Ontwerpgericht onderzoek naar parallellisme

Elders lopend project: het Adapt project (onderdeel van het Minerva-project) (EU-geldstroom) (2002-2004)
Elders recent onderbroken project: het Holland Signaal project (Thalens) (1999-2001)
Elders lopend project: het SLO project 'een viskweekvijver in de computer'.

Trefwoorden: vormgeving, concepten, ergonomie, theorievorming, prototype-ontwikkeling, empirisch onderzoek, systeem-ontwikkeling, e-learning, hoger orde courseware, simulaties, leeromgevingen, micro-werelden, taak uitvoering, parallellisme, parallelle informatie, parallelle instructie en parallelle resources.

1. Aanvrager

Naam, titel, voorletters:
Projectleiding: dr. ir. F.B.M. (Rik) Min

2. Titel van het project

English:
R & D study to parallelism and the foundings of the Parallel Instruction theory in task driven e-learning environments.

3. Aard van het project

4. Samenvatting

Tot op heden is de PI theorie en het bijbehorende concept van parallellisme, nog niet goed empirisch onderzocht en bewezen. De middelen en de producten, om ons doel te bereiken, kunnen wij niet ontwikkelen. We hebben wel een serie goedkope prototypen en pre-prototypen gerealiseerd waarmee we veel belovende resultaten hebben geboekt (Tao Yu, Min & Moonen, 2002). Voor ons onderzoek is veel engineeringswerk reeds gedaan en zal door de onderzoekers zelf moeten worden aangepast.

In specifiek opzicht willen we nu nagegaan of in technologisch rijke omgevingen de efficiency en effectiviteit van leer- en werktaken wordt verhoogd door speciale vormgeving of speciale dimensionering van de werkplek. Daarbij zal speciaal allerlei condities van userinterface en de beeldscherm-opbouw onderzocht worden, gebaseerd op de inzichten uit de PI theorie, in relatie tot taken.

In meer algemeen opzicht willen wij onderzoek uitvoeren met het oogmerk, om via optimalisatie van taken, leerprocessen en bijkomende coaching, in relatie tot het parallel aanbieden van stimuli - cueing - te komen tot vergroting van de studeerbaarheid van het onderwijs. Door een eerdere onderzoeker is 2 jaar veel voorwerk gedaan; o.a. bij Holland Signaal (Claessens, 1999). Wij hebben in dat onderzoek met leeromgevingen, gebaseerd op simulaties en het uitvoeren van taken achter beeldschermen, grote overeenkomsten ontdekt tussen de 'dual code'-theorie, de 'split attention'-theorie, de cognitive load theorie en onze parallel instruction theorie. (Sweller, 1994; Mayer & Moreno, 2000; Min, 2002; Tao Yu, 2002).

Het hier voorgestelde onderzoeksproject wil (ten eerste) een serie best practice-voorbeelden genereren en (ten tweede) bijdragen aan een betere theorievorming binnen de instrumentatietechnologie en in het bijzonder aan de methodologie van het ontwerpen en vormgeven van effectieve en efficiënte van multimediale leer-, werk- en doe-omgevingen.

Er zal worden samengewerkt met de Open Universiteit (OU), de stichting Leerplan Ontwikkeling te Enschede (SLO), de Business groep van het Van Hall Instituut Leeuwarden, Holland Signaal (nu: Thales Ned. BV) Hengelo, ROC Hengelo, Shell Rijswijk en het Telematica Instituut (TI) Enschede. Contacten met hen maken het mogelijk daar experimenten uit te voeren. Deze bedrijven en instellingen hebben zich - mede door de meest recente publicaties - allemaal zeer positief uitgelaten over ons werk aangaande parallellisme (Min, 2002; Tao Yu, 2002).

5. Engelse samenvatting

In a specific view there will be traced if in a technological rich environment the efficiency and effectivity of learning- and working tasks will be increased by a special design of levels of the workingenvironment. Specially the user-interface and the screen layout will be researched and analysed.

In a more general view the research will be done to optimalizing the tasks, the learning processess and the coaching, in connection with offering stimuli parallel for increasing the 'stuurdeerbaarheid' of education. Moreover the research will contribute to theoretical design theory within the instrumentation technology and in particularly the methodology of designing and composite of effective and efficiente multimedial working- and learning- environments.

There is a cooperation in our netwerk with the Open University in Heerlen, SLO Enschede, ROC Hengelo, the Van Hall Instituut Leeuwarden, Holland Signaal Hengelo, Shell Rijswijk, the Telematica Instituut Enschede and others in the Centre of Telematics and Information technology. In this netwerk we can use subjects and research time for our experiments.

6. Vooronderzoek

De centrale onderzoeksproblematiek van de vakgroep is het zoeken naar theoretische inzichten en ontwerprichtlijnen voor het samenstellen van optimale media-taak combinaties in het bijzonder bij het gebruik van digitale netwerken en bij teleleren en tele-werken.

Media-taak combinaties worden steeds meer gebruikt in een context waarbij leer- en werkomgevingen ter beschikking worden gesteld die door individuen of groepjes van twee personen zonder inmenging van anderen worden gebruikt. Een centraal kenmerk van dit soort electronische leer- en werkomgevingen is meestal de multimediale dimensionering en daarbij de beschikbaarheid over interactiviteit.

In eerder onderzoek, rond 1992, en in later rond 2002, zijn voortdurend de consequenties van gebruik van interactieve multimedia op het leer- en werkgedrag bestudeerd en empirisch onderzocht. Vooreerst werden veelal kwalitatieve analysemethoden gebruikt, maar omdat uit de op kwalitatieve analyse gebaseerde benadering voldoende stabiele elementen konden worden geïdentificeerd is rond 1996 een kwantitatief (vergelijkend) onderzoek uitgevoerd (ter Burg en Groenewoud, 1996). Dat is later door Claessens (PhD) en Tao Yu (M Sc), in steeds gewijzigde vorm herhaald. In zijn promotie-onderzoek bestudeerde Van Schaick Zillesen (1990-1992) bepaalde simulaties en de rol van papieren materiaal versus electronische instructie materiaal daarbij. Daarbij werd het papieren materiaal naast of op een beeldscherm beschikbaar gesteld. Tegelijkertijd werden in die periode ook in andere projecten vergelijkbare onderzoeken aangaande taakuitvoering en beeldschermgebruik uitgevoerd (afstudeerprojecten), o.a. door Gmelich Meijling bij de Akzo, door Ter Hedde bij Fokker, door W.J. Zwart bij het Waterloopkundig Laboratorium, door Wolters en Wetterling bij de SLO en door Gritter bij het ArcView-project van de University of Southampton.

