Konstanz, Univ., Diplomarb., 2004.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2006. / Druckausg bei Jost-Jetter, Heimsheim erschienen.

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Berlin.

Zugl.: Kassel, Universiẗat, Diss., 2005.

Zugl.: Regensburg, Universiẗat, Diss., 1996.

Zugl. leicht gekürzte Fassung von: Bremen, Univ., Diss., 2009

Universiẗat, Diss., 1999--Kassel.

Techn. Hochsch., Diss., 2005--Aachen.

The field of human-computer interaction (HCI) strives for innovative user interfaces. Innovative and novel user interfaces are a challenge for a growing population of older users and endanger older adults to be excluded from an increasingly digital world. This is because older adults often have lower cognitive abilities and little prior experiences with technology. This thesis aims at resolving the tension between innovation and age-inclusiveness by developing user interfaces that can be used regardless of cognitive abilities and technology-dependent prior knowledge. The method of image-schematic metaphors holds promises for innovative and age-inclusive interaction design. Image-schematic metaphors represent a form of technology-independent prior knowledge. They reveal basic mental models and can be gathered in language (e.g. bank account is container from "I put money into my bank account"). Based on a discussion of previous applications of image-schematic metaphors in HCI, the present work derives three empirical research questions regarding image-schematic metaphors for innovative and age-inclusive interaction design. The first research question addresses the yet untested assumption that younger and older adults overlap in their technology-independent prior knowledge and, therefore, their usage of image-schematic metaphors. In study 1, a total of 41 participants described abstract concepts from the domains of online banking and everyday life. In study 2, ten contextual interviews were conducted. In both studies, younger and older adults showed a substantial overlap of 70% to 75%, indicating that also their mental models overlap substantially. The second research question addresses the applicability and potential of image-schematic metaphors for innovative design from the perspective of designers. In study 3, 18 student design teams completed an ideation process with either an affinity diagram as the industry standard, image-schematic metaphors or both methods in combination and created paper prototypes. The image-schematic metaphor method alone, but not the combination of both methods, was readily adopted and applied just as a well as the more familiar standard method. In study 4, professional interaction designers created prototypes either with or without image-schematic metaphors. In both studies, the method of image-schematic metaphors was perceived as applicable and creativity stimulating. The third research question addresses whether designs that explicitly follow image-schematic metaphors are more innovative and age-inclusive regarding differences in cognitive abilities and prior technological knowledge. In two experimental studies (study 5 and 6) involving a total of 54 younger and 53 older adults, prototypes that were designed with image-schematic metaphors were perceived as more innovative compared to those who were designed without image-schematic metaphors. Moreover, the impact of prior technological knowledge on interaction was reduced for prototypes that had been designed with image-schematic metaphors. However, participants' cognitive abilities and age still influenced the interaction significantly. The present work provides empirical as well as methodological findings that can help to promote the method of image-schematic metaphors in interaction design. As a result of these studies it can be concluded that the image-schematic metaphors are an applicable and effective method for innovative user interfaces that can be used regardless of prior technological knowledge. / Innovative Benutzungsoberflächen sind eines der Hauptziele der Mensch-Computer Interaktion. Diese neuartigen Benutzungsoberflächen sind eine Herausforderung gerade für ältere Benutzer und drohen diese aus der immer digitaleren Welt auszuschließen. Hierbei spielen abnehmende kognitive Fähigkeiten und eine geringere Vorerfahrung mit Technologie eine wichtige Rolle. