학습과학 새 연재(25) : 뇌의 학습모델 2가지와 수업 적용

by gyobasaNPO | 2023-11-01 15:22

“학습과학은 교실 수업을 개선하기 위한 뇌 기반 교육 프로그램을 개발하고 제공하는 것보다, 교사들이 실제 교실에서 적용할 수 있는 통찰력을 제공하고 학습에 대한 과학적 이해를 높이는 데 주력한다.” (본문 발췌)

1) 정보처리모델
2) 학습을 위한 EBC 프레임워크

2. 정보처리모델의 수업 적용
3. EBC 프레임워크의 수업 적용

♣ 학습 목표
• 학습과학의 개념을 이해한다.
• 뇌의 학습모델 2가지를 이해한다.
• 뇌의 학습모델에 기반해 교실 수업을 설계할 수 있다.

‘뇌기반’(brain-based)이라는 용어가 활발히 사용되고 사람들의 관심을 끌기 시작한 것은 20세기 말이다. 미국이 선포한 ‘뇌의 10년(decade of the brain)’은 큰 기폭제가 되었다. 이때 우후죽순처럼 등장한 뇌기반 교육 프로그램은 과학적 접근이라기보다는 상업적 이해와 접근이 숨겨져 있는 경우가 많았다. 그래서 이 시기에 ‘뇌 속설(neuromyths)’이 양산되기도 했다. 대표적인 것이 사람을 좌뇌형, 우뇌형으로 나누거나 학습 유형(learning style)에 따라 가르치는 것이 효과적이라는 주장 등이다. 이런 속설은 근거가 없음에도 불구하고 여전히 한국을 비롯해 전 세계적으로 난무하고 있다.

하지만 최근 25~30년 동안 뇌영상촬영기술의 발달과 이를 활용한 교수·학습에 관한 활발한 연구에 힘입어 뇌가 어떻게 학습하는지에 대해 더 많은 것을 알게 되었다. 그리고 이 시기에 교육과 뇌과학 분야 간의 진지한 대화와 협력이 활발히 이루어졌다. 이를 통해 그동안 지속적으로 문제가 되었던 뇌 속설에 대한 과학적 비판이 이루어지고 나아가 교실 수업에서 교사가 활용할 수 있는 과학적 통찰을 얻을 수 있었다. 이러한 노력은 ‘뇌교육학’(neuroeducation), ‘교육뇌과학’(educational neuroscience), ‘마음·뇌·교육’ 융합과학(mind, brain and education: MBE science) 등의 용어를 낳게 되었고, 지금은 하나의 융합학문으로 자리매김하였다. 최근에는 현대 과학적 용어로 수업 실천을 고려하는 노력을 뭉뚱그려 ‘학습과학’(Science of Learning: SoL)¹이라고 부른다.

학습과학은 교육 현장에 어떤 방식으로 기여하게 될까? 이에 대한 오해나 잘못된 기대가 없어야 하겠다. 학습과학은 교실 수업을 개선하기 위한 뇌 기반 교육 프로그램을 개발하고 제공하는 것보다, 교사들이 실제 교실에서 적용할 수 있는 통찰력을 제공하고 학습에 대한 과학적 이해를 높이는 데 주력한다. 다시 말해, 학습과학은 교수·학습에 대한 특정 모델이나 고정된 지침을 제시하지 않는다. 또한 교사들이 모든 수업에 절대적으로 따라야 하고 모든 상황에 두루 적용 가능한(one-size-fits-all) 교수법이나 처방서(prescription)도 제공하지도 않는다. 따라서 교사는 학습이 일어나는 원리와 교실에서 관찰되는 현상을 기반으로 자신만의 결정을 계속 내려야 한다. 실제로 학습과학에 대한 전문 사이트인 http://www.scienceoflearning-ebc.org/에서는 ‘학습을 위한 EBC 프레임워크’의 개발 의도를 다음과 같이 설명하고 있다.

“학습 과학 EBC 프레임워크는 효과적인 교수법에 대한 어떠한 처방전도 제공하지 않는다. 대신, 이 프레임워크는 교실 학습의 기본 절차에 대한 흥미로운 통찰력을 제공할 수 있는 일련의 개념이다. 이 프레임워크는 교사가 학습과 관련하여 자신의 실천에 대해 이야기하고 성찰하며 발전시키는 데 도움이 되는 도구로 설계되었다.”

하지만 학습과학의 주요 원리를 교실 수업에 어떻게 효과적으로 적용할 수 있을까에 대한 연구는 지속되고 있다. 학습과학은 앞으로 교사 양성 프로그램이나 연수에 필수적으로 포함되어야 할 것이다. 가르치는 것은 뇌를 변화시키는 기술이며, 교사는 학습자의 뇌를 변화시키는 사람이기 때문이다. 교사가 수업할 때 학생들의 뇌에 어떤 일이 일어나는지를 모르면서 학습자의 뇌를 효과적으로 변화시키는 것은 불가능하다. 최근 서울대학교에 ‘학습과학연구소’가 설립된 것은 매우 반가운 소식이 아닐 수 없다.

