Die hypertextbasierte Arbeitsweise erlaubt einen extrem schnellen Zugriff auf extrem weitläufige und verstreute Datenmassen. Die kritische Komponente ist hierbei das fine-tuning von Datenbank, Display und Interaktionsmedium. Mausorientierte Hypertext-Systeme erlauben zwar ein für den unbedarften Benutzer komfortables Arbeiten, aber für den Experten ist die point-and-click Methode nicht ausreichend. Es soll gezeigt werden, daß bei Arbeitsgeschwindigkeiten, die im Bereich von 1/10 Sekunde liegen, Effekte genutzt werden können, die eine Mensch-Maschine Symbiose mit bisher nicht bekannter Leistungsfähigkeit einleitet.
Die user-i/o ist der Flaschenhals, der zwei enorm leistungsfähige Informationssysteme trennt: auf der einen Seite der Computer, mit einer Symbolverarbeitungskapazität, die die Leistungsfähigkeit des Menschen weit übersteigt, und auf der anderen Seite das Gehirn, mit assoziativen und imaginativen Fähigkeiten, die von der Maschine wohl kaum je erreicht werden können. Der Flaschenhals ist: Die Bildschirmdarstellungsfläche, die verglichen mit der menschlichen visuellen Verarbeitungskapazität von ca. 1 Gigabyte/Sec nur ein paar tausend Zeichen darstellen kann, die menschliche Lesegeschwindigkeit von ca. 50 Zeichen/Sec, und die Kapazität der Eingabemedien wie Keyboards, die vielleicht 20 Zeichen/Sec erlauben, und der wesentlich eindimensionale Zugang mit der Maus, der zwar ein bequemes Auswählen von Alternativen erlaubt, aber für die Zugangsweise eines Experten viel zu langsam ist.
Es gibt einige Faustregeln des interaktiven Arbeitens mit dem Computer, deren Beachtung nötig erscheint, um eine optimale Anpassung des Systems an den Benutzer und eine maximale Produktivität zu erreichen: Diese Faktoren wurden in der Auswertung der Erfahrungen der Arbeit mit dem Leibniz-System bestimmt. Sie werden gleichfalls durch Ergebnisse der kognitiven Psychologie bestätigt. Zum einen ist hier die Begrenzung des Kurzzeitgedächtnisses auf ca. 5-7 Elemente. Diese Limitation ist im Bereich der Programmierung kritisch, da das Erstellen von neuen Funktionen aus vorhandenen einen geistigen Balance-Akt darstellt, auf der einen Seite die Erfordernisse der neuen Funktion im Gedächtnis zu behalten, und auf der anderen Seite die Informationen der vorhandenen Funktionen in optimaler Weise zu verknüpfen.
In dieser Arbeitsweise ist es eminent wichtig, daß das System dem Benutzer alle relevante Information so darstellt, daß er innerhalb seiner Aufmerksamkeitsspanne darauf zugreifen kann. Wenn das System in seinen wesentlichen Funktionen eine Arbeitsweise innerhalb dieser Spanne ermöglicht, entsteht ein Effekt, der als eine Erweiterung des menschlichen Nervensystems bezeichnet werden kann. Die Arbeitsabläufe am Computer gewinnen die Eigenschaften von Reflexen, fließen also ebenfalls in das kinesthetische Vermögen des Organismus ein. In diesem Sinne kann man davon sprechen, daß das System zu einer Erweiterung des menschlichen Denkvermögens geworden ist.
Im
Rahmen des Leibniz-Projekts wurde eine Arbeitsweise entwickelt, die alle
relevanten Arbeitsgänge innerhalb von 100 MSec. durchführen
läßt. Wenn eine solch schnelle Aktion/Reaktion Sequenz möglich
ist, fließen einzelne Handlungssequenzen ineinander. In der visuellen
Technik sprechen wir von "Flicker-Fusion" also dem ineinanderfließen von
Einzelbildern in eine "Film"-Sequenz. Dieser Effekt ist im Softwarebereich auch
als Tadhani-Effekt bekannt. (Siehe Abbildung.)
Tadhani fand bei der Beobachtung von Bildschirm-Arbeit folgende Faustformel:
Die Produktivität des Benutzers steigt überproportional bei
sinkender Antwortzeit des Systems. Der Effekt ist besonders sichtbar bei
Antwortzeiten unter 1 Sec. bis 1/10 Sec.
[23]
Eine interessante, wenn auch etwas extreme Erscheinung, die mit diesem Effekt
zusammenhängt, sind die hypnotischen Zustände, die bei schnellen
Videospielen
(Ballerspielen) zu beobachten sind, bei denen die Spieler so in das Geschehen
hineingesogen werden, daß sie die Umwelt um sich herum vergessen.
