Cognitive work analysis / Sanderson (2003)

Citation - Sanderson, P. (2003). Cognitive work analysis. In J. M. Carroll (Ed.), Hci models, theories, and frameworks: Toward a multidisciplinary science (pp. 225-264). San Francisco: Morgan Kaufmann.

Keyword - cognitive work analysis, HCI

Motivation

認知工程(Cognitive engineering)通常被視為用來分析、塑模、設計、評估複雜社會技術系統。而認知工作分析(Cognitive work analysis)是其中一種分析方法。

認知工作分析始於Rasmussen 與他的團隊在丹麥 Riso 國家實驗室的研究工作,以協助丹麥政府發展安全的核能發電工程。研究發現即使有了良好的系統設計,意外與變故仍然發生在設計者沒有預想到的地方,此時作業人員必須自行「完成整個系統」,即補足系統中缺乏的資訊與資源,以完成其工作。

因此,如何找出協助作業人員有效的調適與處理意外的方法,成為重要的課題。在現有研究方法不堪用的情況下,Rasmussen發展出CWA。CWA 混雜了各種科學理論基礎,因為這種方法有其必須要滿足的實務需求。

  • 構成的 / formative
    • 最終,Riso 團隊分析的是形塑行為的限制,而非分析行為本身。這些限制,從工作領域的屬性,到當前情境可能的認知策略。
    • 這是一種「構成式取向(formative approach)」的分析方法(Saderson, 1998; Vicente, 1999)。
    • 此一構成模型是「一種透過描繪必須滿足的需求,使系統能以一種新的預期的方式運作的模型」 / model that describes requirements that must be satisfied so that a system could behave in a new, desired way. (Vincente, 1999)
    • 構成式工作分析,具體說明限制有意義的活動的主要原則,而非具體描繪出活動內容。

Overview CWA

CWA 階段

Vincente (1999)與 Rasmussen (1994)的分析階段有些不同,以下以 Vincente 為主。

  1. 工作領域分析 / Work Domain Analysis
    • 描繪由各種目的與任務構成的工作領域
  2. 控制任務分析 / Control Task Analysis
    • 發現與策略無關的控制任務。
    • 控制任務是從工作情境或工作問題中發生的。
    • 控制任務將輸入(現況、目標等)轉換為輸出(決策、控制活動等)
  3. 策略分析 / Strategies Analysis
    • 發現用來落實控制任務的策略
  4. 社會組織分析 / Social-organizational Analysis
    • 發現進行策略與控制的分工與人際關係網路
  5. 工作者能力分析 / Worker Competencies Analysis
    • 發現作業者在進行不同控制任務時的認知與知覺活動

Scientific Foundations / 科學基礎

  • CWA 是一種實用導向的分析架構,並不是一種既存理論的應用。
  • 然而,在某些領域中,CWA 被認為是可靠的分析方法,因為它對在工作情境中的人類調適,具有獨特的、實證的可檢測預測。 / However, the scientific justification of CWA is, in some areas, sufficiently robust that it supports unique, empirically testable predictions about human adaptation in work contexts. (p. 234)

系統觀點

  • CWA 依系統觀點理解人類工作。即:整體大於部分的總和。
    • 系統理論學家,試圖從某些特定的元素排列中的發現其屬性。這些屬性可以從許多不同的系統中發現,不論是社會的、生物的、生態的、或是工程上的系統。
    • CWA 採取此一反簡化論者的觀點,將整個人類-環境系統視為分析單元。
      • 早期研究者,將人類模型與環境模型結合,但並無法了解人與系統的互動。
      • 反而,建立環境模型,限制了控制者可覺察的模型,與可能使用的模型語彙。
  • 控制的概念:區分開放與封閉系統。
    • 開放系統是系統允許擾亂或從環境中輸入,而封閉系統則否。
    • 如果開放系統要能根據某些標準持續運作,則需要不斷的干預介入。
    • 在系統理論中,關於開放系統如何運作與如何有理化(regulated)的,為控制論(cybernetics)