In recent promotie-onderzoek bij ons, heeft mw. M. Claessens het parallellisme-project nieuw impulsen gegevenen en heeft Tao Yu haar inzichten deels verder kunnen concretiseren; hypotheses werden door hem scherper gesteld. (Tao Yu, 2002; Claessens, 2001; Min, 2000). Het onderzoek van Claessens werd helaas wegens prive omstandigheden na twee jaar beeindigd. Er lopen momenteel vele studies naar web-based simulaties en animaties met java-applets en veelsoortige en veelvormige instructiematerialen. Onze studenten werken voortdurend aan nieuw vormgegeven producten; o.a. in samenwerking met de Stichting Leerplan Ontwikkeling (SLO) en het Van Hall Instituut; o.a. met het project 'een viskweekvijver in de computer'. Diverse prototypes worden continu getest, o.a. op gebruikersgemak (usability) en motivatieverhogende werking. De samenwerking binnen ons huidige netwerk zal gericht zijn op het uitwerken van ideeen, voorstellen en mogelijke implementaties van parallellisme bij allerlei soorten applicaties, voornamelijk hypermedia-applicaties maar ook online en offline doe-, werk- en/of leer-omgevingen.

Als zodanig zal specifiek voor de genoemde vakgebieden onderzocht worden in hoeverre efficiency en effektiviteit van klanten-trainingen verbeterd kunnen worden door zorgvuldige analyse van beschikbare informatie, zoals tijdens de ontwerp, produktie, assemblage en test-processen wordt gegenereerd.

Maar we willen nu met deze projectaanvraag bij STW een kwaliteitssprong maken; zowel technisch instrumentatietechnologisch als cognitief wetenschappelijk. Gebleken is dat dit type onderzoek veel engineeringswerk met zich mee brengt.

6.2 Parallellisme

Vanuit deze serie onderzoeken ontstond in 1992 een bepaalde hypothese; een theorie (de PI-theorie) rondom het verschijnsel van 'parallellisme' als oplossing voor het inrichten van werkplekken. Dingen op een beeldscherm moeten namelijk voor zichzelf spreken en alle benodigde informatie-elementen moeten relatief dicht bij elkaar staan of, zonder al te grote grote cognitieve belasting, eenvoudig 'bij elkaar kunnen worden gebracht'. De afgelopen vier jaar hebben we de achterliggende veronderstellingen theoretisch beschreven (Min, 1998-2002; Claessens, 1999; Tao Yu, 2002). De PI theorie van Min geeft vanuit de cognitieve psychologie een verklaring voor problemen bij digitale leer- en werk-omgevingen rondom 'gewone' beeldscherm. Deze theorie kan wellicht zelfs ook uitsluitsel geven over het falen van traditionele courseware, op ms.dos gebaseerde applicaties, cd-i's, hypermedia in het algemeen, en sommige web-sites on het bijzonder.

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.

Voorbeeld 1

Als je - bijvoorbeeld - op de ene site gelezen hebt hoe duur een paar schoenen bij de ene aanbieder is, ben je direct na het klikken naar de volgende web-page al weer vergeten hoe duur die schoenen bij het voorgaande web-winkeltje waren. Bij het vergelijken van prijzen van reizen in reisgidsen op het web is het net zo. Bij leren in leer-omgevingen moet je dingen helemaal goed - en blijvend - op je scherm kunnen zien staan. Anders kun je niet eens vergelijken.

Voorbeeld 2

Iedereen die wel eens een voordracht heeft gehouden weet - bewust of onbewust - wat parallellisme voor hem betekent. Als de spreker niet bezig is met een sheet op een overhead-projector, dan is hij wellicht bezig op het bord, om snel even een berekening voor te doen. Hij heeft dan een sheet op de projector; en rekent bijvoorbeeld op het bord een voorbeeld voor. Daarbij kunnen de leerlingen steeds vergelijken: de opdracht op de overhead projector en de uitkomst van het voorbeeld op het bord.

Voorbeeld 3

Het feit dat de meeste studenten in een collegezaal er een hekel aan hebben dat een docent in het beeld staat, bij een betoog over zijn eigen sheets, zegt veel over het nut van parallellisme. Immers beelden dienen altijd ter ondersteuning van een betoog; anders zou een spreker nooit beelden of projectie-hulpmiddelen gebruiken. Als men in beeld gaat staan, kunnen heel veel mensen een dergelijk betoog vaak niet meer volgen. Heel veel mensen ervaren dit (onbewust) als bijzonder hinderlijk. Zonder goede parallelle beelden kunnen veel toehoorders nu eenmaal een betoog of de clou van een redenering niet (meer) volgen.

Voorbeeld 4

Het gebruik van een pin-pas is voor sommige mensen heel lastig. Sommige personen weten het bedrag wat er op staat niet goed of willen niet steeds onthouden hoe groot dat bedrag nog is. Bij het afrekenen ergeren ze zich dan dood dat ze (weer) tekort hebben. Vooral zuinige mensen die bijvoorbeeld ook nog gewoon los geld in hun portemonnee willen hebben. Mensen willen niet na hoeven denken; sommige mensen willen zien of voelen hoeveel ze nog in hun portemonnee hebben. Die willen daarover dus niet denken. De pin-pas zou, speciaal voor hen, een klein (parallel) venster moeten hebben waarin het resterende bedrag staat vermeld.

