Toelichtingen en overwegingen

bij

Parallellisme en de 'Parallelle Instructie theorie'

Waarom mislukken veel tutoriele courseware projecten?
Waarom kan de ene persoon wel overweg met een bepaalde computer overweg en een ander niet?
Is er soms wat mis met computers?
Zijn er soms fundamentele tekortkomingen bij hypermedia of web-media?
Waarom kan de ene persoon wel handig met allerlei soorten onhandige applicaties omgaan en de ander niet?
Waarom heeft de ene groep mensen een afkeer van het MS.DOS operating system (terwijl anderen er tot de dag van vandaag bij zweren)?
Waarom is een SUN computer als werkomgeving en vooral bij 'doeners' zo'n succes?

Dit zijn allemaal vragen die bij ons onderzoek - de laatste 10 jaar - aan de orde kwamen en wij op congressen en in papers expliciet gesteld hebben. De PI-theorie biedt hier uitkomst.

Wij denken dat het probleem dat wij hebben ontdekt bij gewone standaard PC's fundamenteel is en primair zit in hun gebrekkige monitoren en secundair in onbewust zeer ongelukkig ontworpen applicaties, waarbij geen rekening is gehouden met verschillen tussen mensen op het punt van hun korte termijn geheugen. Web-media - en met name web-browsers - kennen dat fundamentele probleem ook. Tot op de dag van vandaag onderkennen velen dit probleem. (Zie Min 1992 en 1994.)
Vòòr de komst van de computer werd de monitor al veel langer gebruikt om informatie over te dragen en toehoorders te instrueren. Door de komst van de huis, tuin en keuken-computer kreeg de monitor er een hele andere rol bij. Het gaat tegenwoordig niet meer om passieve en niet te beinvloeden informatie, maar om dingen mee te doen en te kunnen werken. Hierdoor heeft de monitor er een taak bij die het als apparaat - naar mijn mening - als zodanig, tot de dag van vandaag, niet optimaal aan kan. Het beeldscherm van een PC is de bottle-neck in vele doe-, werk- en leer-omgevingen, vooral bij het oplossen van problemen of het uitvoeren van een taak.

De monitor komt uit de wereld van de lineaire media. Is hij wel zo geschikt als medium om, daarachter gezeten, problemen op oplossen? Dit spotplaatje geeft goed weer dat monitoren eigenlijk lineair of sequentieel apparaten zijn: 'frame by frame' of 'screen by screen'. Moderne PC's moeten er eigenlijk - maar dat is mijn onderzoeksvraag ten voeten uit - heel anders uitzien dan lineaire media. (Ja toch?) Wij doen in ons onderzoek ons best om - volgens ons - gebrekkige apparaten geschikt te maken voor het uitvoeren van min of meer complexe taken. Wij willen de condities - waaronder iets doen, werken of leren achter een PC wèl goed zal gaan - onderzoeken, beschrijven, vastleggen en publiek maken.

Ons onderzoek gaat dan ook eigenlijk over de vraag hoeveel informatie er (in vierkante centimeters) minimaal op het beeldscherm naast elkaar moet staan (en naast elkaar blijven staan) als er andere informatie aankomt? Het mag niet zo zijn dat het hele beeldscherm mutvol staat met allerlei 'nuttige' informatie, maar dat een gebruiker door de bomen het bos niet meer ziet. Wat is het optimum? Kun je een optimum - in bijvoorbeeld informatiedichtheid of afstand tussen informatieonderdelen - bereiken? Is er een absoluut optimum in een werk- of leer-omgeving of zijn er (user-gerelateerde) condities? Welke zijn die condities? Enz.

Iedere docent weet - bewust of onbewust - wat parallellisme voor hem betekend. Docenten gebruik parallellisme dagelijks, ook al is hij/zij zich dat niet permanent bewust. Is hij niet bezig met een sheet op een overhead projector, dan is hij wel bezig op het bord om snel even een berekening voor te doen. Hij heeft dan 'input' nodig van de sheet op de projector en rekent op het bord met die input tot er een output onstaat. Daarbij kunnen de leerlingen steeds vergelijken. Ook uit hun boek of luisteren ze - parallel aan alle visuele informatie - naar de stem van de docent of naar die van een mede-leerling. Dat vergelijken is - bij leren, bij werken en of bij iets doen - heel essentieel. Elke docent voelt dat soort dingen aan. Er zijn dagelijks vele van dit soort 'split attention' situaties, zoals Sweller deze situaties noemt, waarbij bij het probleem te kunnen oplossen, een, twee of meerdere informatie-bronnen parallel noodzakelijk zijn (Sweller, 1990 - 1994).

