Structured approaches to interaction design : a way to bridge the gap between the results of foundational user research and the final design of a user interface

The present manuscript-based doctoral thesis addresses the question of how approaches to interaction design can be made more structured. This is an attempt to make it more transparent how one can come to a final design of a user interface starting from the results of foundational user research. The results of this analysis can help designers to work very systematic at times, to better reflect on their own idiosyncratic design process “on the job”, or to learn interaction design in the first place. In user-centered design (UCD) there are lifecycles and methods that already provide a certain degree of structuring with the discrimination of different phases etc. But they leave open some gaps here and there. This work is an attempt to close some of the gaps and bring closer together these individual methods. Interaction design patterns are a way to describe solutions to problems in designing user in-terfaces in a very systematic way. However, pattern libraries usually are far from complete. They mostly lack patterns to support the early phases of interaction design and therefore they do usually not link to the abstract models of conceptual design. The third manuscript describes an organizational scheme for interaction design patterns to support the process of implementing a complete pattern language covering all the different levels of the solution domain. The scheme has been found by analyzing several established UCD lifecycles and it has been evaluated by organizing all the individual patterns of several public pattern libraries into it. The first manuscript describes a process of systematically building up a pattern language alongside of a redesign project of a complex application in a corporate environment. The second manuscript describes how patterns have been evaluated in the aforementioned project, when there were several different solutions for one problem. This is shown with two interaction design patterns for the problem of making required input fields visible to users. The fourth manuscript is an attempt to bring together the idea of a complete pattern language, as a description of the solution domain of interaction design, with the different parts of the problem domain. Therefore, the same UCD lifecycles (as in the third manuscript) have been analyzed to find a universal structure of the problem domain. Then all the mappings between the individual parts of the two domains have been described in order to link the two domains in this direct way. Another way of looking at the gap between the problem domain and the solution domain is by seeing it as a distance of levels of abstraction between results of foundational user research and the final user interface. From this point of view a bridging of the gap can be seen in different intermediate representations (abstract models, sketches, and prototypes) and linking them together in a coherent way. These different ways of bridging the gap between foundational user research and the final design of a user interface can be seen as cognitive artifacts to foster problem solving and learning of interaction designers

Kreativität in der Produktentwicklung und Muster als methodisches Hilfsmittel. Creativity in Product Development and Patterns as a Methodological Means of Support

Die vorliegende Dissertation beleuchtet den Kreativitätsbegriff für den Kontext der ingenieurmäßigen Produktentwicklung. Auf dieser Basis wird der Ansatz der Muster begründet, durch die Wissen bereitgestellt und gleichzeitig kreative Lösungsfindung in den Konstruktionsaktivitäten ermöglicht wird. Weiterhin wird ein Modell zur Erzeugung, Anwendung und Verbesserung von Mustern zur Verfügung gestellt, durch neue Methoden ergänzt und am Bespiel der Mikrotechnik in einem ersten Schritt erprobt