1. 뇌의 학습모델 2가지

뇌가 어떻게 학습하는지에 대한 대표적인 모델로는 크게 두 가지를 들 수 있다. 하나는 인지주의 심리학을 바탕으로 20세기 후반기에 탄생하고 발전한 ‘정보처리모델’(information processing model)이고, 다른 하나는 21세기 들어 국제 뇌 연구 기구(IBRO)와 유엔 교육, 과학 및 문화 기구(UNESCO)의 국제 교육국(IBE)과의 협력으로 IBRO/IBE-UNESCO 학습과학 펠로우십에서 수행한 연구의 한 결과물인 ‘학습을 위한 EBC 프레임워크’(Engage-Build-Consolidate framework for learning)라고 할 수 있다.

1) 정보처리모델

<도표 1> 정보처리모델(Atkinson and Shiffrin, 1977; Baddeley and Hitch, 1974)

이는 새로운 정보가 투입되고 저장되며 기억으로부터 인출되는 방식에 대한 연구를 통해 학습자의 내부에서 학습이 어떻게 일어나는지를 설명하는 모델이자 이론이다. 이 모델은 정보의 내적 처리과정을 컴퓨터의 처리과정에 비유하여 설명한다. 이 이론의 구조는 ‘정보 저장소(information storage)’와 ‘인지처리 과정(information processing)’의 두 가지 요소로 구성된다. 정보 저장소란 투입된 정보가 머무르는 곳으로 감각기억(sensory memory), 작업기억(working memory) 또는 단기기억(short-term memory), 그리고 장기기억(long-term memory)이라는 세 요소를 포함한다. 인지처리 과정이란 각각의 정보 저장소로부터 정보가 이동하는 것과 관계되는 처리과정을 의미하며, 주의집중(attention), 지각(perception), 시연(rehearsal), 부호화(encoding), 인출(retrieval)과 망각(forgetting) 등의 처리과정이 포함된다.

위 <도표 1>의 정보처리모델을 간단히 설명하면 이렇다: ① 외부 자극에 주의를 기울이면 중요하다고 생각되는 일부 자극만 의식의 개입 없이 감각기억(sensory memory)으로 등록된다. ② 이렇게 등록된 자극 중 학습자의 의지에 의해 주의를 받은 일부 정보만 단기 작업기억(working memory)으로 유입된다. ③ 장기기억(long term memory)의 관련 지식을 작업기억으로 불러와 참조하면서 새로운 정보를 해석하고 과제를 해결하며 의사결정을 한다. ④ 여기서 처리된 정보가 시연(rehearsal)이라는 반복적 연습을 통해 부호화(encoding)되면 정보가 장기기억에 저장되고 나중에 필요할 때 인출(retrieval)되는 것이 정보처리모델의 핵심이다.

이에 대한 더 자세한 내용은 ‘학습과학 새 연재(3) : 학습이 어떻게 일어나는가?(정보처리모델의 이해와 수업 적용)’(http://21erick.org/column/9146/)을 참고하시기 바란다.

2) 학습을 위한 EBC 프레임워크

<도표 2> 학습을 위한 EBC 프레임워크(Howard Jones 외, 2018)

<도표 1>의 ‘정보처리모델’이 인지심리학을 바탕으로 개발된 것이라면 <도표 2>의 ‘학습을 위한 EBC 프레임워크’는 마음(인지심리학), 뇌(뇌과학), 교육(교육학)의 융합적 연구에 의해 개발된 것이라 할 수 있다. 지난 25~30년 간 마음·뇌·교육 융합과학의 눈부신 발달로 뇌가 어떻게 학습하는가에 대해 더 많은 것을 알게 되었지만 과학적 연구란 것은 특정 주제에 관한 분절된 연구가 대부분이기 때문에 이를 교사가 교실 수업에 활용하기는 매우 어렵다. 뇌과학 분야의 연구를 교실 수업에서 활용하기 위해서는 뇌과학과 교육 간의 활발한 대화와 협업이 필요했고 그 결과 ‘학습을 위한 EBC 프레임워크’가 개발된 것이다. 교실 학습에 대해 생각하고 이야기하기 위한 간단한 프레임워크는 ‘① 학습을 위한 참여(Engagement for learning), ② 새로운 지식과 이해의 구축(Building of new knowledge and understanding), 그리고 ③ 학습의 응고화(Consolidation of learning)’라는 3가지 요소(범주)로 구성되어 있다. 여기서 유의할 점은 이 3가지 요소가 반드시 ‘참여 → 구축 → 응고화’처럼 순차적으로 일어나지는 않는다는 점이다. 편의상 이 순서로 소개되었지만, 실제로는 상황에 따라 순서가 달라질 수 있다.

이 프레임워크의 개발은 큰 의미가 있다. 이를 통해 다양한 뇌과학적 연구를 교실 수업에 맞도록 분류하고 본격적으로 다룰 수 있는 출발점이 될 수 있기 때문이다. 교사 교육 및 개발에 있어서 이제 학습과학에 기반한 핵심 교실 학습 방법을 설명하고 촉진하는 데 최소한의 기본적인 틀이 하나 마련된 것이다. 이는 다음과 같은 것을 가능하게 해준다(Paul Howard-Jones, 2019).