Effekte dieser Art weisen auf die Möglichkeit eines symbiotischen
Verwachsens des Informationssystems
mit dem menschlichen Nervensystem hin. Hier hat vor allem die
militärische Anwendung bei computergestützten
Zielsuchsystemen in Kampfflugzeugen und Panzern wesentliches Material
erarbeitet. Der heutige Stand der Technik in der VR zeigt, wie weit dieses
Feld schon gediehen ist. Hier fließen Erkenntnisse aus vielen
Wissenschaften ein: Kognitionspsychologi
e
und Kurzzeit-Gedächtni
s
des Menschen. (Im folgenden abgekürzt: KZ
G.)
Motori
k
und Kinetik
bei den komplexen Vorgängen der Hand- Auge-Koordination in der
Bildschirm/Tastatur- Arbeit. Mnemotechnik
und Semiotik
bei der Gestaltung und Anordnung der Symbole auf der sehr beschränkten
Darstellungsfläche eines Bildschirm
s.
Die tiefsten und dauerhaftesten Lernerfahrungen des Menschen sind kinesthetisch[24], also mit dem Erfahren des ganzen Körpers, und nicht nur konzeptuell, verbunden. Die Idee der Virtual Reality ist der heute am weitesten fortgeschrittene Versuch, das kinesthetische Erleben des Menschen mit Computer-Hilfe zu stimulieren. Je ähnlicher ein Objekt in der Computerdarstellung einem realen Objekt ist, desto eher ist die Chance zu einem kinesthetischen Erlebnis gegeben. Dies ist einer der Gründe für die Wirksamkeit der Window-Mouse Metapher der heutigen Benutzer-Umgebungen. Wichtiger als eine mechanische Manipulationsfähigkeit eines Objekts ist aber eine kinesthetische Überleitung zu höheren Formen der Manipulation. Dies ist bei heutigen Window-Maus-Systemen noch recht wenig erforscht. Generell ist aber eine interaktive Bearbeitung die Voraussetzung hierfür.
Im
Leibniz-System wurde in der Entwicklung vor allem der Bereich der Real-Time
Navigation durch symbolische Assoziationssysteme
bearbeitet. Hier ist z.B. die Begrenzung des symbolischen KZG auf ca. 5-7
Elemente innerhalb einer Minute relevant. Diese Limitation ist im Bereich der
Programmierung kritisch, da das Erstellen von neuen Funktionen aus vorhandenen
einen geistigen Balance-Akt darstellt, auf der einen Seite die Erfordernisse
der neuen Funktion im Gedächtnis zu behalten, und auf der anderen Seite
die Informationen der vorhandenen Funktionen in optimaler Weise zu
verknüpfen. Es hatte sich aber gezeigt, daß das KZG wesentlich
leistungsfähiger ist, als die obige Zahl vermuten läßt, da bei
einer sehr schnellen Verknüpfung von Informationen innerhalb von 1 Sec.
der linear-zeitliche Charakter des KZG von dem räumlichen
Vorstellungsvermögen unterstützt wird. D.h. alles, was innerhalb von
1 Sec. dargestellt werden kann, auch wenn es verschiedene Informationen auf
demselben Bildschirm sind, die sich gegenseitig auslöschen, bleibt
virtuell im KZG, als sei es räumlich angeordnet. Dieser Effekt ist
ähnlich dem Verschmelzungseffekt, der im Kino und auf Fernseh-Bildschirmen
ausgenutzt wird, wenn mehr als 20 Bilder in der Sekunde den Eindruck einer
Bewegung erwecken. Informationen, die nur schnell genug dargestellt werden,
gewinnen eine andere Dimensionalität. Im Falle von symbolischen
Informationen stellt sich eher so etwas wie ein "Raumgefühl" ein. Man
gewinnt den subjektiven Eindruck, in einem virtuellen Raum zu navigieren, eben
ein symbolisches Universum.
Die herkömmliche Programmierung hat bis vor ein paar Jahren mit solchen
Konzepten noch keinerlei Kontakt gehabt, da bisher in der alten IBM-Denkweise
der Computerbildschirm lediglich als Eigabemedium betrachtet wurde. (In "Real
Programmers don't use Pascal" wurde das treffend so dargestellt: ... "Es
gelang mit den neuen Terminals vortrefflich, alle Eigenschaften einer Lochkarte
auf dem Bildschirm darzustellen") Auch heute erkennt man in den meisten
hypermodernen graphischen Software-Engineering Systemen immer den strukturellen
Bruch, in dem man dann auf die Code-Ebene hinabsteigen muß und wo dann
auch auf supermodernen Graphikworkstations der Uralt-Editor vi das "tool of the
trade" ist.
