교육을바꾸는사람들

필자는 최근 한 대학에서 대학원생과 일반인을 대상으로 “수업 혁신, 학습과학에서 답을 찾다”라는 주제로 온라인 강의를 진행했다. 이 강의는 현장 교사들이 궁금해할 만한 질문을 사전에 제시하고, 이에 대한 답을 찾아가는 방식으로 구성되었다.

 

<도표 1> 학습과학과 관련하여 현장 교사가 궁금해할 핵심 질문 9가지

1. 학습과학이란 무엇이고, 왜 이에 대한 관심이 점점 더 커지고 있는가? 2. 학습과학을 왜 알아야 하는가, 알면 무엇이 좋아지나? 3. 학습과학의 가장 기본적인 원리는 무엇인가? 4. 학습과학이 교수·학습에 주는 주요 통찰은 무엇인가? 5. 학습과학이 주는 통찰력은 어떻게 길러지는가? 6. 내가 하는 수업이 효과적인지 아닌지를 어떻게 판단할 수 있는가? 7. 검증된 학습과학적 교수법이라면 원리를 모른 채 적용해도 무방한가? 8. 학습과학을 적용하면 실제 교육적 효과가 큰가? 9. 학습과학은 어떤 학생층에 가장 도움이 되나?

(위의 질문을 클릭하면, 해당 위치로 바로 이동합니다.)

 

수강하신 분들 중 많은 분이 이 질문의 답을 궁금해했기에, 강의 내용을 수정·보완하여 ‘교육을바꾸는사람들’이 발행하는 저널 「교육, 제4의 길」 독자들과 공유하고자 한다. 도움이 되길 바란다.

 

 

<질문 1> 학습과학이란 무엇이고, 왜 이에 대한 관심이 점점 더 커지고 있는가?

 

학습과학(Science of Learning)은 인간이 어떻게 배우는지를 과학적으로 탐구하는 학제 간 연구 분야이다. 인지심리학, 신경과학, 교육학, 인공지능(AI), 데이터과학 등 다양한 분야의 연구를 바탕으로 학습 과정과 효과적인 교수법을 분석하고 최적화하는 것을 목표로 한다.

 

교육 분야에서 학습과학이 갖는 주된 관심은 다음 두 가지이다.

 

• “뇌에서 학습이 어떻게 일어나는가?”
• “뇌에서 학습이 어떻게 일어나는가?”에 대한 깊은 이해를 바탕으로 어떻게 효과적으로 수업을 설계하고 가르칠 것인가?

 

학습과학(SoL)이라는 표현은 포괄적인 개념이어서 영어 사용권에서는 Science of Learning(SoL)과 Science of Learning in Education(SoLE)을 구분해 사용되는 경향이 있다. 이 둘의 특성을 비교하면 다음과 같다.

 

<도표 2> SoL과 SoLE 비교

개념	Science of Learning(SoL)	Science of Learning in Education(SoLE)
연구 범위	학습 전반(뇌, 인지, 행동, AI 등)	교육 환경 내 학습 원리 적용 (신경과학, 인지과학, 심리학 등 융합적 접근)
관련 학문	신경과학, 인지과학, 심리학, AI 등	신경과학, 인지과학, 심리학, 교육학, 교수설계 등
적용 대상	인간, AI, 동물 등 모든 학습 시스템	학생, 교사, 학교, 교육 정책, 교수·학습 방법
초점	학습의 기본 원리 탐구	교육 현장에서 학습 원리 실용화 및 최적화

 

위 <도표 2>에서 보듯이 SoL은 학습의 기본 원리를 탐구하는 학제 간 연구 분야로, 신경과학, 인지과학, 심리학, AI 등의 연구를 통해 학습이 어떻게 이루어지는지를 설명하는 핵심 개념과 법칙을 규명한다. 주의의 중요성, 작업기억과 장기기억의 관계, 인지 부하 이론, 학습과 감정의 연관성, 사전지식의 역할, 능동적 학습의 효과 등 다양한 원리를 포함한다.

 

반면, SoLE는 SoL의 원리¹를 교육적 맥락에 맞게 실천적으로 적용하는 것을 목표로 한다. 신경과학, 인지과학, 심리학, 교육학, 교수설계 등의 연구를 바탕으로 교실 내 학습 최적화를 목표로 하며, 교사 연수, 수업 설계, 학습 자료 제작, 평가 방식 개선 등에서 SoL의 원리를 실천적으로 활용하는 방법을 연구한다.

 

21세기 들어 학습과학에 대한 관심이 크게 증가한 이유는 무엇일까? 서울대학교는 학습과학연구소를 설립해 연구를 시작했으며, 학습과학의 원리를 수업에 활용하려는 교사 중심의 학습과학 네트워크가 결성되어 정기적인 모임을 통해 학습뿐만 아니라 교육 현장에 맞는 교수법 개발도 활발히 진행하고 있다. 학습과학이라는 용어는 오래전부터 사용되어 왔지만, 21세기 들어 그 중요성이 더욱 부각되고 있다. 그 이유는 다음과 같다.

 

첫째, 교실 교육 혁신에 중요한 통찰을 제공하기 때문이다. 전통적인 교육 방식에서 벗어나 보다 효과적인 교수법을 개발하는 데 학습과학이 중요한 역할을 하고 있다. 예를 들어, 인지 부하 이론을 적용하면 한꺼번에 너무 많은 정보를 제공하는 대신 핵심 개념을 단계적으로 나누어 설명하는 방식이 효과적임을 알 수 있다. 또한, 간격 반복 학습(spaced repetition), 능동적 학습(active learning) 등 학습과학에서 검증된 원리가 현대 교육에서 점점 더 강조되고 있다.

 

둘째, 교육 형평성을 실현하는 데 강력한 도구가 되기 때문이다. 21세기 들어 많은 나라에서 사회·경제적 배경에 따른 학업 성취도 격차가 심화되고 있으며, 이를 완화하기 위해 학습과학이 주목받고 있다. 특히 학습에 어려움을 겪는 아동들에게 학습과학의 원리를 적용하면 효과적이라는 연구 결과가 이를 뒷받침한다. “일부 학생들에게는 필수적이며, 모든 아동에게 유익하다(Essential for Some, Good for All)”는 주장이 널리 공감을 얻고 있으며, 학습과학 기반의 교수법은 학습 부진을 예방하는 데도 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 사전지식을 충분히 보완한 후 수업을 진행하면 출발선의 차이를 줄일 수 있으며, 이는 궁극적으로 교육 격차 해소에도 기여할 수 있다.

 

또한, 21세기 교실에는 신경다양성(neurodiversity)²을 가진 학생들이 점점 증가하고 있다. 이들을 효과적으로 이해하고 지원하기 위해서는 모든 교사가 교육신경과학의 기초 지식을 갖추는 것이 필수적이다.

 

셋째, AI 및 교육 기술의 발전 때문이다. 학습과학은 인공지능 기반의 맞춤형 학습 시스템 개발에 활용되며, 학습 데이터 분석을 통해 개별 학습자의 이해도와 학습 패턴을 파악하는 데 기여하고 있다. 예를 들어, 적응형 학습 시스템(adaptive learning)은 학습자의 수준과 속도에 맞춰 맞춤형 교육 콘텐츠를 제공하며, 이는 학습과학의 연구 성과를 기반으로 설계된다.

 

이처럼 학습과학은 교육, 기술, 인공지능, 기업 교육 등 다양한 분야에서 학습 효과를 극대화하는 데 기여하며, 미래 사회에서 더욱 중요한 연구 분야로 자리 잡고 있다.

 

 

<질문 2> 학습과학을 왜 알아야 하는가, 알면 무엇이 좋아지나?

 

학습과학의 필요성은 다음의 인용문에서 잘 드러난다.

 

“뇌에서 학습이 어떻게 일어나는지를 이해하지 못하고 가르치려는 것은 세탁기가 어떻게 작동하는지 모른 채 세탁기를 고치려는 것과 같다.”

