The organization of interaction design pattern languages alongside the design process

This work explores the possibility of taking the structural characteristics of approaches to interaction design as a basis for the organization of interaction design patterns. The Universal Model of the User Interface (Baxley, 2003) is seen as well suited to this; however, in order to cover the full range of interaction design patterns the model had to be extended slightly. Four existing collections of interaction design patterns have been selected for an analysis in which the patterns have been mapped onto the extended model. The conclusion from this analysis is that the use of the model supports the process of building a pattern language, because it is predictive and helps to complete the language. If several pattern writers were to adopt the model, a new level of synergy could be attained among these pattern efforts. A concluding vision would be that patterns could be transferred freely between pattern collections to make them as complete as possibl

Patterns and Pattern Sites in HCI: An Analysis

Interest in patterns and pattern languages in Human Computer Interaction (HCI) continues. However, many of the questions and concerns in this area have yet to be addressed. These questions and concerns include lack of empirical evidence to support the claimed benefits, lack of a standard pattern format, and lack of an organizing principle. This paper describes an analysis of the design of pattern websites and their respective patterns. A systematic online search using multiple search engines and multiple search phrases was conducted in attempt to further understand the current state of affairs, including pattern format and organizing principles. The results suggest that the community has yet to adopt a standard pattern format. Although, the essence of Alexander’s patterns was found in most patterns. The findings highlight the progress that we, as a community, have made in some areas, but remind us that there is work to do in other areas

Exploring Design Patterns as Evaluation Tools in Human Computer Interaction Education

In Human Computer Interaction (HCI), interest in design patterns and pattern languages has continued for decades. There are many potential benefits of design patterns and pattern languages described in the literature including reuse of quality solutions, providing a lingua franca, and their application as both design and evaluation tools. However, there is still a lack of empirical evidence in this area. Many of the questions and concerns raised in this area have yet to be addressed. Dearden and Finlay in their 2006 critical review provide an agenda that includes exploring appropriate ways to use pattern languages in education and design. This work explores the use of design patterns in HCI education and the use of design patterns as evaluation tools. The results of this exploration suggest that design patterns may be an effective tool to educate novice designers and design patterns may useful in evaluating designs

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

Interaction modeling based on human behavior classification

The variety of human behaviors makes user-product interaction difficult to manage and foresee, especially concerning users running into problems. This research considers several interaction problems and identifies recurring behaviors. Then, it highlights the users, products and environments' aspects corresponding to each of these behaviors. This makes possible foreseeing the behavior of specific users who run into problems while interacting with specific products in specific environments. The results are used to upgrade an existing user-product interaction modeling approach in order to make it able to suggest better-focused product improvements to designers as well as alternative problem solving to different users

The organization of interaction design pattern languages alongside the design process

This work explores the possibility of taking the structural characteristics of approaches to interaction design as a basis for the organization of interaction design patterns. The Universal Model of the User Interface (Baxley, 2003) is seen as well suited to this; however, in order to cover the full range of interaction design patterns the model had to be extended slightly. Four existing collections of interaction design patterns have been selected for an analysis in which the patterns have been mapped onto the extended model. The conclusion from this analysis is that the use of the model supports the process of building a pattern language, because it is predictive and helps to complete the language. If several pattern writers were to adopt the model, a new level of synergy could be attained among these pattern efforts. A concluding vision would be that patterns could be transferred freely between pattern collections to make them as complete as possible

GenomIUm: Un Método Basado en Patrones para el Diseño de Interfaces de Usuario de Acceso a Datos Genómicos