Duidelijker, korter en krachtiger kan hiermee het nut van parallellisme, en dus ook het nut hiervan bij het gebruik van beeldschermen en userinterfaces, niet worden aangetoond. Bij al deze voorbeelden wil de gebruiker - vaak, graag en steeds op een of andere manier - iets in zijn/haar werkgeheugen vergelijken met iets anders. Dat is heel essentieel bij het werken of bij het uitvoeren van een taak achter een beeldscherm. Er zijn in de software engineering vele van dit soort - zoals Sweller dat noemt - split attention situaties (twee dingen A en B willen kunnen vergelijken). Meestal moet of wil een gebruiker zijn probleem (A) op een beeldscherm kunnen oplossen. Om een juiste keuze te kunnen maken of een probleem te kunnen oplossen zijn minstens twee gescheiden of meerdere informatie-bronnen (B), parallel aan elkaar, nodig. De afstand tussen het probleem (A) en de informatie (B) is hierbij een essentiele variabele; waard om empirisch onderzoek naar te doen.

Speciaal multi-processing, multi-windowing werkplekken eisen op het punt veel aandacht. Ontwerpers van userinterfaces dienen - conform deze theorie - rekening te houden met de manier waarop gebruikers informatie opnemen en enige momenten kunnen vasthouden, alvorens ze er iets mee gaan doen. Benshoof en Hooper (1993) geven op dit punt - om overzicht over processen op beeldschermen te kunnen houden - aanwijzingen dat bij instructie aan opgroeiende kinderen er een relatie is tussen 'multiple-windowing environments' en geheugenproblemen (en dientengevolge: geheugenstrategieën). Ook Barfield (1994) doelt daar op in zijn paper 'learning about user userinterfaces for learning'. Deze onderzoeker geeft ook richtlijnen voor bepaalde typen dynamische (en met name visuele) feedback en aanwijzingen om leerling in de gelegenheid te stellen om op een goede manier een mentaal model te laten opbouwen. Ook in andere vakgebieden (cinomatografie) waren vergelijkbare verschijnselen (van een beperking in het werkgeheugen en des-orientatie) waargenomen. De theorie die aan deze oplossing ten grondslag ligt is nog niet helder omschreven en geformuleerd, en kan - volgens de indieners van dit voorstel - met de methode van Broers (1994) nauwkeuriger worden vastgelegd (Broers, 1994).

In het first year PhD rapport van Claessens is aangegeven dat er bij het parallellisme-concept in open leersituaties vele soorten informatie als 'instructie' mag worden beschouwd (Claessens, 1999; Min, 1996). Een aantal van deze instructie-vormen of instructie-onderdelen zijn:

• instructieteksten;
• opdrachtformulieren;
• audiovisuele instructie;
• video coaching.

Al deze vormen van informatie of instructie zijn van belang bij het ontwerp van de uiteindelijke werk-omgeving en moeten zich (volgens Min) op het juiste tijdstip en op de juist plaats bevinden in het zicht van de gebruiker (in 'view' c.q. 'parallel'). Deze vormen van instructie worden hier input genoemd. De arrangering en de leesbaarheid van deze type onderdelen zijn zeer belangrijk, vooral bij allerlei vormen van tele-learning, distance-learning en bij distributed learning environments waarbij niemand aanwezig is om de gebruiker te helpen. Elbro en Christoffersen verrichte aangaande de 'indringendheid' van instructieteksten op beeldschermen in 1988 een interessante studie (Elbro & Christoffersen, 1988). Ook Oliver deed iets dergelijks in 1994 (Oliver, 1994). Hij onderzocht het verschil in lezen van papier versus lezen van teksten op beeldschermen. De achtergronden en de rationale bij het arrangeren van deze losse onderdelen in de werk-omgeving (in digitale of niet-digitale vorm) is het onderwerp van dit onderzoek. Ook al de soorten voorkomende vormen van 'gestuurde' feedback (als een soort cues) zijn in dit soort electronische leer-, werk- of doe-omgevingen van belang, zoals:

• tekstuele output;
• audio output;
• grafische output;
• bewegende output;
• video output.

6.3 De hypothese achter het concept van 'parallellisme'

De PI-theorie is op de eerste plaats een ontwerp-theorie; een theorie die bij het ontwerp gebruikt kan worden en rekening houdt met de geheugenstrategieën van gebruikers. De cognitieve psychologie kan volgens ons hiervoor een verklaring leveren. (Zie briefwisseling met prof. Sweller, dr. Beishuizen en prof. van Merrienboer; bij ondergetekende in te zien) Bij nadere bestudering bleek keer op keer dat de combinatie simulatie-instructie die op een traditionele manier gepresenteerd was (zoals instructie op papier; beschikbaar naast de monitor), betere resultaten opleverden dan andere oplossingen waarbij de simulatie en de bijbehorende instructie via een computersysteem (met een hypertekst-systeem) gecombineerd werden. Een experiment voor een opdracht bij de AKZO in Hengelo bracht de onderzoekers op het spoor van de gebreken van het werken met beeldschermen en de daarbij toegepaste software-techniek (Van Schaick Zillesen & Gmelich Meijling et al., 1995). Leeromgevingen waarbij de instructie-component niet goed werkte bleken in het algemeen veel te sequentieel ontworpen en veel te star gekoppeld te zijn. Dat wil zeggen de instructie was te veel 'gesynchroniseerd met de simulatie' en te dwingend, terwijl de instructietekst geheel van het beeldscherm verdween als er met de simulatie werd gewerkt.
De literatuur maakt weinig melding van condities (per doelgroep, per taak en per andere categorie) waaronder bepaalde ontwerpregels gelden of niet gelden. Laat staan dat er gerichte aanbevelingen worden gedaan. We weten weinig over welke type personen welke type werk-omgevingen behoeven en in welke interactie- of presentatievorm een specifiek product gestoken dient te worden. (Op een paar uitzonderingen na zoals Elbro & Christoffersen, 1988 en Oliver, 1994) Vaak worden alle type werkvorm met één en dezelfde soort oplossing afgevangen. Wij hebben ontdekt dat dat niet correct is. Grote groepen mensen vallen bij het gebruik van een type werkomgevingen daardoor tussen de wal en het schip.

