Interazione Uomo

Riassunto della lezione precedente
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Termini dell’HCI
• Utente
– Un individuo, un gruppo di persone che lavorano
insieme.
• Elaboratore
– Ogni tecnologia informatica, dal piccolo PDA
(Personal Digital Assistant) al computer da
scrivania, ad un sistema su larga scala, ad un
sistema embedded --> ubiquità del computer
• Interazione
– Ogni comunicazione tra utente e computer, diretta
o indiretta.
– In ogni caso esiste un fine dell’interazione.
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Storia
• Human performance
– Inizio XX secolo. Applicazione diretta del taylorismo.
• Ergonomics
– Caratteristiche fisiche dell’uomo e della macchina (es. armi)
e come queste si riflettono sulle prestazioni (GB, anni ‘50).
• Human factors
– Termine americano (anni ‘60). Entrano in gioco fattori
cognitivi.
• Human-computer interaction
– Ergonomia: sistema informatico, meccanico o manuale.
– Man-Machine Interaction (anni ‘70) e poi Human-Computer
Interaction (politically correct) specializzato per sistemi
informatici.
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Obiettivi della IUM
• Migliorare l’interazione tra utenti e computer
rendendo I computer più user-friendly e
maggiormente ricettivi alle necessità dell’utente.
• Progettare sistemi che minimizzino la barriera tra il
modello cognitivo umano di ciò che egli vuole
compiere e la “comprensione” del calcolatore del
compito dell’utente.
• Specificatamente, la IUM si occupa di:
–
–
–
–
–
Metodologie e processi per il progetto di interfaccie
Metodi per l’implementazione di interfaccie
Tecniche per la valutazione ed il confronto di interfaccie
Sviluppo di nuove interfaccie e metodi di interazione
Sviluppo di modelli e teorie dell’interazione che siano
descrittivi e predittivi.
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Usabilità
• Efficacia
– il sistema fa quello per cui è stato progettato?
• Efficienza
– Il sistema supporta la produttività aiutando l’utente a
portare a termine il suo comoito?
• Sicurezza
– il sistema impedisce gravi errori? aiuta a porvi rimedio?
• Utilità
– Il sistema fornisce le funzionalità adatte ai compiti
dell’utente?
• Facilità di apprendimento
– Quanto è facile imparare ad usare il sistema?
• Facilità di ricordo
– Quanto è facile ricordarne le modalità di uso
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• Buone interfacce fanno vendere i sistemi
(Xerox PARC  Mac  Windows)
• Cattive interfacce fanno apparire peggiori
sistemi che sono ottimi per le loro
funzionalità.
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Interazione Uomo-Macchina
L’umano
7
L’umano
• La psicologia cognitiva studia i processi cognitivi
umani
• processi di acquisizione, organizzazione, elaborazione
ed uso delle conoscenze
• Processi mentali che mediano tra stimoli e risposta
• es. soluzione di problemi, memoria, linguaggio
• Modello della mente umana come elaboratore di
informazioni che giungono dagli organi sensoriali
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• Modello GOMS (Card, Moran e Newell)
– semplificato, tiene conto solo degli aspetti rilevanti per l’IUM
– Acronimo: Goals, Operators, Methods and Selection Rules
• L’informazione è ricevuta e trasmessa attraverso
canali di ingresso/uscita
– Visivo, uditivo, tattile (aptico), motorio …
• L’informazione è immagazzinata in memoria
– Sensoriale, breve termine, lungo termine
• L’informazione è elaborata e applicata in diversi modi
– Ragionamento, soluzione di problemi, abilità, errori
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• Bisogna ricordare però:
• che le capacità e le risposte umane sono
influenzate delle emozioni
– Emotional design (Norman)
• che vi sono forti differenze individuali.
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Digressione: onde
Un sasso gettato in uno stagno suscita onde
concentriche che si allargano sulla sua superficie,
coinvolgendo nel loro moto, a distanze diverse,
con diversi effetti, la ninfea e la canna, la
barchetta di carta e il gallegiante del
pescatore...... [Gianni Rodari, La grammatica della
fantasia, Einaudi, Torino, 1973]
• La “Ola”: la gente non si
sposta, ma qualcosa si
propaga: è l’onda.
