Parallellisme in interfaces

Een speurtocht naar cognitieve overload bij de gemiddelde users en ergonomische oplosssingen daarvoor

Een artikel geschreven voor het blad 'Informatie' van de NGI, het Ned. Genoodschap voor Informatica

Door Rik Min

Samenvatting

Sommige software en zeker bepaalde tools gebruikt men wel 4 tot 8 jaar achter elkaar. Maar er bestaat ook software die men soms maar één keer of heel kort gebruikt. Educatieve software is dergelijke software. Sommige educatieve software wordt maar een middag gebruikt in iemands leven. Educatieve software moet daarom extreem goede interfaces hebben; digitale leermiddelen in het algemeen trouwens. Dit artikel gaat over het dimensioneren van educatieve software en digitale leermiddelen zoals simulaties, maar onze analyse en aanbevelingen hebben ook betekenis voor gewone software in het algemeen.

e-Learning

Educatieve software wordt door kinderen of jong volwassenen vaak maar even gebruikt om iets te zien of te ervaren. Een voorbeeld hiervan zijn educatieve leeromgevingen gebaseerd op simulaties; simulaties van fenomenen; simulaties die model-driven simulaties worden genoemd (Min, 2001). Tegenwoordig is educatieve software meestal gewoon een serie interactieve dynamische web-sites met allerhande interactieve applets, ontdek-omgevingen, instructies of Flash-animaties erin. Men spreekt in dat verband dan van e-Learning. e-Learning-omgevingen op het web moeten bijzonder goed in elkaar zitten, zodat alles wat er in zit, in die korte tijdsspanne die men meestal heeft, er ook uit komt.

In dit artikel willen we een pleidooi houden voor het door ons omschreven concept van parallellisme bij beeldschermgebruik (Min, 1994). Dat concept zullen we met de theoretische achtergronden hier proberen te verduidelijken. We komen dan uit op de beperkingen van ons kort termijn geheugen en enkele theoretische inzichten uit de cognitieve psychologie. We denken dat de Split Attention theorie (Mousavi, Low & Sweller, 1995), de Cognitive Load theorie (Sweller, 1994) en in het bijzonder de Parallel Instruction theorie (Min, 1992 en 1994) een mogelijke verklaring voor de behoefte van de users voor dit concept en deze ideeen kan geven (Claessens, Moonen & Min, 2000) [1] [2] [3].

Dingen op een beeldscherm moeten voor zichzelf spreken

In de wereld van de digitale leermiddelen weet elke ontwerper dat een leerling een les-programma of een simulatie-opdracht meestal maar een keer in een studie-jaar een middag gebruikt. In dat soort gevallen moet software voor zichzelf spreken. Tot overmaat van ramp lezen kinderen niet graag gebruiksaanwijzingen of instructies. Eén middagje met een educatieve applicatie spelen en leren is vaak al vrij veel voor een software pakket. Iemand kan gewoonlijk niet van te voren getraind worden. Trainen, werken en leren moet vaak allemaal gelijktijdig gebeuren en dus moet software voor zichzelf spreken.

Bij games kennen we deze situatie ook; ware het niet dat er met games vaak langer gespeeld wordt dan dat er met leermiddelen geleerd wordt. Iemand moet direct met een simulatie van een fraaie natuurkunde-opstelling aan de slag kunnen. Leerlingen moeten aan knoppen kunnen draaien, nuttige opdrachten kunnen zien en goed gecoached worden. Daarom moet er qua vormgeving en ergonomisch niets mis zijn met een onderwijskundig verantwoorde applicatie. En de instructie en informatie moet duidelijk en just in time te lezen zijn, zonder dat de andere onderdelen, die op de taak betrekking hebben, verdwijnen. En dat is nu precies waar het vaak bij software aan schort; vooral bij hypermedia. Maar gemiddelde users bestaan niet; dat maakt een degelijke studie heel complex. Hier volgen enkele kenmerkende voorbeelden van parallellisme of een gebrek daaraan.

Bij deze drie voorbeelden is het steeds maar (willen) vergelijken - bij het iets willen doen, bij het werken of bij het uitvoeren van een taak - heel essentieel. Er zijn in de educatieve software wereld vele van dit soort 'split attention' situaties waarbij de toeschouwer of een user zijn probleem moet kunnen oplossen (hier: een een juiste keuze willen maken of een betoog willen begrijpen); en waarbij dus twee of meerdere informatie-bronnen, parallel aan elkaar, nogal essentieel zijn.