• 학습에 더 집중하는데 도움이 될 수 있다.
• 수업 설계(lesson planning)를 위한 효과적인 틀이 될 수 있다.
• 속설을 검증하고 잘못된 믿음을 해소하는 역할을 할 수 있다.
• 통찰력과 실천을 위한 실제적인 기반(foundation)을 제공할 수 있다.
• 교실에서의 교육 방식과 실천을 개선하고 혁신하는 데 도움이 될 수 있다.
• 교사에게 교수와 학습의 과학적 이해를 제공하여 전문성을 지원할 수 있다.

2. 정보처리모델의 수업 적용

다음은 정보처리이론에 따라 수업을 지도할 때 반드시 고려해야 할 8가지의 요소(Slate & Charlesworth, 1988)인, ‘주의, 능동적 학습, 의미성(meaningfulness), 정보의 조직화(organization), 선행 조직자(advance organizers), 숙달 후에도 계속 연습하기(overlearning), 자동화, 개인차의 고려’ 각각에 대해 적용할 수 있는 활동과 전략을 살펴본 것이다.

1) 주의(attention)

정보처리이론에 따르면 외부 정보(자극)는 주의를 기울일 때만 뇌의 시스템 안으로 들어온다. 그리고 뇌의 작업기억 시스템으로 들어온 정보는 주의를 기울일 때만 유지되기에 주의의 집중 없이는 학습도 일어나지 않는다. 따라서 모든 수업은 주의를 먼저 끈 다음 시작할 필요가 있다.

학습자의 주의를 끌기 위해서는 아래와 같은 전략이 효과적이다.

• 자료를 제시할 때 의미 있고, 새롭고 신기한(noble) 내용을 포함시킨다.
• 감정이 수반된 수업을 통해 학습자의 주의를 끈다.
• 교실 여기저기를 옮겨 다니며 몸짓·손짓(gestures)을 사용한다.
• 중요한 내용에 대해서는 억양과 음조를 바꾸거나 잠시 휴지를 두거나, 칠판에 필기함으로써 학생들의 집중을 유도한다.
• 나중에 발표할 때 포함시켜야 할 주요 내용 등을 사전에 짚어준다.
• 임의의 순서로 질문함으로써 학생들이 수업에 귀를 기울이게 한다.
• 주의 집중에 방해되는 요소들을 제거한다(조명, 온도, 소음, 불편한 의자 등).

2) 능동적 학습(active learning)

관련 연구에 따르면 학습자들은 학습에 능동적으로 참여할 때 가장 잘 배운다(Glover, Bruning, & Filbeck, 1983). 정보처리이론에 따르면 인간은 외부 자극에 수동적으로 반응하는 것이 아니라 능동적으로 처리하고 분석하는 존재다. 힘이 더 들기는 하지만 능동적 처리를 할 때 정보는 더 잘 기억된다. 따라서 효과적인 학습을 위해서는 다음과 같은 접근이 필요하다.

• 교사의 설명 중심의 수업 대신에 토론, 모둠활동, 개인적 활동 등을 강화한다.
• 활동 중심 수업 그 자체만으로는 학습이 강화되지 않는다. 인지적 노력이 많이 투입되는 활동일 때만 학습이 일어난다. 교사는 고등사고력을 발휘할 질문을 던짐으로써 활발한 토론을 유도한다.
• 인지적 노력의 발휘를 장려하기 위해서 나중에 과제를 평가한다는 것을 알린다.

3) 의미성(meaningfulness)

뇌는 의미가 있는 정보에만 주의를 기울인다. 수업에 임할 때 뇌는 가장 먼저 “이것은 내게 의미가 있는가?”라는 질문을 던진다. 이것이 생존에 유리하기 때문이다. 따라서 성공적인 수업을 위해서는 일차적으로 수업 자료를 ‘의미 있게(meaningful)’ 만들 필요가 있다. 의미는 학습자가 일반화된 지식, 규칙, 사실들 간의 관계를 파악할 때, 또 새로운 정보를 이미 알고 있는 지식이나 정보와 연결시킬 때, 정보가 학습자의 이해 수준을 넘지 않게 제시될 때 만들어진다. 교실 수업에서 의미성을 강화하기 위해 교사는 다음과 같은 활동을 할 수 있다.

• 학습자가 새로운 정보와 기존의 지식·경험 간의 관계를 파악할 수 있도록 돕는다.
• 새로운 개념에 대해 복수의 예를 제공함으로써 개념의 이해를 돕는다.
• 새로운 정보와 기존 정보 간의 관계를 좀 더 명확히 하기 위해 도식, 비유, 예시, 실연 등을 보여준다.
• 학습한 내용을 학습자의 삶에 어떻게 적용할지 아이디어를 내게 한다.
• 학습자로 하여금 정보를 자신의 언어로 다시 말해보게 한다.

이상의 활동들의 공통점은 학습자가 능동적으로 정보를 처리하고 정보 간에 존재하는 의미 있는 관련성을 도출할 때 더 잘 학습되고 기억된다는 것이다.

