교육을바꾸는사람들

“학습과학에서는 ‘교사는 뇌를 변화시키는 사람’임을 강조한다.” / “교사들은 앞으로 뇌가 어떻게 학습하는지 또 학습을 어떻게 최적화할 수 있는지에 대한 지식을 갖추고 수업에 임할 수 있어야 한다.” (본문 발췌)

 

 

목차
1. 학습 = 뇌 신경망의 물리적 변화
2. 교사는 학생의 뇌를 변화시키는 사람
3. 뇌의 변화 능력, 신경가소성
♣ 수업 적용

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♣ 학습 목표 • 교수·학습과 뇌의 변화 관계를 이해한다. • 뇌의 변화가능성인 신경가소성(神經可塑性)을 이해한다. • 신경가소성이 주는 통찰을 수업에 적용한다.

 

 

“학습은 뇌의 물리적 구조를 변화시킨다.”
(Learning changes the physical structure of the brain.)

 

“가르치는 것은 뇌를 변화시키는 기술이다.”
(Teaching is the art of changing the brain.)(Zull, 2002)

 

“교사는 학생의 뇌를 변화시키는 사람”
(Teachers are brain changers.)

 

“뇌는 일생에 걸쳐 지속적으로 변한다.”
(Brain changes throughout life.)

 

이상의 4가지 명제는 이번 칼럼에서 다룰 핵심 주제이기도 하다. 이에 대해 어떻게 생각하는가?

 

 

1. 학습 = 뇌 신경망의 물리적 변화

 

지금까지는 교사가 지식을 전달하고 학생이 이를 습득하는 것을 교수·학습이라 불렀다. 이는 여전히 유효한 교수·학습의 정의가 될 수 있지만 21세기 들어 학습과학의 눈부신 발전과 함께 ‘교수·학습’에 대한 새로운 개념이 확산되고 있다. 학습과학에서는 지식·기능을 ‘가르치는 것(teaching)’을 뇌를 변화시키는 기술 혹은 기예(art)로 보고 ‘학습(learning)’을 뇌의 물리적 변화로 설명한다. 습관이 바뀌고 인성이 달라지는 것 역시 뇌 신경망 변화의 결과이다. 학습이 뇌의 물리적 변화라는 점은 교육자들로 하여금 학습을 전면적으로 새롭게 바라보게 한다.

 

학습을 생물학적(biological), 신경학적(neurological) 현상으로 보는 것은 영상이미지기술(fMRI, EEG, PET, MEG)¹의 발전에 힘입은 바 크다. 이런 기술을 활용하면 연구를 통해 학습을 할 때 학습자의 뇌에 어떤 변화가 일어나는지를 알 수 있기 때문이다. 과거에는 학습에 대한 연구가 대부분 다친 사람의 뇌나 동물 실험을 통해 이루어졌지만 이제는 수술도 않고 살아 있는 건강한 사람의 뇌의 내부 변화를 들여다 볼 수 있게 된 것이다.

 

학습할 때마다 뇌에는 물리적 변화가 일어난다. 그래서 사람의 뇌는 새로운 경험과 학습에 의해 전 생애에 걸쳐 지속적으로 변한다. 뇌가 새로운 것을 학습하면 뇌에는 크게 두 가지 변화가 일어난다. 하나는 신경세포들 간에 새로운 연결(망)이 생기는 것이고, 다른 하나는 기존의 연결(망)에 변화가 생기는(연결이 강화되거나 약화되는) 것이다. 이렇게 인간의 지식을 구성하는 신경망은 새로운 학습과 경험에 의해 지속적으로 재구성된다.

 

사람의 뇌에는 860~1000억 개의 신경세포가 있는데 새로운 것을 배우면 일부 신경세포가 다른 신경세포와 연결을 맺어 세포 간에 연결망이 형성된다(Fire together, wire together). 새로운 학습은 이렇게 일어나며 이 연결망이 자주 활성화될 때 새로 학습한 정보는 장기기억으로 전환된다. 새로 학습한 정보나 기능을 사용하거나 연습할 때마다 신경세포들 간의 연결은 더 단단해지고 그만큼 회상도 쉬워진다. 인간의 지능이라는 것도 신경세포 간의 연결에 관한 것이다. 이런 연결은 노력과 반복적 훈련에 의해 변할 수 있으며 생물학적으로 고정되어 있지 않다.

 

학습이 일어나는 과정은 숲속에 새로운 길이 나는 것과 유사하다. 길은 많이 걸으면 걸을수록 길의 흔적이 또렷해지고 그 길을 따라 걷기가 쉬워진다. 그러나 그 길을 아무도 사용하지 않으면 길에는 다시 잡초가 우거지고 길의 흔적이 사라지듯이 신경세포들의 연결도 사용하지 않으면 사라지고 기억했던 정보는 더 이상 접근이 불가능해진다(Use it or lose it). 학습에서 반복적 연습보다 더 중요한 것은 없다. 그래서 학습과학에서는 “연습은 완전하게 만든다(Practice makes perfect.)”라는 격언 대신에 “연습은 학습한 것을 영속적이게 만든다(Practice makes permanent.)”라는 격언을 자주 언급한다.