De implicaties van parallellisme voor leer- en werkomgevingen in een tele-leersituatie is duidelijk. Ook in die situaties is het goed kunnen communiceren met afzonderlijke onderdelen van belang, in het bijzonder met het werken met vaste beeldschermplekken ('viewports') of met verschuifbare beeldschermplekken ('windows'), met de snelheid waarmee van de ene plek naar de andere plek gesprongen kan worden en met het gemak waarmee dat kan (Seymour, 1996). Zijn daarvoor grotere beeldschermen nodig, meer viewports of multi-windowing-systemen? (En onder welke condities?) Zijn leer- en werkomgevingen op kleine beeldschermen gedoemd te mislukken?
De impact die een en ander heeft op de specificaties rond de userinterface in de context van tele-leren en tele-werken liggen nog gecompliceerder. Het gemak van electronische instructie of help-systemen is in een on-line omgeving duidelijk. Men kan snel de nieuwste en laatste gegevens inzien en actuele nieuwe bestanden in zijn geheel laden in een eigen systeem (off-line). (Op schepen en in vliegtuigen van luchtmacht en marine speelt dat een rol.) Maar het is wel de vraag of het gewenste effect wordt bereikt en dat een en ander ruimtelijk goed en overzichtelijk kan worden ingericht. Bovendien is het een centrale vraag hoe een gebruiker (of iemand die een onderhoudsklus moet doen) zich oriënteert binnen een via teleleren aangeboden cursus of de taak (en hoe hij daarbij niet alleen in de 'diepte', maar ook in de 'breedte' navigeert).

Het werk van Benshoof en Hooper, maar ook van Barfield en Min geven een indicatie dat er voor de inrichting van leer- en werkplekken nog geen algemeen aanvaarde oplossingen zijn (Barfield, 1994; Benshoof en Hooper, 1993; Min, 1996b). Het idee dat in het kader van het hierboven genoemde 'parallellisme' is geformuleerd, kan bijdragen aan een oplossing. Kwalitatief onderzoek naar de betekenis van parallellisme kan voor de ontwerpers van moderne multimediale werk- en leeromgevingen van grote waarde zijn. Immers, op basis daarvan kunnen opdrachtgevers overtuigd worden van het nut van bepaalde voorzieningen: grotere monitoren, meerdere schermen of gewoon papieren instructiemateriaal? Bij teleleer-situaties is een goed ontworpen werkplek nog belangrijker dan in traditionelere situaties, want er is geen fysieke hulp aanwezig.

7. Projectbeschrijving

De theorie, zoals wij die willen opstellen, sluit aan bij het gedachtengoed van de cognitive load theorie (Sweller, 1994-2001). Ook speelt het split attention effect een rol. Maar welke rol en hoe? We willen dat de cognitieve belasting, met name voor irrelevante zaken, zo klein mogelijk is. Dat hangt samen met hoeveel capaciteiten iemand heeft en of zijn motivatie om iets achter een beeldscherm op te (willen of kunnen) lossen hoog of laag is.
Onze (voorlopige) veronderstellingen (c.q. hypotheses) zijn: dat het nut van parallellisme bij open werk-omgevingen te maken heeft met

• 1. dat het werkgeheugen (of het korte termijn-geheugen) van een gebruiker voor details of losse informatiebrokken te beperkt is. De gebruiker kan niet zomaar een aantal ingewikkelde dingen tegelijkertijd doen bij het oplossen van een probleem in een slecht ontworpen werk-, hyper-, leer-, doe- en/of web-omgeving als informatie achter iets anders verdwijnt.
• 2. dat de gebruiker steeds informatie-elementen uit verschillende processen - op verschillende web-pagina's - wil en moet kunnen vergelijken, en dat dat technisch niet in het product mogelijk is. (Volgt uit 1.)
• 3. dat de gebruiker, op een eenvoudige en natuurlijke manier, inzicht wil kunnen krijgen in oorzaak/gevolg-relaties; voor herhaalde verificatie; om bepaalde aspecten te kunnen vergelijken. Als die aspecten na elkaar komen of zich op verschillende pagina's afspelen en zich buiten zijn waarnemingsveld bevinden, wil de user - fysiek - bepaalde aspecten naast elkaar kunnen zien. (Volgt uit 1 en 2.)
• 4. dat de gebruiker op een heel eigen wijze een eigen referentiekader wil kunnen opbouwen; en niet afhankelijk wil zijn van het standaardproduct. Bijvoorbeeld zoals sommige mensen - al luisterend naar een betoog - op een stukje papier een conceptueel schema willen tekenen (om een eigen uitgangspunt of kapstok te hebben). (Volgt uit 1, 2 en 3.)

7.2 Problemen en probleemstelling

Problemen

Er zijn een aantal problemen binnen interactieve werk-omgevingen. Er zijn ten eerste problemen in een open werk-omgeving met de aanbiedingswijze of presentatievorm bij instructie-materialen; ten tweede problemen met het manipuleren van windows en ten derde het door Min zogenoemde 'lineaire' karakter van monitoren. (Min, 1996).

Er wordt al jaren gezocht naar alternatieven voor papier of voor distributie van papier, manuals en help-systemen, die persé noodzakelijk zijn bij werk-omgevingen. De onderzoeker zal te maken krijgen met moderne viewport- en/of windowing- en/of multitasking-technieken die nog heel onhandig en onpraktisch zijn vormgegeven. Onervaren gebruikers van deze informatiebronnen reageren hier heel verschillend op. Iedere persoon reageert anders op pull down menu's, windows, multi-tasking systemen of hele onoverzichtelijke, compacte tools. De industrie speelt onvoldoende in op problemen die de gebruiker bij het kopen en inwerken bij nieuwe software heeft. Bij educatieve software is een inwerkperiode van een kwartier al een probleem, laat staan als je voor een multimediaal product een lange of korte cursus nodig hebt. Alleen fabrikanten die de thuismarkt bedienen (en spelletjes fabrikanten) testen hun software structureel op dit type gebruikersgemak. Andere software fabrikanten gaan ervan notabene zelfs vaak vanuit dat gebruikers cursussen nodig hebben om producten te begrijpen. Onderwijskundigen ervaren deze problemen - met aanbieders van software - dagelijks aan den lijve.

