Mentale Modelle als zentrales Konzept im Bereich der Usability

Was sind mentale Modelle?

Bereits im 19. Jahrhundert war die Idee von Modellen im wissenschaftlichen Denken präsent (Boltzmann, 1899 in Johnson Laird, 2004):

The task of theory consists in constructing an image of the external world that exists purely internally and must be our guiding star in thought and experiment; that is in completing, as it were, the thinking process and carrying out globally what on a small scale occurs within us whenever we form an idea.

Später (1918) hat auch Ludwig Wittgenstein diese Idee beschrieben (Wikipedia):

Wir machen uns Bilder der Tatsachen. Das Bild ist ein Modell der Wirklichkeit. Den Gegenständen entsprechen im Bilde die Elemente des Bildes.

Als Erfinder des Begriffs des mentalen Modells wird in diversen Quellen (z.B. Johnson Laird, 2004) Kenneth Craik genannt, der mentale Modelle folgendermassen erklärt hat:

If the organism carries a "small-scale model" of external reality and of its own possible actions within its head, it is able to try out various alternatives, conclude which is the best of them, react to future situations before they arise, utilize the knowledge of past events in dealing with the present and the future, an din every way to react in a much fuller, safer, and more competent manner to the emergencies which face it.

Susan Carey (1986) hat das mentale Modell folgendermassen beschrieben:

A mental model represents a person’s thought process for how something works (i.e., a person’s understanding of the surrounding world). Mental models are based on incomplete facts, past experiences, and even intuitive perceptions. They help shape actions and behavior, influence what people pay attention to in complicated situations, and define how people approach and solve problems.

Mentale Modelle nach Johnson-Laird können also eine Antwort auf folgende Fragen sein: Was ist das Resultat von Wahrnehmung? Was ist der Output linguistischen Verständnisses? Wie können wir die Welt vorausahnen und vernünftige Entscheidungen treffen, was wir tun sollen? Welcher Mechanismus steckt hinter Denken und Schlussfolgern?
Mit mentalen Modellen beantwortet kann man sagen, dass Wahrnehmung, wie auch sprachliches Verstehen, ein mentales Modell erzeugt und Denken und Schlussfolgern innerliche Manipulationen von mentalen Modellen sind.

Nesessian (2008) bezieht sich auch auf Johnson-Laird (1983) und beschreibt ein mentales Modell als “a structural analogy in that it embodies a representation of the salient spatial and temporal relations among, and the causal structures connecting, the events and entities depicted”. Ein mentales Modell stellt also räumliche, zeitliche und kausale Zusammenhänge zwischen Ereignissen und oder Entitäten dar, wobei die Struktur der Repräsentation den salienten (~auffälligen) Strukturen der Ereignissen und Entitäten entspricht.

Die aktuelle Theorie der mentalen Modellen für das menschliche Denken und Schlussfolgern beinhaltet drei Hauptannahmen nach Johnson-Laird (2010):

• Jedes mentale Modell repräsentiert, was für ein abgegrenztes Set von Möglichkeiten üblich ist.
• Mentale Modelle sind so ikonisch wie möglich, was bedeutet, dass die Struktur einer Repräsentation mit der Struktur des Repräsentierten korrespondiert.
• Mentale Modelle repräsentieren was wahr ist, auf Kosten dessen, was nicht wahr ist, was zu systematischen Fehlern in der Deduktion führt, worauf ich aber in dem Post nicht näher eingehen werde.
  • Dazu möchte ich noch ergänzen, dass mentale Modelle nicht zwingend repräsentieren was, objektiv und absolut wahr ist, sondern was eine Person denkt, wahr zu sein.

Was sind die Grundlagen von mentalen Modellen?