4) 정보의 조직화(organization)

정보를 깊이 이해하고 효과적으로 저장하기 위해서는 정보의 조직화가 필요하다. 정보의 조직화는 정보를 의미 있고 기억하기 쉽도록(in a meaningful and memorable format) 속성에 따라 체계적으로 결합하고 배열하는 것을 말한다. 대표적인 예로 도해 조직자(graphic organizer)를 작성하는 것, ‘소, 사자, 말’을 동물이라는 범주로 묶고, ‘사과, 체리, 복숭아’를 과일로 범주화(categorization)하는 것, 기억술의 일종인 시각 이미지(visual imagery)를 활용하는 것, 두문자어(acronym)를 활용하는 것, 열쇠 낱말법(keyword method)이나 위치법(loci method)을 활용하는 것 등이 있다. 정보의 조직화는 앞에서 살펴본 의미성과 긴밀한 관련이 있다. 잘 구조화되고 조직화된 정보는 그렇지 않은 정보에 비해 더 잘 기억된다. 정보의 조직화는 작업기억에서 정보가 일으킬 인지과부하를 줄이고 나중에 회상을 용이하게 해주는 장점이 있다. 정보의 조직화를 위한 방법으로는 다음과 같은 것들이 효과적이다.

• 교사가 새로운 자료를 제시할 때 체계적으로 결합하고 배열함으로써 의미가 명확하게 드러나도록 한다.
• 요점·개요 및 행동 목표의 제시를 통해 수업의 목적과 의미를 분명히 한다.
• 무엇을 검토하고 논할지 학생들에게 알려주고 설명한 내용을 요약하게 한다.
• 개요 작성하기, 노트 필기하기, 매핑하기(관련 있는 두 데이터 체계를 일정 규칙에 맞게 연관시키는 것), 개념 간의 관계 파악하기 등의 방법을 지도한다. 개념 간의 관계를 나타내는 유형에는 ‘~의 부분, ~의 유형, ~한 결과로 이어지다, ~에 유사한, ~을 특징으로 하는, ~에 대한 증거’ 등이 있다.
• 학생들로 하여금 자신의 능력껏 정보를 스스로 조직화해보도록 한다.

정보의 조직화는 단기기억으로 들어온 정보를 더 잘 이해·기억될 수 있는 형태로 조직하는 것인데 이는 부호화(encoding)의 핵심 요소이기도 하다.

5) 선행조직자(advance organizer)

새로운 정보의 이해는 관련 사전지식이 있을 때만 가능하다. 선행조직자는 학습자가 관련 사전지식을 갖추고 있지 못할 경우 학습과제를 쉽게 이해할 수 없으므로 교사가 학습과제를 본격적으로 제시하기 전에 관련 사전지식을 구축해 주는 역할을 한다. 선행조직자를 사용하는 기본적인 목적에는 다음 세 가지가 있다. ① 배울 내용 중 학습자가 주의를 기울여야 할 것이 무엇인지 알려주고, ② 제시될 학습 개념 간의 관계를 부각시키며, ③ 앞으로 나올 내용을 예측하고 어떤 내용을 중점적으로 탐구해야 할지 짐작할 수 있게 해준다. 선행조직자를 제시하는 궁극적인 목적은, 새로운 학습을 위한 개념적 틀(conceptual framework)을 부여하고, 학습자가 가지고 있는 사전지식과 새로운 학습을 연결지으며, 새로 학습한 내용을 장기기억으로 옮기는 작업인 부호화(encoding)를 효과적으로 촉진하는 데 있다(교육학용어사전, 1995). 선행조직자는 특히 내용 정리가 어렵고 주의가 산만한 학습자들이 새로 배울 내용을 쉽게 이해할 수 있도록 돕기 위해 자주 활용된다. 이렇게 선행조직자의 제시는 학습자의 이해와 기억을 돕는데 매우 효과적인 수업 전략의 하나이다.

수업에서 자주 사용할 수 있는 선행조직자로는 다음과 같은 것들이 있다.

• 단원목표로서 ‘학습자는 ~을 할 수 있게 된다’ 식으로 성취기준을 제시하기
• 당일 수업에서 다룰 주요 활동을 칠판에 적어 놓기(활동이 끝나면 하나씩 지워나감)
• 수업 중 답하거나 논해야 할 것을 질문 형태로 칠판에 적어 놓기
• KWL 차트²와 같은 도해 조직자(graphic organizer)를 활용하기

6) 숙달 후에도 계속 연습하기(overlearning)

숙달 후에도 계속 연습하기는 망각을 방지하고 전이(transfer)를 촉진하기 위해 이미 습득한 지식이나 기능을 반복적으로 연습하는 것을 일컫는다. 이를 위한 수업 활동으로는 다음과 같은 것들이 있다.

• 학습한 내용을 단순히 암기하는 대신에 의미 있게 반복하도록 한다.
• 자주 쪽지시험을 본다.
• 오늘의 수업을 어제 배운 내용에 관한 질문으로 시작한다.
• 매일 혹은 주기적으로 복습한다.
• 배운 내용을 학생 자신의 언어로 표현하게 하는 시험을 보거나 과제를 부여한다.

