Модель GOMS

Модель GOMS — это семейство аналитических методов когнитивного моделирования, предназначенных для прогнозирования и оценки времени выполнения задач человеком-оператором при взаимодействии с компьютерными системами. Аббревиатура GOMS расшифровывается как Goals (Цели), Operators (Операторы), Methods (Методы) и Selection Rules (Правила выбора). Модель была разработана в 1980-х годах Стюартом Кардом, Томасом Мораном и Алленом Ньюэллом в рамках исследовательского центра Xerox PARC (США) и является частью более широкой парадигмы «человеческого фактора» и инженерной психологии.

История возникновения и развития

Модель GOMS была впервые подробно описана в 1983 году в фундаментальной работе Карда, Морана и Ньюэлла «The Psychology of Human-Computer Interaction». Эта книга заложила основы для количественного анализа взаимодействия человека с компьютером, предложив заменить субъективные оценки пользовательского опыта на формальные, проверяемые вычисления. Изначально модель разрабатывалась для оценки эффективности текстовых редакторов и других офисных приложений, но впоследствии была адаптирована для широкого круга задач — от проектирования приборных панелей самолётов до анализа интерфейсов мобильных приложений.

Ключевой вклад авторов состоял в том, что они предложили разложить любую сложную пользовательскую задачу на элементарные когнитивные и моторные действия, время выполнения которых можно измерить или оценить по эмпирическим данным. В 1990-е годы модель получила развитие в работах Бонни Джон (Bonnie John) и Дэвида Киршнера (David Kieras), которые разработали её расширения — CPM-GOMS и NGOMSL. В XXI веке GOMS продолжает использоваться в индустрии программного обеспечения, особенно в компаниях, практикующих юзабилити-тестирование и проектирование пользовательских интерфейсов.

Структура модели

Модель GOMS описывает поведение пользователя как иерархическую систему, состоящую из четырёх взаимосвязанных компонентов.

Цели (Goals)

Цель — это конечное состояние, которое пользователь стремится достичь. Цели формулируются на высоком уровне абстракции и могут быть разложены на подцели. Например, для задачи «написать письмо» цель верхнего уровня — «создать электронное письмо», а подцели — «открыть почтовый клиент», «ввести адрес получателя», «написать текст», «отправить».

Операторы (Operators)

Операторы — это элементарные действия, которые пользователь выполняет для достижения цели. Операторы делятся на три типа:

• Моторные — физические действия: нажатие клавиши, перемещение мыши, щелчок кнопкой, движение руки.
• Когнитивные — мыслительные действия: принятие решения, вспоминание команды, распознавание иконки.
• Перцептивные — действия восприятия: считывание текста с экрана, поиск элемента взглядом.

В классической модели GOMS время выполнения каждого оператора оценивается по шкале Кейса (Keystroke-Level Model, KLM), где, например, нажатие клавиши занимает около 0,28 секунды, а перемещение курсора мыши — около 1,1 секунды.

Методы (Methods)

Метод — это последовательность операторов, организованная для достижения конкретной цели. Одна и та же цель может быть достигнута разными методами. Например, чтобы удалить слово в текстовом редакторе, пользователь может выбрать метод «выделить слово двойным щелчком и нажать Delete» или метод «поставить курсор после слова и нажимать Backspace до полного удаления».

Правила выбора (Selection Rules)

Правила выбора — это условия, при которых пользователь выбирает тот или иной метод. Они формулируются в виде: «Если условие А истинно, то используй метод 1; иначе используй метод 2». Например: «Если пользователь — опытный, то используй сочетание клавиш Ctrl+C; если новичок — используй меню „Копировать“». Правила выбора отражают индивидуальные предпочтения и уровень навыков пользователя.

Разновидности модели GOMS

Со временем было разработано несколько вариантов модели, каждый из которых имеет свою область применения.

KLM (Keystroke-Level Model)

Самая простая и широко используемая версия. KLM не требует построения полной иерархии целей — достаточно перечислить последовательность нажатий клавиш и перемещений мыши, добавив время на когнитивные операции. KLM позволяет быстро оценить время выполнения задачи без глубокого анализа. Чаще всего применяется для сравнительного анализа двух интерфейсов.

CMN-GOMS (Card, Moran, Newell GOMS)

Оригинальная, полная версия модели, включающая все четыре компонента. Она требует формального описания целей, методов и правил выбора в виде псевдокода. Используется для детального проектирования сложных систем, где важно учесть все возможные сценарии поведения пользователя.