Da die kognitiven Ressourcen und Verarbeitungskapazitäten begrenzt sind, beginnen Menschen im Laufe ihres Lebens schon früh Strategien zu entwickeln, damit diese optimal ausgenutzt werden können und mit der Fülle von Reizen und Informationen, die täglich wahrgenommen werden, umgegangen werden kann:

Das Konzept des Schemas nach Bartlett und Piaget hat viele Gemeinsamkeiten mit mentalen Modellen und wird teilweise auch als gleichbedeutend beschrieben. Nach Johnson-Laird ist ein mentales Modell vor allem ein Schlussfolgerungsmechanismus, der im Arbeitsgedächtnis einer Person existiert (Jones et al, 2011) und uns hilft aus den begrentzen Kapazitäten des Arbeitsgedächtnisses das maximale herauszuholen und sparsam dabei vorzugehen. Jedoch stimmt auch Johnson-Laird zu, dass ein mentales Modell langzeitiges und kurzzeitiges Wissen beinhalten kann und physikalische oder konzeptuelle Entitäten repräsentieren kann. Andere Forscher konzeptualisieren mentale Modelle jedoch im Langzeitgedächtnis und sehen dieselben als längerfristige Wissensstrukturen, die Schlussfolgern und Denken unterstützen. In diesem Sinne sind mentale Modelle ähnlich wie Schemata nach Bartlett.

Schemata sind Grundbausteine des menschlichen Wissens und repräsentieren organisierte Wissens- oder Verhaltensmuster. Nach Piaget gibt es zwei Arten von Schemata:

• Verhaltensschemata, oder Handlungsschemata, wie z.B. ein Schema für das Laufen, ein Schema für einen Restaurantbesuch, usw.
• kognitive Schemata z.B. für Gegenstände die Anhand der Eigenschaften dieser Objekte aufgebaut ist.

Beide Arten werden miteinander vernetzt, so dass Kombinationen möglich werden und Schemas gebildet werden können, die beispielsweise Gegenstände und deren Gebrauch beschreiben.

Durch Erfahrung mit der Umwelt werden Schemata laufend an neue Gegebenheiten adaptiert und verbessert. Durch Assimilation werden Erfahrungen bestehenden Schematas zugeordnet und das Inviduum weiss, wie es mit der Erfahrung umgehen kann. Wenn eine neue Erfahrung so anders ist, dass sie sich durch Assimilation nicht bewältigen lässt, wird duch Akkommodation entweder das Schema angepasst, um die neue Erfahrung in die Wissenstruktur aufzunehmen, oder es wird sogar ein neues Schema gebildet, das von nun an weiter verfeinert werden kann. Ein Individuum strebt ein Äquilibrium (Gleichgewicht) zwischen der Umwelt und seinen kognitiven Strukturen an. Dies wird ermöglicht durch Adaption (Assimilation und Akkommodation), welches eine Form von Lernen darstellt.

Ab ca. 12-15 Jahren, in der Phase der formalen Operationen nach Piaget, sind Individuen in der Lage Probleme auf vollständig hypothetische Weise zu lösen, was logische Schlussfolgerungen wie auch das geistige Variieren von Variablen beinhaltet.

Der Vollständigkeit halber möchte ich im Zusammenhang mit ressourcenschonenden Strategien auch die Heuristiken erwähnen und sie von den mentalen Modellen unterscheiden: Auch Heuristiken sind eine Strategie zur Vereinfachung und Komplexitätsreduktion von Entscheidungssituationen, die mit Hilfe einfacher Regeln und weniger Informationen Ergebnisse von hinreichender Güte anstreben (Quelle), wobei jedoch unter gewissen Umständen systematische Denkfehler und kognitive Verzerrungen entstehen, wie z.B. ein Teil der Forschung von Kahnemann und Tversky zeigen konnte. In diesem Artikel werden die wichtigsten kognitiven Verzerrungern erklärt. Heuristiken werden nach der Zweiprozess Theorie, die Kahnemann in seinem Buch Thinking Fast and Thinking Slow erklärt hat, vor allem dann angewendet, wenn das System 1, das intuitive System verwendet wird, was oft der Fall ist, wenn z.B. die Motivation zur Verarbeitung tief ist, die kognitive Belastung gerade hoch ist, und wird auch beeinflusst von gewissen Persönlichkeiteigenschaften. Auch die Benutzung von mentalen Modellen wird davon beeinflusst, ob das intuitive oder das rationale System gebraucht wird, worauf ich jetzt aber nicht mehr näher eingehen werde. Heuristiken beziehen sich auf die Anwendung von Wissen, während mentale Modelle auch auf die Repräsentation von Wissen abzielen und die Wahrnehmung von Problemen im Allgemeinen prägen.