• Non c’è trasporto di materia
(ognuno rimane al suo posto),
ma di energia.
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• Registro il livello dell’acqua in un punto dello
stagno (p.es. su un palo): oscilla
•
•
•
•
Periodo: T = tempo per ritornare allo stesso livello
Ampiezza: massima escursione
Frequenza: f =1/T (quante oscillazioni al secondo)
Lunghezza d’onda:  = T· velocità di propagazione
Grandezza
fisica
Ampiezza
Tempo
Periodo
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Luci e suoni, lampi e tuoni
• Il suono è un’onda: ciò che oscilla è la pressione.
• La luce è un’onda: ciò che oscilla è il campo
elettromagnetico.
• Il campo elettrico è quello responsabile delle
attrazione tra corpi carichi con segni opposti
(fenomeni elettrostatici)
• Il campo magnetico è quello responsabile del
fenomeno del magnetismo
• Luce e suono hanno velocità di propagazione diverse
(lampo e tuono).
• In generale, un suono o una colore sono composti da
molte onde, a diverse frequenze, mescolate tra loro.
13
La visione
• Due fasi del processo:
– ricezione fisica dello stimolo
– elaborazione ed interpretazione dello stimolo
(percezione visiva)
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Il ricettore fisico: l’occhio
• Riceve luce e la trasforma in segnale elettrico
• La luce viene riflessa dagli oggetti, che
vengono rappresentati rovesciati sulla retina
15
– la retina contiene bastoncelli per la visione a bassi
livelli di luminosità e periferica, e i coni per per la
visione a colori (concentrati nella fovea)
– le celle gangliali (cellule) ricevono input dai coni e
bastoncelli e (i loro assoni) formano il nervo ottico
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Percezione visiva
• Percezione delle dimensioni e della profondità
– l’angolo visuale indica lo spazio occupato da un
oggetto rispetto al campo di vista (è relativo alla
dimensione e distanza dall’occhio)
– l’acutezza visiva è l’abilità di percepire i dettagli
fini
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– Legge della size constancy: gli oggetti familiari
sono percepiti a dimensioni costanti malgrado la
variazione dell’angolo visuale
– indizi come la sovrapposizione aiutano la
percezione di dimensione e profondità
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• Stereopsi
– Nella visione stereoscopica,
sui due occhi si formano
due immagini diverse, a
causa del diverso punto di
vista.
– Le differenze sono
interpretate (percepite)
come indizi di profondità.
– La fusione binoculare è
responsabile della
percezione di una sola
immagine della scena.
• circa il 10% della
popolazione è stereo-blind,
• ma sfruttano altri indizi di
profondità…
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Percezione visiva (cont.)
• Percezione della brillantezza
– la brillantezza è la reazione soggettiva alla luminanza
(quantità di luce emessa da un oggetto)
– il contrasto è il rapporto tra la luminanza dell’oggetto e
quella dello sfondo
– l’acutezza visiva cresce con la luminanza
20
Percezione visiva (cont.)
• Percezione del colore
– Gradazione: lunghezza d’onda
– Saturazione: quantita’ di bianco
– Intensità: brillantezza
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– i coni sono sensibili a specifiche lunghezza d’onda
della luce
– l’acutezza del blu è la più bassa (3-4% della fovea
è occupata da coni sensibili al blu)
22
– 8% dei maschi e l’1% delle femmine sono daltonici
23
Messa a fuoco
– difficoltà di messa a fuoco contemporanea di colori
lontani nello spettro (es.: rosso-blu; gialloporpora) per diverso angolo di rifrazione sul
cristallino
Blu Verde Rosso
LUCE
BIANCA
LENTE
Blu Verde Rosso
A B C
FUOCO SULLA RETINA
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colori freddi
colori caldi
I colori caldi tendono ad avanzare, i colori freddi a recedere
25
– L’occhio “desidera” i colori complementari
rosso
blu
verde
arancione
giallo
viola
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Percezione visiva (cont.)