 

 

2. 교사는 학생의 뇌를 변화시키는 사람

 

학습과학의 발전과 함께 교사의 개념도 진화한다. 학습과학에서는 ‘교사는 뇌를 변화시키는 사람’임을 강조한다. 사실 교직은 매일 학생들의 뇌를 물리적으로 변화시키는 것을 업으로 하는 매우 특수한 직업이다. 학생들의 뇌 변화를 눈으로 직접 볼 수 없을 뿐이다. 학습과학의 세계적 전문가 중 한 사람인 신경과학자 주디 윌리스는 교사가 하는 일을 “무혈의 뇌 외과 수술(bloodless brain surgery)”이라고 표현하기도 한다. ‘가르치는 것은 뇌를 변화시키는 기술’이란 관점에서 보면 교사는 뇌를 변화시키는 사람인 것이 분명하다. 교사가 스스로를 이렇게 정의한다면 기대되는 변화가 매우 크다. 지금처럼 교사를 ‘가르치는 사람’으로 정의한다면 열심히 가르치면 끝이다. 학습의 발생 여부를 학생의 책임으로 돌릴 수도 있기 때문이다. 그러나 교사를 ‘학생의 뇌를 변화시키는 사람’으로 정의한다면 교사에게 기대되는 것이 확 달라진다. 이 새로운 정의를 받아들인다면 교사는 학습자의 뇌에서 학습이 어떻게 일어나는지에 대한 깊은 이해를 바탕으로 실제 학생들의 뇌 신경망에 변화가 일어나기 쉽도록 수업을 설계하고 가르치는 일에 신경을 쓰게 될 것이다. 교사에 대한 이런 새로운 정의를 받아들인다면 인성교육도 그 접근이 달라질 것이다. 학습과학에 바탕을 둔 인성교육은 학생의 나쁜 습관을 만드는 신경 회로를 바꾸고 전두엽의 집행기능(executive function)을 개선하는 것에 초점을 맞추게 될 것이다. 또한 학습에서 소외되는 학생들도 줄어들어 기초학력향상에도 크게 도움이 될 것이다. ‘학생의 뇌를 변화시키는 사람’이라는 교사의 정의는 선택의 문제가 아니고 분명한 사실이다. 교사에 대한 이 과학에 근거한 정의를 우리나라 교육계가 받아들이고 뇌의 변화에 힘쓴다면 수업의 변화는 물론 학교의 변화에 대해서도 더 과학적으로 접근할 수 있을 것이다.

 

전통적인 교수법에는 신경세포들 간의 소통을 막거나 세포 간의 연결이 잘 일어나지 않는 교수·학습 방법이 많다. 대표적인 예가 교사가 주도적으로 설명하고 학생은 필기하고 암기하는 수업방식이다. 이런 방식의 수업은 능동적 학습(active learning)에 비해 신경세포 간에 흐르는 전기화학적 신호가 너무 약해서 신경망 형성이 잘 이루어지지 않고 연결이 되더라도 연결 강도가 너무 약해서 금방 끊어진다(배운 내용을 잊는다). 또 새로운 학습은 기존의 지식(사전지식)을 바탕으로 일어나기 때문에 사전지식의 유무 확인이나 사전지식을 구축하는 과정 없이 수업을 시작하는 것은 매우 비과학적이고 수많은 학생을 수업으로부터 소외시키게 된다. 과거 의사들은 의술이 지금처럼 발전하기 전에는 자신의 경험과 추측에 기반해 환자를 치료할 수밖에 없었다. 그러나 지금은 그렇게 환자를 치료하는 의사는 없다. 수련 과정에 있는 모든 의사들은 분자와 세포 수준의 생물학 과정을 공부함으로써 세포 생물학의 이해를 높여 의사의 정확한 진단 확률을 높인다. 마찬가지로 교사들이 개인적 경험과 추측에 의존해 학생을 지도하는 시대는 지났다. 교사들은 앞으로 뇌가 어떻게 학습하는지 또 학습을 어떻게 최적화할 수 있는지에 대한 지식을 갖추고 수업에 임할 수 있어야 한다.

 

이어서 뇌의 변화에 대해 좀 더 자세히 살펴보기로 한다.

 

 

3. 뇌의 변화 능력, 신경가소성

 

아직도 ‘뇌는 아동 초기에 발달이 완성되고 그 이후는 변하지 않는다.’는 속설이 많은 사람들의 잠재의식 속에 여전히 깊이 자리 잡고 있는 듯하다. 뇌는 영유아 시기(0-6세)에 변화 가능성이 가장 높다. 이런 시기를 민감기(sensitive period)라 부른다. 어떤 기능은 특정 시기를 지나면 기회의 창(window of opportunity)²이 닫히기 시작하기 때문에 이런 시기를 결정적 시기(critical period)³라고도 부르기도 한다. 암튼 출생부터 8세까지가 아동 발달에 있어서 가장 중요한 시기이다. 이 시기에 뇌 발달의 90% 이상이 이루어지고 이것이 미래 학습, 행동, 건강의 바탕이 된다.