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Spannung zwischen Innovation und Alters-Inklusivität zu verringern und Benutzungsoberflächen zu entwickeln, die unabhängig von kognitiven Fähigkeiten und technologieabhängigem Vorwissen benutzt werden können. Die Methode der image-schematischen Metaphern verspricht innovative und zugleich alters-inklusives Interaktionsdesign. Image-schematische Metaphern stellen eine technologieunabhängige Form von Vorwissen dar. Sie offenbaren grundlegende mentale Modelle und können aus metaphorischer Sprache extrahiert werden (z.B. Bankkonto ist Container ausgehend von "Geld ein}zahlen). Die vorliegende Arbeit leitet aus vorangegangen Anwendung von image-schematischen Metaphern im Bereich der Mensch-Computer Interaktion drei empirische Forschungsfragen mit dem Fokus auf innovatives und alters-inklusives Interaktionsdesign ab. Die erste Forschungsfrage behandelt die bisher ungetestete Annahme, dass junge und ältere Menschen in ihrem technologieunabhängigem Vorwissen und damit auch im Gebrauch image-schematischer Metaphern übereinstimmen. In Studie 1 beschrieben 41 Probanden abstrakte Konzepte in den Bereichen Online Banking und Alltag. In Studie 2 wurden zehn kontextuelle Interviews durchgeführt. In beiden Studien wurde eine Übereinstimmung zwischen 70% und 75% gefunden, was auf eine substantielle Übereinstimmung der mentalen Modelle hinweist. Die zweite Forschungsfrage zielte auf die Anwendbarkeit und das Potential image-schematischer Metaphern für innovatives Design aus der Perspektive von Designern ab. In Studie 3 durchliefen 18 studentische Designteams einen Ideenfindungsprozess mit Prototypenerstellung, der entweder auf einem Affinity Diagramm als Industriestandard, image-schematischen Metaphern oder beiden Ansätzen in Kombination basierte. Die Methode der image-schematischen Metaphern, aber nicht die Kombination beider Methoden, war ebenso leicht anwendbar wie die bekanntere Standardmethode. In Studie 4 erstellten professionelle Interaktionsdesigner Prototypen mit oder ohne image-schematische Metaphern. In beiden Studien wurde die neue Methode als leicht anwendbar und die Kreativität stimulierend wahrgenommen. Die dritte Forschungsfrage ging der Frage nach, ob Prototypen, die explizit auf image-schematischen Metaphern basieren, tatsächlich innovativer wahrgenommen werden und alters-inklusiver bezüglich kognitiver Fähigkeiten und Technologievorwissen sind. In zwei experimentellen Studien (Studie 5 und 6) mit insgesamt 54 jüngeren und 53 älteren Menschen wurden Prototypen, die mit image-schematischen Metaphern entwickelt worden waren, als innovativer wahrgenommen als solche, die nicht explizit mit der neuen Methode entwickelt worden waren. Zudem war der Einfluss von Technologievorwissen auf die Interaktion geringer für Prototypen, die mit image-schematischen Metaphern erstellt worden waren. Der Einfluss von kognitiven Fähigkeiten und Alter auf die Interaktion blieb jedoch signifikant. Die vorliegende Arbeit liefert sowohl in empirischer als auch methodischer Hinsicht einen Beitrag zur Weiterentwicklung der Methode der image-schematischen Metaphern im Interaktionsdesign. Als Ergebnis dieser Arbeit lässt sich festhalten, dass image-schematische Metaphern eine leicht anwendbare und effektive Methode darstellen, um innovative Benutzungsoberflächen zu entwickeln, die unabhängig von Technologievorwissen benutzt werden können.