(Dehaene, 2009)

 

“과거 의사들은 의술이 지금처럼 발전하기 전에는 자신의 직관과 경험에 의존해 환자를 치료할 수밖에 없었다. 그러나 이제는 그렇지 않다. 모든 의사는 분자 및 세포 수준의 생물학을 공부하며, 이를 통해 더 정확한 진단을 내린다. 마찬가지로, 교사들이 개인적 직관과 경험에만 의존하는 시대는 지났다. 교사들은 이제 학습과학을 기반으로 뇌가 어떻게 학습하는지, 학습을 최적화하는 방법을 이해하고 가르쳐야 한다.”

(ASCD)

 

또한, 학습과학에 대한 깊은 이해가 교사에게 미치는 긍정적인 영향은 다음과 같은 연구 결과를 통해 확인할 수 있다.

 

1) 학습과학의 이해가 교사에게 주는 긍정적 변화

 

학습과학을 깊이 이해한 교사는 다음과 같은 긍정적인 변화를 경험한다.

 

① 긍정적 교실 분위기를 조성하고 학생들의 적극적인 참여와 동기 부여를 촉진.
② 뇌의 작동 원리에 맞춰 수업을 최적화하고 새로운 교수법을 시도(Chang et al., 2021).
③ 신경다양성 학생들(neurodivergent learners)³의 요구와 부정적인 행동을 더 잘 이해하고 융통성 있게 대처할 수 있게 됨.

예:
• <부정적 행동 1> “됐어요. 신경 쓰지 마세요.” (무심하고 건조한 태도로 대화 단절)
⇒ 이해의 관점: “아, 이 학생은 아직 억제와 조절을 담당하는 전두엽이 충분히 발달하지 않은 상태구나. 짜증을 내는 걸 보니 요즘 많이 힘든가 보다. 혹은 스트레스를 많이 받아 편도체가 과활성화된 상태일 수도 있겠네.”
• <부정적 행동 2> “쟤는 왜 수업 태도가 저렇게 산만할까?”
⇒ 이해의 관점: “작업기억 용량이 작아서 그런 것 아닐까? 내가 배경지식을 먼저 제공하고 수업을 했어야 했구나.”
• <부정적 행동 3> “쟤는 왜 오늘 배운 것을 내일이면 까맣게 다 잊을까?”
⇒ 이해의 관점: “옷걸이에 해당하는 기초 지식이 없으니 어떤 옷을 걸어도 바로 바닥에 떨어질 수밖에 없지. 먼저 기초 지식부터 갖춰줘야겠군.”

④ 학생들과의 관계가 좋아짐(Hachem et al., 2022).
⑤ 신경과학 연수를 받은 교사의 학생들이 연수 받지 않은 교사의 학생들에 비해 성적이 향상됨.
⑥ 교육신경과학에 대한 이해를 통해 교사로서의 보람과 자긍심을 높이고 긍정적 자아 이미지를 형성(Hook and Farah, 2013a).

 

2) 학습과학의 이해가 주는 3가지 핵심 유익 (Dehaene)

 

① 깊은 통찰 제공
• 학습이 어떻게 이루어지는지 이해하면, 효과적인 교수법을 적용할 수 있다.
• 읽기, 쓰기, 셈하기, 논리적 사고 등의 핵심 학습 능력을 효율적으로 향상할 수 있다.

 

② 교사의 역할 수행에 도움
• 학습과학을 교사 양성과 연구 과정에 포함하면, 교사는 학생의 학습과 뇌 발달을 더 효과적으로 지원할 수 있다.
• 예를 들어, 수업 전 학생들의 사전 지식을 점검하고 활성화하면, 가정 배경에 따른 지식 격차를 줄일 수 있다.
• 이는 교육의 형평성을 높이는 중요한 요소가 된다.

 

③ 잘못된 교육 신화를 바로잡음
• 학습과학을 통해 학습과 뇌과학에 대한 오해를 바로잡을 수 있다.
• 잘못된 속설은 비효율적인 교수법을 초래하고, 학생들의 학습 효과를 저하시킬 수 있다.

 

♧ 대표적인 학습 관련 속설과 그 오류

과거 교육계에서 널리 퍼졌던 두 가지 주장이 있다. 그러나 학습과학 연구에 따르면 이는 대표적인 오해이다. 학습과학은 속설(myth)과 정설(truth)을 구분할 수 있게 해준다.

 

• 속설 1: “정보에 쉽게 접근할 수 있는 시대이므로, 학생들은 사실적 지식을 굳이 배울 필요가 없다. 대신, 비판적 사고력을 키우는 데 집중해야 한다.”
→ 그러나 연구에 따르면, 충분한 배경지식 없이 비판적 사고력을 발휘하는 것은 불가능하다. 배경지식이 있어야 논리적 사고와 문제 해결이 가능하다.

 

• 속설 2: “학생들이 어려운 문제를 스스로 해결하는 ‘발견학습’을 할 때 학습 효과가 극대화된다.”
→ 그러나 발견학습이나 탐구학습은 작업기억의 부담이 크므로, 중하위권 학생들에게는 오히려 인지 과부하를 초래해 학습 효과를 저해할 수 있다. 이는 결국 교육 격차를 더욱 심화시킬 수도 있다.

 

학습과학은 단순한 이론이 아니라, 교사의 역할 수행 방식과 학생들의 학습 효과를 근본적으로 변화시킬 수 있는 강력한 도구다. 이를 적극적으로 활용한다면 교육의 질을 한 단계 끌어올릴 수 있다.

 

 

<질문 3> 학습과학의 가장 기본적인 원리는 무엇인가?

 

학습과학은 신경과학, 인지과학, 심리학, 교육학 등 다양한 학문적 접근을 융합하여 학습이 어떻게 이루어지는지를 연구하는 분야이다. 특히 Science of Learning in Education(SoLE)은 이러한 학습과학의 원리를 교육 현장에 직접 적용하는 데 중점을 둔다.

 

SoLE의 가장 기본적인 원리는 다음과 같이 정리할 수 있다.

 

1) 학습은 능동적인 과정이다.
학습자는 단순히 정보를 받아들이는 존재가 아니라, 기존 지식과 경험을 바탕으로 새로운 정보를 구성하고 적용하는 능동적인 존재이다. 따라서 효과적인 학습 환경은 학생들이 스스로 사고하고 탐구할 수 있도록 설계되어야 한다.

 

2) 기억과 이해는 학습의 핵심이다.
학습은 장기기억이 변화하는 과정이다. 새로운 지식을 장기기억으로 정착시키려면 반복, 맥락화, 심층적 처리가 필수적이다. 단순한 이해를 넘어, 학습 내용을 적극적으로 활용하고 기존 지식과 연결할 때 더욱 깊이 있는 학습이 이루어진다.

 

3) 주의와 인지 부하 관리가 학습 성과에 영향을 미친다.
인간의 인지 자원(작업기억 용량)은 한정되어 있어, 너무 많은 양의 정보를 빠른 속도로 제공할 경우 인지과부하가 발생할 수 있다. 따라서 효과적인 수업 설계는 학습자의 인지적 부담을 줄이면서 핵심 개념에 집중할 수 있도록 이루어져야 한다.

 

4) 학습은 정서적 요인과 밀접한 관련이 있다.
학습자는 감정, 동기, 사회적 상호작용 등의 영향을 받으며, 이는 학습 과정에서 중요한 역할을 한다. 특히 긍정적인 학습 환경과 적절한 피드백은 학습 동기를 높이고 지속적인 학습을 유도하는 요소가 된다.

 

5) 개인차를 고려한 맞춤형 학습이 필요하다.
학생마다 인지 스타일, 배경지식, 학습 속도가 다르므로, 교수법도 이에 맞춰 조정될 필요가 있다. 차별화된 지도, 개별 맞춤형 피드백, 자기 조절 학습 전략을 활용하면 학습 효과를 극대화할 수 있다.