 

<도표 1> 뇌 발달의 민감기

출처: https://www.leelanauearlychildhood.org/brain-development

 

위 도표에서 보듯이 뇌 신경망의 변화 가능성은 민감기 때가 가장 높고 그 다음으로는 사춘기 때이다. 고등 사고를 담당하는 이성의 뇌는 20대 중반까지 지속적으로 성장한다. 이런 시기를 지난 성인기 때도 뇌는 변할 수 있는가? 뇌는 아동 초기에 발달이 완성되고 그 이후에는 변하기 어렵다는 통념과 달리 사람의 뇌는 일생에 걸쳐 항구적으로 변한다. 새로운 자극(학습과 경험)에 의해 신경세포는 변할 수 있는 능력을 신경가소성(神經可塑性, neural plasticity)이라 한다. 신경가소성을 좀 더 엄밀히 정의하면 “뇌가 새로운 학습이나 경험에 따라 기존의 신경망을 새롭게 구축하면서 그 형태를 바꾸어 나가는(신경세포 간의 연결이 강화되거나 약화되는) 특성”을 일컫는다. 영어 표현 plasticity는 “plastic(빚어 만들 수 있는, 유연한)”의 명사형이다.

 

뇌과학의 가장 위대한 업적 중의 하나가 바로 뇌가 일생 동안 변할 수 있는 능력인 신경가소성을 증명해낸 일이다. 20세기 중반(1960s)까지만 해도 대부분의 과학자들은 인간의 뇌는 아동기에 급격히 발달하고 그 이후는 뇌의 물리적 구조(지능을 포함하여)가 더 이상 변하지 않는다고 믿었다. 그러나 이것은 사실이 아니다. 1990년대 이후 신경가소성에 대한 활발한 연구 결과, 인간의 뇌는 새로운 학습과 경험에 의해 일생 동안 끊임없이 변하고 발달한다는 사실이 밝혀졌다. 여기서 끊임없이 변한다는 것은 새로운 연결(connection)을 통해 새로운 경로(pathways)가 만들어지는 것은 물론 어떤 연결은 강화되고(strengthen) 어떤 연결은 약화되는(weaken) 것을 포함한다. 이렇게 신경가소성의 발견을 통해 인간의 뇌는 나이와 상관없이 새로운 학습을 하면 끊임없이 변하며, 지능 역시 고정된 것이 아니고 변할 수 있다는 것을 알게 되었다.

 

생후 36개월이 아동 발달에 민감하고 결정적인 시기인 것은 맞지만 관련 연구에 따르면 사람의 학습과 발달은 일생 동안 일어날 수 있다. 너무 많은 사람들이 생애 첫 3년이 아동의 미래를 결정하는 것처럼 과장하여 알고 있기 때문에 가정이나 학교에서 장기적 교육의 중요성에 대해 소홀할 수 있는 위험이 있다. 또한 이는 학교에서 학습에 어려움을 겪는 아동의 경우 ‘가정 배경이 원인이 되기 때문에 학교가 할 수 있는 것은 제한적이다’라는 잘못된 생각이 들게 할 수도 있다.

 

하지만 잊지 말아야 할 것은 성인기에도 뇌는 변할 수 있지만 아동기 때보다 노력이 훨씬 더 많이 들고 변화의 속도가 느리다는 점이다. 따라서 영유아기 때 자극이 풍부한 학습환경과 학습의 기회를 제공하는 것은 물론 애착관계를 제대로 맺고 좋은 습관을 강화하는 것이 매우 중요하다. 영유아기의 뇌는 성인기의 뇌에 비해 새로운 경험과 자극에 대해 더 민감하게 반응하고 더 쉽게 변할 수 있기 때문이다. 영유아기 때 양육이 부족했다면 이를 따라잡을 제2의 기회는 사춘기(10-17세) 때이다. 이때는 뇌의 변화 가능성이 아동기 때보다 낮지만 성인기보다는 더 높기 때문이다.

 

신경가소성은 특히 느린 학습자들이나 자폐증, ADHD 등의 장애를 가진 아동들에게 큰 희망이다. 또한 신경가소성의 발견은 교육자들에게는 지능에 관한 고정형 사고방식을 성장형 사고방식으로 패러다임을 전환하게 하는 큰 계기가 되었다.

 

신경가소성을 그림으로 설명하면 아래 <도표 2>와 같다.

 

<도표 2> 뇌가 변하는 방식(신경가소성)

출처: https://www.nicabm.com/brain-how-does-neuroplasticity-work/

[해설] 좌측의 첫 번째 그림은 새로운 학습에 의해 새로운 신경이 생성되는 것을 나타내고(속이 빈 원 두 개), 두 번째 그림은 새로운 학습과 경험에 의해 신경세포 간에 새로운 연결(점선)이 만들어지는 것을 나타낸다. 한편 세 번째 그림은 반복과 연습을 통해 신경 연결이 단단해지는 것을 보여주고, 네 번째 그림은 자주 사용하는 신경회로만 유지되거나 강화되고 자주 사용하지 않는 신경회로는 약화되거나 소멸되는 것을 나타낸다.

 

신경가소성과 관련된 뇌과학의 중요한 원리가 두 가지 있다. 하나는 “Fire together, wire together”이고 다른 하나는 “Use it or lose it”이다. 전자는 신경세포들이 함께 전기화학적 신호를 주고받으면 이들 간에 새로운 연결이 생기고 새로운 신경망이 생성되며(이것이 학습의 과정임), 후자는 사용하지 않으면(반복적으로 연습하지 않으면) 잊는다는 것, 즉 새로 배운 것을 연습하지 않으면 회로는 약화되고 급기야는 소멸된다는 것을 의미한다. 후자가 주는 교훈은 “연습을 반복적으로 하면 할수록 정보를 그만큼 더 오래 기억할 수 있고, 자주 회상하지 않거나 사용하지 않으면 잊는다.”라고 말할 수 있다.