Basierend auf den obigen Beobachtungen wurde das Leibniz-System zu einem Struktur-Navigationssystem entwickelt, das auf der Basis der Mitte der 80er Jahre allgemein verfügbaren Technologie aufbaute: PC-AT System mit 640 K Adressraum, 30 MB Harddisk, Tastatureingabe, ASCII-Character-Technologie des memory-mapped PC-Video Systems. Innerhalb dieser Einschränkungen und Möglichkeiten wurde ein System entwickelt, das vor allem auf einen Zweck optimiert war: Maximal schneller Zugriff auf relevante Information, und ihre optimale Darstellung auf der kleinen Fläche eines 80*25 Character Bildschirms.
Im Gegensatz zu fast allen konventionellen Systemen entwickelte sich das Leibniz System von Anfang an als ein Interaktives Programmiersystem. Das heißt: Alle relevante Information mußte on-line, interaktiv zur Verfügung stehen. Es wurden nach Möglichkeit weder detaillierte Programm-Pläne auf Papier vorher ausgearbeitet, noch sollte zum Verifizieren auf Listings zurückgegriffen werden müssen. Dieses Programmiersystem beruht auf einem ausbalancierten System von Archivierung, Konstruktion und Verifikantion (Siehe Abbildungen), das von den Untersystemen DBSYS, COMP, und DEBUG bereitgestellte wird. Diese Systeme müssen so zusammenarbeiten, daß der Zeitaufwand in allen Untersystemen minimiert wird. (Siehe Abbildungen)
Wie oben gesagt, ist die Maxime: "Das richtige Verhältnis von Überblick und Einblick ergibt den Durchblick", in dieser Arbeitsweise essentiell. Daraus entstanden die komplementären Struktur-Navigationssysteme des Hypertext und Folding. (Auch Fish-Eye genannt).
Kernelement in diesem Schema war das 1985 entwickelte Hypertext-System, das es erlaubte, jede in dem Gesamtsystem existierende Routine mit einem einzigen Tastendruck innerhalb von 1/10 Sekunde auf den Bildschirm zu bekommen. Diese Möglichkeit war essentiell in einem System, das, wie oben dargestellt, auf einer sehr tiefen Schachtelung von Subroutinen-Calls beruhte. Hypertext verschafft unbegrenzt Einblick. Man kann mit dieser Methode innerhalb von Sekunden in beliebig tief verschachtelte Aufrufbäme (Subroutine Trees) hinabsteigen, und ebenso schnell wieder hervorkommen. Es stellte sich heraus, daß es möglich war, so schnell auf die Unterroutinen einer Routine zuzugreifen, daß trotz der minimalen Darstellungsfläche des 80*25 Bildschirms die Übersicht über Unterprogrammkomplexe, die mehrere Seiten Listing erforderdert hätten, ohne weiteres on-line zu erhalten. Mit wesentlich höherem technischen Aufwand ist eine solche Arbeitsweise dann auch in der späteren, pixel-window orientierten Computertechnologie mit graphischen Darstellungsmöglichkeiten zu erlangen. Allerdings ist die pixel-orientierte Technologie immer noch zu langsam, um den Tadhani-Effekt zu erlauben, daß nämlich die extrem schnelle Abfolge der Arbeitsschritte in das neurale Reaktionsmuster einfließen und die Wirkung von konditionierten Reflexen bekommen. Hier ist die berühmte Schranke von 1/10 Sekunde essentiell. Alles, was länger als diese Zeit dauert, ist nicht mehr dafür brauchbar. So ein Effekt ist allerdings kaum jemanden zu erklären, der ihn nicht selber erlebt hat.
Hypertext
ergibt aber nur die Hälfte des Effekts. Hypertext ist eine Methode des
Einblicks. Es fehlt der Überblick. Dieser wird durch das
Strukturwerkzeug des Folding erreicht. Programmtext einer beliebigen
strukturierten Programmiersprache weist eine natürliche syntaktische
Gliederung auf, die dazu einlädt, ein Folding-System darauf anzusetzen.