Het beste bewijs van het nut van parallelle informatie - en een prachtige indicatie dat het iets met het korte termijn geheugen te maken heeft - is het feit dat de meeste studenten in een collegezaal er een hekel aan hebben als een docent steeds in het beeld staat bij zijn eigen sheets. Logisch; immers beelden dienen altijd ter ondersteuning van iemands betoog. Anders zou een spreker nooit hulpmiddelen gebruiken. Zonder goede parallelle beelden kunnen nu eenmaal velen een betoog of de clou van een betoog niet volgen.
Ik heb daar een leuke anekdote over: tijdens een lezing, die toevallig of niet, over de PI theorie ging, stond ikzelf eens een tijdlang ondoordachtzaam en onnadenkend tussen de beamer met mijn computerpresentatie en een aantal mensen - toehoorders of toeschouwers - in de zaal in. Toen iemand aanmerkingen maakte dat hij de sheets niet kon zien, kon ik direct, en ter plekke, zonder veel woorden, duidelijk en aanneembaar maken hoe belangrijk parallelle informatie voor de meeste mensen blijkbaar is.

Duidelijker kan het nut van parallel aan het hoofdproces aangeboden informatie bij iets, waar iemand met zijn/haar volle aandacht mee bezig is, en de clou van probeert te begrijpen, niet zijn.

Problemen

Software engineers en veel andere computermensen kunnen dat cognitieve aspect vaak niet duiden. Vaak willen ontwerpers niet zien dat vele gebruikers in de doelgroep anders zijn dan zijzelf, en bepaalde zaken slecht kunnen of willen onthouden. Daarover, en voornamelijk over het korte termijn geheugen, gaat dit onderzoek.
Users willen vaak twee of meerdere dingen op het beeldscherm vergelijken. Software producten - en vooral hypermedia-producten en vooral web-sites met hyperlinks op het world wide web - staan vergelijken van twee, laat staan meerdere dingen naast elkaar, vaak eenvoudigweg niet toe.

De vraagstelling (bij split attention situaties) is: wat, welke en hoeveel instructie (A) heb ik - qua oppervlak - minimaal nodig om - interactief en teacher-free - een probleem (B) op te kunnen lossen?
En verder: welke afstand (x) tussen die twee aspecten: de instructie (A) en het probleem (B), moet ik daarbij minimaal betrachten?

Geldt het kunnen leren en kunnen werken bij split attention situaties alleen bij moderne leermiddelen, bij computers, bij monitoren van PC's of op het world wide web, of geldt het ook bij traditionele leeromgevingen zoals leren en werken achter een bureau, leren en werken in een klaslokaal met grote hoeveelheden storende of niet storende parallelle informatiebronnen, etc.?

Als je bijvoorbeeld op de ene site gelezen hebt hoe duur een 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 was. 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. De split-attention theorie van Sweller is hier duidelijk over (Chandler & Sweller, 1991). En als vergelijken van twee dingen technisch al niet goed gaat, faalt het software product aangaande het er goed mee kunnen leren, al bij voorbaat.

Het is al een heel oud vraagstuk (in traditionele leer-situaties in een klaslokaal) hoeveel informatie een kind minimaal nodig heeft om een probleem op te kunnen lossen, een vraagstuk te kunnen maken of een leer-taak fatsoenlijk tot een goed eind te kunnen brengen; laat staan als je als onderzoeker het optimum van een goede leeromgeving wilt kunnen aangeven. Hele studies zijn er gedaan om vast te stellen welke de voorwaarden zijn waaronder iemand in een lokaal of op een werkplek uberhaupt kan leren. In een lokaal is bijvoorbeeld minimaal een opdracht (A) nodig, plus een schrift (B) om de oplossing in uit te werken; een leraar (C) en/of een schoolbord (D) nodig. Wellicht is een boek (E) of een plaatje in een boek (F) of een wandkaart (G) relevant. Bij aardrijkskunde of in een biologie-lokaal zou een kast met potten en beelden (H) niet misstaan. Dit zijn - naast de probleem-oplossings-ruimte van het schrift - allemaal vormen van parallelle informatie of instructie. Te veel informatie is niet goed en te weinig informatie ook niet. Er is echter wel degelijk wetenschappelijk gezien een minimum, een optimum en een overload te onderkennen (Claessens, Min, Moonen, 2000).