 

<그림 1> “Fire together, wire together”(Hebb’s rule)

[해설] 위 그림은 신경세포들이 어떤 자극에 의해 전기화학적 신호를 이웃 신경세포에 연쇄적으로 발산하면(fire) 새로운 신경 연결(신경망)이 형성되는(wire) 것을 보여주고 있다. 학습도 이런 신경 흥분 과정을 통해서 일어난다.
• Dendrite 가지돌기 – 신경세포를 구성하는 3요소(신경 세포체, 축삭돌기, 가지돌기)의 하나로 신호를 받는 부분. 돌기가 나뭇가지를 닮아서 붙여진 이름임.
• Axon 축삭(돌기) – 다른 세포에 신호를 주는 부분.
• Synapse 시냅스 간극 – 두 가지 돌기 사이에 신호를 전달하는 연접 부위.

 

신경가소성과 관련해서 한 가지 유념할 것은 뇌의 이런 변화 가능성이 반드시 장점으로만 작용하지 않는다는 점이다. 신경가소성은 중립적이어서 좋은 것과 나쁜 것의 차이를 알지 못한다. 그래서 바람직하지 않은 생각, 행동, 표현 등이 반복되면 이것이 습관화된다. 대표적인 예로 많은 아동·청소년의 경우 휴대폰의 지나친 사용으로 인해 주의를 반쯤만 집중하고, 과제를 몇 초마다 바꾸는 것이 습관이 되어 버렸다. 그 결과 어떤 하나의 과제에 높은 집중력을 오랫동안 발휘하지 못한다. 나쁜 행동이나 습관이 고착되고 나면 이를 고치기가 매우 어려워진다. “세 살 버릇 여든까지 간다”⁴는 우리말 속담도 신경가소성의 이런 측면을 말해주고 있다. 따라서 애당초 나쁜 행동, 나쁜 언어 습관 등에 물들지 않도록 주의할 필요가 있다.

 

20세기 학습과학의 가장 위대한 발견이라는 신경가소성의 증명은 성장형 사고방식(growth mindset)에 주목하게 만든 것을 포함해 이것이 교육에 주는 긍정적 영향은 매우 크다. 신경가소성(neural plasticity)에 대한 지도가 학습자의 학습 동기를 강화하고 성장형 사고방식을 촉진한다는 연구 결과가 있어 이를 소개한다.

 

2007년 ‘아동발달(Child Development)’ 저널에 소개된 이 연구(Blackwell, 2007)는 지능이 고정된 것이라고 믿는 집단과 지능은 발달될 수 있다고 믿는 집단을 비교했을 때 후자의 성취가 더 높다는 점을 밝혀냈다. 두 가지 실험이 있었는데 하나는 중학생을 대상으로 2년간 실험을 한 결과 지능은 고정된 것이 아니고 발달할 수 있다는 믿음(성장관점)을 가진 집단이 수학에서 더 높은 성적을 받았고, 또 이 집단이 학습을 중시하고 노력의 힘을 믿으며 학교에서 좌절을 겪었을 때도 더 건설적인 반응을 보이는 것으로 나타났다. 한편 다른 실험에서는 수학성적이 하락하고 있는 두 집단을 선정해 한 집단에게는 지능은 발달한다는 이론을 가르쳤고 다른 집단에게는 지능의 향상 가능성에 대해 가르치지 않았더니 지능은 발달할 수 있는 것이라고 배운 집단은 성적 하락을 멈추었을 뿐만 아니라 비교 집단에 비해 수학 성적이 현저하게 향상된 것으로 나타났다.

 

또한 2018년 ‘신경과학과 교육의 트렌드’(Trends in Neuroscience and Education)라는 저널에 한 메타연구(Jeremie Blanchette Sarrasin et al., 2018)가 발표되었는데, 이는 학생들에게 신경가소성에 대해 가르쳤더니 이것이 학생들의 성장관점을 강화하고 학습 동기를 향상시켰으며 학생들의 읽기와 수학에서의 성적이 향상되었다는 연구결과를 소개하고 있다. 특히 주목할 점은 신경가소성에 대한 이런 교육효과가 학습이 부진한 위기의 학생들에게 가장 크게 나타난다는 것이다. 학습에 어려움을 겪는 아동일수록 자신은 타고난 머리가 나빠서 그렇다고 믿는 경우가 많기 때문이다. 이들은 자신이 아무리 노력해도 잘 배울 수 없을 것이라는 학습된 무기력에 빠져있는 경우가 많다. 그런데 이들이 새로운 학습에 의해 뇌가 계속 변할 수 있다는 것을 이해하게 될 경우 연습하고 노력할 가능성이 더 높아지는 것은 당연한 일이기도 하다. 뇌기반교수학습원리도 위기의 아동들에게 더 효과가 큰 것으로 알려져 있다.