Eine wichtige Komponente, die es noch zu beachten gibt, ist die Anpassung von mentalen Modellen: Ich denke man kann da auf die Attributionstheorie schauen, die beschreibt, wie Menschen Verhaltensweisen anderer Personen zu erklären versuchen. Nach dem Kovariationsprinzip von Kelley wird bei niedriger Konsistenz eine Verhaltensweise als Ausnahme interpretiert und nicht dem Akteur zugeschrieben. So wird es auch schwierig wenn eine einzige Webseite ein neues Konzept ausprobiert und viele Konventionen über Bord wirft: Das neue Konzept wird nicht in das mentale Modell der Benutzer aufgenommen, sondern wird als Ausnahme interpretiert und ist wahrscheinlich beim nächsten Besuch der Webseite bereits wieder vergessen, da die Benutzer die meiste Zeit auf anderen Webseiten verbringen, wie Jakob Nielsens Gesetz der Internet User Experience beschreibt:

Zusammenhang zwischen mentalen Modellen, Webdesign und User Experience

Wie im vorherigen Abschnitt erklärt, stellen sie eine Erklärung dar, wie Menschen sich ressourcensparend ein mentales Abbild Ihrer Umwelt erschaffen können, um eine kognitive Rahmgengebung des Handlungskontextes zu bewirken, was z.B. dabei hilft, Konsequenzen der eigenen Handlungen und Verhaltensweisen einzuschätzen. Auch auf einer Webseite müssen Nutzer abschätzen können, was passiert, wenn sie einen bestimmten Button drücken. Eine Studie von Roth et al. (2013) konnte zum Beispiel zeigen, dass Benutzer Elemente auf einer Webseite schneller finden können und weniger Fixationen brauchen, wenn die Elemente an einem typischen Ort platziert sind und dem mentalen Modell der Benutzer entsprechen. Die Resultate konnten zeigen, dass Probanden klare Ideen davon haben, wo gewisse Objekte zu erwarten sind und diese Ideen auch für die Orientierung benutzen, was sich Webseitendesigner bewusst sein sollten. Damit kommen wir wieder auf die Eingangsfrage zurück, was Gründe sein können, warum viele Webseiten ähnlich aussehen: Webseitenbesucher sind nur einen Bruchteil der gesamten Zeit, die sie im Internet verbringen auf Ihrer Webseite. Die mentalen Modelle haben sich also bereits geformt, bevor User auf Ihrer Webseite landen. Das beste aus Sicht der Benutzerfreundlichkeit ist also diese Erwartungen möglichst nicht zu enttäuschen und etablierte Konventionen einzuhalten, was aber nicht heisst, dass Sie nichts neues mehr machen können oder Seiten einfach kopieren sollen. im Blogpost zum Einfluss des ersten Eindrucks von Webseiten wurden bereits Studien erwähnt, die zeigen konnten, dass prototypischere Webseiten als schöner bewertet wurden, als solche die zu sehr von der Norm abweichen. Nach der Theorie von Berlyne jedoch lösen leichte Abweichungen von der Norm eine optimale Aktivation aus, was am positivsten bewertet wird, da sie eine Neuheit der Reize bieten.

Arten von mentalen Modellen im Bereich User Experience

Nach Cooper et al. im Buch "About Face" gibt es drei Arten von mentalen Modellen, die im UX Bereich wichtig sind:

• Das Implementierungsmodell repräsentiert die technologische Umsetzung: In welcher Sprache wurde die Applikation programmiert, wie sind Datensätze miteinander verbunden, wie wird der Code vom Computer umgesetzt, usw. Dies wird nach Don Norman das System Modell oder System Image genannt.
• Das mentale Modell entspricht der Vorstellung der Benutzer, wie die Software, Webseite, Applikation oder das Produkt funktioniert und was z.B. passiert, wenn ich den Button X drücke. Die Nutzer müssen dabei nicht wissen, wie genau die Applikation programmiert ist und was im Hintergrund alles psasiert, um dieselbe nutzen zu können. Sie erstellen im Kopf ein Modell der Funktionsweise der Applikation, das genügend genau ist um die Applikation nutzen zu können, auch wenn dieses Modell überhaupt nicht mit den dahinterliegenden Prozessen übereinstimmt.
• Das repräsentierte Modell entspricht der Benutzeroberfläche: Wie die programmierten Funktionen bedient werden können, was wann wo und wie angezeigt wird usw. Das Repräsentierte Modell ist überhaupt nicht zwingend eine akkurate Beschreibung dessen, was im Hintergrund abläuft. Im Gegensatz zu allen anderen Medien ist es im software Bereich besonders gut möglich, und oft auch wünschenswert, Computerfunktionen unabhängig von der wirklichen Funktionsweise darzustellen. Nehmen wir einen Benutzer an, der auf einer Webseite ein PDF von bestimmten Inhalten herunterladen will: Für ihn ist es irrelevant zu wissen, wie das PDF genau erzeugt wird und wie die Datenbankstruktur aus deren Inhalte das PDF generiert wird aussieht. Für ihn ist nur wichtig, dass er eine Erwartung bilden kann, was das PDF ungefähr beinhalten wird und mit welchem Button der Prozess gestartet werden kann.

Die drei Modelle sind unten in einer Grafik aus dem Buch "About Face" dargestellt:

Ein Designer oder ein Software Entwickler entscheidet sich, wie die Funktionsweisen einer Applikation dem Benutzer dargeboten werden. Deshalb wird das repräsentierte Modell von Don Norman auch Designer Modell oder das konzeptuelle Designer Modell genannt.

Okay cool klingt noch spannend, aber wieso ist das jetzt so wichtig?

Mentale Modelle sind das zentrale Konzept der Benutzerfreundlichkeit: Je ähnlicher das repräsentierte Modell dem mentalen Modell des Benutzers ist, desto einfacher wird der User die Applikation verstehen und bedienen können.

Beinahe alles, was UX Designer, Usability Spezialisten und Interaction Designer im Bereich Usability machen, zielt darauf ab, das repräsentierte Modell möglichst nahe an das mentale Modell der Benutzer zu bringen.

Wie erfasst man mentale Modelle?

Don Norman hat in seinem Artikel 1983 beschrieben, dass man zu den Benutzern gehen muss und psychologische Experimentationen und Beobachtungen durchführen muss, um die mentalen Modelle der Nutzer herauszufinden. Dabei kann man jedoch nicht einfach die Benutzer danach fragen, da nicht die gesamte Glaubensstruktur zugänglich sind, vor allem wenn prozedurales Wissen dabei ist. Das heisst also, Personen haben nicht einfach direkten bewussten Zugriff auf ihre kompletten mentalen Modelle. Dies ist auch eine Erklärung dafür, wieso viele Leute etwas sagen, aber eigentlich etwas ganz anderes machen, auch wenn sie selber wirklich glauben, dass es so ist wie sie sagen. Dies ist z.B. bei Umfragen oft ein Problem. Ein weiteres Problem ist, dass Personen teilweise keinen (bewussten) Grund für ihr Verhalten haben, aber einen Grund suchen um Ihnen eine Antwort zu geben und selber dann auch wirklich daran glauben. Es gibt viele Phänomene, die hier sonst noch mitspielen wie die soziale Erwünschtheit, also dass v.a. Antworten gegeben werden die sozial akzeptiert und erwünscht sind. Oft geben die interviewten Personen auch Antworten von denen sie denken, dass diese den Erwartungen des Interviewers entsprechen (das mentale Modell der Interviewten von den Erwartungen des Interviewers).

Die meisten User Research Methoden zielen irgendwie darauf ab, das mentale Modell (bzw. Teile davon) der Benutzer zu erfassen. Diese Methoden können zum Beispiel Usability Tests, Interviews, Card Sortings, Affinity Diagramming und so weiter beinhalten. Die Think-Aloud Methode, die oft bei Usability Testings angewandt wird, ist eine gute Möglichkeit, einen Einblick in das mentale Modell der Benutzer zu erhalten: Wenn die Testpersonen verbalisieren, welche Elemente sie wie interpretieren, was sie erwarten, wenn sie etwas anklicken, und erklären warum sie etwas auf diese Weise machen, erlaubt uns das grössere Teile ihres mentalen Modells zu erfassen und bei der nächsten Iteration diese in unser repräsentiertes Modell einzubauen.