Split attention, dual code en cognitive load

Er is wetenschappelijk gezien wel degelijk een optimum te bepalen in de informatie-stromen en de positie die ze ruimtelijk innemen. Bijvoorbeeld de afstand tussen twee onderdelen op een beeldscherm van een PC of de opstelling van de spreker ten opzichte van een overhead-projector en de beamer, voorin een lecture-room. Duidelijk is dat er aan de ene kant, bij te veel parallelle informatie, er user informatie overload kan optreden; en aan de andere kant, bij verkeerde informatie-stromen, wordt er door de user helemaal niets geleerd of begrepen. De 'split attention theorie', de 'cognitive load theorie' en de 'dual code theorie', evenals de 'parallelle instructie theorie' kunnen hier uitkomst bieden [4] [5]. De meest voorkomende oplossing om een zware cognitive load bij de user te voorkomen, vanwege dat iemand zo veel tegelijk moet onthouden, is het gebruik van verschillende viewports; in web-termen 'frames' genoemd. Hoewel een papieren instructie of informatie, parallel aan 'een probleem' op het scherm, ook goed werkt. Figuur 1 geeft dat schematisch weer.


Figuur 1. Een web-pagina verdeelt in twee of meer viewports (frames); hier gedefinieerd als 1e orde parallellisme. Links bijvoorbeeld een vast gedeelte met een doe- of experimenteer-omgeving; rechts een vast gedeelte met de instructies en eventueel scrollend.

De kwestie is: wie heeft welke voorkeur voor wat en voor welke soort informatie; auditief gecodeerd; visueel gecodeerd; of allebei parallel? Bijvoorbeeld: is animatie, om de werking van iets te verklaren, nuttig, of kan met auditieve of gewone geschreven tekstuele uitleg worden volstaan? En onder welke voorwaarde kunnen we bepaalde users beter laten functioneren? Zijn er inderdaad verschillen tussen visueel ingestelde en auditief ingestelde mensen; tussen mensen die van typen houden en mensen die alleen maar drag- en drop handelingen willen plegen omdat ze geen commando's willen of kunnen onthouden?

De monitor als bottle neck voor informatie

Vòòr de komst van de computer werd de monitor al veel langer gebruikt om informatie over te dragen of om een kijker te instrueren. Door de komst van de personal computer kreeg de monitor er een hele andere rol bij. Het gaat tegenwoordig niet meer om passieve en niet te beinvloeden informatie, maar om dingen te doen en er mee te werken. Hierdoor heeft de monitor er een taak bij gekregen die het als apparaat - naar mijn mening - niet optimaal aan kan. Het beeldscherm van een PC is de bottle-neck in vele doe-, werk- en leer-omgevingen, vooral als een user op het beeldscherm een taak moet oplossen en additionele informatie nodig heeft die er op dat moment nog niet is. Hij moet dan gaan zoeken en het probleem verdwijnt uit het zicht; letterlijk.

Het zit hem - volgens mij - in het feit dat courseware-achtige software bij hypermedia te veel een screen-by-screen-karakter hebben. Het ene beeldscherm - inclusief de inhoud - verdwijnt als het andere beeldscherm met zijn inhoud verschijnt. Dat vinden veel gebruikers - bewust of onbewust - niet plezierig. Ze kunnen het cognitief gesproken niet aan. Een tekst of een afbeelding is dan vaak niet snel of niet eenvoudig meer zomaar terug te vinden. Educatieve software met een screen-by-screen-karakter is in het verleden veel te vaak verkeerd ontworpen. Met deze theoretische inzichten kunnen wij nu verklaringen geven voor het mislukken van bepaalde educatieve projecten in het recente verleden.

Hypermedia

Ook bij web-sites komt dit probleem dat gewone hypermedia heeft, wel degelijk voor. De manco's zijn jarenlang onderkend, domweg omdat de voordelen van dergelijke media zo enorm waren, zoals snelheid, handigheid, compleetheid, compactheid, actualiteit, alles digitaal en dus ook makkelijk copieerbaar. Deze praktische voordelen overschaduwen de theoretische nadelen. Web-media zijn daarom ook geen echte hypermedia. Er is een belangrijk verschil: web-media hebben een bepaalde vorm van parallellisme: een pagina is groter dan het browser-scherm. En dat is nu net voor grote groepen users een zeer belangrijk verschil.

Hypermedia hebben - volgens de inzichten uit de PI-theorie - dus een probleem. Maar paradoxaal geeft de PI-theorie ook een verklaring waarom dit manco zo lang onontdekt bleef. Juist het feit dat er bij web-media volledige pagina's tegelijkertijd worden overgeseind en in de browser worden geladen, met plaatjes en applets en al, zien we een grote hoeveelheid nuttige informatie in een keer (Min, 1994). Welliswaar is een groot deel schijnbaar onzichtbaar, maar toch is het met een scrollbar relatief simpel en snel te bekijken en daardoor is de complete inhoud feitelijk wel direct en stevig met elkaar verbonden. Mensen met een slecht korte termijn geheugen blijken bij dit soort parallellisme veel baat te hebben.

