Mensch-Computer-Interaktion als zentrales Gebiet der Informatik – Bestandsaufnahme, Trends und Herausforderungen

Mensch-Computer-Interaktion (MCI) beschäftigt sich mit Fragen rund um die benutzer- und kontextegerechte Gestaltung von IT-Systemen. Ohne MCI ist die vielbeschworene digitale Transformation nicht möglich, da Systeme, die nicht benutzbar (gebrauchstauglich) sind, für ihre Nutzer wertlos oder sogar gefährlich sind – erst Nutzbarkeit schafft Nutzen! In diesem Beitrag sammeln wir einige Beispiele dafür, wo und wie MCI in der Entwicklung zukünftiger IT-Systeme relevant ist – von nutzerzentrierter künstlicher Intelligenz über benutzbare Sicherheit, cyberphysische Systeme und digital Arbeit hin zu Augmented Reality und Virtual Reality

Bewertung der Web-Usability aus Unternehmens- und Kundenperspektive - Eine empirische Untersuchung

Viele Unternehmen stellen im Rahmen der Kundenorientierung die Wünsche und Bedürfnisse ihrer Kunden bei der Gestaltung ihrer Produkte oder auch ihres Webauftritts in den Mittelpunkt. Dabei wird die Usability und im Speziellen die Web-Usability zu einem immer wichtigeren Erfolgsfaktor. Allerdings verursacht die gebrauchstaugliche Gestaltung der Website auch Kosten. Entscheidend für Unternehmen bei der Schaffung einer erfolgreichen Webpräsenz ist daher, wie ihre Nutzer die Usability ihrer Webpräsenz bewerten und welche Wirkung eine benutzerfreundliche Website beim Kunden hervorruft.Usability and especially Web-Usability is described as a factor of success at companies attempt to design products and websites which meet their customers’ needs. But designing usable websites also causes efforts. The thesis deals with the questions, how customers evaluate the usability of websites, which factors influence their evaluation and which advantages companies can gain of usable designed websites

Eignung von virtueller Physik und Touch-Gesten in Touchscreen-Benutzerschnittstellen für kritische Aufgaben

The goal of this reasearch was to examine if modern touch screen interaction concepts that are established on consumer electronic devices like smartphones can be used in time-critical and safety-critical use cases like for machine control or healthcare appliances. Several prevalent interaction concepts with and without touch gestures and virtual physics were tested experimentally in common use cases to assess their efficiency, error rate and user satisfaction during task completion. Based on the results, design recommendations for list scrolling and horizontal dialog navigation are given.Das Ziel dieser Forschungsarbeit war es zu untersuchen, ob moderne Touchscreen-Interaktionskonzepte, die auf Consumer-Electronic-Geräten wie Smartphones etabliert sind, für zeit- und sicherheitskritische Anwendungsfälle wie Maschinensteuerung und Medizingeräte geeignet sind. Mehrere gebräuchliche Interaktionskonzepte mit und ohne Touch-Gesten und virtueller Physik wurden in häufigen Anwendungsfällen experimentell auf ihre Effizienz, Fehlerrate und Nutzerzufriedenheit bei der Aufgabenlösung untersucht. Basierend auf den Resultaten werden Empfehlungen für das Scrollen in Listen und dem horizontalen Navigieren in mehrseitigen Software-Dialogen ausgesprochen