Intuitive Benutzung wird in dieser Arbeit definiert als das Ausmaß, mit dem ein Produkt mental effizient und effektiv genutzt wird, was mit einem starken metakognitiven Gefühl von Flüssigkeit einhergeht. Aktuelle Methoden verfügen nicht über eine ausreichend hohe zeitliche Anwendungseffizienz, um im Industrieprojekt 3D-GUIde effektiv zur Evaluation von Interaktionspatterns für 3D-Creation-Oriented-User-Interfaces (3D-CUIs) eingesetzt werden zu können. Diese Interaktionspatterns beschreiben strukturiert, wie 3D-CUIs als User Interfaces zur Erstellung von dreidimensionalen Inhalten gestaltet werden müssen, um intuitive Benutzung zu unterstützen. In dieser Arbeit werden daher zwei neue Evaluationsmethoden vorgeschlagen: 1) IntuiBeat-F als formative Evaluationsmethode und 2) IntuiBeat-S als summative Evaluationsmethode. Basierend auf Default-Interventionist-Theorien und bestehenden Definitionen intuitiver Benutzung werden die mentale Beanspruchung als zentrales objektives, das metakognitive Gefühl von Flüssigkeit als zentrales subjektives und die Effektivität als zentrales pragmatisches mit intuitiver Benutzung assoziiertes Merkmal identifiziert. Die Evaluation intuitiver Benutzung mithilfe von IntuiBeat-F und IntuiBeat-S ist vielversprechend, da es sich bei beiden Methoden um Inhibition basierende Rhythmuszweitaufgaben handelt und diese somit mentale Beanspruchung objektiv erfassen können. Das Potential beider Methoden wird im Hinblick auf vorherige Forschungsarbeiten zur zeitlich effizienten Evaluation von 3D-CUIs aus der Mensch-Computer-Interaktion und der Psychologie diskutiert. Aus dieser Diskussion werden empirische Forschungsfragen abgeleitet. Die erste Forschungsfrage untersucht die wissenschaftliche Güte von IntuiBeat-S. Im ersten, zweiten und dritten Experiment werden Paare von 3D-CUIs miteinander summativ verglichen (d.h. weniger vs. stärker intuitiv benutzbare User Interfaces). Dabei wird die wissenschaftliche Güte von IntuiBeat-S hinsichtlich der Hauptgütekriterien Objektivität, Reliabilität und Validität beurteilt. Die Ergebnisse zeigen, dass IntuiBeat-S eine hohe wissenschaftliche Güte bei der summativen Evaluation besitzt. Zudem macht es bei der Anwendung von IntuiBeat-S keinen Unterschied, ob der Rhythmus über die Ferse oder den Fußballen eingeben wird, und ob als Stichproben Studierende mit höherer oder geringerer Vorerfahrung bezüglich der Nutzung von 3D-CUIs verwendet werden. Die zweite Forschungsfrage untersucht die wissenschaftliche Güte von IntuiBeat-F. Im vierten, fünften, sechsten und siebten Experiment werden 3D-CUIs einzeln formativ evaluiert (d.h. entweder ein weniger oder stärker intuitiv benutzbares User Interface). Dabei wird die wissenschaftliche Güte von IntuiBeat-F hinsichtlich der Hauptgütekriterien Gründlichkeit, Gültigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt. Die Ergebnisse zeigen, dass IntuiBeat-F eine hohe wissenschaftliche Güte bei der formativen Evaluation besitzt. Diese liegt bei strikter Anwendung der Methode (d.h. Berücksichtigung ausschließlich mit der Methode entdeckter Nutzungsprobleme) zwar höher, ist aber bei wenig strikter Anwendung der Methode (d.h. Berücksichtigung auch unabhängig von der Methode entdeckter Nutzungsprobleme) noch ausreichend hoch. Jedoch konnte erst die Entwicklung und Einführung einer zusätzlichen Analysesoftware im Zuge des sechsten und siebten Experiments die wissenschaftliche Güte von IntuiBeat-F hinsichtlich aller drei Hauptgütekriterien demonstrieren, da ohne deren Unterstützung IntuiBeat-F vom Evaluator nicht ausreichend gründlich angewendet wird. Die dritte Forschungsfrage untersucht, wie hoch die zeitliche Anwendungseffizienz beider Methoden als wichtiger Aspekt praktischer Güte im Vergleich zu bereits vorhandenen Evaluationsmethoden für intuitive Benutzung ist. Bezüglich der summativen Evaluation wird im zweiten Experiment eine höhere zeitliche Anwendungseffizienz von IntuiBeat-S im Vergleich zum aktuellen summativen Benchmark, der CHAI-Methode, sowohl bei der Evaluation von weniger als auch bei der von stärker intuitiv benutzbaren 3D-CUIs demonstriert. Auch bezüglich der formativen Evaluation konnten die Ergebnisse der letzten vier Experimente zeigen, dass die zeitliche Anwendungseffizienz von IntuiBeat-F im Vergleich zum aktuellen formativen Benchmark, dem Nutzertest mit retrospektivem Think-Aloud- Protokoll, sowohl bei der Evaluation von weniger als auch stärker intuitiv benutzbaren 3D-CUIs höher liegt. Dieser Unterschied bleibt bestehend, egal ob eine zusätzliche Analysesoftware vom Evaluator verwendet wird oder nicht. Als Ergebnis aller Experimente lässt sich feststellen, dass die wissenschaftliche Güte und die zeitliche Anwendungseffizienz beider Methoden zur Evaluation intuitiver Benutzung von 3D-CUIs mehr als zufriedenstellend beurteilt werden kann. Die Arbeit wird mit einer Diskussion des geleisteten Forschungsbeitrags geschlossen. Dabei