 

 

♣ 수업 적용

 

신경가소성의 이해만으로 끝난다면 소용이 없다. 중요한 것은 구체적으로 어떤 수업을 통해 학생의 뇌 신경망을 효과적으로 변화시킬 것인가이다. 뇌의 변화에 가장 효과적인 요소 2가지만 꼽으라면 단연 ‘연습(practice)’과 ‘감정(emotion)’이다. 앞에서 길 비유를 통해 설명하였듯이 자주 걷지 않는 길은 점차 사라진다. ‘Use it or Lose it’라는 격언을 강조하는 것은 끊임없는 활용과 연습이다. 이때의 ‘연습’이 단순 반복만을 의미하지 않는다. 다양한 방식의 의미 있는 연습을 말한다. 그리고 ‘감정’이라는 요소는 아드레날린, 도파민, 세로토닌 등의 신경전달물질의 분비와 관련이 깊다. 학생의 감정 상태를 결정하는 이들 화학물질이 신경세포의 연결 강도와 변화를 결정하기 때문이다. 이 2가지 핵심 요소 외에도 뇌 신경망을 변화시키는 방법과 전략은 다음과 같이 매우 많다.

 

 

1. 뇌의 변화 원리(신경가소성)에 대해 가르친다.

 

교사는 사람의 지능은 태어날 때부터 고정되어 있다는 잘못된 믿음을 실감 나게 깨줄 필요가 있다. 특히 “나는 머리가 나빠서 아무 것도 제대로 할 수 없어.” 식의 사고를 하는 아동들에게 신경가소성을 이해하고 받아들이도록 도울 필요성은 더욱 크다. 평소 자신은 해내지 못할 것이라고 믿었던 것을 해내는 긍정적 경험을 만들어내고, 이를 계기로 “뇌는 높은 집중력을 발휘하고 노력하면 변할 수 있다.”라는 믿음을 갖게 해야 한다. 또한 신경세포가 학습에 의해 자라는 것을 보여주는 사진이나 실험 결과를 인터넷에서 검색해 발표하는 활동도 이런 신념을 갖게 하는데 도움이 될 수 있을 것이다. 또 학생이 어떤 과제를 잘 해냈거나 행동이 개선되었을 때 “봐, 벌써 뇌의 회로가 좋은 방향으로 변하고 있네!!” 등과 같은 격려의 말을 통해 신경가소성에 대한 믿음을 강화해 주는 것도 필요하다.

 

<그림 2> 신경세포의 생성과 가지치기(pruning)

https://www.salk.edu/news-release/adult-brain-prunes-branched-connections-of-new-neurons/

[주] 한 연구소(Salk Institute, 2016)의 연구팀이 신경세포의 수상돌기 변화(가지치기 포함)를 한 달간 관찰한 결과다. 새로운 가지가 돋아난 것은 초록색으로, 불필요해서 가지치기를 한 것은 오렌지색으로, 새로운 가지의 돋아남과 가지치기가 함께 일어난 것은 핑크색으로 표시되어 있다. • pruned – 불필요한 수상돌기를 속아낸.

 

 

2. 자극이 풍부한 학습환경을 제공한다.

 

초점이 있는 집중력의 발휘(focused attention), 새롭고 도전적인 과제 등을 할 기회를 풍부하게 제공하면 이것이 뇌를 자극해 뇌의 긍정적 변화를 이끌어낼 수 있다. 자극이 풍부한 학습환경으로는 새로운 언어 배우기, 악기 배우기, 새로운 지역을 여행하거나 탐험하기, 예술품 만들기, 책 읽기 등 다양한 것이 있을 수 있다.

 

<그림 3> 자극이 없는 환경과 자극이 풍부한 환경에서의 신경망 비교

(Mindset Works, 2010)

 

위 <그림 3>의 좌측 그림처럼 자극이 없는 환경에서 자란 동물의 경우 신경 연결이 일어나지 않는다. 하지만 우측 그림처럼 자극이 풍부한 환경에서 자라는 동물의 경우 신경 연결이 무성하고 튼튼하다.

 

 

3. 충분한 수면을 취하고 정기적으로 운동을 하게 한다.

 

신경세포의 가지를 자라게 하는 데는 즉 신경가소성을 높이는 데는 수면이 매우 중요한 역할을 한다. 수면이 신체 건강과 정신 건강에 중요한 영향을 미치기 때문이다. 충분한 수면을 취하면 도파민이라는 호르몬 분비 수준이 높아져 학습 동기가 강화된다. 또한 관련 연구에 따르면 정기적으로 운동을 하면 기억을 담당하는 해마의 핵심 부위에 신경생성(neurogenesis)을 돕고 신경세포의 감소를 막을 수 있다고 알려져 있다.

 

 

4. 전뇌(whole brain)를 사용하는 수업을 한다.

 

교사가 뇌 피질의 여러 부위를 사용하는 학습경험이나 과제를 제공할 때 일부 부위만 사용하는 경우에 비해 더 깊은 학습이 일어난다. 학생이 더 많은 뇌 부위를 사용하면 할수록 신경세포의 전기적 신호가 더 많이 발산되고 신경망이 더 많이 변화하기 때문에 더 많은 학습이 일어난다. 다음 그림은 학습에 관여하는 뇌의 4부위⁵를 다 사용하는 것을 나타낸다. 즉 전뇌를 사용하는 학습이 되기 때문에 뇌의 신경망이 가장 강력하게 변하게 된다.