Foundations and applications of human-machine-interaction

Der vorliegende Tagungsband zur 10. Berliner Werkstatt Mensch-Maschine-Systeme gibt einen Einblick in die aktuelle Forschung im Bereich der Mensch-Maschine- Interaktion. Einen besonderen Fokus stellt das Wechselspiel von Grundlagenforschung und anwendungsbezogener Forschung dar, was sich im breiten Themenspektrum widerspiegelt, welches von theoretischen und methodischen Betrachtungen bis hin zu anwendungsnahen Fragestellungen reicht. Dabei finden Inhalte aus allen Phasen des Forschungsprozesses Beachtung, sodass auch im Rahmen der 10. Berliner Werkstatt MMS wieder sowohl neue Untersuchungskonzepte als auch abschließende Befunde diskutiert werden. Zentrale Themengebiete sind u. a. Fahrer-Fahrzeug-Interaktion, Assistenzsysteme, User Experience, Usability, Ubiquitous Computing, Mixed & Virtual Reality, Robotics & Automation, Wahrnehmungsspezifika sowie Psychophysiologie und Beanspruchung in der Mensch-Maschine-Interaktion.The proceedings of the 10th Berlin Workshop Human-Machine-Systems provide an insight into the current research in the field of human-machine-interaction. The main focus lies on the interplay between basic and applied research, which is reflected in the wide range of subjects: from theoretical and methodological issues to application oriented considerations. Again all stages of the research process are represented in the contributions of the 10th Berlin Workshop HMS. This means new research concepts as well as final results are subject of this volume. Central topics include driver-vehicleinteraction, assistance systems, user experience, usability, ubiquitous computing, mixed and virtual reality, robotics & automation, perception specifics, as well as psychophysiology and workload in human-machine-interaction

Visualisierungsdesign für 3D-Benutzerschnittstellen unter Verwendung komponierter Darstellungsverfahren

Das computergrafische Abbildungsverfahren zur Verwirklichung von dreidimensionalen Darstellungen ist ein wichtiges Instrument für die Gestaltung interaktiver 3D-Benutzerschnittstellen. Die Betrachtung von Projektionsverfahren abseits des bisher angestrebten Fotorealismus dokumentiert, dass durch nichtlineare und multiperspektivische Darstellungen spezifische Eigenschaften und Charakteristiken eines Datenbestandes vermittelt werden können. Dabei wird deutlich, dass konzeptionelle und methodische Unzulänglichkeiten den erfolgreichen Einsatz von unkonventionellen linearen sowie nichtlinearen Darstellungsformen in 3D-Anwendungen bisher einschränken. In dieser Arbeit werden daher Darstellungstechniken analysiert und systematisiert, die durch den computergrafischen Projektionsvorgang erzeugt und für die Verwirklichung von Visualisierungszielen eingesetzt werden können. Ferner werden für den spezifischen Einsatz von komponierten Visualisierungsverfahren in 3D-Benutzerschnittstellen Gestaltungshinweise formuliert. Darauf aufbauend erfolgt die Einführung einer modellbasierten Vorgehensweise, durch welche die systematisierten Visualisierungsformen in einem methodischen und ferner entwurfsmustergestützten Entwurfsprozess zur Entwicklung interaktiver 3D-Interfaces eingebunden und weiterhin in einer interaktiven 3D-Anwendung eingesetzt werden können

Gestaltungsspielräume für globale Bildung

In der Dissertation wird der Frage nachgegangen, welche globalen bildungspolitischen Maßnahmen erforderlich sind, um auch bislang exkludierten Menschen den Kompetenzerwerb zu ermöglichen, der benötigt wird, eine positive User Experience in benutzergenerierten, digitalen Lernumgebungen auszubilden, damit sie an der modernen Weltgesellschaft selbstbestimmt teilhaben können. Zu diesem Zweck wurden Castells ‘Netzwerkgesellschaft’ und Csikszentmihalys ‘Theorie der optimalen Erfahrung’ als analytische Grundlagen zur Einordnung der sozialen Netzwerk-Aktivitäten herangezogen. Dies ermöglichte es, unter Rückgriff auf aktuelle Lerntheorien, Kompetenzdebatten, ökonomische Analysen des Bildungssystems und User Experience-Forschungen, einige individuelle und gesamtgesellschaftliche Voraussetzungen abzuleiten, um in der Netzwerkgesellschaft konstruktiv überleben zu können. Mit Blick auf unterschiedliche sozio-kulturelle Bedingungen für persönlichen Flow im ‘space of flows’ liessen sich schließlich differenzierte Flow-Kriterien entwickeln, die als Grundlage für die Operationalisierung im Rahmen einer Real-Time Delphi (RTD)-Studie mit einem internationalen Expertinnen-Panel dienen konnten. Ziel war es, bildungspolitische Ansatzpunkte zu finden, den bislang Exkludierten bis zum Jahre 2020 erste Rahmenbedingungen zu bieten, damit sie potentiell teilhaben können an der Gestaltung der zukünftigen Netzwerkgesellschaft. Das Ergebnis der Expertinnen-Befragung wurde unter Rückgriff auf aktuelle Global und Educational Governance-Studien und das Einflusspotenzial der Zivilgesellschaft auf den Digital Divide reflektiert. Vor diesem Hintergrund konnten abschließend vier bildungspolitische Verlaufsszenarien entworfen werden, die es ermöglichen könnten, bis 2020 die Kluft zu den global Exkludierten wenigstens etwas zu schließen