werden Anregungen für künftige Forschung aus theoretischer (z.B. Berücksichtigung des Gefühls von Flüssigkeit bei der Evaluation), praktischer (z.B. Untersuchung der Anwendbarkeit beider Methoden in anderen Domänen) und methodischer (z.B. Beurteilung der praktischen Güte beider Methoden anhand anderer Kriterien) Perspektive gegeben. / In this work, intuitive use is defined as the extent to which a product can be used in a mentally efficient and effective manner, which is accompanied by a strong metacognitive feeling of fluency. Currently available methods to measure intuitive use lack sufficiently high time efficiency to apply them effectively for evaluating interaction patterns for 3DCreation- Oriented-User-Interfaces (3D-CUIs) in the context of the industrial project 3DGUIde. These interaction patterns describe in a structured way how 3D-CUIs – user interfaces aimed to create three-dimensional content – should be designed to support intuitive use. This work therefore proposes two new evaluation methods for intuitive use: 1) IntuiBeat-F as a formative method and 2) IntuiBeat-S as a summative method. Based on default-interventionist theories and current definitions of intuitive, this work identifies mental efficiency as the central objective, the metacognitive feeling of fluency as the central subjective and the effectiveness as the central pragmatic attribute associated with intuitive use. The evaluation of intuitive use with IntuiBeat-F and IntuiBeat-S is promising since both methods are inhibition-based rhythm secondary tasks, and can therefore assess mental efficiency objectively. Their potential for a time efficient evaluation of 3D-CUIs is discussed in the light of existing research in human-computer interaction and psychology and empirical research questions are derived from this discussion. The first research question examines the scientific quality of IntuiBeat-S. In the first, the second and the third experiment pairs of 3D-CUIs are compared in a summative manner (i.e., less intuitive vs. more intuitive user interfaces) and the scientific quality of IntuiBeat- S is assessed with regard to the scientific criteria objectivity, reliability and validity. The results show that IntuiBeat-S has a high scientific quality. Moreover, it makes no difference whether the rhythm is entered via the heel or the ball of the foot and whether the tested undergraduate students are more or less experienced in dealing with 3D-CUIs. The second research question examines the scientific quality of IntuiBeat-F. In the fourth, the fifth, the sixth and the seventh experiment 3D-CUIs are evaluated individually in a formative manner (i.e., either a less intuitive or more intuitive user interface) and the scientific quality of IntuiBeat-F is assessed with regard to the scientific criteria thoroughness, validity and reliability. The results show that IntuiBeat-F has a high scientific quality. The scientific quality of IntuiBeat-F is higher when strictly applied (i.e., considering usability problems solely found with the method), but it is already high when applied less strictly (i.e., considering further usability problems found regardless of the method). However, only the development and use of an additional analysis software in the sixth and the seventh experiment show the scientific quality of IntuiBeat-F as a formative evaluation method for intuitive use with regard to all three scientific criteria. Without the software support, IntuiBeat-F is not applied thoroughly by the evaluator. The third research question examines the practical quality of both methods in terms of application time efficiency when compared to existing evaluation methods for intuitive use. Regarding the summative evaluation, the second experiment demonstrates a higher application time efficiency of IntuiBeat-S in comparison to the current summative benchmark, the CHAI method, when evaluating both less and more intuitive 3D-CUIs. With regard to the formative evaluation, the last four experiments show a higher application time efficiency of IntuiBeat-F in comparison to the current formative benchmark, the user test with retrospective think-aloud protocol, when evaluating both less and more intuitive 3D-CUIs, irrespective of whether or not an additional analysis software is used. As a result of these studies it can be concluded that the scientific quality and the application time efficiency of both methods for the evaluation of intuitive use in the context of 3D-CUIs can be considered satisfactory. This work closes with a discussion of the accomplished research contribution and suggestions for future research from a theoretical (e.g., consideration of the feeling of fluency during the evaluation), a practical (e.g., applicability of both methods in other domains) and a methodological perspective (e.g., assessment of the practical quality of both methods using other criteria).