숙달 후에도 계속 연습하기를 통해 확실히 익힌 정보는 정보처리를 할 때 장기기억에서 불러오더라도 작업기억에 부하를 주지 않는다. 따라서 숙달 후에도 계속 연습하기는 작업기억에 결핍이 있는 아동들에게 특히 효과적이다.

7) 자동화(automaticity)

자동화는 의식적인 노력 없이 정보를 능숙하게 처리하는 것을 말하여, 숙달 후에도 계속 연습하기(overlearning)는 자동화를 위한 매우 효과적인 방법이다. 자동화된 지식은 작업기억(단기기억)의 공간을 거의 차지하지 않는다는 특징이 있다. 의미 있는 반복을 통해 정보를 자동적으로 불러올 수 있게 되면 학습자는 주의 자원을 새로운 학습에만 집중할 수 있게 된다. 예를 들어, 요가를 지도하는 숙련된 강사는 각 요가 동작이 자동화되어 있기 때문에 동작을 시범적으로 보여주면서 무리 없이 구두 설명까지 할 수 있는 것이다. 자동화를 위한 수업 활동으로는 다음과 같은 것들이 있다.

• 자동화 수준까지 숙달될 필요가 있는 지식·기능에 대해서는 의미 있는 연습의 기회를 반복적으로 제공한다.
• 아직 과제의 수행이 자동화되지 않은 학생들에게는 과제 수행을 위한 추가 시간을 제공한다.

자동화는 특히 학습이 느린 학습자들의 지도에 더욱 필요하다. 이들은 정보처리 속도가 늦어 만성적으로 작업기억 과부하를 겪게 된다. 이런 과부하를 줄이기 위해서는 반복적 연습을 통해 기본이 되는 지식을 자동화될 때까지 계속 연습시킬 필요가 있다.

8) 개인차의 고려(individual differences)

교사는 학습자들마다 정보를 처리하거나 학습하는 방식이 다르다는 것을 감안해 수업할 필요가 있다. 이를 위해 다음과 같은 조치를 고려할 수 있다.

• 학습 자료를 다양한 활동과 매체를 통해 제시한다.
• 다양한 난이도의 과제와 목표를 제시한다.
• 학생들로 하여금 각자 다른 자료와 방법을 사용해 학습 목표를 달성하는 것을 허용한다.
• 학습 목표 달성에 필요한 시간을 학생에 따라 달리 제공한다.
• 교사는 상위인지 능력 및 학습 방법의 구체적인 지도를 통해 개인차를 줄이도록 노력한다.

학습능력 차이의 대부분은 정보처리능력의 차이라 할 수 있다. 정보처리이론을 잘 이해할 때 개인차를 존중하는 수업을 할 가능성도 더 커진다.

3. EBC 프레임워크의 수업 적용

교수·학습은 다양한 변수를 가진 복잡한 과정이다. 따라서 교수·학습은 완벽한 사전 계획에 따라 실행되기 어려워 모든 교육 상황에 적용 가능한 규범적인 프레임워크(prescriptive framework)³가 존재하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 이 프레임워크의 핵심 원칙을 살펴보겠다. 수업 적용에 유용한 지침이 될 것이다.

1) 학습을 위한 참여(Engagement for learning)

EBC 프레임워크의 첫 번째 단계는 학생들을 참여시키는 것이다. 참여가 없으면 주의가 없고, 주의가 없으면 기억도 없다. 만약 기억이 없다면 학습이 일어나지 않았다는 뜻이다. 수업을 계획하고 전달할 때 고려할 수 있는 참여의 몇 가지 원칙은 다음과 같다:

(1) 개별화하고 맞춤화한다.

모든 뇌는 각기 다르다. 어떤 것이 어떤 사람에게는 효과가 있을 수 있지만, 다른 사람에게는 효과가 없을 수 있다. 따라서 수업을 계획할 때 학생들의 다양성을 고려하고, 학생마다 다른 방식으로 학습할 수 있도록 다양한 활동과 자료를 활용할 필요가 있다.

(2) 접근 반응(approach response)⁴을 촉진한다.

접근 반응은 수업을 계획하고 전달할 때 학생들에게 어떻게 접근해야 하는지에 관한 것이다. 학생들은 자신의 노력이 칭찬과 인정을 받을 때 뇌의 보상 시스템이 활성화되고, 호기심을 자극하는 새로운 정보를 제공할 때 뇌의 활동이 촉진된다. 또 선택권이 주어지고 우리나 다른 학생들과 주의를 공유할 수 있을 때, 그들의 뇌 보상 시스템이 활성화된다. 이러한 접근 방식을 사용하면 학생들이 수업에 더욱 열정적으로 참여하고, 학습 경험을 더욱 풍부하게 만들 수 있다.

(3) 두려움과 불안을 줄인다.