• Il sistema visivo compensa
– la dimensione (legge della dimensione costante)
– i movimenti (img percepite stabili)
– i cambi di luminanza (colore e brillantezza
invariati).
– L’aspettativa (data dal contesto) è utilizzata per
risolvere le ambiguità
27
• Il contesto crea l’aspettativa
28
Percezione visiva (cont.)
• Compensazioni errate creano illusioni ottiche
29
Ponzo Illusion
30
The Ames Room
31
Lettura
• Diverse fasi
– Viene percepito il pattern visivo
– Viene decodificato usando la rappresentazione interne del
linguaggio
– Le parole sono interpretate usando la conoscenza sintattica,
semantica e pragmatica.
• La lettura comporta i cosiddetti fenomeni saccadici e
di fissazione: la percezione avviene durante la
fissazione (94% del tempo)
• La lettura non è sequenziale (l’occhio si muove avanti
e indietro)
32
• Velocità di lettura di 250 parole al minuto: le parole
non vengono scandite carattere per carattere.
• Le parole familiari vengono riconosciute dalla forma
• Il maiuscolo non ha forma, e costringe a scandire i
singoli caratteri (rallenta)
• Massima velocità (sperimantale) con
– font da 9 a 12
– lunghezza riga tra 58 e 132 mm.
• La visualizzazione in negativo (nero su bianco)
migliora la lettura (maggior acuità)
33
Udito
• Fornisce informazione sull’ambiente:
– distanze, direzioni, oggetti, etc.
• Il soggetto della percezione uditiva sono le
sorgenti primarie (che emettono il suono)
• Il soggetto della percezione visiva sono le
sorgenti secondarie (gli oggetti che riflettono
la luce)
• Canale di input che non richiede attenzione,
da sfruttare nelle interfaccie
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Udito
• L’orecchio umano
– esterno: protegge
l’orecchio interno e
amplifica il suono
– medio: trasmette le onde
sonore come vibrazioni
all’interno
– interno: trasmettitori
chimici che vengono
rilasciati e che causano
impulsi al nervo uditivo
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• Il suono
– altezza o pitch: legato alla frequenza del suono, da
grave ad acuto.
– intensità o loudness: livello, “volume”
– timbro: legato al tipo di strumento
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• L’essere umano può sentire frequenze dai
20 Hz ai 15 KHz
• Distingue meno accuratamente le alte
frequenze rispetto alle basse
• Il sistema uditivo filtra i suoni:
– Il rumore di fondo viene eliminato consentendoci
di udire suoni familiari senza prestare attenzione
– Esempio: cocktail party effect
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Percezione aptica
• Fornisce importanti feedback circa l’ambiente.
• Aptica = tatto + cinestetica
• Tatto: gli stimoli sono ricevuti mediante
recettori nervosi della pelle:
– Termorecettori: sensibili alla temperatura
– Nocirecettori: sensibili al dolore
– Meccanorecettori: sensibili alla pressione
• Può essere un senso basilare per chi è
disabile visivamente
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meccanorecettori
nocirecettori
termorecettori
39
Tatto (cont.)
• Alcune aree sono più sensibili di altre (p.es., dita)
• Cinestetica: consapevolezza della posizione (e del
moto) del corpo e degli arti
– recettori nei muscoli e tendini
– fornisce feedback al sistema motorio
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Movimento
• Tempo richiesto per rispondere ad uno
stimolo = tempo di reazione + tempo di
movimento
• Il tempo di movimento dipende dall’età, dalla
forma fisica, etc.
• Il tempo di reazione dipende dal tipo di
stimolo:
– visivo: 200 ms
– uditivo: 150 ms
– dolore: 700 ms
• Come sono legate velocit
à e precisione?