Methoden und Werkzeuge für eine datengetriebene Entwicklung digitaler Gesundheitsanwendungen

Dem Paradigma der Präzisionsmedizin folgend schaffen digitale Gesundheitsanwendungen die Grundlage für eine personalisierte Versorgung, um damit die Effizienz und Effektivität von Gesundheitssystemen zu erhöhen. Im Kontext weltweit entstehender digitaler Gesundheitsökosysteme stehen dabei Daten als treibender Faktor im Mittelpunkt des Entwicklungsprozesses. Welche Methoden und Werkzeuge benötigt werden, um das dadurch mögliche Zusammenspiel zwischen einer datengetriebenen und einer wissensbasierten Entwicklung von digitalen Gesundheitsanwendungen zu unterstützen, wird in dieser Arbeit untersucht und anhand eines Rahmenwerks beschrieben. Durch Anwendung der Design Science Research Methode werden diesbezügliche Artefakte einem probleminitiierten Ansatz folgend entworfen, implementiert und durch quantitative sowie qualitative Methoden evaluiert. Dafür wird zunächst ein Vorgehensmodell abgeleitet, welches die zu beantwortenden Fragen in den Phasen der Digitalisierung, Automatisierung und Optimierung bis hin zur Translation in die medizinische Versorgung adressiert. Unter Beachtung entsprechender Normen findet eine Verknüpfung von interdisziplinären Methoden, Anforderungen sowie technologischen Ansätzen zu einer Wissensbasis statt, womit die Grundlage für zu entwickelnde Werkzeuge gelegt wird. Diese werden im Anwendungskontext dementieller Syndrome eruiert und pro Artefakt demonstriert sowie im Detail mit $n$ Probanden multiperspektivisch validiert. In Kooperation mit einer gerontopsychiatrischen Klinik werden diesbezüglich domänenspezifische Anforderungen an digitale Gesundheitsanwendungen bestimmt. Hierfür findet exemplarisch die explorative Entwicklung eines ambulanten Systems zur Messung kognitiver Leistungsparameter statt. Eine im Kontext dieser Zusammenarbeit durchgeführte Feldstudie ($n=55$) mit kognitiv eingeschränkten Personen zeigt Potentiale und Herausforderungen, welche durch die digitale Erfassung, Vernetzung und Auswertung von neuropsychologischen Daten entstehen. Dabei werden ebenfalls Anforderungen bezüglich der zielgruppenspezifischen Gestaltung einer gebrauchstauglichen Nutzerschnittstelle ($n=91$) gesammelt, welche in einem Leitfaden zusammenfließen und in einer grafischen Benutzeroberfläche iterativ implementiert werden. Aus der Perspektive von Datensubjekten ($n=238$) wird zusätzlich untersucht, welchen Stellenwert ein selbstbestimmter Umgang mit dieser Art von personenbezogenen Daten hat und für welche Zwecke diese aus deren Sicht eingesetzt werden sollten. Im Zuge dieses Entwicklungsprozesses sind ebenfalls Ansätze zur Automatisierung und Optimierung der Datenauswertung für die Ableitung des Gesundheitszustandes notwendig. Diese Schritte liefern als Artefakte, neben den Ergebnissen zum Vergleich verschiedener Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens, die Identifikation von dafür geeigneten Leistungs- und Optimierungsmaßen sowie Merkmalsselektionsverfahren. Im Vergleich mit schwellwertbasierten Verfahren zur Operationalisierung von Bewertungsmetriken (maximaler Cohen\u27s Kappa $\kappa = 0,67$) erreicht die durch maschinelles Lernen gestützte Softwareanwendung eine höhere durchschnittliche Sensitivität von 83% bei einer 93%igen Spezifität (maximaler Cohen\u27s Kappa $\kappa = 0,79$) für die Erkennung von kognitiven Einschränkungen. Die automatisierte Erfassung hierfür notwendiger Merkmale erfolgt durch neu entwickelte Ansätze und zeigt zukünftige Forschungsaktivitäten auf, welche die damit verbundenen Herausforderungen adressieren. Dabei werden Indikatoren identifiziert, wodurch sich die Potentiale in computergestützten Modellen aufzeigen. Diese liefern zusätzliche Erkenntnisse über das Spannungsfeld zwischen einer zuverlässigen Erfüllung klinischer Leitlinien sowie regulatorischer Implikationen insbesondere hinsichtlich der Erklärbarkeit datengetriebener Optimierungs- und Automatisierungsansätze. Eine Untersuchung der Transferpotentiale in die deutsche Regelversorgung aus der Perspektive unterschiedlicher Interessenvertreter unterstreicht diese Punkte. Hierfür konzipierte Werkzeuge und Methoden ermöglichen einerseits die empirische Untersuchung der Adhärenz solcher digitaler Lösungen bezüglich der Nutzungsbereitschaft ($n=29$) sowie deren zeitliche Entwicklung ($n=18$). Andererseits werden damit die Akzeptanzkriterien der kassenärztlich organisierten Leistungserbringer im deutschen Gesundheitswesen ($n=301$) erhoben und dargestellt, welchen Einfluss diese auf Markteintrittsstrategien haben. Darauf aufbauend werden Wege definiert, um einen Beitrag zur Entlastung des Gesundheitssystems zu leisten. Die gesammelten Erkenntnisse werden hierfür in einem ganzheitlichen Plattformkonzept zur Entwicklung personalisierter Präventions- und Behandlungsprogramme gebündelt