학생들이 위협을 느끼거나 새로운 정보, 새로운 경험, 또는 새로운 상황에 직면했을 때 두려움을 느끼는 경우, 그들은 의식적인 인지 기술을 효과적으로 발휘할 수 없다. 이것은 교사가 학생들과 화목한 관계를 구축하고, 실수와 오류가 학습 과정의 일부라는 인식 속에서 실수가 환영받는 안전한 환경을 조성해야 함을 의미한다. 유머와 재미도 공포와 불안을 줄이는 데 효과적이다.

(4) 신경가소성(neuroplasticity)⁵을 알려준다.

학생들에게 뇌가 가소성을 가지며 계속해서 새로운 연결을 형성하고 구조를 변경할 수 있다는 것을 설명하면서 학습이 뇌의 주요 활동 중 하나라는 것을 강조한다. 또 효과적으로 뇌를 변화시키기 위해 학생 스스로 학습에 대한 책임과 역할이 있다는 것을 인식시킴으로써 학생의 주체성(agency)을 강화하고 더 적극적으로 참여하도록 해야 한다. 나아가 학생 스스로 학습을 관리하고 개선할 수 있는 능력을 갖추게 도와주어야 한다.

2) 새로운 지식·이해의 구축(Building of new knowledge and understanding)

이제 학습을 위한 학생들의 참여가 있게 되면 그 다음은 그들이 새로운 지식과 기술을 그들의 뇌에 구축할 수 있도록 도움을 주어야 한다. 이것은 그들의 작업기억(working memory) 용량⁶이 제한적이라는 것을 인식하고 인지 과부하(cognitive overload)⁷가 일어나지 않도록 노력해야 함을 의미한다. Build의 세 가지 원칙은 다음과 같다:

(1) 사전지식을 활용하고 활성화한다.

사전지식은 집을 지을 수 있는 튼튼한 기반과 같다. 사전지식은 새로운 지식을 구축할 수 있는 기반이고 새로운 정보의 의미를 파악하는 열쇠라 할 수 있다. 예로, 영어에서 가정법 과거완료(third conditional)를 배울 때 단순 과거형과 과거완료형 시제가 사전지식이 된다. 과거형과 과거완료형을 알지 못하고는 가정법 과거완료를 효과적으로 배울 수 없다.

학습이란 새로운 지식을 기존의 사전지식에 연결시킴으로써 일어난다. ‘사전지식과의 연결’은 작업기억(단기기억) 상에 일시적으로 유지시키고 있는 정보와 작업기억으로 불러온 장기기억 속의 관련 사전지식을 비교하고 참조함으로써 새로운 정보의 이해에 이르는 과정을 말한다. 또 새로운 지식·이해의 구축을 위해서는 사전지식의 활성화 역시 중요하다. 사전지식의 활성화는 잠자고 있는 사전지식을 깨우고 앞으로 끄집어내어 새로운 정보와의 연결이 용이하도록 하는 것을 말한다. 예로, 가정법 과거를 배우기 직전에 과거시제와 과거완료시제를 간단히 살펴보는 것이 사전지식의 활성화이다. 사전지식의 활성화를 위해서는 알고 있는 것에 대해 곰곰이 생각해 보고 토론하기, 아는 것을 적어보기, 빈칸 채우기, 연습문제 풀기 등 수업에서 활용할 수 있는 다양한 방법이 있다.

(2) 작업기억의 제약을 고려한다.

작업기억은 용량이 제한적이어서 과다한 정보가 빠르게 유입되면 용량의 초과로 인지과부하기 일어난다. 따라서 교사는 이해하기 어려운 전문 용어나 복잡한 언어 사용을 지양하고 간결하고 명확한 의사소통을 통해 학생들의 작업기억의 부하를 줄이는 노력을 해야 한다. 또 비유와 스캐폴딩을 활용하여 복잡한 개념을 더 이해하기 쉽게 도울 수 있다. 또 수업 중 짧은 ‘뇌 휴식(brain breaks)’⁸을 주어 학생들이 짧게 쉬며 생각을 정리하고 집중력을 다시 높일 수 있다.

(3) 거울 신경(mirror neuron)⁹ 시스템을 적극 활용한다.

거울 신경은 사람이 어떤 행동을 직접 할 때나 타인의 그런 행동을 관찰할 때 똑 같이 활성화되는 신경세포 유형을 말한다. 타인의 행동을 나의 내면에 거울처럼 비춘다고 거울 신경이라는 이름을 갖게 되었다. 거울 신경은 타인의 행동을 모방하고 나아가 이와 연관된 타인의 감정을 공감하는 신경망이라고 할 수 있다.

인간은 다른 사람을 관찰함으로써 학습하는 놀라운 능력을 가지고 있다. 또한 다른 사람의 신체 언어를 기반으로 그들이 무엇을 느끼고 무엇을 생각하는지 예측할 수도 있다. 이 모든 것은 거울 뉴런 시스템 덕분에 가능하다. 이것은 교사가 의미를 전달하기 위해 제스처를 사용하고 학생들에게 긍정적인 영향을 미치기 위해 열정적으로 행동해야 한다는 것을 의미한다. 또한 실물 교재(realia)와 제스처를 활용한 시범은 교사가 인지 과부하의 위험을 줄이기 위한 훌륭한 방법이 될 수 있다.