41
Legge di Fitts
• La legge di Fitts descrive il tempo impiegato per
colpire un obiettivo nello schermo
•
Mt = a + b log2 (D/S +1)
•
dove
–
–
–
–
a e b sono costanti determinate empiricamente
Mt è il tempo motorio
D è la distanza
S è la dimensione
D
S
42
La memoria
• Distinguiamo 3 tipi di memoria
– Sensoriale
– Breve termine
– Lungo termine
• Sono collegati con un modello a cascata
Memorie sensoriali
- iconica
- ecoica
- aptica
Memoria
a breve termine
STM
attenzione
Memoria
a lungo termine
LTM
ripetizione
(rehearsal)
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Memorie sensoriali
• Memorie tampone che registrano temporaneamente
gli stimoli sensoriali:
– iconica: stimolo visivo
– ecoica: stimolo uditivo
– aptica: stimolo aptico
• L’informazione passa dal livello sensoriale alla STM
mediante l’attenzione
• Se l’informazione non passa nella STM viene
rapidamente sovrascritta e persa (2s audio, 0.3
video)
Buffer sensoriali
- memoria iconica
-memoria ecoica
-memoria aptica
Memoria
a breve termine
STM
attenzione
Memoria
a lungo termine
LTM
ripetizione (rehearsal)
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Attenzione
• Attenzione: selezione degli stimoli in base
all’interesse (arousal).
• Per non essere sovraccaricati dobbiamo
selezionare gli stimoli
• La selezione degli stimoli cui prestare
attenzione è determinata dal livello di
interesse o necessità.
45
Memoria a breve termine (STM)
• Registrazione temporanea dell’informazione
che è oggetto della elaborazione in corso
(memoria di lavoro).
• Es: per comprendere una frase bisogna
tenerla a mente tutta dall’inizio.
– accesso rapido: 70 ms
– decadimento rapido: 200 ms
– capacità limitata: 72 “pezzi” (chunks) di
informazione
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Chunking
• La STM si organizza in chunks, ie., gruppi di
informazione consistenti.
• In questo modo è possibile aumentarne la
capacità.
• Es. numero di telefono a blocchi
- 0458027088 oppure 045 802 7088
• La formazione di un chunk è detta chiusura.
47
Interferenze
• Interferenze disturbano il mantenimento in
STM:
– Il ricordo delle cose viste più di recente è migliore
del ricordo di cose precedenti (recency effect).
– L’effetto scompare se tra presentazione e ricordo il
soggetto viene impegnato con un’altro compito.
• Per questo l’umano ha il bisogno di
completare i compiti che impegnano la STM.
48
Modello di Baddeley della STM
• Tre componenti:
– Visuo-spatial sketch pad: informazione visiva e
spaziale
– Phonological loop: informazione verbale
– Central executive: coordina la STM
49
STM: Implicazioni di design
• aiutare l’utente a richiedere pochi interventi
della STM
• non richiedere all’utente di ricordare stati
temporanei
• aiutare l’utente a ricordare a che punto e’ del
compito
• aiutare l’utente a ricordare cosa il sistema si
aspetta da lui nella fase successiva
50
Data entered to define a query…
I dati inseriti in una
schermata….
51
…reproduced on next page
… riprodotti in quella
successiva
52
Quando questa pagina
scompare, devo mantenere
tutte queste informazioni
nella STM
53
Questa è una soluzione
migliore.
54
Memoria a lungo termine (LTM)
• Area di archivio di tutta la conoscenza (ciò che
sappiamo)
–
–
–
–
accesso lento: 0,1 s
decadimento lento o nullo
enorme e illimitata capacità
puo’ essere dichiarativa o procedurale
• Esistono 2 tip di LTM dichiarativa:
– episodica: memoria di eventi ed esperienze in forma seriale
– semantica: memoria strutturata di fatti, concetti, e capacità.