Onderzoeksframework

Nieuwe ontwikkelingen in ICT, zoals teleleren, e-learning, training on the job, blended learning, en via die concepten de wereldwijde toegang tot bronmateriaal, en de steeds krachtiger systemen, grotere monitoren, en betere multimediale mogelijkheden, openen nieuwe dimensies voor parallelle instructiemethoden. De onderzoeksvragen zijn daarom heel divers. Ze variëren van eenvoudige technische vragen tot psychologische vragen. Om er enkele te noemen: Hoeveel vrijheidsgraden mag een leerplek voor teleleren hebben? Hoeveel vrijheidsgraden kan een gebruiker eigenlijk aan? Verschilt dat per type leerling? Waarom kan een gebruiker bij een eenvoudige taak, achter een monitor soms niet onthouden wat hij/zij zoëven zag? Waarom wil een gebruiker kunnen refereren en vergelijken? Hoe ver moeten windows uit elkaar liggen? Waarom willen sommige studenten persé iets - op papier - kunnen opschrijven? Waarom kan een leerling soms wel zijn aandacht bij een les houden en soms enorm afgeleid worden? Waarom kunnen kinderen met spelletjes wel direct werken en met educatieve software niet? Waarom is bij het ene programma wel een handleiding nodig en bij een ander programma niet? Heeft het nut ergens in een hoekje van het beeldscherm een video-window te hebben waar de leraar - voor in de zaal - je kan toespreken? Maar ook: Is de behoefte aan parallellisme bij sommige personen soms een kwestie van iemands slechte kort geheugen?

Voor de methode van Broers is het nodig dat er toetsbare uitspraken worden opgesteld en dus dat alle dimensies en categorieën ('facetten' volgens Broers) worden vastgelegd. De eerste dimensie (a) die onderzoeker kan gebruiken is dat wat we voorlopig de 'mediavorm' kunnen noemen. De tweede dimensie ( b ) die de onderzoeker kan gebruiken is dat wat we de mate van 'instructie' (of eventueel 'informatie') noemen. Er bestaat informatie die voortdurend aanwezig is, maar ook die reproduceerbaar is als hij verdwijnt of informatie voortdurend 'over elkaar heen rolt'. Er is ook informatie die volstrekt niet reproduceerbaar is (de vierde categorie) en voor de user, tijdens een sessie, schijnbaar willekeurig op het beeldscherm te voorschijn komen. Bij simulatie komt dat veel voor. De derde dimensie (z) in dit geheel is de 'taak' die de gebruiker (de proefpersoon) uit dient te voeren. Daar kunnen we vooralsnog (voorlopig) vier categorieën in onderscheiden, t.w.
• een eenvoudige taak: het maken van een enkelvoudige eenvoudige opdracht, zoals: verander p en kijk wat de waarde van v is geworden;
  
• een eenvoudige probleem: het oplossen van een casus (een probleem), zoals: wat is waar verantwoordelijk voor?;
  
• een eenvoudige tekstverwerkingstaak (met veel 'cut en paste'-werk) in een ruimte met drie openstaande windows (en bijvoorbeeld op een krap beeldscherm);
  
• een moeilijke taak: bijvoorbeeld een programmeer-taak (en bijvoorbeeld op een extra groot beeldscherm).
De eerste taak komt vooral voor bij eduactieve software aangaande toets-, simulatie- en drill & practice-programma's. De tweede taak bij simulaties waar men, gegeven een probleem (een casus), een diagnose moet stellen en een therapie moet leren geven. De derde taak komt bij veel moderne doe- en werk-omgevingen voor. Bij de laatste taak is het voor de onderzoekers (bijvoorbeeld) van groot belang het werken van programmeurs achter een SUN werkstations te observeren. Dat kan nuttig zijn voor dit onderzoek. Die werken bijna altijd met grote beeldschermen, waarbij vele windows permanent open staan. Op het beeldscherm zijn dan ook vele losse, simultane, en veelal a-synchrone processen - verspreid over het grote beschikbare oppervlak - te zien. Werkers zowel als fabrikanten doen dat waarschijnlijk vrij onbewust op deze manier. (Of heeft de fabrikant hier al dan niet wetenschappelijk over nagedacht?) Elk facet in de boven vastgestelde driedimensionale facet ruimte (a, b, z) speelt een rol bij de beoordeling in het verdere ontwerp-proces van het programma dat de programmeur interactief aan het ontwerpen is. Al zijn belangrijkste informatie en processen zijn simultaan en lijken grotendeels a-synchroon te zijn:

De onderzoeker dient al zijn opgestelde (en bruikbare) hypotheses conform de methode (c.q. theorie) van Broers te formuleren c.q. definieren. Daarna dienen er experimenten gedaan te worden om de uitspraken in relatie tot de condities (en dus de theorie) te bewijzen.

Onderzoeksvragen

In die context zijn een aantal onderzoeksvragen relevant. We hebben er ook af en toe onze hypotheses achter gezet. T.w.:

• Wat voor relevante taken kunnen we experimenteel laten uitwerken? Welke type instructie zijn hierbij belangrijk? Welke presentatievormen dienen we hierbij nader te preciseren? (Kortom welke facetten spelen hierbij een rol?)
• Hoe kan het concept van parallellisme (en de tussentijdse bevindingen) worden toegepast op een mondiaal netwerk, in relatie tot voor het leerproces adequate terugkoppelingen? Met andere woorden, wat is de gewenste structuur en wat zijn de nodige communicatiefaciliteiten binnen een mondiaal netwerk opdat het parallellisme concept optimaal kan worden benut?
• Hoe moeten deze bevindingen worden toegepast bij het inrichten en vormgeven van de userinterface, rekening houden met de huidige en te verwachten mogelijkheden van multimedia en complexe moderne virtuele omgevingen?
• Is (bijvoorbeeld) het werken met grote beeldschermen en twee of drie losse (a-synchrone) simultane processen aan thuiswerkers of scholen aan te bevelen? En zo ja, onder welke condities dan wel? Onze hypothese is dat grote beeldschermen heel vaak een prima oplossing kan bieden, mits het ontwerp is aangepast en bij nader te bepalen type user.
• Hoe kan het begrip 'parallellisme' bij simultane processen worden geconceptualiseerd (en geformuleerd) en hoe kan dit vertaald worden in specifieke ontwerp-richtlijnen?
• Kun je met de split attention theory, in combinatie met de cognitive load theory de parallelle instructie theorie van Min verklaren? Onze hypothese is ja. Deze twee theorieen moeten onderzocht worden en dringend onder de aandacht van software-engineerings worden gebracht, incl. de PI theorie en de daar achterliggende aspecten, plus de condities waaronder deze aspecten geldig zijn.
• Hoe kan begrip 'parallellisme' in virtuele omgeving worden geconceptualiseerd (en worden vormgegeven) en hoe kan dit vertaald worden in specifieke onderzoeks-opstelling? Onze hypothese is dat bepaalde vormen van windowing en split-screens uitkomst zal bieden.
• Kun je (en moet je) het netto-effect van toevoeging van parallellisme in werk-, leer- en doe-omgevingen en met name bij telewerken en tele-leren meten; (als een afwijkende cognitive load) of moet je de bevindingen anders interpreteren? Onze hypothese is dat video-observatie technieken, allerlei soorten tijdmeetingen en oogbewegings-metingen uitsluitsel kunnen geven.