生態導向

Gibson's ecological psychology

  1. 應該就行動者有意義的方面,而非就客觀觀點,描繪環境與資訊。 / environments and information should be described in terms that reveal their functional significance for an actor rather than being described in objective actor-free terms.
  2. Affordances (充分性) 1)
    • [define]: 一個物件的 Affordances,是從特定行動者觀點所見,一個物件能被使用的可能性。 / The affordances of an object are the possibility for action with that object, from the point of view of a particular actor (Gibson, 1979; McGrenere & Ho, 2000)
    • 此一可能性可以是,也可以不是由行動者所建立。
    • EID(Ecological Interface Design) 的目標之一即是將物件的 Affordances 視覺化。
  3. direct perception / 直接知覺
    • 對行動者有意義的資訊是直接由視覺陣列中取得的。 / certain information meaningful to an actor is automatically picked up from the visual array.

生態心理學對CWA的影響:

  • 80s Riso 與University of Illinois 的科學家們,將對認知工程與生態心理學的興趣結合起來。Flach (1995)對此互動有個人歷史性的紀錄。
  • 人因研究中生態取向的興起,是將生態心理學應用在人為系統(engineered system)中,而非自然慣習。
    • 人為系統是有著人類互動,且為了完成某些目的的工具。然而,因為人為系統擁有高度的秩序性(regularity),人類沒有辦法直接獲得有意義的知覺。並且,人為系統的變化與技術產業變化一樣快,因此無法預期人能夠跟上其發展的速度。
    • 解決辦法之一,是開發出智慧診斷與決策協助工具,以減緩對需要不斷的了解系統狀態與選擇的嚴重認知負擔。但是這也表示,一但人為系統出問題,反而無法回歸到原始的處理狀態中。
    • 另一種生態學方法,應利用既有的人類知覺機制效率,讓系統能達成主要目的。 / to determine how engineered system might be designed to take advantage of human perceptual-motor efficiencies that have already evolved to show how the system is (or is not) functioning according to its first principles to achieve goals.

生態心理學與系統觀點的比較:

  • 相同:強調以「人類-環境」系統,作為分析單位。強調在對目標導向行為的分析中,環境因素扮演主要角色。
  • 相異:生態心理學,強調對環境進行 「觀察者-依賴 分析」,而非「觀察者-獨立」分析。生態心理學 挑戰 發現環境中能做為任務與行為的功能屬性的高階秩序性的可能性。(Flach, 1995; Kirlik, 1995)

認知科學

  • 雖然CWA被命名為「認知工作分析」,但是認知科學反而在當中扮演較小份量的角色;雖然此一角色在本質上是必要的。
    • Vincente(1999)解釋CWA 此一名稱的出現是歷史性的意外,實際上應該稱為「社會技術工作分析(social-technical work analysis)」。
    • CWA 不是一種認知理論,也不是一種工作的認知模式,而是一種分析 形塑工作相關認知的限制 的方法。
  • 對 CWA 而言,首先 了解 作業者發現與傳達哪些 環境限制? 再分析作業者的認知限制。
  • 一但發現正確的傳達模式,認知科學可以幫忙找出: 傳達模式「如何」傳達? 作業者的那一種認知能力可以發生作用? 如何維持成果? CWA 提供一種組織認知科學成果的「後設架構」。

Detail

限制的CWA類別描述

工作領域分析 / Work Domain Analysis (WDA)

  • [define]: 工作領域是一組在活動進行中的物質性與目的性的限制,但是工作領域並不描述其活動。 / The work domain is the set of physical and purposive constraints within which activity takes place, but the work domain does not describe activity.
  • 工作領域的分析意味著分析自然的或人為的物質系統,或是社會性建構的工作系統。
  • 工作領域分析通常以「抽象」面向與「分解」面向進行分析,透過此兩個面向建立的二維空間描繪工作領域。
    • 抽象(abstraction): Rasmussen 建立5層次的抽象化分析:目的、抽象功能(優先性)、一般功能、物質功能、物質形式。透過why 與 how 找出上層與下層元素。透過此關聯起工作領域中系統的物質功能與目的性功能。
    • 分解(decomposition): 將工作領域從系統整體解析為各個構成的部分。分解分析可以在每個抽象層次中獨立進行,因為每一個抽象層次有能力描述系統整體。