Interaction Design Patterns und CSCL-Scripts für Videolernumgebungen

In den letzten Jahren haben Lernvideos im Bereich des informellen und formellen Lernens an Bedeutung gewonnen. Inwieweit Lernende bei der Nutzung von Videos unterstützt werden und Lehrende didaktische Szenarien umsetzen können, hängt jedoch von der eingesetzten Videolernumgebung ab. Es ist Anliegen der vorliegende Arbeit, Prinzipien des User Interface Designs sowie Komponenten und Mechanismen videobasierter Lehr-Lern-Szenarien in Bezug auf Videolernumgebungen zu identifizieren, zu beschreiben und technisch zu realisieren. Das Ziel besteht darin, Gestaltungsprinzipien in Form von Interaction Design Patterns zu erarbeiten und computergestützte videobasierte Lehr-Lern-Szenarien mit Hilfe von CSCL-Scripts durch eine geeignete Spezifikation und Formalisierung zu realisieren. Für die Erarbeitung der Interaction Design Patterns wurden 121 Videolernumgebungen hinsichtlich 50 Kategorien in einer Inhaltsanalyse empirisch untersucht und dokumentiert. Unter Berücksichtigung ähnlicher Patterns aus thematisch verwandten Pattern Languages und den Erfahrungen aus der Implementierung und dem Einsatz von Videolernumgebungen entstanden 45 Interaction Design Patterns für verbreitete Lösungen für wiederkehrende Probleme bei der Gestaltung und Entwicklung von Videolernumgebungen. Diese Patterns wurden auf Pattern Konferenzen diskutiert und im Anschluss evaluiert sowie bei der Konzeption, Entwicklung und Bewertung mehrerer Videolernumgebungen angewendet. Zudem wurde das Software Framework VI-TWO vorgestellt, mit dem sich fast alle Patterns auf einfache Weise in Web-Anwendungen realisieren lassen. Zur Spezifikation videobasierter CSCL-Scripts wurden existierende videobasierte und nicht videobasierte Scripts analysiert. Im Ergebnis unterschieden sich videobasierte CSCL-Scripts von allgemeinen CSCL-Scripts vor allem hinsichtlich der mit dem Video verknüpften oder darin verankerten Aufgaben und Aktivitäten. Videos werden dabei nicht als monolithische Einheiten, sondern als zeitkontinuierliche Medien betrachtet, in denen weitere Informationen zeitgenau verankert und Lernaktivitäten stattfinden können. Außerdem ließen sich drei Typen videobasierter CSCL-Scripts identifizieren: (1) Scripts zur Analyse und Diskussion von Videoinhalten, (2) Peer Annotation Scripts einschließlich dem Peer Assessment und (3) Jigsaw-Scripts, die das problembasierte Lernen mit Hilfe von Videos ermöglichen. Unabhängig davon variiert die Komplexität der Scripts auf drei Stufen: (1) sofern voneinander abgegrenzte zeitliche Phasen von Lernaktivitäten bestehen, (2) wenn darüber hinaus die Teilnehmer innerhalb von Gruppen Aufgaben bearbeiten (intra-group) und (3) falls außerdem Aufgaben auch gruppenübergreifend bearbeitet werden (inter-group). Auf Grundlage der Spezifikation konnte ein Datenmodell und ein Modell für die nutzerseitige Modellierung von Scripts verschiedener Komplexitätsstufen sowie Typen entwickelt und in dem CSCL-System VI-LAB realisiert werden. Diese Arbeit leistet in zweifacher Hinsicht einen Beitrag zur Forschung im Bereich E-Learning. Zum einen beschreiben die Interaction Design Patterns wiederkehrende User Interface Lösungen und stellen somit ein Hilfsmittel für Designer, Software Entwickler und Lehrende bei der Gestaltung und Implementierung von Videolernumgebungen dar. Zum anderen wurden durch die Spezifikation und softwareseitige Umsetzung videobasierter CSCL-Scripts Voraussetzungen geschaffen, die den praktischen Einsatz und die weitere Untersuchung des kollaborativen Lernens mit Videos ermöglichen.:1 Einführung 19 1.1 Motivation 19 1.2 Herausforderungen und Forschungsfragen 20 1.2.1 Interaction Design Patterns 20 1.2.2 Videobasierte CSCL-Scripts 22 1.3 Kapitelübersicht und Forschungsmethoden 25 1.3.1 Kapitelübersicht 25 1.3.2 Forschungsmethoden je Kapitel 27 2 Lernen mit Videos 29 2.1 Terminologie, Einsatzfelder und Potentiale von Lernvideos 30 2.1.1 Begriffsbestimmung 30 2.1.2 Einsatzfelder und Szenarien für das Lernen mit Videos 32 2.1.3 Potentiale des Medium Video 34 2.2 Videos im