7.3 Wetenschappelijk en praktisch belang: utilisatieplan

Parallellisme heeft bijgedragen aan het vinden van een oplossing voor een aantal praktijkproblemen, waaronder een probleem dat Randstad Holding BV bij een plannings-systeem (op een beeldscherm) bij hun werkmaatschappijen en plant-managers in Europa, had. Dit probleem werd door het bureau Gritter en Koopal te Hengelo in samenwerking met TO en het TO-lab, en met behulp van het parallellisme concept binnen een jaar opgelost (in de periode 1996 - 1999). R. Min was toendertijd de adviseur van dit bedrijf Gritter en Koopal. Het door dit bedrijf ontwikkelde programma is daarna, wereldwijd, in 47 werkmaatschappijen van de Randstad Holding BV, ook daadwerkelijk in productie geweest. (De projectmedewerkers waren P. Jensema en J. de Wit.)

Onze ideeen hebben ingang gevonden elders; mede door een recente publicatie in het tijdschrift 'Informatie' van het Nederlands Genootschap voor Informatici (NGI). Een aantal voor ons relevante bedrijven heeft belangstelling getoond. Een bedrijf heeft zelfs een werkplek voor onze eerste onderzoekster (mw. M. Claessens) gereserveerd. Het Twentse bedrijf Holland Signaal te Hengelo, dat nu Thales Nederland BV heet, heeft zodanige interesse getoond dat mw. Claessens daar twee jaar onderzoek naar parallellisme bij complexe taken heeft kunnen doen. In twee researchgroepen binnen dat bedrijf hebben we contacten: bij de afdeling opleiding en de afdeling virtual reality.

In het Adapt-project van het EU Minerva-project - waarin wij participeren met TU Eindhoven, Universiteiten in de UK en Italie - zal parallellisme een grote rol gaan spelen bij de interface van een adaptief systeem dat onze partners momenteel ontwikkelen en in Twente verder in ons onderwijs zullen onderzoeken.

Er wordt door de indieners van dit project samengewerkt met de andere onderzoekers van ons Centrum voor Telematica en Informatietechnologie (CTIT) en het Telematica Instituut (TI) alhier. We willen via het projecten Freeband, KP6 en ICES/KIS samenwerken. Ons voorstel past in de onderzoekslijn van de vakgroep en het onderzoeksinstituut CTIT (telewerken; electronische snelweg) en de onderzoeksschool ICO (interactieve leermiddelen; ontwerpgericht onderzoek). De indieners van dit voorstel (projectleider en supervisor) participeren zowel in het CTIT alsmede deels ook in het ICO. (Waar en hoe de betreffende AIO wordt gestationeerd laten we over aan de dekaan van TO, de voorzitter van de vakgroep ISM en de bovengenoemde projectleider.)

7.4 Beoogd resultaat

De output uit het onderzoek zal wetenschappelijk gezien van verschillend karakter en aard zijn: producten, theorieen, regels, ontwerpregels en wetenschappelijk artikelen (o.a. een proefschrift).

Producten.

We verwachten heel concreet dat we met dit onderzoek een groot aantal verschillende versies van reeds bestaande werk- en/of leer-systemen krijgen.

Een theorie

We verwachten dat we een goede onderbouwing en bewijs krijgen voor onze hypotheses aangaande onze PI theorie. Deze theorie en de ideeën rondom het begrip parallellisme worden door de onderzoekers geacht een oplossing te bieden voor een aantal veel voorkomende problemen bij het inrichten van onderwijskundig verantwoorde, interactieve multimediale leer- en werkomgevingen. En zal bijvoorbeeld een oplossing bieden voor het probleem van het ongebruikt laten van bepaalde type multimedia in het onderwijs en waarom docenten van sommige vormen van hard- en software een afkeer hebben gekregen? Wij verwachten dat we de PI theorie kunnen uitbouwen tot een algemene theorie op het gebied van informatiebehoefte, tijdens het werken met computers in het algemeen, en dat we PI theorie dan de 'parallelle informatie' theorie dienen te noemen.

Regels c.q. ontwerpregels

Het project moet uitmonden in resultaat-regels gebaseerd op onderzoek van bepaalde combinaties van facetten en/of ontwerpvariabelen, zoals:

• mediavorm 1 en voorspelbaarheid type 3 (!) is onder conditie A (?) zeer geschikt voor taak 1;
• mediavorm 3 en voorspelbaarheid type 2 (!) is onder conditie B (?) ongeschikt voor taak 2;
• mediavorm 2 of voorspelbaarheid type 1 (?) is onder conditie C (!) minder geschikt voor taak 3;
• enz.

Kennistoename.