Web-media

De vorm van parallisme bij web-sites en met name bij web-pages noem ik virtueel parallellisme [7]. Zie figuur 2.


Figuur 2. Het web is niet zomaar een hypermedia: het web kent verborgen parallellisme: hier gedefinieerd als 'virtual parallellism'; een bijzondere vorm van 2e orde parallellisme. Dit komt bij gewone hypermedia niet voor. De dikke lijn geeft het normale oppervlak van de monitor aan.

Virtueel parallellisme is dus een van de redenen dat web-sites - ondanks een groot aantal vreemde ergonomische zaken zoals vervelende respons-tijden en onhandige scrollbars - toch plezierig blijkt te functioneren. De acceptatiegraad van deze op zich zelf vreemd ontworpen browser en browser-technologie, ligt in de praktijk heel erg hoog. Hiermee is feitelijk - maar wel indirect - een bewijs geleverd dat de behoefte van de user aan parallellisme DE weg naar een succesvolle applicatie is.

Kortom een web-pagina is blijkbaar - zonder dat de ontwerpers dit goed beseffen - een bijzondere vorm van parallellisme. Een vorm van parallellisme die we bijna uit het oog zouden verliezen en die, hoe je het ook wendt of keert, een interessante verklaring, vanuit de PI-theorie van Min, geeft voor de snelle groei van web-based software, ondanks andere, door ons voorspelde manco's van hypermedia in het algemeen en cd-i of oude cd-roms in het bijzonder [1]. Met het verdwijnen van cd-i's, cd-rom's en ms.dos is feitelijk een bewijs geleverd dat users vaak graag alles parallel en in het zicht willen hebben, ondanks dat sommige ontwerpers het omgekeerde beweren. Het succes van de inmiddels vertrouwde SUN-workstations, met grote beeldschermen en steeds veel openstaande windows, is er - naar mijn stellige overtuiging - grotendeels op gebaseerd. Figuur 3 geeft dit soort vormgeving van diverse bij elkaar horende informatie-elementen op een beeldscherm schematisch weer.


Figuur 3. Twee of drie aparte windows; hier gedefinieerd als 2e orde parallellisme. Linksonder bijvoorbeeld een window met een doe- of ontdek-omgeving; rechtsboven een gedeelte met de instructies; in het midden een web-pagina met algemene informatie. De truc hier is dat de leerling of de user zeer snel op en neer kan bewegen tussen 'het probleem' en de verdere 'instructie(s)' of andere informatie; of snel kan schuiven zodat bepaalde informatie, naast elkaar, zichtbaar blijf.

Oplossingen

De vraag is: Hoe los je de behoefte van de mens op dat hij vaak alles tegelijkertijd wil kunnen zien of overzien? Er is een makkelijk antwoord en een moeilijk antwoord. Om te beginnen moet je je als ontwerper bewust zijn van dit soort geheugen problemen bij gebruikers. Een volgende stap kan zijn: neem eens wat vaker een grotere monitor of neem een beeldscherm met een grote beeldschermresolutie, dan kan er meer informatie op je scherm; of neem papieren instructie materialen, dan wordt het ruimte-probleem op je beeldscherm uberhaupt veel minder. Papier (of een gedownload printje) is vaak goedkoper en in heel veel gevallen ergonomisch en vanwege de PI theorie, veel handiger.

Waar het om gaat is dat een gebruiker op zijn beeldscherm de ruimte heeft om zijn probleem op te kunnen lossen. Dat kan ruimte zijn in de algemene zin, maar ook ruimte op het beeldscherm om alle dingen die hij nodig heeft te kunnen lezen of zien, of om iets te kunnen bouwen. Hij moet creatief kunnen zijn om informatie te (her)schikken en dus fysiek de ruimte hebben.

De Parallelle Instructie theorie

De vraagstelling, bij split attention situaties zoals hier beschreven, is: wat, welke en hoeveel instructie heb ik - qua oppervlak - minimaal nodig om - interactief - een probleem op te kunnen lossen? Zie figuur 4. Definieer het probleem als A en de instructie als B. De instructie staat dus in meer of mindere mate parallel aan het probleem [1] [6].



De vraag wordt dan: Welke afstand x moet een ontwerper minimaal tussen die twee aspecten A en B betrachten?