Kontext kognitiver Lerntheorien 36 2.2.1 Theorie der kognitiven Last 36 2.2.2 Kognitive Theorie des Lernens mit Multimedia 38 2.3 Interaktivität audiovisueller Lernmedien 44 2.4 Lernformen 48 2.4.1 Rezeptives Lernen 49 2.4.2 Selbstgesteuertes Lernen 50 2.4.3 Kollaboratives Lernen 52 2.5 Zusammenfassung 56 3 Videolernumgebungen und Hypervideos 59 3.1 Terminologie und Modelle 60 3.1.1 Videolernumgebung 60 3.1.2 Terminologie: Video, Hypervideo und interaktives Video 62 3.1.3 Spezifikationen für Hypervideo-Dokumente 65 3.1.4 Modelle des zeitlichen Layouts 66 3.2 Human Video Interface 69 3.2.1 Gestaltungsraum von Hypervideos 70 3.2.2 Usability-Herausforderungen von Human Video Interfaces 74 3.3 Technische Herausforderungen 76 3.3.1 Download und Cache-Management / Echte Nicht-Linearität 77 3.3.2 Synchronisierung von Video und Annotationen 78 3.3.3 Adressierung und Abruf von Medienfragmenten 78 3.3.4 Deklarative Ansätze der Repräsentation von Multimedia 80 3.4 Produktion und Integration in Lernumgebungen 81 3.4.1 Produktion: Vorgehensweisen und Paradigmen 82 3.4.2 Integration in Lernumgebungen und Zusammenspiel mit Diensten im WWW 85 3.5 Zusammenfassung 87 4 Interaction Design Patterns für Videolernumgebungen 91 4.1 Einführung in Design Patterns 92 4.1.1 Design Patterns 95 4.1.2 Mustersprache 101 4.1.3 Verwandte Ansätze im Interaction Design 104 4.1.4 Verwandte Pattern Languages 106 4.2 Systematische Elaboration von Design Patterns 109 4.2.1 Stand der Forschung bzgldem Pattern Mining 110 4.2.2 Inhaltsanalyse von Videolernumgebungen 112 4.2.3 Analyse und Integration ähnlicher Muster bzwMustersprachen 128 4.2.4 Verfassen sowie Revision und Evaluation der Muster 130 4.2.5 Konstruktion der Pattern Language 135 4.3 Pattern Language für Videolernumgebungen 140 4.3.1 Struktur der Pattern Language 140 4.3.2 Angrenzende Mustersprachen 144 4.3.3 Repräsentation in einer Wissensbasis 145 4.3.4 Anwendungs- und Einsatzszenarien 148 4.3.5 Exemplarische Interaction Design Patterns 151 4.4 Zusammenfassung 168 5 Videobasierte CSCL-Scripts 171 5.1 Einführung 172 5.1.1 Hintergrund zu Scripts und CSCL-Scripts 172 5.1.2 Definition videobasierter CSCL-Scripts 175 5.1.3 Mehrwert und Potentiale 177 5.1.4 Typisierung videobasierter CSCL-Scripts 178 5.2 Spezifikation videobasierter CSCL-Scripts 184 5.2.1 Script-Komponenten 185 5.2.2 Script-Mechanismen 194 5.3 Modellierung von CSCL-Scripts 197 5.3.1 Komplexitätslevel 200 5.3.2 Verwandte Systeme und Ansätze zur Modellierung von Scripts 201 5.3.3 Konzept für eine formale Repräsentation 206 5.3.4 Konzept zur Modellierung im User Interface 209 5.4 Zusammenfassung 212 6 Realisierung von Patterns und Scripts 215 6.1 VI-TWO: JavaScript Framework für interaktive Videos 216 6.1.1 Anforderungen 217 6.1.2 Verwandte Arbeiten 219 6.1.3 Architektur von VI-TWO 222 6.1.4 Videoplayer 224 6.1.5 Videoannotationen 225 6.1.6 Makrointeraktivität in Kollektionen von Videos 229 6.1.7 Autorenwerkzeuge 232 6.2 VI-LAB: CSCL-System für videobasierte CSCL-Scripts 235 6.2.1 Anforderungen 236 6.2.2 Architektur von VI-LAB 238 6.2.3 Modellierung videobasierter CSCL-Scripts 241 6.2.4 Monitoring 244 6.3 Anwendungsbeispiele für VI-TWO und VI-LAB 246 6.3.1 Vi-Wiki 246 6.3.2 IWRM education 247 6.3.3 VI-LAB (Version 1) auf Basis von Wordpress 247 6.3.4 VI-LAB (Version 2) auf Basis von node.js 248 6.3.5 Theresienstadt explained 249 6.4 Zusammenfassung 252 7 Schlussbetrachtung 255 7.1 Beitrag der Arbeit zur Forschung 255 7.2 Kritische Würdigung 256 7.3 Ausblick 25

Cognitive Foundations for Visual Analytics

In this report, we provide an overview of scientific/technical literature on information visualization and VA. Topics discussed include an update and overview of the extensive literature search conducted for this study, the nature and purpose of the field, major research thrusts, and scientific foundations. We review methodologies for evaluating and measuring the impact of VA technologies as well as taxonomies that have been proposed for various purposes to support the VA community. A cognitive science perspective underlies each of these discussions