 

6) 사회적 상호작용과 협력 학습이 학습을 강화한다.
학습은 단순히 개인적 활동이 아니라, 다른 사람과의 소통을 통해 더욱 깊이 있는 이해가 가능하다. 토론, 협력 과제, 동료 피드백(peer feedback) 등은 학습의 질을 높이는 데 중요한 역할을 한다.

 

SoLE의 기본 원리는 단순히 학습에 대한 개념적 이해를 제공하는 것이 아니라, 교실에서 실질적으로 활용할 수 있는 가이드라인을 제공하는 데 초점을 맞추고 있다. 즉, 효과적인 교수·학습을 위해서는 학습과학의 연구 결과를 기반으로 한 교수 설계가 필수적이며, 교사는 학습과학적 원리를 바탕으로 교육적 결정을 내려야 한다.

 

 

<질문 4> 학습과학이 교수·학습에 주는 주요 통찰은 무엇인가?

 

학습과학이 교수·학습에 주는 통찰은 다양하다. 필자는 그중 핵심적인 8가지를 선정했다.

 

<통찰 1> 학습은 장기기억의 변화이다. <통찰 2> 깊이 생각한 것만 기억된다(기억은 생각의 잔여물!). <통찰 3> 뇌는 의미 있는 것에만 주의를 기울이고 기억한다. <통찰 4> 감정은 학습으로 가는 관문이다. <통찰 5> 새로운 학습은 사전지식의 바탕 위에 구축된다. <통찰 6> 작업기억은 용량이 제한적이기 때문에 인지과부하가 일어나기 쉽다. <통찰 7> 작업기억의 성능을 높이는 최선의 방법은 장기기억을 강화하는 것이다. <통찰 8> 교사는 학생의 뇌를 변화시키는 사람이다.

 

이러한 통찰이 의미하는 바는 무엇이며, 교수·학습에서 어떻게 적용될 수 있을까? 이를 정리하면 다음과 같다.

 

♣ <통찰 1> 학습은 장기기억의 변화이다.

 

“학습은 장기기억의 변화”라는 표현은 학습을 통해 우리가 기억하는 정보가 변화하거나 확장되는 과정을 의미한다. 즉, 새로운 정보가 기존 기억에 통합되거나 기존 기억이 수정되는 과정으로, 이를 통해 스키마가 확장되거나 새로운 패턴이 형성되어 기억이 더욱 정교하고 다채로워진다.

 

인지과학자인 폴 A. 키르슈너, 존 스웰러, 리처드 E. 클락(2006)은 Educational Psychologist 저널에서 “학습은 장기기억의 변화로 정의된다.”고 언급했다. 또한, 2012년 American Federation of Teachers를 통해 “모든 지도의 목표는 장기기억에 지식과 기술을 추가하는 것이다. 만약 장기기억에 아무것도 추가되지 않았다면, 아무것도 학습되지 않은 것이다.”라고 강조했다.

 

이 정의는 영국 학교 감사 기관인 Ofsted의 지침에도 반영되어 있다. Ofsted는 “학습은 장기기억의 변화로 정의될 수 있으며, 장기기억에 변화가 없다면 아무것도 학습되지 않은 것이다.”라고 명시하고 있다. 최근 호주에서도 이 개념을 받아들여 학교 교육 혁신을 추진하고 있다.

 

♧ 교육적 함의

 

1) 단기적인 이해보다 장기적인 기억 형성이 핵심이다.
학습이란 단순히 수업 시간에 내용을 이해하는 것이 아니라, 장기기억에 변화를 일으키는 과정이다. 따라서 교사는 학생들이 개념을 단기적으로 이해하는 것에 그치지 않고, 이를 장기적으로 기억할 수 있도록 수업을 설계해야 한다.

 

2) 장기기억으로 전이되지 않으면 진정한 학습이라 할 수 없다.
학생들이 배운 내용을 오랫동안 기억하지 못하거나 활용할 수 없다면, 그것은 진정한 학습이 아니다. 교사는 학생들이 장기기억에 정보를 효과적으로 저장할 수 있도록 반복 학습, 심화 학습, 적극적 인출 연습(retrieval practice) 등의 전략을 활용해야 한다.

 

3) 스키마 형성과 확장이 중요하다.
학습이 이루어진다는 것은 기존의 기억 구조(스키마)가 확장되거나 새롭게 정교화되는 과정이다. 따라서 교사는 학생들이 새로운 개념을 기존의 지식과 연결할 수 있도록 돕고, 의미 있는 방식으로 정보를 조직할 수 있도록 지도해야 한다.

 

4) 평가는 장기기억 변화를 측정해야 한다.
학생들의 학습을 평가할 때, 즉각적인 이해를 확인하는 것만으론 충분하지 않다. 일정 시간이 지난 후에도 내용을 기억하고 적용할 수 있는지를 점검하는 것이 중요하다. 이를 위해 누적 평가(cumulative assessment)나 간격 반복(spaced repetition) 같은 전략이 필요하다.

 

♣ <통찰 2> 깊이 생각한 것만 기억된다(기억은 생각의 잔여물!).

 

이는 대니얼 T. 윌링햄(Daniel T. Willingham)이 한 말로, 그의 저서 『Why Don’t Students Like School?』 (왜 학생들은 학교를 좋아하지 않을까?)에서 언급된 개념이다.

 

한편, “기억은 생각의 잔여물이다(Memory is the residue of thought).”라는 문장은 학습과 기억 형성의 핵심 원리를 강조한다. 즉, 우리가 깊이 생각한 것만이 기억에 남는다는 뜻이다. 단순히 정보를 보고 듣는 것만으로는 장기기억에 저장되지 않으며, 이를 적극적으로 사고하고 연결 지어야 효과적으로 기억할 수 있다는 것이다.

 

♧ 교육적 함의

 

1) 학생들의 능동적 사고를 촉진해야 한다.
단순히 정보를 제공하는 것만으로는 학습이 장기기억에 정착되지 않는다. 교사는 학생들이 스스로 사고하도록 유도하며, 개념을 설명하거나 새로운 상황에 적용해 보는 기회를 제공함으로써 학생들이 깊이 있는 사고를 할 수 있도록 돕는다.

 

2) 깊이 있는 사고와 처리를 적극적으로 유도한다.
단순한 암기를 넘어서, 학생들이 학습한 내용을 깊이 사고하고 처리할 수 있도록 해야 한다. 문제 해결, 토론, 요약, 개념 간 비교 등 다양한 사고 활동을 통해 학생들이 정보를 더 잘 연결하고 기억할 수 있도록 돕는다.

 

♣ <통찰 3> 뇌는 의미 있는 것에만 주의를 기울이고 기억한다.

 

“인간의 뇌는 위험이 존재하는 환경 속에서 ‘생존’과 ‘에너지 절약’을 우선하도록 진화했고, 생각하는 용도로 설계되지 않았다”

리사 펠드먼 배럿(Lisa Feldman Barrett)

 

위 배럿의 말처럼 뇌는 ‘생존’과 ‘에너지 절약’을 위해 의미 있는 정보에만 주의를 기울이고 저장한다. 즉, 뇌는 다음 두 질문에 대한 답이 “예(YES)”인 정보만 장기기억에 저장한다.

 

• 이것은 내게 의미가 있는가?(Does this have meaning? What’s in it for me?)

• 이것은 이해되는가? (Does this make sense?)

 

<도표 3> 기억 저장을 위한 조건과 가능성 (Sousa, D. 2022)

♧ 교육적 함의

 

1) 학생들이 학습 내용을 ‘의미 있는 것’으로 받아들이도록 해야 한다.
• 뇌는 의미를 부여할 수 있는 정보에 주의를 기울이고 기억한다. 따라서 교사는 학생들이 학습 내용과 자신의 경험, 관심사, 목표를 연결할 수 있도록 도와야 한다.
• 실생활과 연계된 예시, 학습의 목적을 명확히 전달하는 것이 중요하다. 예를 들어, “이 개념이 나에게 어떤 의미가 있을까?”라는 질문을 유도하면 학습 효과가 높아진다.