 

<도표 3> 전뇌 사용 학습 사이클 (David Kolb, 1984)

지금의 교육은 감각입력에만 너무 치우쳐 있다. 교사는 전뇌를 사용하는 수업을 강화할 필요가 있다.

 

 

5. 성장형 사고방식을 강화하고 교사가 이의 모델이 된다.

 

성장형 사고방식(growth mindset)은 고정형 사고방식(fixed mindset)과 대척점에 있는 개념으로서 누구나 효과적인 학습법으로 꾸준히 노력하면 향상될 수 있다는 사고방식이다. 최근 세계적으로 주목받는 교육법의 하나이기도 하다. 한편 고정형 사고방식은 지능은 태어날 때 정해져 있기 때문에 아무리 노력해도 소용이 없다는 식의 사고방식이고, 무엇을 잘하지 못했을 때 노력의 부족보다 타고난 재능의 부족을 탓하는 사고방식이다. 다음은 성장형 사고방식을 강화하고자 할 때 도움이 되는 활동과 전략들이다.

 

1) 재능이나 지능을 칭찬하지 말고 노력 그 자체를 칭찬한다.

 

학생이 무엇을 잘 해냈을 때 계획과 도전 그리고 사용한 전략과 함께 쏟은 노력을 칭찬하면 성장형 사고방식이 강화된다.

 

2) 게임 요소를 동원해 수행과정에서 보인 노력에 점수를 부여한다.

 

수업을 할 때 비디오 게임 요소를 적용해 틀린 부분을 강조하는 대신 학생의 진전에 초점을 맞추는 것이 효과적이다. 예로 시험이나 수행한 과제에 대해 전통적인 점수를 부여하는 대신에 ‘경험점수’(experience points)를 부여한다. 가령 시험에서 85점을 맞았으면 8,500 포인트를 제공하는 식이다. 이를 통해 과제를 완수하는 것, 수업에 열심히 참여하는 것 등과 같이 노력과 참여 그 자체를 중요시한다. 이때 학생들은 더 많은 점수를 받기 위해 더 많은 과제를 수행하려는 경향을 보인다.

 

3) 도전의 가치를 가르친다.

 

“학습에 대한 도전의 수준이 크면 클수록 뇌의 신경세포는 더 많이 자란다.”

 

뇌는 근육과 같다. 사용할수록 튼튼해진다. 운동을 처음 시작할 때는 10kg의 역기도 들기 힘든데 계속 훈련하면 30kg도 들 수 있게 된다. 마주한 도전을 극복하면서 학생들은 성장형 사고방식을 발달시키게 된다. 성장형 사고방식의 전문가 드웩(Dweck)은 인간은 기본적으로 편하고 쉽고 자기에게 익숙한 것을 선호하는데 억지로라도 이런 안전지대(comfort zone)를 벗어나 한 단계 더 어려운 것에 도전하게 할 때 성장형 사고방식이 싹튼다고 말한다. 이런 도전적인 활동을 할 때 뇌에는 새로운 신경망이 만들어지고 지능이 발달하게 된다. 노력과 난제는 장애요인이 아니라 더 현명해지기 위해 택해야 할 길이다.

 

4) 등장인물이 도전에 직면하고 이를 극복하는 이야기를 담은 책을 읽힌다.

 

등장인물이 역경에 처했을 때 이를 어떻게 극복하고 또 큰 실수를 했을 때 어떻게 대처하는지 등의 모범적 사례가 담긴 책을 읽게 하는 것은 성장형 사고방식을 갖게 하고 도전적 과제를 쉽게 포기하지 않게 하는 회복력을 키워준다.

 

5) 수업 후 교실을 나갈 때 성장형 사고방식 티켓(growth-mindset exit tickets)을 제출하게 한다.

 

수업을 마치고 교실을 나갈 때 성장형 사고방식의 성찰적 질문이나 개인적으로 도전했던 내용을 적고 나가게 한다. 이는 학생 자신의 태도나 수업의 과정을 평가하게 함으로써 향후 교실의 분위기를 긍정적으로 이끌 수 있다.

 

6) 성장형 사고방식을 촉진하는 길잡이 질문을 피드백으로 활용한다.

 

“너는 어떻게 그렇게 똑똑하니!”, “90점을 받았다니 참 잘했구나!”와 같은 피드백은 실제 도움이 되지 않는다. “어떻게 그런 방법을 쓸 생각을 했니?”, “다음에는 이번과 어떻게 다르게 할 거야?”, “실수를 했을 때 기분은 어땠고 실수로부터 어떤 것을 배웠니?”와 같이 깊은 생각을 유도하는 질문을 피드백으로 던짐으로써 성장형 사고방식을 촉진할 수 있다.

 

7) “아직, 그러나, 그럼에도”라는 표현을 자주 사용하게 한다.

 

“아직, 그러나, 그럼에도”라는 연결어는 부정적 의미의 문장을 긍정적인 것으로 전환하고자 할 때 자주 사용된다. 특히 “할 수 없어, 이해하지 못해.” 등의 부정적 표현을 포함하는 문장 다음에 “아직, 그러나, 그럼에도”로 시작하는 말을 사용하면 성장형 사고방식의 개발에 효과적이다. 예를 들면 아래와 같은 것들이다.

 

“나는 아직 긴 숫자의 나눗셈은 못해.”
“나는 아직 이 질문에 답할 자신이 없어.”
“나는 아직 학습과학 원리의 이해가 어려워.”