[ES] La explosión de datos genómicos derivada de la secuenciación del ADN ha motivado el desarrollo de herramientas software que, a más de proveer la capacidad de almacenamiento y rendimiento para procesar los datos genómicos, incorporen interfaces de usuario que permitan a los investigadores (genetistas, analistas de bioinformática, médicos, biólogos) acceder a los datos genómicos almacenados y obtener conocimiento de ellos. La facilidad con la que los investigadores acceden a los datos genómicos depende en cierta medida de la facilidad con la que la interfaz de usuario (IU) puede ser usada. Es por eso por lo que, diseñar IUs intuitivas, eficaces y fáciles de usar es en un requisito indispensable para desarrolladores y diseñadores de IUs inmersos en proyectos de software en este dominio. El "diseño conceptual" de la IU es un artefacto principal de la etapa de diseño del proceso de desarrollo de la IU, en el cual desarrolladores y diseñadores plasman las decisiones de diseño para obtener IUs intuitivas, efectivas y fáciles de usar. En el dominio genómico, producir el diseño conceptual no es trivial. Las pocas o inexistentes guías y soluciones de diseño para abordar las necesidades de interacción del dominio genómico hacen del diseño conceptual una tarea desafiante para desarrolladores y diseñadores, novatos o expertos. Con el fin de contribuir en el desarrollo de IUs que faciliten el acceso a los datos genómicos, diseñamos el método GenomIUm para cubrir el diseño conceptual de la IU. Para esto, GenomIUm, basado en el enfoque de diseño dirigido por patrones, define un proceso para diseñar el concepto de la IU y un catálogo de patrones de diseño que soporta a cada etapa del proceso. Así, GenomIUm guía al desarrollador de software en el diseño del concepto de la IU. Esta investigación está guiada por la metodología Design Science promulgada por Roel Wieringa. Su enfoque en proyectos de investigación en Ingeniería de Software y Sistemas de Información hace de Design Science una metodología idónea para nuestra investigación. La metodología provee el marco de trabajo, los métodos de investigación y directrices para llevar a cabo la investigación y su aplicación asegura el rigor y validez científica de nuestros resultados. Para facilidad del lector, el presente documento de Tesis está organizado siguiendo la estructura de la metodología: inicia con la investigación del problema, sigue con el diseño de la solución propuesta para solucionar el problema y termina con la validación de la solución propuesta. Para validar que GenomIUm cumple con los requisitos para los que fue diseñado, hemos ejecutado dos experimentos, uno por cada componente del método: los patrones y el proceso de diseño. El primer experimento evalúa el impacto producido por los patrones en la usabilidad de las IUs. El segundo experimento evalúa la percepción de desarrolladores de IUs respecto al uso del proceso de diseño. Adicionalmente, para ilustrar el uso de GenomIUm, describimos nuestra experiencia aplicando GenomIUm en un ambiente real. Como proyectos futuros, planteamos i) enriquecer el catálogo de patrones con nuevos patrones identificados en IUs de aplicaciones emergentes en el dominio genómico y ii) aplicar GenomIUm en diversos casos de estudio con el fin de generalizar los efectos positivos reportados en esta Tesis.[CA] L'Explosió de dades genòmiques derivada de la seqüenciació de l'ADN ha motivat el desenvolupament de ferramentes de programari que a més a més de proporcionar la capacitat d'emmagatzemament i rendiment per processar les dades genòmiques, incorporen interfícies d'usuari que permeten als investigadors (genetistes, analistes de bioinformàtica, metges, biòlegs) accedir a les dades genòmiques emmagatzemats i obtindré coneixement d'ells. La facilitat en la que els investigadors accedeixen a les dades genòmiques depèn de la facilitat en la que la IU puga ser utilitzada. Es per això pel que dissenyar IUs intuïtives, eficaces i senzilles d'utilitzar es converteix en un requisit indispensable per desenvolupadors i dissenyadors d'IUs immersos en projectes de programari en aquest domini. El "disseny conceptual" de la IU és un artefacte principal de l'etapa de disseny del procés de desenvolupament de la IU, en el qual desenvolupadors i dissenyadors plasmen les decisions de disseny per a obtindré una UI intuïtiva, efectiva i fàcil d'utilitzar. En el domini genòmic, produir el disseny conceptual no és trivial. Les poques o inexistents guies i solucions de disseny per abordar les necessitats d'interacció del domini genòmic fan del disseny conceptual una tasca desafiadora per als desenvolupadors i dissenyadors, novells o experts. Amb el fi de contribuir en el desenvolupament de IUs que faciliten l'accés a les dades genòmiques, nosaltres hem dissenyat el mètode GenomIUm per cobrir el disseny conceptual de la IU. Així, GenomIU, basat en l'enfocament de disseny dirigit per patrons, defineix un procés per a dissenyar el concepte de la IU i un catàleg de patrons de disseny que suporta