Usability-Ergebnisse als Wissensressource in Organisationen

Durch den Prozess der nutzerzentrierten Softwareentwicklung sammeln Organisationen wichtige Erkenntnisse über die Nutzer ihre Produkte, deren Arbeitsaufgaben und über die Nutzungskontexte, in dem diese sie anwenden. Diese Arbeit untersucht, wie derartige Usability-Ergebnisse in einer Organisation langfristig als Durch den Prozess der nutzerzentrierten Softwareentwicklung sammeln Organisationen wichtige Erkenntnisse über die Nutzer ihrer Produkte, deren Arbeitsaufgaben und über die Nutzungskontexte, in denen sie angewendet werden. Diese Arbeit untersucht, wie derartige Usability-Ergebnisse in einer Organisation langfristig als Wissensressource eingesetzt werden können, um die Usability zukünftiger Produkte zu verbessern und die Effizienz des nutzerzentrierten Entwicklungsprozesses zu optimieren. Im Fokus stehen dabei interne Usability-Beauftragte als Anwender dieser Wissensressource: Da diese innerhalb ihrer Organisation für die dort entwickelten Produkte verantwortlich sind, haben sie ein besonders hohes Interesse an der nachhaltigen Nutzung der erhobenen Usability-Ergebnisse. Zu einer organisationsinternen Nutzung von Usability-Ergebnissen existieren bereits Ansätze aus der Forschung zu nutzerzentrierten Entwicklungsprozessen im Bereich der Mensch-Computer-Interaktion, die unterschiedliche Ziele verfolgen. (Hughes, 2006; Douglas, 2007; Vilbergsdottir et al., 2014). Einen frühen Ansatz stellt Andre et al. (2001) mit dem User Action Framework vor, dessen Anwendung jedoch aufwendig sein kann (Hornbæk et al., 2008). Vorschläge für die Klassifizierung von empirischen Usability-Ergebnissen werden bislang vor allem im Kontext der Forschung zu Usability-Methoden eingesetzt (etwa Lavery et al., 1997; Hornbæk et al., 2008). In anderen Bereichen finden sie jedoch keine breite Anwendung, da sie nicht auf die Anwendungsfälle für Usability-Information in Organisationen abgestimmt sind. Als eine zentrale Fragestellung dieser Arbeit wird daher untersucht, für welche Anwendungsfälle eine Sammlung von Usability-Ergebnissen eingesetzt werden kann (Forschungsfrage RQ1). Dafür werden qualitativ ausgerichtete Interviews (n=8) mit internen Usability-Beauftragten sowie Fokusgruppen in zwei Organisationen durchgeführt. Im Rahmen dieser Studien können außerdem die Anforderungen an die Wissensorganisation und an die Informationsinteraktion für die Nutzung von Usability-Ergebnissen als Wissensressource analysiert werden (RQ2). Die Anforderungen werden als ein prototypisches Usability-Informationssystem umgesetzt, welches den Zugang zu einer Sammlung von Usability-Ergebnissen bereitstellt. In einer Studie mit Usability-Beauftragten (n=11) wird dieses System evaluiert, um Rückschlüsse auf die zugrunde liegenden Anforderungen zu ermöglichen. Im Rahmen der Studie werden zudem die Entscheidungsprozesse diskutiert, die angewendet werden, wenn Usability-Ergebnisse auf andere Kontexte übertragen oder verallgemeinert werden sollen (RQ3). Weiterhin werden die Faktoren und Barrieren untersucht, welche die Akzeptanz von Usability-Ergebnissen als Wissensressource in einer Organisation beeinflussen (RQ4). Die Untersuchungen zeigen, dass Usability-Ergebnisse bereits in vielen Organisationen gesammelt und gezielt eingesetzt werden. Die erhobenen Anwendungsfälle (RQ1) umfassen die Übertragung von vorhandenen Ergebnissen auf aktuelle Gestaltungsentscheidungen, Lernprozesse, analytische Fragestellungen und die Verallgemeinerung zu internen Richtlinien. Zu den identifizierten