We verwachten een kennistoename qua methoden en technieken voor het ontwerpen van multimedia-producten en moderne werk- en/of leer-omgevingen binnen het vakgebied van de instrumentatietechnologie en in de ontwerpwetenschappen en ontwerp-methodologie. We verwachten een kennistoename op het gebied van de vormgeving, inrichting en de arrangering en de human-computer interaction (HCI). We verwachten ook een kennistoename op het gebied van hoe - gegeven een bepaalde werk- of leertaak - er gekozen kan worden uit vastliggende en wetenschappelijk beproefde gegevens op het gebied van: design choices, human-computer interfaces, mediakeuzes, een mogelijk verbeterde 'enriched' design cycle en bij toekomstige analyses.

7.5 Inhoudelijke referenties (betreffende het onderwerp)

Agelink, E. ; W. de Boer; N. Tebbe and O. Peters (1997),
The parallel instruction theory; a philosophy for multiwindowing environments. Paper. This article has been made as an assignment for the course 'Capita Selecta Instrumentation Technology'. University of Twente Enschede. (projectleader: R. Min).

Barfield, L. (1994),
Learning about user userinterfaces for learning; science, art of craft? Interact, vol. 1, no. 4, 8-10.

Benshoof, L.A., en S. Hooper (1993),
The effectes of single- and multiple-Window Presentation on Archievements During Computer-Based Instruction. J. of Comp. Based Inst. vol.20, no.4, 113-117.

Broers, N.J. (1994),
Formalized theory of appraisive judgments; a general methodology for questionnaire research integrating facet design, theory construction and psychometrics. PhD thesis, Kath. Univ. Nijmegen.

Claessens, F.F.M. (1999),
The effect of different ICT-designs on learning specific tasks. First year report of PhD study; period: jan. - oct. 1999; 127 pages (supervisor: Jef Moonen; projectleider: Rik Min)

Claessens, M., R. Min & J. Moonen (2000),
The use of virtual objects in multimedia for training procedural skills; a theoretical foundation (short paper on the web) 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)

Elbro, C. and J. Christoffersen (1988),
Reading in a moving text-window: differences between fast and slow adult readers. Univ. of Copenhagen. Paper in bezit van indieners.

Garlikov, R. (1995),
Philosophy of science: theories. Discussie op AERA lijst C. (15 okt. 1995) Tekst in bezit projectgroep. 8 pagina's.

Hart, H.'t, J. van Dijk, M. de Goede, W. Jansen en J. Teunissen (1996),
Onderzoeksmethoden. Boom, Meppel. ISBN 90.5352.238.7

Kroes, P. (1996),
Ideaalbeelden van wetenschap. Boom, Meppel. ISBN 90.5352.249.2

Mayer, R. E. and R. Moreno (2000),
A split attention effect in multimedia learning: Evidence for Dual Processing Systems in Working Memory. J. of Educ. Psych., Vol. 90, no. 2, p. 312-320.

Merrienboer, J. J. G. van, J.G. Schuurman, M.B.M. de Croock and F.G.W.C. Paas (2002),
Redirecting learners' attention during training: effects on cognitive load, transfer test performance and training efficiency. Learning and Instruction, Vol.12, No.1, p.11-37.

Min, F.B.M. (1996b),
Parallelism in Working, Learning and Doing Environments; the Parallel Instruction Theory for Coaching in Open Learning Environments. In: the proceedings of EuroMedia 96; Telematics in a multimedia environment, dec. 19-21, 1966; A publication of the society for computer simulation International (SCS) (Eds. A. Verbraeck & P. Geril) Ook uitgebreid met 8 figuren en screendumps op het web beschikbaar onder: www.to.utwente.nl/user/ism/min/Paper1.htm

Oliver, R. (1994),
Proof-reading on paper and screens: The influence of practice and experience on performance. J. of Comp. Based Instr., Vol. 20, no. 4. (118-123).

Papert, S. (1980),
Mindstorms; children, computers and powerfull ideas. Basic Books Harper. ISBN 0.465.04629.0.

Parreren, C.F. (1978),
Psychologie van het leren I. Van Loghum Slaterus, Deventer. ISBN 90.6001.509.6.

Preece, J. (1994),
Human-Computer Interaction; Addison-Wesley. ISBN 0-201-62769-8.

Reuling, A. (1986),
Methodologieën; een inleiding in onderzoeksstrategieën, H. Nelissen, Baarn. ISBN 90.244.0989.6.

Schaick Zillesen, P.G. van, M. Gmelich Meijling, B. Reimerink en F.B.M. Min (1995),
Computer support of operator training based on an instruction theory about parallelism. Kluwer Academic Publishers (Eds: M. Mulder, W. Nijhof en R. Brinkerhof). ISBN 0-7923-9599-9. p.209-226.

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

Sweller, J., Merrienboer, J. J. G. van, and Paas, F. G. W. C. (2001),
Cognitive Architecture and Instructional Design. Educational Psychological Review, Vol. 10, No. 3, p. 251-296.

Yu, Tao (2002),
Empirical study to Cognitive Load and the PI theory with well-designed products for procedure skills and parallel instructions. Final Project of the Master Program: Educational and Training System Design (ETSD); Master Thesis; University of Twente; Graduation committee: Jef Moonen & Rik Min

Zwart, W. J. (1988),
FLOWSIM: een computersimulatieprogramma voor het waterloopkundig laboratorium met GEM op Atari 1040ST gebaseerd op het wiskundig model WAFLOW; M Sc thesis, internal publication, University of Twente,Enschede (in cooporation with the dutch Waterloopkundig Laboratorium, Delft / Marknesse, Holland, J. Moonen en F.B.M. Min)

8. Planning van het onderzoek

In het 1e jaar:
Gedurende het eerste jaar zal de 'requirements analysis', de 'design analysis' en de 'specification'-fase moeten worden uitgewerkt. Op basis van een literatuursearch dient er een studie te worden gemaakt naar de virtuele wereld van het web, de architectuur van werk- en leer-omgevingen die daar en elders (bijvoorbeeld op cd-roms) voorkomen, faciliteiten te bekijken en eventueel aan te vragen die mogelijk nodig zijn. Aansluiting te zoeken bij gangbare en minder gangbare onderzoeken en onderzoeksterminologie. Colleges te volgen of deel te nemen aan colleges van collega's in de vakgroep of in dezelfde vakgebied. Er zullen wat analyse met bestaand pre-prototypes (van ISM en TO-lab) moeten worden gemaakt. In dit jaar moet ook duidelijk zijn wat voor componenten en hoe de architectuur er van een ideale werk- en leeromgeving er uit ziet.