De vraag hangt samen met de hoeveelheid informatie die er (in vierkante centimeters) minimaal op het beeldscherm naast elkaar moet staan (en naast elkaar moet kunnen blijven staan) als er door de applicatie andere informatie overheen wordt gezet? Het mag niet zo zijn dat het hele beeldscherm mutvol staat met allerlei 'nuttige' informatie en dat een gebruiker door de bomen het bos niet meer ziet. Wat is het optimum? Kun je een optimum - in bijvoorbeeld informatiedichtheid of afstand tussen informatieonderdelen - bereiken? Is er een absoluut optimum in een werk- of leer-omgeving of zijn er (user-gerelateerde) condities? Welke zijn die condities? Enz.

De kwestie is: Wat en hoeveel heb ik - achter een computer - in het platte vlak - in het gezichtsveld - gelijktijdig met elkaar - nodig aan informatie of instructie om goed te kunnen werken; om een probleem goed op te kunnen lossen; om een taak goed te kunnen volbrengen; of om iets in een interactieve dynamische leeromgeving goed te kunnen leren?

Conclusie & advies

Elke ontwerper van software voelt instinctief aan hoe hij bovenstaande problematiek moet oplossen. Maar omdat er een instinctieve afkeer is om oplossingen in combinatie met papieren of boeken parallel aan het beeldscherm te zoeken, zondigen sommige ontwerpers nog wel eens door in een applicatie voor breder publiek, te veel te willen en dus te veel op het geheugen van dat publiek te steunen. Informatie zit er dan wel in, maar komt er niet goed 'parallel' uit. Dat kan een vergissing zijn. De PI theorie geeft een verklaring vanuit de cognitieve psychologie, in die zin, dat sommige gebruikers een vervelend slecht korte termijn geheugen blijken te hebben. Ons advies is dan ook om de (natuurlijke) behoefte van een software gebruiker om allerlei informatie bij- en naast elkaar te willen hebben, te stimuleren en ons concept aangaande parallellisme beter in applicaties toe te passen.

Referenties

Cleassens, M., R. Min & J. Moonen (2000). The use of virtual objects in multimedia for training procedural skills; a theoretical foundation. In: proceedings IWALT, Intern. Workshop Adv. Learning Technology, IEEE Learning Technolology Task Force (4-6 dec 2000 Palmerston North, New Zealand) p. 229-230. IEEE Computer Society, Los Alamitos, PR00653; ISBN 0-7695-0653-4 (Eds. Kinshuk, C. Jesskope & T. Okamoto)

Min, R. (1992). Parallel instruction, A theory for educational computer simulation. Interactive Learning International, vol. 6, no. 3, pp. 177-183.

Min, R. (1994). Parallelism in open learning and working environments. British journal of Educational Technology, vol. 25, no. 2, pp. 108-112.

Min, R. (2001). Diverse simulatie-applets, gebouwd en ontworpen volgens de PI theorie van Min. [online] beschikbaar op: http://projects.edte.utwente.nl/pi/Java/examples.html

Mousavi, S. Y., Low, R., & Sweller, J. (1995). Reducing cognitive load by mixing auditory and visual presentation modes. Journal of Educational Psychology, vol. 87, pp. 319-334.

Sweller, J. (1994). Cognitive Load Theory. Learning & Instruction. vol. 4; pp 295-312.

Voetnoten

[1]. Voor meer informatie over de achtergronden van het concept van parallellisme en de cognitieve aspecten van de 'PI-theorie' zie: Min, 1992; Min, 1994 en/of Cleassens, Min & Moonen, 2000.
[2]. Informatie over de split-attention theorie kunt u vinden bij Chandler & Sweller, 1991.
[3]. Informatie over de cognitive load theorie kunt u vinden bij Sweller, 1990 - 1994.
[4]. Informatie over de multimedia learning theorie kunt u vinden bij Mayer, 1995.
[5]. Informatie over de dual-code theorie kunt u vinden bij Paivio, 1990.
[6]. De parallelle instructie theorie moet je eigenlijk veel ruimer zien dan alleen iets voor instructie. De theorie komt dan ook nog beter tot zijn recht als de term 'instructie' wordt veralgemeniseerd en vervangen door de term: 'informatie'. In het vervolg kunnen we voor de duidelijkheid wellicht beter spreken van: de 'parallelle informatie' theorie, in plaats van de 'parallelle instructie' theorie.
[7]. Virtueel, in de term virtueel parallellisme, betekent hier dus niet dat iets digitaal of een web-site is, maar dat informatie makkelijk te hanteren en oproepbaar is; en goed bij elkaar blijft staan.

Enschede, febr. 25, 2002; updated: 6 juni 2002