 

2) 이해되지 않는 정보는 기억되지 않는다.
• 학생이 정보를 단순히 암기하는 것이 아니라, 이를 논리적으로 이해하고 기존 지식과 연결할 수 있어야 한다.
• 교사는 개념을 구조적으로 설명하고, 시각적 자료, 이야기(storytelling), 비유 등을 활용해 학생들이 쉽게 이해할 수 있도록 도와야 한다.

 

3) 학습 내용의 중요성을 강조해야 한다.
• 학생들은 “이것이 왜 중요한가?”를 인식할 때 더 깊이 학습한다. 단순한 정보 전달이 아니라, 학습이 삶과 미래에 어떤 영향을 미칠지 강조해야 한다.
• 예를 들어, 수학 개념을 가르칠 때 단순한 문제 풀이가 아니라, 그 개념이 실제 문제 해결(예: 금융, 과학, 공학)에 어떻게 적용되는지를 보여주면 학습 동기가 증가한다.

 

4) 정서적 요소(감정)를 학습과 연결하면 기억이 강화된다.
• 감정적으로 강한 경험은 더 오래 기억된다. 교사는 감동적인 이야기, 놀라운 사실, 논쟁적인 질문 등을 활용해 학생들의 감정을 자극하는 방식으로 수업을 구성할 수 있다.
• 예를 들어, 역사 수업에서 단순한 연대기 나열이 아니라, 당시 사람들의 삶과 감정을 생생하게 전달하는 이야기를 활용하면 학생들이 더 깊이 몰입하고 기억할 가능성이 높아진다.

 

학생의 뇌가 자연스럽게 의미 있는 것에 주의를 기울이고 기억한다는 점을 고려하면, 교사는 학습 내용을 학생들의 삶과 연결하고, 이해하기 쉽게 전달하며, 감정적으로 몰입할 수 있는 환경을 조성해야 한다. 이를 통해 단순한 정보 전달이 아닌, 깊이 있는 학습이 이루어질 수 있다.

 

♣ <통찰 4> 감정은 학습으로 가는 관문이다.

 

학습자의 감정 상태가 부정적일 때(예: 두려움, 분노, 슬픔 등), 학습을 위한 뇌의 경로는 차단되거나 약화되어 학습이 저하되거나 완전히 중단된다. 반면, 긍정적인 감정 상태(예: 즐거움, 행복, 만족 등)가 형성되면 학습을 촉진하는 뇌의 경로가 활성화되어 학습의 길이 열린다. 그래서 감정은 ‘학습을 위한 온-오프 스위치’에 비유되기도 한다. 이 역할을 변연계의 편도체가 담당하며, 편도체는 ‘전환역(switching station)’이라는 명칭을 갖고 있다.

 

이처럼 감정은 주의를 끌어내며, 주의는 학습과 기억을 이끄는 원동력이 된다. 즉, 감정은 우리가 어떤 자극에 주의를 기울이고, 무엇을 학습하고 기억할지를 결정한다(Kovalik, 2009). 결국, 감정은 학습 과정에서 단순한 요소가 아니며, 정보 처리와 주의의 흐름을 결정짓는 중요한 기제로 작용한다.

 

♧ 교육적 함의

 

1) 감정은 학습의 출발점이다
• 부정적 감정(두려움, 불안 등)은 학습을 방해하고, 긍정적 감정(즐거움, 만족 등)은 학습을 촉진한다.
• 교사는 학생들이 정서적으로 안전하고 긍정적인 환경에서 학습할 수 있도록 해야 한다.

 

2) 감정이 주의를 결정한다.
• 학생들은 감정적으로 연결된 정보에 더 주의를 기울이고 기억한다.
• 수업에서 흥미로운 이야기, 감동적인 사례, 유머 등을 활용하면 학습 효과가 높아진다.

 

3) 이성보다 감정이 학습과 행동을 더 강하게 좌우한다.
• 논리적 설명만으로는 학생들의 학습 동기와 태도를 쉽게 변화시키기 어렵다.
• 감정을 자극하는 방식(공감, 스토리텔링, 감동적인 경험)을 활용하면 더 효과적으로 학습을 유도할 수 있다.

 

학습 환경에서 감정을 고려하지 않으면 효과적인 학습이 이루어질 수 없다. 교사는 감정을 학습의 촉진제로 활용하여 학생들의 주의와 동기를 이끌어야 한다.

 

♣ <통찰 5> 새로운 학습은 사전지식의 바탕 위에 구축된다.

 

정보의 이해는 새로운 정보와 사전지식의 ‘연결’(connection, linking)을 통해 이루어진다. 학생들이 교실에서 새로운 개념을 배울 때, 그들의 뇌는 이미 알고 있는 사전지식을 바탕으로 새로운 내용을 해석하고 통합하려고 한다. 예를 들어, 과학 수업에서 ‘물질의 상태 변화’를 가르칠 때, 학생들은 ‘물은 얼면 고체가 되고, 녹으면 액체가 된다’는 사전지식을 활용하여 새로운 개념을 쉽게 받아들이고 이해할 수 있다.

 

<그림 1> 정보 이해의 원리 – ‘새로운 정보와 사전지식의 연결’

사전지식은 과거에 경험한 정보의 축적물로, 새로운 정보를 해석하는 기준점(reference point)이 되며, 새로운 정보를 예측을 통해 이해하는 데 필요한 기반을 제공한다. 뇌는 단순히 새로운 정보를 수동적으로 받아들이는 것이 아니라, 기존의 사전지식을 바탕으로 예측을 시도하고, 그 예측이 맞는지 확인하면서 정보를 처리한다. 즉, 사전지식은 뇌가 예측 시뮬레이션을 통해 정보를 더 빠르고 효율적으로 이해할 수 있도록 돕는 중요한 재료 역할을 한다. 예를 들어, 학생이 물리 수업에서 새로운 법칙을 배울 때, 이전에 배운 수학적 개념을 활용해 다가올 문제의 해법을 미리 예측할 수 있으며, 이러한 예측이 적중할 때 학습이 더욱 원활하게 이루어진다.

 

♧ 교육적 함의

 

1) 사전지식은 새로운 학습의 기반이다.
• 학생들은 기존에 알고 있는 지식을 바탕으로 새로운 정보를 해석하고 통합한다.
• 수업 전 학생들의 사전지식을 활성화하는 과정이 필요하다.

 

2) 학습은 기존 지식과의 연결을 통해 이루어진다.
• 새로운 개념을 효과적으로 이해하려면 사전지식과 연계할 수 있도록 도와야 한다.
• 예제, 비유, 질문 등을 활용하여 학생들이 기존 지식과 새 정보를 연결하도록 유도해야 한다.

 

3) 예측을 활용하면 학습 효과가 높아진다.
• 뇌는 기존 지식을 활용해 정보를 예측하고, 예측이 맞을 때 학습이 강화된다.
• 수업에서 학생들에게 예상 질문을 던지거나 개념을 추론하도록 유도하면 학습이 더 효과적으로 이루어진다.

 

새로운 학습을 효과적으로 정착시키려면 학생들의 사전지식을 충분히 고려하고 활성화해야 한다. 교사는 기존 지식과의 연결을 강조하는 전략을 활용해야 한다.

 

♣ <통찰 6> 작업기억은 용량이 제한적이기 때문에 인지과부하가 일어나기 쉽다.

 

작업기억에는 두 가지 중요한 한계가 있다. 첫째, 동시에 유지할 수 있는 정보의 개수(청크)가 평균 4-5개에 불과하다. 둘째, 시연(rehearsal)을 하지 않으면 정보를 오래 유지할 수 없으며, 보통 과제 해결을 위해 5-20분 정도 유지할 수 있다.