Natürliche Kandidaten für ein Folding sind vor allem die Prozedur-
oder Function Definitionen. Es ist beim Bearbeiten eines Programmtexts von
großem Vorteil, sich schnell einen Überblick zu verschaffen, welche
Prozeduren/Funktionen in einer Datei vorhanden sind, und was ihre Parameter
sind. Die nächste natürliche Folding-Ebene wären z.B. die
conditional-statements: if/else, begin/while, case. Meines Wissens hat
noch kein großer Software Entwicklungssystem-Hersteller diese
Möglichkeit in seinen Programm-Editor integriert. (Soweit ich bei den
Microsoft und Borland Produkten sehen kann). Das Transputer-Development System
TDS weist eine in die Richtung gehende Funktion auf, wo man aber die
folding-Marker manuell einsetzen muß, was so umständlich ist,
daß sie kaum benutzt wird. Das Folding hat die analoge Funktion eines
Browsers. Es lassen sich tabellarisch alle in einem Programmtext
vorkommenden relevanten syntaktischen Einheiten übersichtlich darstellen.
Auch diese Strukturmöglichkeiten sind heute in Software-Engineering
Systemen vorhanden, aber auch hier ist der Kostenfaktor eine sehr aufwendige
externe Struktur, die auch mit modernster Technologie eine ziemlich lange
Displayzeit erfordert.
Im Leibniz-System ist die Sprachsyntax flexibel einstellbar, daher konnte sie
an die Foldingmöglichkeit angepaßt werden. So kann man mit
minimalen Mitteln (mit real-time scan, und nicht mit speziellen externen
Strukturmarkierungen) den Inhalt einer ganzen Datei innerhalb der
berühmten 1/10 Sekunde auf die Darstellungsfläche eines 80*25
Bildschirms kondensieren. Das Suchen einer Routine in einer 30-40 Kbyte
großen Datei mit etwa 100 Routinen ist eine Sache von minimal 1/10
Sekunde bis 1 Sekunde. Da man 100 Routinen kaum sinnvoll auf einen 80*25
Bildschirm kondensieren kann, wurde die syntaktische Einheit der Gruppe
(syntaktische Kennzeichnung :GRP) gebildet, innerhalb derer semantisch
zusammengehörige Routinen zusammengefaßt wurden. Dieses Konzept
stellte sich hinterher als fast identisch mit der in der Objektorientierten
Programmierung verwendeten Gruppierung von Methoden zu einem Objekt heraus, da
die in einer :GRP zusammengefaßten Routinen sich normalerweise auf
eine gemeinsame Datenstruktur bezogen, und dieselben Variablen benutzten, so
daß eine strukturelle Identität mit der OOP gegeben war. Nur mit
diesen Hilfsmitteln konnte ein Software-System, dessen Source Code in 500
Dateien mit insgesamt 6 Mbyte liegt, und insgesamt 10.000 Routinen-Definitionen
umfaßt, überhaupt handhabbar gemacht werden.
Weitere Literatur zu diesen Themen ist in meinen Artikeln AG-BIB:GOP91-
I
und folgende zu finden.
Ein heutiges Textverarbeitungssystem wie WinWord® erlaubt es, auf die Kapitelüberschriften eines Textes die Folding-Funktion anzuwenden. Dies ist eine unersetzliche Hilfe beim Schreiben von größeren Texten, die aber kaum jemanden zu erklären ist, der sie nicht kennt. (s.a. ANM:WORD). Ich habe in diesem Text essentiell dieselbe Struktur-Technik übernommen, wie ich sie in dem Leibniz-System für Software entwickelt habe: Jeder Abschnitt beträgt normalerweise nicht mehr als zwei Bildschirmseiten, und entspricht einer Programmroutine in der Software. So ist es mit maximal zweimal PgUp/PgDn möglich, den gesamten Text dieses Abschnitts zu überblicken. Jeder Abschnitt hat eine Überschrift, die in maximal 50 Zeichen angibt, was in dem Abschnitt besprochen wird. Daher ist die Überschrift ein mnemotechnisches Mittel. Wenn auf die Gliederungsfunktion umgeschaltet wird, läßt sich der Text demnach in Abschnitten manipulieren. Die kondensierten Überschriften des Textes sind eine extreme Zusammenfassung des Textes, die aber dennoch genügend semantischen Inhalt haben, um den Überblick zu behalten. Das Verschieben einer Überschrift bewirkt das Verschieben des dazugehörigen Textes.