Het falen van cd-i, en in mindere mate multimediale courseware op cd.rom, zit hem - volgens mij - in het feit dat courseware-achtige software bij dergelijke media te veel een frame-by-frame-karakter hebben. Het ene beeldscherm - met inhoud - verdwijnt als het andere beeldscherm verschijnt. Dat vinden veel gebruikers bewust of onbewust niet plezierig. De stof is dan niet snel en eenvoudig te vinden of terug te vinden. Educatieve software met een frame-by-frame-karakter of screen-by-sreen-karakter is dus theoretisch verkeerd ontworpen. Met onze nieuwste inzichten kunnen wij daar nu een plausibele verklaring voor geven. We stelde al eerder dat hypermedia theoretisch ook dat manco hebben. Ook bij hypermedia en browser-gebaseerde software komt het probleem van screen-by-sreen of wel (hier dan) page-by-page voor. Deze manco's zijn jarenlang onderkent, domweg omdat de voordelen van dergerlijke media zo enorm waren. Deze voordelen van cd's en web-sites, zoals snelheid, handigheid, compleet, compactheid, handzaam, actueel, digitaal en dus ook makkelijk copieerbaar, etc. zijn bekend en tot op heden altijd bejubeld.
Hypermedia hebben - volgens de inzichten uit de PI-theorie - dus een probleem. Maar paradoxaal geeft de PI-theorie ook een verklaring waarom dit manco zo lang onontdekt bleef. Juist het feit dat er bij web-media volledige pagina's tegelijkertijd worden overgeseind en in de browser worden geladen, met plaatjes en applets en al, zien we een grote hoeveelheid nuttige informatie in een keer. Welliswaar is een groot deel, vooralsnog, en schijnbaar, onzichtbaar maar toch is het met een scrollbar relatief simpel en snel te bekijken en daardoor feitelijk wel direct en stevig met elkaar verbonden.

A big web-page. The web-page is bigger than the screen. We call that 'virtual parallellism'.

Kortom een web-pagina is - zonder dat de ontwerpers dit hebben beseft - een bijzondere vorm van parallellisme. Een vorm van parallellisme die we bijna uit het oog zouden verliezen en die, hoe je het ook wendt of keert, een interessante verklaring, vanuit de PI-theorie, geeft voor de snelle groei van dit soort software, ondanks andere, door ons voorspelde manco's. We zullen deze vorm van parallisme hier voortaan virtueel parallellisme noemen. Virtueel parallellisme is dus een van de redenen dat web-sites dus - ondanks een groot aantal vreemde ergonomische zaken zoals vervelende respons-tijden en onhandige scrollbars - toch zo plezierig blijkt te functioneren. De acceptatiegraad van deze vreemd ontworpen browser-technologie ligt in de praktijk heel erg hoog. Hiermee is eigenlijk een bewijs geleverd voor onze stelling dat mensen behoefte hebben aan parallellisme.
De hier beschreven paradox is nu voor een deel te verklaren vanuit de PI-theorie. Laten we deze paradox maar de parallellisme-paradox noemen. Onze theorie voorspelt dus feitelijk dat met een (nog) beter ontworpen product er (nog) meer winst voor de gebruiker en dus voor de ontwerper is te behalen.

Theoretische aspecten

De (voorlopige) veronderstellingen ('hypotheses') die we hebben vastgelegd in vier regels ('rules'), in de parallelle instructie theorie, de 'PI theorie', zijn, dat het nut van parallellisme bij open werk-omgevingen te maken heeft met de volgende aspecten uit de cognitieve psychologie:

1. dat het korte termijn-geheugen van een gebruiker, voor details of losse onderdelen, te beperkt is om ingewikkelde dingen te doen bij hyper- en in web-omgevingen;
2. dat de gebruiker steeds informatie-elementen uit verschillende processen - op verschillende web-pagina's - wil en moet kunnen vergelijken;
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 willen zien. Bijvoorbeeld door bij het ontwerp bepaalde onderdelen in aparte, losse windows te situeren. (Volgt uit 2.)
4. dat de gebruiker op een natuurlijke manier een eigen referentiekader voor bijvoorbeeld het oplossen van een probleem of een taak, conceptueel wil kunnen opbouwen - ook fysiek - op een beeldscherm dingen op zijn/haar eigen wijze wil kunnen opbouwen. Bijvoorbeeld zoals sommigen - al luisterend naar een betoog - een conceptueel schema op papier kunnen tekenen, incl. actoren, variabelen en relaties daartussen aan weet te brengen. (Volgt uit 2 en 3.)