 

그렇다면 왜 인간의 작업기억은 더 많은 정보를 더 오랫동안 유지하도록 진화하지 못했을까? 과학자들은 이 한계가 인간의 생존과 에너지 효율을 고려한 최적화의 결과라고 본다. 만약 작업기억의 용량이 훨씬 크거나 유지 시간이 길었다면, 더 많은 에너지가 소모되어 오히려 삶이 비효율적이었을 가능성이 크다.

 

이러한 작업기억의 한계는 학습에서 중요한 의미를 갖는다. 특정 순간에 4-5개를 초과하는 정보가 유입되면 인지과부하(cognitive overload)⁴가 발생하여 정보 처리가 어려워진다. 또한, 짧은 유지 시간을 고려할 때, 정보를 잃기 전에 필기하거나 장기기억으로 옮겨야 한다.

 

교실 환경에서 이를 적용해 보면, 교사가 너무 많은 내용을 한꺼번에 빠르게 전달하면 학생들은 정보를 처리하지 못하고 집중력을 잃게 된다. 따라서 효과적인 학습을 위해서는 적절한 속도로 핵심 내용을 제공하고, 학생들이 정보를 정리하고 생각할 시간을 충분히 가질 수 있도록 해야 한다.

 

♧ 교육적 함의

 

1) 작업기억의 한계를 고려한 수업 설계가 필요하다.
• 한 번에 4-5개 이상의 정보를 제공하면 인지과부하가 발생할 수 있다.
• 핵심 개념을 중심으로 정보를 적절한 양으로 나누어 제공해야 한다.

 

2) 정보를 장기기억으로 전이할 기회를 제공해야 한다.
• 중요한 개념은 반복적으로 노출하고, 시연(rehearsal)이나 필기 등의 전략을 활용해 유지 시간을 늘려야 한다.
• 학생들이 배운 내용을 정리하고 되새길 수 있도록 복습 시간을 충분히 제공해야 한다.

 

3) 인지과부하를 줄이기 위한 교수 전략이 필요하다.
• 시각적 자료, 단계적 설명, 예제 활용 등을 통해 학습 부담을 줄여야 한다.
• 설명 속도를 조절하고, 학생들이 이해할 시간을 갖도록 해야 한다.

 

교사는 작업기억의 한계를 고려하여 정보를 적절한 양으로 제공하고, 정리 및 반복 기회를 충분히 제공하여 학습이 효과적으로 이루어지도록 해야 한다.

 

♣ <통찰 7> 작업기억의 성능을 높이는 최선의 방법은 장기기억을 강화하는 것이다.

 

이는 인지심리학자 존 스웰러(John Sweller)의 인지 부하 이론(Cognitive Load Theory, CLT)에서 비롯된 개념으로, 대니얼 윌링햄(Daniel Willingham)도 이를 강조한 바 있다.

 

이 통찰이 의미하는 바는 다음과 같다. 작업기억은 처리할 수 있는 정보의 양과 지속 시간이 제한적이기 때문에, 단순히 훈련한다고 해서 크게 향상되지 않는다. 그러나 장기기억에 저장된 정보가 많을수록, 즉 배경지식이 풍부할수록 작업기억의 부담이 줄어들고 효율성이 높아진다.

 

먼저 장기기억의 영향과 중요성을 보자.

 

• 우리가 새로운 정보를 접할 때, 장기기억에 관련 지식이 있으면 새로운 정보를 해석하고 조직하는 과정이 훨씬 수월해진다.
• 장기기억에 저장된 정보는 자동화되어 작업기억을 거의 사용하지 않기 때문에, 작업기억이 새로운 정보 처리에 집중할 수 있다. 예를 들어, 초보자는 수학 문제를 풀 때 모든 단계에서 작업기억을 사용해야 하지만, 숙련자는 장기기억에 저장된 공식을 즉시 떠올려 작업기억의 부담을 덜 수 있다.

 

♧ 교육적 함의

 

1) 작업기억을 직접 강화하기보다 장기기억을 활성화해야 한다.
• 작업기억의 용량은 제한적이므로, 학습 효율을 높이려면 배경지식을 강화해야 한다.
• 작업기억의 직접 강화는 작업기억의 용량을 늘리거나 유지 시간을 연장하려는 시도를 의미한다. 예를 들어, 작업기억 훈련⁵ 프로그램이나 멀티태스킹 연습⁶ 등이 있지만, 이러한 방법은 일반적인 인지 능력 향상으로 이어지지 않거나 오히려 인지과부하를 초래할 수 있다. 대신, 장기기억을 강화하고 자동화된 지식을 늘리는 것이 작업기억의 부담을 줄이고 학습 효율성을 높이는 데 더 효과적이다.

 

2) 배경지식이 풍부할수록 학습이 쉬워진다.
• 배경지식(사전지식, 기존 지식)을 바탕으로 새로운 정보를 빠르게 이해하고 조직할 수 있다.
• 배경지식이 있으면 새로운 정보를 기존 개념과 연결하여 더 깊이 이해할 수 있다.
• 배경지식이 있으면 새로운 단어를 접할 때 관련된 문맥을 통해 뜻을 쉽게 유추할 수 있다.
• 배경지식은 글에서 생략된 개념이나 논리적 관계를 추론하는 데 도움을 준다.
• 배경지식이 충분하면 문맥에서 애매한 표현을 더 정확하게 해석할 수 있다.

 

3) 기본 개념의 자동화를 통해 장기기억을 강화해야 한다.
• 핵심 개념(예: 수학 공식, 어휘, 문법 등)을 반복 학습하여 장기기억에 저장하면, 정보 처리가 자동화되어 인지적 부담이 감소한다.
• 예를 들면, 초등학생이 덧셈·뺄셈을 자동으로 수행할 수 있어야 복잡한 문제 해결에 집중할 수 있다.
• 서로 관련된 개념들을 연결 지어 학습하면 새로운 정보를 쉽게 이해하고 효과적으로 기억할 수 있다.

 

교사는 단기적인 기억력 훈련보다 기본 개념의 자동화를 유도하고, 배경지식을 넓혀 장기기억을 강화하는 학습 전략을 활용해야 한다.

 

♣ <통찰 8> 교사는 학생의 뇌를 변화시키는 사람이다.

 

이 통찰은 교사의 역할이 단순히 정보를 전달하는 데 있는 것이 아니라, 학생들의 뇌 구조와 기능 변화에 직접적인 영향을 미치는 것을 의미한다. 학습은 단순한 기억의 축적이 아니라, 신경가소성(neuroplasticity)⁷을 기반으로 뇌의 신경 회로가 물리적으로 변화하는 과정이기 때문이다.

 

이 통찰이 갖는 의미는 다음과 같다.

 

1) 학습은 뇌의 구조적 변화 과정이다.
새로운 정보를 학습할 때, 뉴런 간의 시냅스 연결이 강화되거나 새롭게 형성되고, 반복적인 학습과 연습을 통해 신경망이 최적화된다. 즉, 교사의 가르침이 학생의 뇌를 재구성하는 과정이라고 볼 수 있다.

 

2) 교사의 교수법이 신경가소성에 직접 영향을 미친다.
학생들이 쉽게 이해하고 기억할 수 있도록 수업을 구성하면, 신경 연결이 효과적으로 형성된다. 반대로, 비효율적인 교육 방식(예: 과도한 정보 제공, 의미 없는 암기)은 학생의 뇌를 효과적으로 변화시키지 못한다.

 

♧ 교육적 함의

 

1) 반복과 연습이 중요하다.
• 뇌의 변화는 한 번의 경험으로 이루어지지 않으며, 반복적인 연습과 복습이 필수적이다.
• 예를 들면, 수학 개념을 학습할 때 문제 풀이를 반복해야 장기기억으로 전이된다.