Im Laufe der Entwicklung ergab sich damit etwas völlig Neues, Ungeplantes, und Ungedachtes. Das Leibniz-System entwickelte sich zu einer externen Gedächtnisstruktur. (ANM:EXT-GEDÄCHTNIS [25] ) Weder hatte ich die Absicht, noch die Kapazität, die Einzelheiten von 10.000 Routinen im Gedächtnis zu behalten. Wozu etwas erinnern, wenn doch der Computer so eine großartige Gedächtnishilfe ist? Das war meine Grundsatzüberlegung. Bei konventionellen Software-Systemen, deren Charakteristiken auf andere Optimierungen eingestellt waren, war so etwas kaum zu erwarten. Zu sehr sind solche Systeme von den Notwendigkeiten der industriellen Arbeitsweise geprägt, in der eine unveränderliche Standard-Sprache und eine Standardbibliothek von Funktionen vorgegeben ist. Es ist Aufgabe des Software-Managements, die Konsistenz und Integrität dieses Umfeldes zu versichern. Die Programmierer benötigen diese feste Basis, um im Team zusammenzuarbeiten. Wenn sich aber die Bibliotheken von einer Woche auf die andere verändern, wenn sich sogar die Sprache fortwährend verändert, ist so eine Vorgehensweise illusorisch. Dann muß so viel Information über das System in seiner eigenen Struktur enthalten sein. Diese Struktur muß durch geeignete Werkzeuge jederzeit in real-time extrahierbar sein (und nicht wie bei Software-Engineering Werkzeugen extern erzeugt, und rigide erzwungen werden).
Der Wert von Computersystemen wird nicht danach bewertet werden, wie gut sie sich for den Zweck eignen, für den sie entworfen wurden, sondern wie gut sie sich für Anwendungen eignen, für die sie nie vorgesehen waren
(Alan Kay, Scientific American/Spektrum, Okt.
1984)
Das Symbolator-Gedächtnis ist damit rein strukturell: Da der Symbolator das Abspeichern der Inhalte übernimmt, ist das menschliche Gedächtnis von diesem Ballast befreit, und kann sich auf das alleinige Bearbeiten der Retrieval-Strukturen beschränken. Auf diese Weise ist es möglich, den menschlichen Informationszugriff um den Faktor 100 bis 1000 zu erweitern. Dies ist vor allem eine Aufgabe der systematischen Strukturierung der vorhandenen Informationen. Bis heute war die Unterscheidung zwischen Struktur und Inhalt von Informationen eine recht salopp gehandhabte Angelegenheit, weil das Gedächtnis, wie auch alle Aufzeichnungsverfahren, wesentlich inhaltlich waren. In einem Buch sind Inhaltsverzeichnis, Gliederung, und Index Ansätze einer strukturellen Aufarbeitung. Da diese aber nicht genormt ist, und vor allem bisher in der manuellen Bucherstellung einen erheblichen Mehraufwand bedeutete, wurde dies nicht sehr weit entwickelt. Die Situation kehrt sich aber komplett um, wenn wir das Feld der Multimedia-Systeme betreten. Hier ist Struktur alles, und der Inhalt ist austauschbar.
[23]S. a. BIB:THAD81, BIB:THAD84, BIB:GOLZ87
[24]Kinesthesie: Die Wahrnehmung des
Menschen von seinem eigenen Körper, des Muskelapparats, und der
Schwerkraft-Organe in der physikalischen Umwelt von Masse, Bewegung und
Beschleunigung. Im weiteren Sinne auch die Sinnesempfindungen von Wärme
und Kälte. Diese Sinnesempfindungen sind nur sehr selten mit Gedanken und
Assoziationen verbunden, sondern werden mehr als "Gefühl" erlebt. Die
kinesthetischen Leistungen des menschlichen Nervensystems werden vom
Rückenmark und vom Stammhirn, dem sog. Reptiliengehirn, also dem
entwicklungsgeschichtlich ältesten Gehirnteil erbracht. Kinesthesie wird
in diesem Kontext abgegrenzt von Sinnen wie Auge und Ohr, die fast immer mit
Gedanken und Assoziationen verbunden sind, so daß diese Wahrnehmungen
viel mehr eine symbolische Überlagerung erfahren. Diese Funktionen sind
mehr mit der Hirnrinde assoziiert.
[25]ANM:EXT-GEDÄCHTNIS
Wegen der Vielzahl der mit diesem Thema verbundenen Wissensgebiete, und wegen
des unkonventionellen Ansatzes, ist es äußerst schwierig, diese
Thematik darzustellen. Ich habe deshalb ein Demo-System entwickelt, in dem
sich das Leibniz-System selbst darstellt. Wie die Erfahrungen aber zeigen,
genügt nicht einmal das. So scheint das Vermitteln von solchen Ideen ein
Huhn/Ei Problem zu sein. Wer es kennt, der weiß es schon, und man
braucht es ihm nicht zu erzählen. Wer es nicht kennt, dem kann man es
auch nicht vermitteln, da es außerhalb der normalen Denk-Kategorien
liegt.