Als een ontwerper deze punten goed in acht neemt, en zich bewust is van het split attention effect dat dingen op een of andere manier bij elkaar moeten worden gesitueerd, zal de cognitive load voor irrelevante zaken (m.n. technische zaken) laag blijven en kan een gebruiker 'het probleem' op het beeldscherm, 'uit zijn hoofd', beter oplossen.

Empirisch onderzoek moet uitwijzen of deze veronderstellingen, in relatie tot eerder genoemde facetten, waaronder deze uitspraken, wetenschappelijk zijn te onderbouwen. Het fenomeen van parallellisme en de achtergronden van de 'PI-theorie' zullen dus verder in relatie tot allerlei 'facetten' moeten worden omschreven. Fenomenen, determinanten en ontwerpvariabelen dienen geanalyseerd en gedefinieerd te worden. Dat is grotendeels de taak van de onderzoeker. De onderzoeker moet van alle facetten de juiste formulering en de juiste condities opstellen en het resultaat (de theorie) toetsen aan praktijkvoorbeelden. De uiteindelijk opgestelde theorie, over de mate van parallellisme, dient de onderzoeker - middels empirisch onderzoek - te bewijzen. De onderzoeker ontkwam er dan ook niet aan ook enkele karakteristieke prototypes te vervaardigen en te onderzoeken. De resultaten van deze onderzoeken zijn elders gepubliceerd (o.a. Min, JCAL, 2004)

Oplossingen

Men vraag ons vaak "hoe los je dit soort problemen dan op?" Er is een makkelijk antwoord en een moeilijk antwoord. Ook is er een dooddoener, namelijk zorg eerst maar eens dat je je bewust bent van het probleem; voornamelijk aangaande het probleem dat de ander, de user, met jouw software kan hebben. Makkelijke antwoorden zijn: neem een grotere monitor; neem een betere resolutie, dan kan er meer informatie op je scherm; neem papieren instructie materialen, dan wordt het ruimte-probleem op je beeldscherm uberhaupt veel minder; papier is goedkoop en in heel veel gevallen is papier nog steeds heel erg handig.

A monitor and sheets of paper

Two monitors

Maar dat is niet de oplossing waar het ons in ons onderzoek om gaat. De moeilijkere antwoorden liggen wat gecompliceerder; die liggen in de uitdaging 'ruimte te scheppen op het beeldscherm'. (En dat wetenschappelijk hard te maken.) (Die antwoorden liggen o.a. en met name in de hoek van de cognitieve psychologie: de Cognitive Load-theorie; de Split Attention-theorie, de PI-theorie, etc.) (Zie o.a. Claessens et al., 1999)

Waar het om gaat is dat een gebruiker ruimte heeft om zijn probleem op te kunnen lossen. Dat kan ruimte zijn in de algemene zin, maar ook ruimte op het beeldscherm om alle dingen die hij nodig heeft om iets op te lossen of om iets te kunnen bouwen. Hij moet creatief kunnen zijn. Maar ook fysieke ruimte hebben. Laten we dat eerste creatief parallellisme noemen. Daarbij is de ruimte op het beeldscherm het belangrijkste.

A big screen (a SUN computer)

Different windows

Dat tweede noemen we hier fysiek parallellisme. Daarbij is de overige ruimte het belangrijkste, dus ook de armruimte op de werkplek en dus de ruimte voor de papieren; tot en met het kladblok en de schrijfstift aan toe.

Different viewports ('frames')

De Parallelle Information theorie

De 'parallelle instructie theorie' moet je eigenlijk veel ruimer zien dan alleen iets voor instructie. De theorie komt dan ook nog beter tot zijn recht als de term 'instructie' wordt veralgemeniseerd en vervangen door de term: 'informatie'. In het vervolg kunnen we dan eigenlijk ook maar beter spreken van: de 'parallelle informatie theorie' in plaats van de 'parallelle instructie theorie'. De hoeveelheid informatie is zelfs te kwantificeren en het begrip parallellisme ook, t.w.:

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

Moet dit dan tekst zijn? Moet dit dan visueel zijn? Moet het dan een digitaal videofilmpje zijn? Etc.

Referenties

Paivio, 1990: the dual-code theory
Chandler & Sweller, 1991: the split-attention theory
Sweller, 1990 - 1994: the cognitive load theory
Mayer, 1995: the multimedia learning theory
Min, 1992 - 1994: the parallel instruction theory

Enschede, april 2001