3) 학습의 응고화(Consolidation of learning)

새로운 기억은 우리가 그것을 반복 연습하고 적용하지 않으면 빠르게 망각된다. 따라서 망각이 일어나기 전에 습득한 정보를 응고화(consolidate)시킬 필요가 있다. 여기서의 응고화는 기억 응고화(memory consolidation)를 말하며 뇌가 단기기억에서 포착한 정보를 장기기억으로 변환하는 일련의 과정으로서 최초의 정보 습득 이후 기억의 흔적이 안정되는 과정을 말한다. 새로 학습한 내용을 기존의 관련 정보와 통합하는 과정이며 기억 공고화라고도 한다. 다음은 응고화의 세 가지 원칙이다.

(1) 연습(practice)과 시연(rehearsal)

단기기억의 정보를 장기기억에 저장시키기 위해서는 연습과 시연이 필수적이다. 연습은 특정 기술, 능력, 지식 또는 활동을 개선하고 향상시키기 위한 활동을 말한다. 한편 시연은 제시된 정보를 계속해서 반복적으로 되뇌는 것을 말하며, 이에는 유지시연(maintenance rehearsal)과 정교화 시연(elaborate rehearsal) 두 가지가 있다. 전자는 정보를 마음속에서 그대로 되뇌는 것이고, 후자는 기억하고자 하는 정보를 이미 알고 있는 정보와 연결하여 의미를 부여하는 방식으로 반복하는 학습 활동(예: 정보를 조직하기, 정보를 자신의 언어로 다시 말해보기, 토론하기, 요점을 설명하기, 예를 생각해 내기, 정보를 마음속에 이미지화하기, 기억술의 활용 등)을 말한다. 정보가 회상될 가능성은 부호화 과정 중에 그것이 얼마나 많은 주의(attention)를 받고 시연(rehearsal)되었는지에 달려 있다. 어떤 단어가 단기기억에 있는 동안 많이 시연될수록 더 잘 기억된다.

(2) 지식의 적용(applying knowledge)

새로운 지식과 기술(skills)을 학습할 때, 학생들은 자신의 기존 지식과 경험을 토대로 새로운 정보를 이해한다. 따라서 학생들이 새로운 지식과 기술을 풍부하게 접할 기회를 가질 수 있어야 한다. 이를 위해 교사는 학생들에게 그래픽 오거나이저와 마인드 맵 작성, 짝이나 모둠 형태의 토론, 프로젝트 수행 등의 다양한 학습활동을 제공함으로써 지식을 적용하는 방법을 배울 수 있도록 해야 한다. 이러한 과정을 통해 그들은 자신의 인지 모형(mental model)¹⁰을 업데이트하고 더 풍부하게 할 수 있으며, 이것은 새로운 정보와 기술을 더 깊게 이해하고, 그것들을 다양한 상황에서 활용할 수 있는 능력을 개발하는 데 도움이 된다.

(3) 수면(sleep)

학습의 응고화(consolidation)는 일반적으로 수면 중에 일어난다. 수면 중에 뇌는 다양한 학습 경험을 처리하고 장기기억에 저장하는 데 중요한 역할을 한다. 수면 중에는 단기기억이 장기기억으로 옮겨지고, 새로운 정보를 연결하거나 기존 지식과 통합하는 과정이 진행된다. 따라서, 수면은 어제의 학습을 더 영구하게 만들어주는 역할을 한다. 또한 비수면 중에 갖는 뇌 휴식도 학습의 응고화에 크게 도움이 된다.

기억 응고화를 돕는 데 효과적일 수 있는 가장 간단한 전략 중 하나는 학생들에게 수업 당일 관련 숙제를 내주고 이를 하도록 하는 것이다. 이를 통해 수면 중 응고화를 유도할 수 있을 뿐만 아니라 숙제를 할 때 학교에서 학습한 내용을 다시 인출하게 되므로 이 역시 장기기억을 강화하게 된다.

[이전 칼럼]

• 학습과학 새 연재(24) : 강의식 수업을 더 흥미롭고 기억에 남게 만드는 8가지 팁(tip)

• 학습과학 새 연재(23) : 감정의 힘, 학습과 몰입을 이끈다

[참고 문헌]

• 이찬승 (2021). 학습과학 새 연재(3) : 학습이 어떻게 일어나는가?(정보처리모델의 이해와 수업 적용).
http://21erick.org/column/9146/
• 이찬승 (2022). 학습과학 새 연재(4) : 학습의 엔진, 작업기억(working memory).
http://21erick.org/column/9236/
• Andre Hedlund (2020). ENGAGE, BUILD, CONSOLIDATE: AN EFFECTIVE FRAMEWORK FOR LESSON PLANNING.
https://infocus.eltngl.com/2020/11/11/engage-build-consolidate-an-effective-framework-for-lesson-planning/
• Atkinson, R.C.; Shiffrin, R.M. (1977). “Human Memory: A Proposed System and ITS Control Processes”, Human Memory, Elsevier, pp. 7-113.
• Baddeley and Hitch (1974). “Working Memory”, Psychology of Learning and Motivation, Elsevier, pp. 47–89.
• Paul Howard-Jones, (2019). Effective teaching and its relation to our scientific understanding of learning.
https://solportal.ibe-unesco.org/articles/effective-teaching-and-its-relation-to-our-scientific-understanding-of-learning/