 

이러한 문장 다음에 “그러나 집중해서 풀면 풀 수 있을 거야.”, “그러나 내 짝과 함께 고민하면 답할 수 있을 거야.”, “그러나 차츰 새로운 용어에 익숙해지고 있어서 곧 흥미를 갖게 될 거야.”와 같은 긍정적 표현을 덧붙여 말하는 연습을 통해 성장형 사고방식을 강화할 수 있다.

 

8) 고정형 사고방식의 언어를 성장형 사고방식의 언어로 바꾸는 활동을 한다.

 

고정형 사고방식의 언어를 성장형 사고방식의 언어로 바꾸어 말하는 활동을 함으로써 성장형 사고방식을 강화할 수 있다. 다음은 학생 및 교사의 고정형 사고방식을 성장형 사고방식으로 전환하는 예다.

 

<도표 4> ‘학생’의 성장형 사고방식 강화 연습

고정형 사고방식(instead of)	성장형 사고방식(try thinking)
여기까지가 나의 한계야.	접근을 달리하면 더 개선할 여지가 있어.
나는 이만 포기할 거야.	전략을 바꿔서 다시 해봐야지.
아, 이것 너무 어려워.	이 과제는 시간과 노력이 좀 들 거야. 배운 전략을 활용할 시간이군.
더 이상 향상이 안 되니 어쩌지?	노력하면 조금씩 나아질 수 있어. 뇌는 변하니까.
수학은 정말 못하겠어.	기초를 잘 다지고 취약한 부분을 집중 학습하면 나아질 수 있어. 뇌는 변하니까.
아, 이런 실수를 해버려 속상해.	실수를 통해 배우고, 앞으로 더 잘하면 되지. 나의 뇌는 자라고 있어!
그녀는 똑똑해. 나는 죽어도 못 따라 갈 거야.	그녀가 어떻게 그렇게 잘 하는지 한번 알아봐야겠어.
이 정도면 내게 필요한 점수로 충분해.	나는 더 나은 답을 쓸 수 있도록 더 노력해야지.
아이 실망스러위. ‘계획A’는 뜻대로 안 되었어.	실망하지 말아야지. ‘계획B’가 있으니까. 다시 시도해 봐야겠어.

 

<도표 5> ‘교사’의 성장형 사고방식 강화 연습

고정형 사고방식(instead of)	성장형 사고방식(try thinking)
전문성 개발을 위한 연수는 지루해; 이를 통해 배우는 게 없어.	열린 마음으로 연수에 참가해 새로운 아이디어를 많이 배워가야지.
그 학부모 때문에 미치겠어; 자녀의 진전 상황을 매일 알려달라는 거야.	이 학부모는 관심이 많으셔; 생산적으로 소통하는 법을 찾아봐야겠어.
그 학생은 수학의 경우 어떻게 해도 안 돼.	그 학생이 이해할 수 있도록 하려면 나의 설명을 어떻게 달리해야 할까?
나는 죽어도 A 선생님만큼은 못해.	A선생님께 나의 멘토가 되어달라고 부탁드리고 열심히 배워야지.
학생들이 수업에 협조하지 않아 이번 수업을 망쳤어.	수업을 어떻게 바꿔야 학생들이 적극 참여할 수 있을까?
그 학생은 학교를 싫어해서 어떻게 할 수가 없어.	그 학생의 흥미와 열정을 활용해 어떻게 학습에 참여시킬 수 있을까?
가정 환경이 좋지 않아 이 학생은 졸업할 가능성이 없어.	가정 배경에 상관없이 이 학생도 성공적으로 학업을 마칠 수 있다고 생각해.

 

또한 고정형 사고방식을 성장형 사고방식으로 바꾸기 위해서는 “아직은(yet)”이라는 부사를 사용하면 효과적이다. “아직은”이라는 단어가 갖는 힘은 매우 강력하다. 예를 들면 아래와 같은 식이다.

 

<도표 6> ‘아직은’이라는 표현을 사용해 성장형 사고방식으로 전환하기

고정형 사고방식	성장형 사고방식
“나는 이런 것은 잘 못해.”	“나는 아직은 이런 것을 잘 못해.”
“나는 이것을 감당할 수 없어.”	“나는 아직은 이것을 감당할 수 없어.”
“나는 뇌과학적 학습 원리가 이해하기 너무 어려워.”	“나는 아직은 뇌과학적 학습 원리가 이해하기 너무 어려워.”

 

9) ‘성공폴더(success folders)’를 만들어 사용하게 한다.

 

한 학기 동안 다양한 활동을 한 결과를 모아 자신이 이룬 성장과 성취도를 기억하는 방법으로 성공폴더를 만들게 하면 성장형 사고방식을 키우는데 도움이 된다. 표지에는 각자의 좌우명이나 성공할 수 있다는 긍정적 표현이나 그림을 적거나 그려두게 하는 것도 좋다.

 

10) 목표기반 학습일기(goal-based journal)를 쓰게 한다.