a cadascuna de les etapes del procés. Així, GenomIUm guia al desenvolupador de programari en el disseny del concepte de la IU. Aquesta investigació està guiada per la metodologia Design Science promulgada per Roel Wieringa. La seua aplicació en projectes d'investigació en Enginyeria de Programari i Sistemes d'informació fa de Design Science una metodologia idònia per la nostra investigació. La metodologia proveeix el marc de treball, els mètodes d'investigació i directrius per portar a terme la investigació i la seua aplicació assegura el rigor i validesa científica dels nostres resultats. Per facilitar la lectura, el present document de tesi està organitzat seguint l'estructura de la metodologia: inicia amb la investigació del problema, segueix en el disseny de la solució proposta per solucionar el problema i termina amb la validació de la solució proposta. Per validar que GenomIUm compleix amb els requisits pels que va ser dissenyat, hem executat dos experiments, un per cada component del mètode: els patrons i el procés de disseny. El primer experiment avalua l'impacte produït pels patrons en la usabilitat de les IUs. El segon experiment avalua la percepció dels desenvolupadors de IUs respecte al ús del procés de disseny. Addicionalment, per il·lustrar l'ús de GenomIUm, descrivim nostra experiència aplicant GenomIUm en un ambient real. Com projectes futurs, plantegem i) enriquir el catàleg de patrons amb nous patrons identificats en IUs d'aplicacions genòmic emergents i ii) aplicar GenomUIm en diversos casos d'estudi per generalitzar els efectes positius reportats en aquesta tesi.[EN] The explosion of genomic data derived from DNA sequencing has motivated the development of software tools that, in addition to providing the storage and performance to process genomic data, incorporate user interfaces that allow researchers (i.e., geneticists, analysts of bioinformatics, doctors, biologists) access to the stored genomic data and get knowledge of them. The ease with which researchers access genomic data depends to some extent on the ease with which the user interface (UI) can be used. That is why, designing intuitive, effective and easy-to-use UIs becomes an indispensable requirement for developers and designers who are involved in software projects in this domain. The "conceptual design" of the UI is a main design artifact of the UI development process, in which developers and designers capture the design decisions to obtain intuitive, effective and easy-to-use UIs. In the genomic domain, producing the conceptual design is not trivial. The few or nonexistent guides and design solutions to address the interaction needs in the genomic domain make the conceptual design a challenging task for developers and designers, novice or experts. In order to contribute to the development of UIs that facilitate access to genomic data, we design the GenomIUm method to cover the conceptual design of the UI. To do that, GenomIUm, based on the Pattern-Oriented Design approach, defines a process to design the UI concept and a catalog of design patterns that supports each stage of the process. Thus, GenomIUm guides the software developer in the design of the UI concept. This research is guided by the Design Science methodology enacted by Roel Wieringa. Its focus on Software Engineering and Information Systems research projects makes Design Science an ideal methodology for our research. The methodology provides the methodological framework, research methods, and guidelines for carrying out our research. The application of Design Science ensures the rigor and scientific validity of our results. For the convenience of the reader, this thesis document is organized according to the methodology structure. First, we describe the problem investigation. Then, we describe the design of the proposed solution to the problem. Finally, we describe the validation of the proposed solution. To validate that GenomIUm meets the requirements for which it was designed, we executed two experiments, one for each GenomIUm component: the patterns and the design process. The first experiment evaluates the impact produced by the patterns on the usability of the UIs. The second experiment assesses the perception of UI developers regarding the use of the design process. Additionally, to illustrate the use of GenomIUm, we describe our experience applying GenomIUm in a real environment. As future projects, we propose i) to enrich the catalog of patterns with new patterns identified in UIs of emerging applications in the genomic domain and ii) apply GenomIUm in various case studies in order to generalize the positive effects reported in this thesis.A la SENESCYT y Escuela Politécnica Nacional por la oportunidad y apoyo económico para cumplir este objetivo.Íñiguez Jarrín, CE. (2019). GenomIUm: Un Método Basado en Patrones para el Diseño de Interfaces de Usuario de Acceso a Datos Genómicos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/13581

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