahrzeug- Heading

Kontrolle 2. Ordnung -> Beziehung zwischen Lenkrad- Drehung und Fahrzeug- Position

Kompatibilität von Reiz und Reaktion

a) Räumliche Kompatibilität: Kolokation (räuml. Nähe) und Kongruenz (ähnl. Anordnung) beschleunigt Reaktion

b) Bewegungskompatibilität: Kongruenz zw. Bewegungsrichtung und im Display gezeigter Bewegung (mehr = hoch zum Beispiel)

• hier spielen Populationsstereotype (z.B. rechts = mehr) und Dimensionskongruenz (z.B. Joystick statt Lenkrad im Auto) eine Rolle

c) Affordances (eine Türklinke regt zum drücken an) und Constrains (eine Tür ohne Türklinke regt nicht zum ziehen an)

Mistakes Regelbasiert: Wiedererkennen von Mustern in einer Situation, daher hohes Entscheidungsvertrauen. Fehler entweder durch

• Anwendung einer “guten” Regel in falscher Situation

• Anwendung einer “falschen” Regel

• Nichtanwendung einer “guten” Regel

Mistakes Wissensbasiert: Passieren in neuen und unbekannten Situationen aufgrund von fehlenden Informationen und Wissen oder Biases.

Slips: Fehler bei der Ausführung der Korrekten Handlungsintention

Lapses: Korrekte Handlung wird nicht ausgeführt (Vergessen)

Mode Errors: Ausführung der korrekten Handlung im falschen Systemmodus (z.B. Rückwärtsgang drin und auf Gaspedal)