• L’informazione nella memoria semantica deriva da
quella episodica
– si imparano fatti o concetti dalle esperienze
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La memoria semantica è strutturata in modo
da:
– fornire accesso alle informazioni
– rappresentare le relazioni tra le informazioni
– supportare il ragionamento (inferenza)
• Esistono vari modelli (complementari) per la
struttura della LTM
– Rete semantica
– Frames
– Scripts
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Modelli di LTM - Rete semantica
• Modello a rete
– ereditarietà: nodi figli ereditano le proprietà dei
nodi padri
– relazione esplicita tra elementi informativi
– supporta deduzione attraverso l’ereditarietà
57
Modelli di LTM - Rete semantica
58
Modelli di LTM - Frames
• informazione organizzata in una struttura dati
• i campi della struttura sono riempiti con valori
specifici per una certo esemplare.
• estendono la rete semantica
DOG
Fixed
Default
Variable
legs: 4
diet: carnivorous
sound: bark
size:
color:
COLLIE
Fixed
Default
Variable
breed of: DOG
type: sheepdog
size: 65 cm
color:
59
Modelli di LTM: Script
• Rappresentazione di informazione stereotipata, richiesta per
interpretare situazioni
• Possiede elementi che possono rappresentare il contesto
Script per una visita dal veterinario
Entry condition: dog ill
vet open
owner has money
Result: dog better
owner poorer
vet richer
Props: examination table
medicines
instruments
Roles: vet examines
diagnoses
owner brings dog in
pays
takes dog out
Scenes: arriving at reception
waiting in room
examination
paying
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LTM: Memorizzare
• L’informazione si muove dalla memoria STM alla LTM
per rehearsal (ripetizione, studio).
• Ipotesi di tempo totale: la quantità di informazione
memorizzata è proporzionale al tempo di ripetizione:
(più si studia, più si ricorda)
• Distribution of practice effect: a parità di tempo
totale, si hanno migliori risultati distribuendo nel
tempo
Buffer sensoriali
- memoria iconica
-memoria ecoica
-memoria aptica
Memoria
a breve termine
STM
attenzione
Memoria
a lungo termine
LTM
ripetizione
(rehearsal)
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LTM: Dimenticare
• Decadimento
– l’informazione viene persa gradualmente ma lentamente
• Interferenza
– la nuova informazione rimpiazza la vecchia: interferenza
retroattiva
– Informazione vecchia può interferire con la nuova: inibizione
proattiva (Es., tornare vs casa vecchia invece della nuova)
• Parole legate ad emozioni si ricordano meglio
• È possibile dimenticare?
– il dato è stato rimosso…
– …oppure è solo molto difficile recuperarlo?
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LTM: Recuperare
• Ricordo
– l’informazione viene “ripescata dalla memoria”.
– il processo può essere agevolato da indizi.
• Riconoscimento
– la presentazione di un’informazione provoca la
consapevolezza che tale informazione è stata già vista.
– Meno complesso del: l’informazione presentata è un indizio.
• Indizi per aiutare il ricordo
– Uso di categorie
– Visualizzazione
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ESAMI
mercoledi 4 giugno ore 10
martedi 24 giugno ore 10
martedi 23 settembre ore 10
65
Il pensiero
Cogito ergo sum (Cartesio)
• L’umano:
– acquisisce informazioni
– le mantiene in memorie di vario tipo
– ie elabora: il pensiero
• Due categorie del pensiero:
– Ragionamento
– Soluzione di problemi (Problem solving)
Ragionamento
Problem
solving
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Ragionamento
• Processo con cui si usa la conoscenza di cui si
dispone per trarre conclusioni o dedurre
qualcosa di nuovo sul dominio di interesse
• Tre tipi:
– Deduttivo
– Induttivo
– Abduttivo
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Ragionamento deduttivo
• Le conclusioni sono logicamente derivate
dalle premesse date.
• Esempio:
• Se è venerdì, egli andrà a lavorare
• È venerdì
• Quindi: egli andrà a lavorare
• La deduzione umana è fallace, perchè usa
anche la conoscenza del mondo (scorciatoie)
• Esempio:
• Alcune persone sono bambini
• Alcuni bambini piangono
• Quindi: alcune persone piangono
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Ragionamento induttivo
• Generalizza da casi visti a casi non visti.