UX Evaluationsmethoden kann man, zumindest solche, die auch auf die Usability abzielen, so verstehen, dass diese darauf abzielen zu sehen, wie gut das Implementierungsmodell (nach Cooper) oder das konzeptuelle Modell (nach Norman) mit dem mentalen Modell der Benutzer übereinstimmt und somit einfach und intuitiv bedienbar ist, was dann wiederum einen Einfluss auf andere Dimensionen der User Experience hat.

Nach Kim Goodwin (Designing for the digital Age, pp. 250), sind mentale Modelle oft eine der Schlüsselfaktoren, die Personas voneinander unterscheiden: Oft zeigt sich dies stark in der Art wie Personas Aufgaben oder Informationen organisieren. Um effektive Systeme zu kreieren, müssen Designer die mentalen Modelle der User bezüglich Daten(objekten) verstehen (pp. 128) und versuchen folgende Frage zu beantworten: Welche wichtige Objekt-Typen (Komponenten) gibt es und wie hängen diese im Kopf der Benutzer zusammen?

Datenobjekte sind nach Goodwin Objekte der mentalen Modelle der Benutzer. Dies können z.B. sein "Nachricht", "Excel-Sheet", "Kontakt". Diese Objekte haben bestimmte Attribute und können z.T. darüber mit anderen Objekten verknüpft sein. In unserem Beispiel vielleicht: Wer hat die Nachricht gesendet (dies kann gleichzeitig ein Kontakt sein), Wann wurde die Nachricht gesendet, was ist der Betreff. Die funktionalen Anforderungen beschreiben dann, was mit diesen Datenobjekten gemacht werden können muss. Zum Beispiel die Nachricht als ungelesen markieren, eine Email löschen, weiterleiten, das Senden abbrechen usw.

Diese Datenobjekte können z.B. mit den richtigen Fragetechniken in User Interviews herausgefunden und deren Wichtigkeit priorisiert werden und können später in die Erstellung von Personas und Szenarios eingebaut werden und natürlich schlussendlich für die Anforderungsanalyse bzw. Spezifikation wichtig sind.

Konklusion und Tipps:

• Mentale Modelle basieren auf Annahmen und Überzeugungen, nicht auf Fakten, und sind Modelle davon, was die Benutzer (denken zu) wissen über ein System wie Ihre Webseite. Benutzer treffen Vorhersagen, wie sich ein System verhalten wird, auf der Grundlage dieser mentalen Modelle. Dies lenkt das Verhalten der Benutzer.
• Jede Person hat sein eigenes mentales Modell: Verschiedene Benutzer desselben Systems können recht unterschiedliche mentale Modelle des Systems entwickeln. Ein grosses Problem im Bereich der Benutzerfreundlichkeit ist der Graben zwischen den mentalen Modellen von Designern und der Benutzer.
• es gibt grundsätzlich zwei Optionen wenn das mentale Modell nicht mit dem repräsentierten Modell übereinstimmt:
  • Entweder man passt das System dem mentalen Modell der Benutzer an, angenommen, dass viele Benutzer ein ähnliches Modell haben
  • oder man versucht das mentale Modell der Benutzer anzupassen so dass dieses besser mit dem repräsentierten Modell übereinstimmt. Dies kann z.B. erreicht werden durch Tutorials, Hilfstexte, klarere Beschriftungen usw.
• keine Konventionen verletzen, also das Hamburger Icon, das sich als Menübutton etabliert hat, bei vielen Nutzern also höchstwahrscheinlich schon zum mentalen Modell einer Webseite gehört, nicht nun plötzlich als Filter missbrauchen.
• Das Web verändert sich laufend und somit auch die mentalen Modelle, die sich mit jeder Interaktion wieder ein bisschen anpassen und wie Schemata nach Äquilibration streben
• Eine Webseite, die vor 6 Jahren noch super benutzerfreundlich war kann heute eine Katastrophe sein, da sich die Technologie und die mentalen Modelle der Nutzer entwickelt und verändert haben.