* 工作領域分析(WDA)容易與任務分析(task analysis)混淆,因為許多任務分析都是對由目的產生的可觀察行為進行階層式分解。Vincente(1999, 2000)指出任務分析是針對「行為的軌跡(trajectory)」進行分析(可見或可能的軌跡),而工作領域分析是限制場域的分析(analysis of fields of constraints),透過此領域得以鑄出行為軌跡。

  • 因此WDA不應包含事件、任務、策略、行動、或行動者的描繪呈現。
  • 簡言之,WDA 是 透過對物質功能性與工作領域中目的性結構的定義工作,而縮小「功能性行動可能性的動態空間」。但是,WDA 並未具體說明其事件、任務、策略、行動、或行動者。

控制任務分析 / Control Task Analysis (CTA)

  • [define]: 控制任務分析 定義 需要完成什麼 才能有效率地控制工作領域。 / Control task analysis (CTA) defines what needs to be done for a work domain to be effectively controlled.
    • Vincente (1999)指出,"a control task analysis should identify what needs to be done, independently of how or by whom, using a constraint-based approach."
    • 控制任務可以由自動化、智慧程式或是人完成。

* 控制任務需要一整體協同架構。Rasmussen (1994) 的區分 發現工作協同需要的控制任務分析 與 發現決策需要的控制任務分析

  • 人與其工作環境間的互動樣式,多多少少是連續且動態的。為了分析這種互動,需要將樣式分解為可管理的有意義元素,以各自分別分析…. 活動必須以一組需解決的問題或需處理的情境的方式被分解與分析。 / The pattern of interaction between people and their work environment, as well as their mutual cooperation, is more or less continuous and dynamic. In order analyze this interaction, it is necessary to decompose the pattern into meaningful elements that are manageable for separate analysis …. Activities must be decomposed and analyzed in terms of a set of problems to solve or a set of situations to cope with. (Rasmussen, 1994, p. 58)

* 一般工作任務分析

  • 工作領域已經被列舉為一組情境或功能,以進行更進一步的分析。An analysis of activity using work functions is therefore "以特定任務情境的時間與功能空間限制,聚焦於有意義活動所留下的自由度 / a focus on the degrees of freedom left for meaningful activities by the constraints posed in time and functional space by a particular task situation".
  • 例子中,橫軸是各階段的工作情境(象徵任務的時間順序),縱軸是一般工作功能,中間是此分析所呈現的「任務」內容。
  • 提供一架構,顯示 工作功能限制如何在時間中協同。

* 決策任務分析

  • 當一般架構呈現出控制任務如何互相協調,CTA 能指出出控制任務如何被執行。
  • Rasmussen (1983) decision-ladder formalism 決策階梯圖示.
    • decision ladder 不是決策行為模型,而是一可能的資訊程序階段的樣板,此樣板允許人工或自動控制者,掌握系統現況資訊並執行適當的回應行動。

策略分析 / Strategies Analysis (SA)

[define]: 策略分析分析控制任務如何進行。 / Strategies analysis is the phase of CWA at which how control tasks can be done is analyzed.

策略分析的重點不是實際可觀察的策略,而是策略的一般類別與其內在固有的要求,而不論由誰執行。

Rasmussen (1981): 系統設計必須根據更高階的有效率心智程序架構模型;此模型是作業者可以使用,並且模型的特性著眼於人類限制與偏好,使作業者能各自調適與發展有效的策略。因此不在於描述實際程序,而是描述有效率心智程序的可能架構。 / System design must be based upon higher level models of the structures of effective mental processes which the operators can use and their characteristics with respect to human limitations and preferences so that operators can adapt individually and develop effective strategies. Rather than descriptions of the course and content of actual processes, we need descriptions of the structure of possible and effective mental processes. (Rasmussen, 1981, p.242)

社會組織分析 / Social-Organization Analysis (SOA)

Case study

Current Status

Metadata

1)
(ilya)「可用特性」、「功能可見性」、「可用性」、(jerry)「誘發」、「誘發作用」