– Esempio: tutti gli elefanti che ho visto hanno la
proboscide, quindi tutti gli elefanti hanno la
proboscide
• Si può solo falsificare, ma mai provare vera.
• Comunque utile nel mondo reale, per sapere
cosa aspettarsi.
• L’essere umano usa meglio l’evidenza positiva
che l’evidenza negativa
– Esempio, carte di Wason
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• Affermo che: “Se una carta ha una vocale da
una parte, allora ha un numero pari dall’altra”
• Quali carte devo girare per testare la verità
della frase?
4
E
7
K
70
Ragionamento abduttivo
• Risalire dagli eventi alle cause
– Esempio: Marco guida veloce quando ha bevuto
– Se vedo Marco guidare veloce, assumo che abbia
bevuto
• Non affidabile: può portare a false spiegazioni
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Problem solving
• Processo di ricerca della soluzione a problemi
non familiari usando la conoscenza
• Diverse teorie
– Gestalt (produttivo e riproduttivo)
– Teoria del problem space
– Analogia
72
Gestalt
• Problem solving: produttivo o riproduttivo
– Riproduttivo: riproduzione di soluzioni prese dall’esperienza
precedente (spiegazione comportamentale)
– Produttivo: cerca di ristrutturare il problema con intuito
(insight);
• Attraente ma
– non esiste abbastanza evidenza per spiegare quando la
ristrutturazione avviene.
– Non è chiaro cosa sia l’intuito.
• Ha il merito di avere messo in discussione la teoria
comportamentale aprendo la strada alla teoria basata
sulla elaborazione
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Teoria del problem space
• Teoria di Newell & Simons
• Il problem space comprende tutti gli stati del
problema (la soluzione è un particolare stato)
• Il problem solving comporta la generazione di stati
usando operatori legali (mosse)
• Largamente applicata alla soluzione di problemi in
contesti ben definiti (eg., giochi, puzzle)
• Si usano euristiche per selezionare gli operatori
– p.es. analisi means-ends: lo stato corrente viene confrontato
con il goal e poi viene scelto l’operatore che più riduce la
differenza tra i due
• Opera entro i sistemi umani di elaborazione delle
informazioni
– capacità della STM, velocità di recupero dei dati ecc…
74
Analogia
• I nuovi problemi sono risolti trovando una
corrispondenza (analogia) con la conoscenza relativa
a dominio noto.
• Stabilita la corrispondenza, metodi e soluzioni del
dominio noto vengono trasferiti in quello nuovo.
• L’analogia può essere difficile da stabilire, specie se i
domini sono semanticamente diversi.
• Si inquadra nella Gestalt come ristrutturazione
produttiva.
75
Acquisizione di esperienza
• Abbiamo parlato di come risolvere problemi nuovi.
• Spesso però i problemi che dobbiamo affrontare sono
ricorrenti
• Come avviene che un soggetto diventi “esperto”,
ovvero più abile a risolvere problemi?
• Alcuni punti
– Uso di chunking per usare al meglio la STM
– Capacità di raggruppare problemi in base ad analogie
concettuali (il novizio è più superficiale)
• Il comportamento esperto diventa automatico con il
tempo, e questo può causare errori.
76
Errori
• Svista (errore non intenzionale)
– Intenzione corretta, ma fallisco nel metterla in atto
– Cause: scarsa abilità fisica, disattenzione …
– Cambiamenti di contesto nel comportamento esperto
possono causare errori
• Sbaglio (errore)
– Intenzione sbagliata
– Causa: comprensione incorretta del sistema o della
situazione
• l’uomo crea modelli mentali per spiegare il comportamento
delle cose, se il modello è sbagliato, accadono errori (es.
pensavo che l’interuttore accendesse la luce invece era il
campanello)
• Non è sempre colpa dell’uomo: il progettista deve tenere
presente le convenzioni ed i modelli mentali comuni.
77
FINE!
78