NGOMSL (Natural GOMS Language)

Разработана Дэвидом Киршнером в 1988 году. NGOMSL предлагает более естественный, приближенный к английскому языку синтаксис для описания методов и правил выбора. Это упрощает обучение модели и снижает вероятность ошибок при построении. NGOMSL также позволяет оценивать не только время, но и сложность обучения.

CPM-GOMS (Cognitive, Perceptual, Motor GOMS)

Самая детализированная версия, созданная Бонни Джон в 1990-х годах. CPM-GOMS учитывает параллельное выполнение когнитивных, перцептивных и моторных операций, что характерно для опытных пользователей. Например, пока рука тянется к мыши, глаз уже может искать нужную кнопку на экране. Эта модель требует построения сетевых графиков (по типу PERT) и используется для анализа высококвалифицированных действий, таких как работа авиадиспетчера или профессионального наборщика текста.

Применение модели

Модель GOMS находит практическое применение в нескольких областях.

Проектирование пользовательских интерфейсов

Инженеры по юзабилити используют GOMS для прогнозирования времени выполнения ключевых задач ещё до того, как интерфейс будет реализован. Это позволяет сравнивать альтернативные варианты дизайна и выбирать наиболее эффективный. Например, при разработке формы заказа на сайте можно оценить, сколько времени займёт заполнение полей при использовании выпадающих списков по сравнению с текстовым вводом.

Оценка существующих систем

GOMS применяется для аудита готовых продуктов. Если тестирование с реальными пользователями показывает, что задача выполняется дольше, чем предсказывает модель, это указывает на наличие когнитивных барьеров или ошибок в интерфейсе.

Обучение и документация

Анализ методов и правил выбора помогает создавать инструкции и обучающие материалы. Зная, какие методы наиболее эффективны, разработчики могут рекомендовать их пользователям.

Эргономика и безопасность

В авиации, атомной энергетике и других отраслях с высокими требованиями к безопасности модель CPM-GOMS используется для анализа действий операторов в критических ситуациях. Это позволяет выявить потенциальные задержки и ошибки до того, как они приведут к аварии.

Ограничения и критика

Несмотря на широкое распространение, модель GOMS имеет ряд ограничений.

• Предположение о рациональности. GOMS исходит из того, что пользователь всегда выбирает оптимальный метод, что не соответствует реальному поведению. Новички могут совершать ошибки, а опытные пользователи — следовать привычкам, а не логике.
• Игнорирование контекста. Модель не учитывает усталость, отвлечение, эмоциональное состояние пользователя или внешние помехи.
• Сложность построения. Полная версия GOMS (особенно CPM-GOMS) требует высокой квалификации аналитика и значительных временных затрат. Для простых интерфейсов проще провести обычное юзабилити-тестирование.
• Ориентация на время. GOMS измеряет только скорость выполнения задачи, но не оценивает удовлетворённость пользователя, эстетику интерфейса или вероятность ошибок. Медленный, но интуитивно понятный интерфейс может быть предпочтительнее быстрого, но запутанного.
• Культурная и языковая специфика. Время выполнения когнитивных операций, заложенное в модели, получено на выборке западных пользователей. Для носителей других языков (например, русского с более длинными словами) время чтения и ввода может отличаться.

Интересные факты

• Модель GOMS стала основой для разработки стандарта ISO 9241-11 «Эргономика взаимодействия человек-система», который регламентирует понятия эффективности, результативности и удовлетворённости.
• В 2010-х годах появились попытки автоматизировать построение GOMS-моделей с помощью машинного обучения, анализирующего логи нажатий клавиш реальных пользователей.
• Несмотря на возраст, GOMS до сих пор преподаётся в университетах как классический метод инженерной психологии и является обязательной темой в курсах по Human-Computer Interaction.

Источники

• Card, S. K., Moran, T. P., & Newell, A. (1983). The Psychology of Human-Computer Interaction. Lawrence Erlbaum Associates.
• John, B. E., & Kieras, D. E. (1996). «The GOMS Family of User Interface Analysis Techniques: Comparison and Contrast». ACM Transactions on Computer-Human Interaction, 3(4), 320–351.
• Kieras, D. E. (1988). «Towards a Practical GOMS Model Methodology for User Interface Design». Handbook of Human-Computer Interaction, Elsevier.
• ISO 9241-11:2018. Ergonomics of human-system interaction — Part 11: Usability: Definitions and concepts.