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Quantitative Modelle der Informationsverarbeitung

Quantitative Modelle der Informationsverarbeitung

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Der “Model Human Processor” (MHP) nach Card, Moran & Newell (1983)

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Zykluszeit $\tau$EinheitKapazität $\mu$Halbwertszeit $\delta$Kodierungsform $\kappa$
PerzeptiverProzessor$\tau\_P = $ 100 [50 - 200] ms
Visuelle SinnesgedächtnisZeichen17 [7 - 17] Zeichen200 [70 - 1000] msphysikalisch
ArbeitsgedächtnisMerkeinheit (ME)7 [5 - 9] ME7 [5 - 226] svisuell / akustisch
Langzeitgedächtnisaktivierte logische Erinnerungsstücke$\infty$$\infty$semantisch
Kognitiver Prozessor$\tau\_C = $ 70 [25 - 170] ms
Motor Prozessor$\tau\_M = $70 [30 - 170] ms

  • Perzeptiver Prozessor (Sensor Prozessor)

    • sorgt dafür, dass Reize, die uns über die Sinne erreichen, in einen sinnesnahen Speicher, das sogenannte Sinnesgedächtnis geschrieben werden.
    • Zykluszeit: 100 [50 - 200] ms

  • **Visueller Speicher **(“Register”)

    • Visuelle Sinnesgedächtnis

      • Einheit: Zeichen

      • Kapazität: 17 [7 - 17] Zeichen

      • Halbwertszeit: 200 [70 - 1000] ms

        (Zeit, in der die Wahrscheinlichkeit, dass der Speicherinhalt erinnert werden kann kleiner als 0,5 wird)

      • Kodierungsform: physikalisch (die Bildfigur ist als elektrisches Erregungsmuster repräsentiert.)

  • Arbeitsgedächtnis (“Arbeitsspeicher”)

    • Einheit: Merkeinheit (ME), also aktivierte logische Erinnerungsstücke im Langzeitgedächtnis

      • “Chunk” als Merkeinheit im Arbeitsgedächtnis

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    • Kapazität: 7 [5 - 9] ME

    • Halbwertszeit: 7 [5 - 226] s

    • Kodierungsform: visuell / akustisch

  • Langzeitgedächtnis (“Festplatte”)

    • Einheit: aktivierte logische Erinnerungsstücke
    • Annahme: “unendliche” Kapazität (“unendlich” = bisher keine obere Schranke für die Kapazität feststellbar)
    • Halbwertszeit: $\infty$
    • Kodierung: semantisch

  • Kognitiver Prozessor

    • Zykluszeit: 70 [25 - 170] ms

  • Motorische Prozessor

    • Zykluszeit: 70 [30 - 170] ms

“Recognize-Act Cycle” im Arbeitsgedächtnis

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Example

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10 Operationsprinzipien des MHP

  1. “Recognize-Act” Cycle des kognitiven Prozessors

    Mit jedem Zyklus des kognitiven Prozessors initiiert der Inhalt des Arbeitsgedächtnisses mit ihm assoziierte Aktionen im Langzeitgedächtnis; diese Aktionen wiederum verändern den Inhalt des Arbeitsgedächtnisses

  2. Prinzip der variablen Taktrate des perzeptiven Prozessors

    Der perzeptive Prozessor arbeitet umso schneller, je intensiver der Stimulus ist.

  3. Prinzip der kontextabhängigen Kodierung (Encoding Specifity Principle)

    Der Kontext der Kodierung im Langzeitgedächtnis bestimmt,

    was gespeichert wird und das bestimmt wiederum, wie etwas wieder- gefunden wird. Beispiel: Der Begriff »Bank« kann assoziiert mit »Geld« oder »Sitzen« gespeichert bzw. wiedergefunden werden.

  4. Prinzip der Unterscheidung (Discrimination Principle)

    Die Schwierigkeit des Wiederauffindens einer Merkeinheit im Langzeit- gedächtnis ist bestimmt durch die Kandidaten im Langzeitgedächtnis, die mit dieser Merkeinheit assoziiert sind. (Oder: Je mehr Kandidaten mit einer bestimmten Merkeinheit assoziiert sind, desto größer ist die Gefahr, dass beim Abrufen Verwechslung eintritt.)

  5. Prinzip der variablen Taktrate des kognitiven Prozessors

    Die Taktrate des kognitiven Prozessors ist umso höher, je mehr Anstrengung durch gesteigerte Anforderungen aus der Aufgabe aufgewendet werden muss; sie steigt auch mit wachsender Übung.

  6. Fitts’s Law

    Die Zeit, die benötigt wird, um die Hand auf ein Zielfeld der Weite $W$ zu bewegen, das in einem Abstand $D$ von den Hand entfernt liegt, beträgt

    $$ T\_{pos} = I\_M \log\_2(\frac{D}{W} + 0.5) $$
    • $I\_M = $ 100 [70 - 120] ms

    Ergänzung: Steering Law (Gehört nicht zu den 10 Operationsprinzipien)

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  7. Das Potenzgesetz der Übung (Power Law of Practice)

    Die Zeit $T\_{n}$, die für die $n$-te Wiederholung einer Aufgabe benötigt wird, folgt dem Potenzgesetz

    $$ T\_n = T\_1 n^{-\alpha} $$
    • $\alpha$ = 0.4 [0.2 - 0.6]

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  8. Prinzip der Wahlunsicherheit (Uncertainty Principle)

    Die Zeit $T\_{Wahl}$, für die Entscheidung zwischen $n$ Alternativen, hängt von der Unsicherheit über diese Alternativen ab, ausgedrückt als Entropie $H$:

    $$ T\_{wahl} = C + kH \quad (\text{Hick's Law}) $$
    • $C$: Konstante für $\tau\_P + \tau\_M$
    • $k = $ 150 [0 - 150] ms (experimentell ermittelt; wird mit Übung kleiner)
    • $\mathrm{H}=\sum\_{i=1}^{n} p\_{i} \log \_{2}\left(1+\frac{1}{p\_{i}}\right)$
      • $p\_i$: Eintrittswahrscheinlichkeit der Alternative $i$

    Bsp

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  9. Prinzip des verständigen Verhaltens (Rationality Principle)

    Ein Mensch handelt so, dass er seine Ziele durch verständiges Verhalten erreicht, gegeben die Struktur der Aufgabe sowie deren Informations- eingang und begrenzt durch sein Wissen und seine Verarbeitungsfähigkeit.

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    (Siehe GOMS-Modell)

  10. Prinzip des Problemraums (Problem Space Principle)

    Verständige Tätigkeit von Menschen zur Lösung von Problemen kann beschrieben werden durch:

    • Ein Menge von Wissenszuständen
    • Operationen, um einen Wissenszustand in einen anderen zu überführen
    • Bedingungen zur Anwendung von Operationen
    • Steuerwissen für die Entscheidung, welche Operation als nächste kommt

Das GOMS-Modell

  • Goals
    • Ziele, die mit einer Operation verfolgt werden (Was zu tun ist?)
    • z.B. “Ein Zeichen löschen”
  • Operators
    • Operatoren, die für die Zielerreichung benutzt werden (Wie es getan werden kann)
    • z. B. ein Tastaturbefehl oder eine Menüauswahl)
  • Methods: Die Methoden, eine Folge von Operatoren einzusetzen, um ein bestimmtes Ziel zu erreichen.
  • Selection Rules
    • Die Regeln, nach denen Operatoren oder Methoden ausgewählt werden
    • z. B. für Kopieren: “Ctrl-C” oder “Hauptmenü > Bearbeiten > Kopieren” oder “Rechte Maustaste > Kopieren”