 

2) 이해 기반 학습을 강조해야 한다.
• 단순 암기가 아니라 의미를 이해하고 연결하는 학습이 더 강력한 신경망을 형성한다.
• 예를 들면, 개념을 설명한 후 다양한 사례를 통해 실제 적용해 보게 한다.

 

3) 감정과 동기 부여가 학습 효과를 높인다.
• 감정을 동반한 학습(흥미로운 이야기, 실생활과의 연결)은 신경 회로를 더욱 강화한다. 따라서, 교사는 학생들의 동기를 유발하는 방식으로 수업을 구성해야 한다.

 

4) 인지과부하를 방지해야 한다.
• 한 번에 너무 많은 정보를 제공하면, 뇌가 효과적으로 정보를 처리하지 못한다.
• 학습 내용을 적절히 나누고, 쉬운 것에서 어려운 것으로 단계적으로 학습해야 한다.

 

교사는 학생의 뇌에 직접적인 변화를 일으키는 존재이며, 수업 방식과 피드백에 따라 학생들의 학습 효과가 크게 달라질 수 있다. 따라서 교사는 신경가소성의 원리를 이해하고, 효과적인 학습 전략을 적용하여 학생들이 보다 깊이 있는 학습을 할 수 있도록 도와야 한다.

 

 

<질문 5> 학습과학이 주는 통찰력은 어떻게 길러지는가?

 

학습과학이 제공하는 교수학습에 대한 통찰력은 단순한 이론적 지식이 아니라, 이를 실제 교육 상황에 적용하고 경험을 통해 깊이 이해하는 과정에서 길러진다. 이를 위해 다음과 같은 방법이 중요하다.

 

1) 과학적 연구와 이론을 이해하고 적용한다.
• 학습과학은 인지심리학, 신경과학, 교육학 등의 연구를 바탕으로 효과적인 학습 원리를 탐구한다.
• 예) 작업기억의 한계를 이해하면, 교사가 한꺼번에 너무 많은 정보를 제공하는 것이 학습을 방해할 수 있음을 깨닫고, 이를 줄이는 전략을 적용할 수 있다. 즉, 학습과학의 핵심 원리를 숙지하고 이를 수업에 반영하는 과정에서 통찰력이 생긴다.

 

2) 실제 교육 현장에서 경험하고 반성적으로 실천한다.
• 이론을 배우는 것만으로는 충분하지 않으며, 실제 수업에서 적용하고 그 효과를 점검하는 과정이 필요하다.
• 예) 학생들이 특정 개념을 어려워한다면, 인지 부하 이론을 활용해 내용을 더 작게 나누어 설명하는 전략을 시도해 볼 수 있다. 이를 통해 이론과 현실의 차이를 경험하며, 학습과학의 원리를 실질적으로 활용하는 능력이 길러진다.

 

3) 지속적으로 학습하고 새로운 연구를 탐색한다.
• 학습과학은 끊임없이 발전하고 있으며, 새로운 연구들이 지속적으로 발표된다. 따라서 최신 연구와 사례를 학습하며 새로운 교수법을 탐색하고, 기존의 접근법을 개선하려는 노력이 필요하다.
• 예) 기존에는 암기 위주의 학습이 강조되었지만, 최근 연구들은 간격 반복, 자기 설명(self-explanation), 능동적 학습(active learning) 등의 효과를 강조한다.

 

4) 협력하고 피드백을 통해 통찰을 강화한다.
• 동료 교사, 연구자, 교육 전문가들과의 논의는 자신이 미처 인식하지 못한 부분을 깨닫게 하는 중요한 기회가 된다.
• 예) 같은 이론을 바탕으로 하더라도, 서로 다른 교실 환경에서의 적용 방식이 다를 수 있으며, 이를 공유하면서 보다 깊은 이해를 얻을 수 있다. 즉, 다른 시각을 받아들이고 토론하는 과정에서 학습과학에 대한 통찰력이 더욱 깊어진다.

 

학습과학이 주는 통찰력은 단순히 연구 결과를 아는 것이 아니라, 이를 실제 교육 환경에 적용하고, 경험을 통해 깨닫고, 지속적으로 발전시키는 과정에서 길러진다. 교사는 학습과학을 기반으로 학생들의 학습을 최적화하는 방법을 탐색하고, 실천하고, 반성하는 과정을 거쳐 점점 더 깊은 교수학습에 대한 통찰력을 가지게 된다.

 

 

<질문 6> 내가 하는 수업이 효과적인지 아닌지를 어떻게 판단할 수 있는가?

 

내가 하는 수업이 효과적인지의 여부는 학생들의 참여도, 이해도, 기억 지속성, 전이(transfer) 여부, 학습 동기 향상 등을 통해 판단할 수 있다.

 

특히, 뇌의 학습 원리에 부합하는지 점검하는 것이 중요하다. 예를 들어, 수업이 의미를 부여할 수 있도록 목표와 목적을 명확히 제시하고, 주의를 효과적으로 끌고 유지하며, 의도적 연습(deliberate practice)⁸을 포함하는지 살펴봐야 한다. 또한, 부호화 전략, 인지 부하 관리, 감정의 활용 등 학습을 촉진하는 요소들을 고려하여 학습 활동을 구성하는 것이 필요하다. 이를 위해서는 체크 리스트를 만들어 활용하는 것도 좋은 방법이다.

 

<도표 4> 뇌친화적 수업지도안 작성을 위한 체크리스트(David Sousa 변형)

질문	논리적 근거
① 학습자에게 의미 있는 학습이 되기 위해 어떤 전략을 사용하고 있는가?	의미가 기억을 낳는다.
② 이번 수업에서 어떤 유머를 사용할 것인가?	유머는 마음상태를 긍정적으로 바꾸고 집중력을 높인다.
③ 수업 내용을 10-20분 단위로 쪼갰는가?	수업을 10-20분 단위로 쪼개서 할 때 집중력이 떨어지는 시간이 줄어든다.
④ 동기 유발을 위해 어떤 신기함/새로움(novelty)을 동원할 것인가?	신기함/새로움은 동기를 유발시키고 흥미와 책임의식을 강화한다.
⑤ 어떤 유형의 시연(rehearsal)9을 언제 사용할 것인가?	유지 시연(maintenance rehearsal)과 정교화 시연(elaborate rehearsal)은 각기 목적이 다르다.
⑥ 학습에 최적인 시간(prime-time)을 최대한 활용하고 있는가?	최적의 시간에 학습하면 기억이 더 잘 된다.
⑦ 집중력이 떨어지는 시간(down-time)에는 어떤 활동을 할 것인가?	집중력이 떨어지는 시간에는 학습과 기억이 저조하다.
⑧ 질문을 할 때 기다려주기 시간(wait time)을 충분히 제공하는가?	많은 학습자들에겐 회상할 수 있도록 기다려주는 시간이 필요하다.
⑨ 이 학습 목표 달성을 위해서는 어떤 청킹(chunking) 전략이 필요한가?	적절한 청킹 전략을 사용하면 작업기억의 인지적 부담을 줄일 수 있다.
⑩ 배운 것의 발표 방식을 학습자가 선택할 수 있도록 허용하는가?	발표 방식을 학습자가 선택할 수 있을 때 몰입도와 학습 동기가 향상된다.
⑪ 어떻게 긍정적 전이(positive transfer)를 극대화하고 부정적 전이(negative transfer)를 최소화할 수 있는가?	긍정적 전이는 학습에 도움이 되지만 부정적 전이는 학습에 방해가 된다.
⑫ 학습 중인 개념의 중요한 속성이 무엇인지 확인하였는가?	주요 속성은 개념 간의 차이를 구분하는데 도움이 된다.
⑬ 다루고 있는 개념과 기능이 너무 유사하지 않은가?	매우 유사한 개념과 기능을 동시에 가르치지 말아야 한다. 혼동이 되기 때문이다.
⑭ 배우는 것이 미래에 쓸모가 있다는 것을 어떻게 보여줄 것인가?	배우는 것이 미래에 활용 가능성이 높을 때 학습자의 동기와 의미가 강화된다.
⑮ 이 학습 목표의 달성을 위해 비유(metaphor)를 사용하는 것이 적절한가?	적절한 비유의 사용은 전이와 정보의 기억을 강화한다.
⑯ 다중감각을 사용하는 활동을 포함시켰는가?	다중감각을 사용하면 정보의 기억과 회상이 용이하다.
⑰ 여기에 개념지도(concept map)를 사용하는 것이 도움이 되는가?	개념지도의 사용은 죄우뇌의 통합과 기억을 강화한다.
⑱ 생생하게 마음속에 그리기와 상상하기를 촉진하는 전략을 사용하고 있는가?	생생하게 마음속에 그리기와 상상하기는 의미 부여와 기억을 향상시킨다.
⑲ 어떤 음악을 언제 어떤 목적으로 사용하는 것이 적합할 것인가?	음악을 들으면 기분이 좋아지고 동기가 유발되며 기억이 향상된다.
⑳ 이 학습 목표를 블룸의 교육목표 분류표 중 어떤 수준까지 높일 것인가?	블룸의 교육목표 분류표의 상단의 목표일수록 고등사고력을 요구하고 더 흥미롭다.
㉑ 이 학습 목표 달성을 위해서 어떤 감정(정의적 영역)의 동원을 고려하거나 기피할 것인가?	감정은 주의와 학습을 이끌며 학습으로 가는 관문이다.
㉒ 학습자의 참여와 학습을 강화하기 위해 기술(technology)을 어떻게 통합할 것인가?	기술의 사용은 몰입을 위한 효과적인 동기유발자가 되고, 참여의 도구며, 정보의 접근에 필수적이다.