• Paul Howard-Jones (2019). Consolidation of learning.
https://solportal.ibe-unesco.org/articles/consolidation-of-learning/
• Paul Howard-Jones et al. (2018). Applying the science of learning in the classroom.
https://my.chartered.college/impact_article/applying-the-science-of-learning-in-the-classroom/
• Slate & Charlesworth (1988). Information Processing Theory [microform] : Classroom Applications.
chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://files.eric.ed.gov/fulltext/ED293792.pdf

각주

학습과학(Science of Learning: SoL) – 학제적 분야(interdisciplinary field)로 학습이 어떻게 일어나는가에 대한 과학적 이해와 함께 효과적인 학습을 지원하기 위한 학습 환경의 설계와 실행에 대한 연구까지 포함하는 학문 영역이다. 학습과학에 대한 연구는 인간의 학습을 다루는 전통적인 인지심리학, 사회심리학뿐만 아니라 컴퓨터과학, 교육심리학, 뇌신경과학, 인류학 등의 이론이 학제간으로 접목되고 있다. 학습과학의 주요 관심 대상은 커리큘럼 설계, 비공식 학습 환경, 교수방법, 정책 개혁 등으로 그 범위가 확대되고 있다.
KWL 차트 – 효과적인 수업 지도를 위한 전략으로서 3가지 요소 ‘① K(Know) – 내가 알고 있는 것, ② W(Wonder) – 내가 알고 싶은(궁금한) 것, ③ L(Learned) – 내가 새롭게 배운 것’으로 구성된 조직자(organizer)이다. 학습자를 수업에 끌어들이고 사전지식을 활성화하며, 수업 목표를 공유하고 학습자의 학습을 모니터링하는 데 그 목적이 있다.
규범적인 프레임워크(prescriptive framework) – 학생들에게 어떤 내용을 어떻게 학습해야 하는지에 대한 엄격한 지침과 규정을 명시한 틀. 이런 접근은 학생들에게 일정한 틀 안에서의 학습을 강요하거나 표준화된 교육 방식을 사용하는 경향이 있기 때문에 학생들의 다양한 학습 스타일과 요구에 대응하기 어려울 수 있다.
접근 반응(approach response) – 학생들이 어떤 자극 또는 활동에 대해 긍정적으로 반응하거나 접근하는 것을 나타내는 개념이다. 이것은 학생들이 노력에 대한 칭찬을 받거나 호기심을 자극하는 새로운 정보를 제공받거나, 선택권이 주어지거나 다른 학생들과 주의를 공유할 수 있을 때, 학습 환경이 더 매력적으로 느껴질 때 활성화되는 학습과 관련된 신경 기반의 반응을 말한다. 유해한 자극을 회피하려는 ‘회피 반응’(avoidance response)과 대조되는 개념이다.
신경가소성(neuroplasticity) – 뇌가 새로운 학습이나 경험에 따라 기존의 신경망을 새롭게 구축하면서 그 형태를 바꾸어 나가는(신경세포 간의 연접관계가 강화되거나 약화되는) 특성을 말한다. 즉 신경가소성은 뇌의 항구적 변화 능력을 일컫는다.
작업기억(working memory) 용량 – 매우 제한적이다. 어떤 특정 순간에 동시에 다룰(유지할) 수 있는 정보의 항목 수가 성인의 경우도 4-5개 정도에 불과하다.
인지 과부하(cognitive overload) – 교사가 학습자에게 너무 많은 정보나 과제를 동시에 제공함으로써 학습자가 이를 미처 처리할 수 없는 상태를 일컫는다. 즉, 인지 과부하는 과제 해결에 요구되는 인지 자원의 양이 인지 구조가 보유하고 있는 자원의 용량을 초과함으로써 정보처리가 정상적으로 일어날 수 없는 현상을 말한다.
뇌 휴식(brain breaks) – 수업 지도 중간에 피곤해진 뇌에 산소 공급을 늘리고 집중력을 다시 높이기 위해 5분 이내의 짧은 휴식 시간을 갖는 것을 말하는데 신체 활동을 수반할 때 효과적이다.
거울 신경(mirror neuron) – 주로 뇌섬엽(insula), 전측 대상회(anterior cingulate) 영역에서 관찰된다.
인지 모형(mental model) – 사람이 그들을 둘러싼 모든 환경을 예측하고, 설명하고, 주어진 상황 또는 문제를 이해하고 해결할 때 사용하는 생각의 틀이나 구조이다. 인지 모형은 개인의 경험, 지식 및 사고방식에 따라 다를 수 있으며, 주관적인 이해와 해석을 반영한다. 인지 모형은 복잡한 현실을 단순화하고 이해하기 쉽도록 만들어주며, 새로운 정보나 경험을 수용하고 적응하는 데 사용된다.

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