Anforderungen für die Organisation von Usability-Wissen (RQ2) gehört die Kombination von produktübergreifenden und produktbezogenen Metadaten. Die empirischen Evaluierungsergebnisse aus Nutzertests sollten mit den zugrunde liegenden Daten, vor allem aber mit den resultierenden Lösungsvorschlägen verknüpft werden. Bei der Gestaltung der Informationsinteraktion sollten die gezielte Suche, der Umgang mit potenziell unbekannter oder wechselnder Terminologie, aber auch explorative Such- und Lernprozesse unterstützen werden. Wenn Usability-Ergebnisse in einer Organisation mit dem Ziel der Vollständigkeit erhoben werden, können darauf auch Funktionen für die quantitative Analyse und für die Prozessbewertung aufbauen. Für die Bewertung der Übertragbarkeit von Usability-Ergebnissen (RQ3) sind eine Reihe von Entscheidungskriterien und Hinweisen relevant, anhand derer ihre Zuverlässigkeit überprüft und der Erhebungskontext hinsichtlich der Relevanz für eine aktuelle Fragestellung bewertet werden kann. Die Akzeptanz der Anwendung von Usability-Wissen (RQ4) erscheint primär von dem Aufwand abhängig, der für die Erschließung der Ergebnisse erforderlich ist. Die meisten der Teilnehmer bewerten den Aufwand im Verhältnis zu den erwarteten Vorteilen jedoch als angemessen. Mögliche Barrieren für die Wissensteilung können aus der Befürchtung entstehen, die Kontrolle über die Interpretation der Ergebnisse zu verlieren, sowie aus der Wahrnehmung als öffentliche Kritik an den jeweiligen Produktverantwortlichen. Die Ergebnisse dieser Arbeit können dabei helfen, die Unterstützung für die Nutzung von Usability-Ergebnissen als Wissensressource auf die erhobenen Anwendungsfälle auszurichten. Dafür werden Empfehlungen zu möglichen Ausrichtungen eines Usability-Informationssystems in Organisationen gegeben. Die Ergebnisse verweisen außerdem auf das große Potenzial für weitere Forschungsvorhaben in diesem Bereich, sowohl in Hinblick auf eine bessere Unterstützung des Wissensmanagements von Usability-Ergebnissen als auch in Bezug auf die Übertragung der grundlegenden Erkenntnisse dieser Arbeit auf andere Anwendungsdomänen, etwa im Bereich des Managements von Forschungsdaten.User centered software development provides organizations with valuable insights about the users of their software, about their work tasks and the various contexts in which a product is used. This dissertation explores how organizations can profit even more from such results in the long term by using them as an internal knowledge resource for improving the usability of future products and for increasing the efficiency of user centered processes. This topic will be investigated for in-house usability consultants as the primary target group of such a resource. In-house consultants are responsible for the quality of the products developed in their company, and the sustainable management of internal usability results therefore is of particular interest to them. In the research field of human computer interaction and user centered design, several approaches have already been proposed which can be used to systematize usability results in order to pursue a variety of goals (e.g. Hughes 2006; Douglas 2007; Vilbergsdottir et al. 2014). The User Action Framework (Andre et al. 2001) is an important contribution in this area. Its implementation, however, may prove to be difficult for many organizations because applying it was found to be resource intensive (Hornbæk et al., 2008). Other classification systems for usability problems have predominantly been in use in