In het 2e jaar.
In het tweede jaar zal de onderzoeker bezig moeten gaan met: 'development and experimental testing of prototype variants'. In dat jaar moet ook helder zijn welke varianten en welke facetten er een rol zullen gaan spelen in het verdere onderzoek. Op basis van literatuur onderzoek en gesprekken met experts moeten de dimensies en de categorieën vaststaan, d.w.z. voor praktische en experimentele redenen. En verder zal aan de orde moeten komen:

• functioneel ontwerp(en) (een aantal soorten) experimentele omgevingen;
• analyse van voorstudies;
• meedoen met een casus in het onderzoekspracticum (van TO);
• test voor effecten ontwikkelen;
• experiment(en) (testen) (met bestaande prototypen);
• eventuele bijstelling van prototypen;
• rapportage & werken aan outline proefschrift.

Het ontwerp van ideale werk- en leer-omgevingen en de creatie van een 'set of variant' moet afgerond worden in deze fase; 'experimenting' en 'drawing design decisions' ook. In deze fase moet ook duidelijkheid komen welke populatie proefpersonen genomen wordt. TO-studenten kunnen hierbij ingeschakeld worden.

In het 3e jaar
In het derde jaar moet het eindopzet van het laatste experiment klaar zijn en moeten er al heel wat resultaten van experimenten liggen. De validiteit van de resultaten en de correctheid van de producten die nog getest gaan worden moeten in het team worden besproken en er moeten bindende afspraken worden gemaakt om het project binnen vier jaar af te kunnen ronden met een grote kans op succes. Samengevat:

• definitieve plan/opzet voor empirische toetsing;
• nieuwe experimenten (met definitieve product) / daadwerkelijk testen / toetsen;
• analyse van de verkregen data;
• schrijven van concept hoofdstukken proefschrift;
• rapportage & werken aan concept proefschrift.

Eind 3e jaar moeten de experimenten grotendeels zijn afgerond. Er moet nu bijna uitsluitend aan een methodologisch kader worden gewerkt waarin alle bevindingen een plaats krijgen. De contouren van de theorie en de onderliggende aannames moeten al duidelijk zijn.

In het 4e jaar
In het vierde jaar zal het duidelijk moeten zijn welke generaliserende conclusies er mogelijk zijn en wat de waarde van het parallellisme concept en de PI-theorie is. Ook zal duidelijk zijn geworden welke facetten, dimensies en categorieën er van belang zijn en welke effecten ze hebben op de eerdere aannames. In dit jaar moet het proefschrift geschreven worden (en klaar zijn) met de doelstellingen, doelen, benaderingswijzen, methoden en resultaten van het onderzoek.

9. Tijdspad

• start: nader over een te komen;
• einde: na vier jaar;

10. Onderzoeksgroep en begroting

Samenstelling onderzoeksgroep

	Uren	per	week	per	jaar:
	2004	2005	2006	2007	2008
Projectleiding: Rik Min	4	4	4	4	p.m.	Totaal: euro 16.000,=
Onderzoeker: AIO vacature	38	38	38	38	p.m.	Totaal: euro 132.000,=
Programmeerwerk: in te huren / uit te besteden						Totaal: euro 100.000
						Totaal: euro 248.000,=

Samenwerking

Bij dit project zal worden samengewerkt met mensen uit de afdeling (vakgroep) ISM, de faculteit TO, het TO-lab, het onderzoeksinstituut CTIT, het Telematica Instituut (TI) en het gedragswetenschappelijk laboratorium van de open Universiteit (OU).

Begroting

Standaard werkplek: eerste geldstroom; standaard PC: eerste geldstroom; klein aantal dagen technische ondersteuning: eerste geldstroom. Het lijkt ons relevant om hier, voor proefpersonen en begeleiding of een student assistent, een bedrag van euro 500,= per jaar op te voeren waardoor de totale begroting uitkomt op euro 250.000,=.

Faciliteiten

Geen bijzondere dingen noodzakelijk. Er kan worden begonnen met bestaande apparatuur, software en expertise van de vakgroep. Er is een ontwikkelwerkplek en er zijn onderzoekswerkplekken mogelijk. De onderzoeker heeft de beschikking over een uitgebreide web-site met honderden verschillend vormgegeven prototypen. Online available on: "http://users.edte.utwente.nl/min". Die web-site kan worden ingezet om allerlei situaties na te bootsen en te creeeren die het mede mogelijk moeten maken nog beter specifiek geeiste condities en concepten aangaande parallellisme te ontdekken.

11. Financiële bijdrage uit ander bron

12. Taakomschrijving gevraagde medewerkers

• uitvoering van de literatuurstudie en meta-analyses maken;
• ontwerpen van de experimenten;
• uitvoering van de experimenten;
• analyseren van de experimenten;
• rapportage van de bevindingen in wetenschappelijke artikelen en in een proefschrift.

De HBO-informaticus dient een afgestudeerde informaticus of programmeur te zijn (of xxxx) met een goede attitude voor gebruikers, vormgeving en/of ergonomische vraagstukken. Hij/zij zal een goede (definitieve) programmeeromgeving moeten zoeken om de gekozen doelstellingen (m.n. de programmeerbaarheid, de performance, de usability, etc.) te kunnen verwezenlijken. Hij/zij zal verder zelf bepalen of methoden als "rapid prototyping", of meer gestructureerde software ontwikkelmethoden, moeten c.q. kunnen worden gebruikt. De informaticus/programmeur heeft daarbij de volgende taken:

• ontwikkelen van verschillende soorten versies van onze pre-prototypes voor de experimenten.

13. Ondertekening

14. Lijst van publicaties van de leden van de onderzoeksgroep

Schaick Zillesen, P.G. van (1990),
Methods and techniques for the design of educational computer simulation programs and their validation by means of emperical research. Academisch proefschrift, Universiteit Twente (promotor E. Warries, assistent-promotor F.B.M. Min) ISBN 90-9003874-4.