 

 

<질문 7> 검증된 학습과학적 교수법이라면 원리를 모른 채 적용해도 무방한가?

 

많은 교사들은 ‘왜 그런지’에 대한 학습과학적 근거는 생략한 채, 단순히 효과적인 방법의 목록만을 제공받으려는 경향이 있다. 그러나 이러한 접근은 위험할 수 있다. 특정 기법이 왜 효과적인지에 대한 깊은 이해 없이 기계적으로 적용하면, 기대하는 개선된 효과를 얻지 못하는 것은 물론, 경우에 따라서는 오히려 적용하지 않는 것만 못할 수도 있다.

 

학습과학의 핵심은 개별 기법 자체가 아니라, 그 기법이 작동하는 원리를 파악하고 맥락에 맞게 활용하는 것이다. 어떤 학습 원리도 모든 상황에서 동일하게 효과적일 수 없으며, 교사는 교육 현장의 특성과 학생들의 반응을 과학적으로 분석하면서 최적의 전략을 찾아야 한다.

 

이를 위해서는 연구 기반의 근거와 교사의 전문성이 균형을 이루는 접근이 필요하다. 학습과학은 단순한 기법의 나열이 아닌, 교사의 성찰을 높이고 교육적 판단을 정교하게 만드는 도구로 기능할 때 그 진정한 가치를 발휘할 수 있다.

 

 

<질문 8> 학습과학을 적용하면 실제 교육적 효과가 큰가?

 

학습과학을 적용했을 때의 효과를 정확히 측정하는 것은 쉽지 않다. 성공적인 결과가 나왔다고 해도, 다양한 변수가 작용할 수 있기 때문에 그것이 전적으로 학습과학적 원리의 적용 덕분이라고 단정할 수 없는 경우가 많기 때문이다. 다음은 학습과학을 적용하여 나타난 대표적인 성공 사례들이다.

 

♧ 사례 1

 

호주 멜버른에 위치한 브로드메도우(Broadmeadows) 초등학교는 호주에서 가장 가난한 가정의 자녀들이 다니는 학교이다. 그럼에도 불구하고 이 학교의 학생들은 학생 구성이 유사한 인근 학교에 비해 학업 성적이 더 높았고, 지역 평균 점수를 초과하는 성과를 거두었다. 이러한 놀라운 결과는 신경과학 기반 프로그램 덕분으로 분석되고 있다.

 

• 영양가 높은 아침식사를 제공(집중력 향상, 정서적 안정)
• ‘오늘의 기분 벽(emotion wall)’ 활동과 적절한 개입(정서적 어려움 극복, 적절한 개입과 지원, 학습과 사회적 관계 향상)
• 정기적 운동이나 체조 시간 마련(학습 능력과 감정 조절 향상)

 

이 프로그램이 도입되기 이전인 2011년에는 96명의 학생이 퇴학당했으나, 도입된 이후인 2014년에는 단 한 명만 퇴학을 당했다고 한다(Emily Matchar, 2015).

 

♧ 사례 2

 

다음은 Turnaround for Children(미국의 뉴욕에 본부를 두고 있는 교육 분야의 한 비영리단체: (https://turnaroundusa.org/)의 성공 사례이다.

 

• 전략: “안전하고, 어려움을 겪을 때 즉각적인 전문가의 지원이 가능한 환경을 구축하며, 일관되고 예측 가능한 학교 환경을 조성하고, 모든 학생들에게 동등하고 공정한 기회를 제공한다”
• 프로그램: 아동을 위한 전면적 학교 변화 프로그램
• 성과: 이 프로그램을 2년 이상 적용한 학교들은 이 프로그램을 사용하지 않은 인근 학교들에 비해 수학과 읽기 성적이 두 배나 향상되는 놀라운 성과를 거두었다.

 

♧ (연구) 사례 3

 

“교사가 자신에게 개인으로서 관심을 보여준 중학생은 수업에 집중하고 동아리 활동에 적극적으로 참여할 가능성이 3배 더 높은 반면, 교사의 정서적 지원이 낮은 중학생은 학교를 그만둘 가능성이 68% 더 높았다(Klem & Connell, 2004).”

(『수업에 바로 쓸 수 있는 학습과학 6단계 학습 모형』(Learning that Sticks), 69쪽)

 

♧ (연구) 사례 4

 

“작업기억에 두 가지 채널이 있다는 점을 고려할 때, 이미지와 언어를 결합하는 것이 학습을 지원하는 가장 효과적인 전략 중 하나라는 연구 결과는 놀랍지 않다(Greenberg et al., 2016; Mayer, 2011). 기본적으로 시각 시스템과 언어 시스템이 함께 자극을 받을 때 학습이 가장 효과적으로 이루어진다. 예를 들어, 정보를 구두로만 전달받을 때는 3일 후 10%만 기억하지만, 강력한 이미지가 함께 제공되면 65%를 기억할 수 있다(Medina, 2008).”

(『수업에 바로 쓸 수 있는 학습과학 6단계 학습 모형』(Learning that Sticks), 120쪽)

 

학습과학의 원리를 적용해 수업을 설계하면 모든 학생들에게 도움이 되지만 특히 작업기억이 약하고 사전지식이 부족해 수업을 따라갈 수 없는 학생들에게 가장 효과가 크다(Essential for Some, Good for All).

 

 

<질문 9> 학습과학은 어떤 학생층에 가장 도움이 되나?

 

학습과학(SoLE) 혹은 뇌기반 교수학습(Brain-based teaching and learning)은 모든 학생에게 유익하지만, 특히 학습에 어려움을 겪는 학생들에게 더 큰 도움이 된다. 이는 여러 가지 신경과학적 원리를 통해 설명될 수 있다.

 

1) 작업기억 용량과 인지 부하 관리하기

 

학습부진 학생들은 일반 학생들보다 작업기억(working memory) 용량이 작을 가능성이 높다. 작업기억은 정보를 일시적으로 저장하고 처리하는 역할을 하지만, 용량이 제한적이기 때문에 한 번에 많은 정보를 다루면 쉽게 과부하가 발생한다.