 

가령 다음 시험에서 어떤 과목에서 어느 정도의 점수를 받기 위한 목표를 정하고 이를 달성하는 과정을 저널로 작성하게 하는 것이 성장형 사고방식을 키우는데 효과적이다. 학기 초나 단원 시작 전에는 학업 성취 목표를 정하는 시간을, 중간에는 진전도에 대해 이야기를 나누는 시간을 갖는 것도 성장형 사고방식을 구축하는데 도움이 된다. 이런 과정을 통해 “나는 해도 안 돼,”, “나의 지능은 이것이 한계야”와 같은 고정형 사고방식(fixed mindset)을 서서히 줄여갈 수 있다. 목표기반 저널을 쓰는 것은 자기 코칭의 한 과정이기도 하다.

 

 

[이전 칼럼] • 학습과학 새 연재(11) – 학습에는 뇌(마음)와 몸이 동시에 관여해 • 학습과학 새 연재(10) – 무의식의 이해와 학습에 활용하기

 

 

[참고문헌]

 

• 이찬승(2021). 학습과학 칼럼 <원리6> “신경가소성(neural plasticity)에 대한 지도는 학습자의 학습 동기를 강화하고 성장관점을 촉진한다.”
http://21erick.org/column/6088/
• Blackwell et al.,(2007). Implicit theories of intelligence predict achievement across an adolescent transition: a longitudinal study and an intervention Child Development. Jan-Feb 2007;78(1):246-63.
• Centre for Educational Neuroscience(2018). Education and brain plasticity
• David Kolb(1984). Kolb’s Learning Styles And Experiential Learning Cycle.
https://simplypsychology.org/learning-kolb.html
• Gopnic et al.,(1999). The Scientist in the Crib: What Early Learning Tells Us About the Mind, New York, NY: HarperCollins Publishers
• Jeremie Blanchette Sarrasin et al.,(2018). Effects of teaching the concept of neuroplasticity to induce a growth mindset on motivation, achievement, and brain activity: A meta-analysis. Journal Trends in Neuroscience and Education. Volume 12 Pages 1-32
• Kendra Cherry(2021).  How Experience Changes Brain Plasticity
• lexialearning.com. 6 Tips to Help Students Develop a Growth Mindset in the Classroom
• Marcus Guido(2016). 10 Ways Teachers Can Instill a Growth Mindset in Students
• Salk Institute(2016). Adult brain prunes branched connections of new neurons.
https://www.salk.edu/news-release/adult-brain-prunes-branched-connections-of-new-neurons/
• Sara Bernard(2010). Neuroplasticity: Learning Physically Changes the Brain
• WHY YOU SHOULD TEACH YOUR STUDENTS ABOUT NEUROPLASTICITY
https://blog.innerdrive.co.uk/teaching-students-about-neuroplasticity
• Zull(2002). The Art of Changing the Brain: Enriching the Practice of Teaching by Exploring the Biology of Learning. Stylus Publishing.

 

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1. 영상이미지기술(fMRI, EEG, PET, MEG) – ① fMRI(functional Magnetic Resonance Imaging, 기능적 자기 공명 영상법: 헤모글로빈이 방출하는 미약한 전기 신호를 검출함으로써 산소의 농도를 측정); ② EEG(Electroencephalogram, 뇌파도: 두개골에 전극을 붙여 대뇌피질의 전기 활동을 측정); ③ PET(Positron Emission Tomography; 양전자 방출 단층 촬영법: 뇌의 각 부분이 산소나 포도당을 얼마나 소비하는지를 측정); ④ MEG(Magnetoencephalography, 뇌자기도 촬영법: 뇌세포 자체의 활동을 측정)
2. 기회의 창(window of opportunity) – 뇌의 발달이(신경 연결이) 다른 어떤 때보다도 빠른 보통 생후 만 5-6세까지를 말한다. 민감기와 비슷한 의미이다. 기능에 따라 기회의 창이 열려 있는 시기(즉 민감기)가 다르다. 시각·청각의 발달은 생후 6개월, 언어 발달은 2-6세이다(말하기는 7개월-3세)(몬테소리). 한편 감정통제는 2-3세(몬테소리 2-6세)이다. 민감기는 이 시기를 지나도 변화의 속도는 느리지만 뇌가 변할 수 있다는 것을 암시한다.
3. 결정적 시기(critical period) – 유기체의 발달 과정에서 특정 종류의 행동을 습득할 가능성이 특별히 높은 시기. 이 시기가 지나면 지속적인 자극을 제시하여도 특정한 심리적 특성이나 행동의 출현이 매우 어렵다. 대표적인 예로, 오리 새끼의 경우 어미를 따르는 애착반응을 형성하는 것은 생후 3일 간이 결정적 시기이다. 만약 새끼를 낳자마자 어미와 분리시켜 결정적 시기에 인위적으로 다른 움직이는 물체로 대체시킨다면 오리 새끼는 그 물체를 따르게 된다.
4. “세 살 버릇 여든까지 간다” – 이는 한편으로는 맞는 말이고 한편으로는 맞지 않는 말이다. 뇌는 0-3세 때 외에 사춘기 때(10-17세)도 크게 변할 수 있어서 0-3세 때 제대로 양육하지 못했다면 사춘기 때를 잘 활용하면 보정할 수 있다. 단 사회성, 감성의 발달은 0-3세 시기를 놓치면 따라잡기가 힘들다.
5. 4부위 – 실제 학습이 일어날 때 관여하는 부위는 훨씬 더 많지만 이는 교육적 목적을 위해 간결하게 설명한 것임.