scientific studies on the evaluation of usability methods (e. g. Lavery et al. 1997; Hornbæk & Frøkjær 2008). These approaches have not been widely adopted because of the efforts involved in applying them, and because they do not take into account relevant use cases for usability information in organizations. The identification of use cases for the internal application of usability results therefore constitutes an important research question of this dissertation (research question RQ1). Qualitative interviews with in-house usability consultants (n=8) as well as focus groups in two organizations are conducted in order to investigate this question and to elicit usage requirements of an usability information system (research question RQ2). A prototypical usability information system implements these requirements based on a set of realistic usability results. The system and the proposed requirements are evaluated in an additional study with usability consultants (n=11). In the context of this study, criteria for reusing and generalizing usability results can be examined from the point of view of the participants (research question RQ3). In addition, the factors and barriers influencing the process of sharing and using usability knowledge have been investigated (research question RQ4). Results demonstrate that usability results have already been collected and applied to different use cases in many organizations (RQ1), including their direct application to current design decisions, learning and exploration, analytic questions, and the creation of internal usability standards. The organization of usability results (RQ2) requires a combination of product-specific characteristics with more general attributes as metadata for search and analysis. Results from user studies should be linked to the underlying empirical data and to the resulting design recommendations. Requirements for information interaction include support for the targeted search for usability results, dealing with potentially unknown or changing terminology, as well as possibilities for exploratory search and learning. If results are collected comprehensively in an organization, features for information analysis can be used to support the improvement of development processes. A number of different criteria are used to assess the reliability of usability results and the fit between the context in which a result was elicited and the context to which the result is to be applied. These aspects together provide the basis for deciding about the transferability of results (RQ3). Acceptance of the application of usability results as an information resource (RQ4) primarily depends on the amount of effort which is required for documenting these results. However, most participants expect the benefits to outweigh these efforts. Possible barriers for sharing usability results also include concerns about the loss of control over their interpretation as well as the perception of published results as criticism by those who are responsible for a product. In addition to describing existing practices, the results of this dissertation are intended to offer assistance for the application of usability results as an information resource in different use cases. Accordingly, recommendations about different categories of usability information systems are presented. The findings indicate further possibilities for research with the goal of improving knowledge management for usability results and may also be applied to other domains such as research data management