 

학습과학(뇌기반 교수학습)에서는 인지 부하를 관리하는 전략(예: 시각적 보조자료 제공, 단계적 설명, 멀티태스킹 최소화 등)을 활용하여 학생들이 처리해야 할 정보량을 조절한다. 이러한 접근 방식은 특히 작업기억이 약한 학생들에게 학습의 부담을 줄여주고, 효과적인 정보 처리를 가능하게 한다.

 

2) 사전지식 활성화와 새로운 지식 구축하기

 

학습에서 사전지식(prior knowledge)은 새로운 정보를 이해하는 데 중요한 역할을 한다. 새로운 지식은 기존 지식의 바탕 위에 구축되기 때문이다. 상위권 학생들은 이미 풍부한 배경지식을 가지고 있어 새로운 개념을 빠르게 이해할 수 있지만, 중하위권 학생들은 그렇지 않다.

 

따라서 이들에게는 사전지식을 활성화하거나 새롭게 구축하는 과정이 더욱 필수적이다. 예를 들어, 새로운 개념을 도입하기 전에 관련된 개념을 떠올리게 하는 질문을 던지거나, 시각 자료를 활용하여 사전지식을 환기시키는 전략이 효과적이다. 이를 통해 학생들은 새로운 정보를 기존 지식과 연결하며, 학습의 효율성을 높일 수 있다.

 

3) 인출을 활용한 간격 학습(Spaced Retrieval Practice) 제공하기

 

간격 학습(spaced learning)은 학습 내용을 일정한 간격을 두고 반복적으로 인출하는 방식으로, 장기기억 강화를 돕는다. 상위권 학생들은 이미 많은 사전지식을 갖추고 있어 새로운 정보를 비교적 쉽게 장기기억으로 저장할 수 있다. 그러나 중하위권 학생들은 충분한 배경지식이 없기 때문에 반복적인 인출 연습이 더욱 필요하다. 예를 들어, 수업에서 배운 개념을 일정한 간격을 두고 복습하거나, 학생들에게 직접 문제를 내어 정답을 떠올리게 하는 활동을 통해 학습 효과를 극대화할 수 있다.

 

4) 정보를 처리할 시간 제공하기

 

상위권 학생들은 기존 사전지식이 풍부하고 체계적으로 정리되어 있어, 어떤 질문이 주어져도 비교적 빠르게 답을 떠올릴 수 있다. 반면, 중하위권 학생들은 사전지식의 양이 적고 체계적으로 정리되어 있지 않을 가능성이 높아, 필요한 정보를 찾는 데 시간이 오래 걸릴 수 있다.

 

따라서 질문을 던졌을 때 생각할 시간을 충분히 제공하는 것(예: 1-2초 기다려 주는 대신 4-5초 기다려 줌)은 학생들이 보다 깊이 사고하고 더 나은 답을 이끌어내는 데 도움이 된다. 너무 빠르게 정답을 요구하여 상위권 동료가 이미 답을 말하고 나면 학습부진 학생들은 열심히 답을 찾고 있던 작업을 중단할 수밖에 없게 되어 학습의 기회를 잃게 된다. 따라서, 교사들은 학생들이 사고를 정리하고 정보를 처리할 시간을 충분히 주는 것이 중요하다.

 

5) 신경가소성(Neuroplasticity) 기반 성장형 사고방식(Growth Mindset) 적용하기

 

뇌는 지속적으로 변화하며 학습을 통해 발전할 수 있다. 이를 ‘신경가소성(Neuroplasticity)’이라고 하며, 이러한 개념을 기반으로 한 성장형 사고방식(Growth Mindset)은 특히 학습부진 학생들에게 더 큰 영향을 미친다.

 

상위권 학생들은 대체로 자신의 학습 능력에 대한 자신감이 높지만, 학습에 어려움을 겪는 학생들은 “나는 원래 머리가 나빠”라는 식의 고정형 사고방식(Fixed Mindset)을 가지고 있을 가능성이 크다.

 

학습과학 기반 교수법에서는 학생들에게 신경가소성에 대한 이해를 제공하고, 노력과 연습을 통해 학습 능력이 향상될 수 있음을 강조한다. 예를 들어, “노력이 뇌를 변화시킨다.”는 점을 실제 신경과학 연구 사례와 함께 설명하면, 학생들이 학습을 긍정적으로 받아들이고 지속적인 도전을 시도할 가능성이 커진다.

 

학습과학의 원리는 모든 학생에게 도움이 되지만, 학습부진 학생들에게는 더욱 필수적이다(Essential for SOME, Good for ALL). 이는 작업기억 용량의 한계를 보완하고, 사전지식 부족을 해결하며, 효과적인 학습 전략(간격 학습, 인출 연습)을 적용하고, 정보 처리를 위한 충분한 시간을 제공하며, 성장형 사고방식을 형성하는 데 도움을 주기 때문이다. 따라서 교사들은 학습과학의 원리를 적극 활용하여 학습에 어려움을 겪는 학생들이 더 효과적으로 배울 수 있도록 도와야 한다.

 

[이전 칼럼] • 이찬승의 학습과학 특강⑱ – 학습과학, 영국 공교육의 변화를 이끌다 • 이찬승의 학습과학 특강⑰ – 정보처리이론의 새로운 진화 : ‘6단계 학습 모형’ 탄생!

 

 

[참고 문헌]

 

• Dehaene (2020). How We Learn: Why Brains Learn Better Than Any Machine…for Now. Penguin Random House.
• Emily Matchar (2015). Six Ways Schools Are Using Neuroscience to Help Kids Learn.
https://www.smithsonianmag.com/innovation/six-ways-schools-are-using-neuroscience-help-kids-learn-180956566/?page=6
• Greenberg et al. (2016); Mayer (2011). Learning about learning: What every new teacher needs to know. Washington, DC: National Council on Teacher Quality.
• Klem & Connell (2004). Relationships matter: Linking teacher support to student engagement and achnievement. Journal of School Heanth, 74(2), 262-273.
• Kovalik, S. (2009). Emotion and Attention: The Role of Emotion in Determining Selective Attention and Memory. Neuroscience Letters, 456(3), 125-129.
• Medina (2008). Brain rules: 12 principles for surviving and thriving at work, home, and school. Seattle, WA: Pear Press.
• Sousa, D. (2022). How the Brain Learns. Corwin Press.

 

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1. SoL의 원리 – 이는 학습과학 연구를 통해 검증된 이론과 원칙으로, 학습이 어떻게 이루어지는지를 설명하는 핵심 요소들이다. 주의의 중요성, 작업기억과 장기기억의 관계, 인지 부하 이론, 학습과 감정의 연관성, 사전지식의 역할, 능동적 학습의 효과, 질못된 학습 속설 등을 포함한다.
2. 신경다양성(neurodiversity) – 이는 인간의 뇌 기능과 신경 발달 방식이 다양한 형태로 존재한다는 개념이다. 이는 자폐 스펙트럼, ADHD, 난독증, 경계선 지능 등과 같은 신경학적 차이를 병리적 결함이 아니라 자연스러운 인간의 다양성으로 보는 관점이다.
3. 신경다양성 학생들(neurodivergent learners) – 뇌의 발달이나 기능이 일반적인 기준과 다른 학생들을 의미한다. 이들은 ADHD, 자폐 스펙트럼 장애, 난독증, 경계성 지능 등 다양한 신경학적 특성을 가진 사람들로, 각기 다른 방식으로 세상을 인식하고 반응한다. 신경다양성은 이러한 다양한 뇌의 차이를 정상적인 변이로 인정하고 존중하는 개념으로, 이들을 위한 맞춤형 지원이 중요하다는 것을 강조한다.
4. 인지과부하(cognitive overload) – 인지부하(cognitive load)는 학습이나 과제 해결 과정에서의 요구되는 부하를(부담을) 말하고, 인지과부하는 과제 해결에 요구되는 부담이 감당할 수 있는 수준을 초과하는 인지부하를 말한다.
5. 작업기억 훈련 – 작업기억 훈련은 주의 집중력, 정보 처리, 그리고 기억 용량을 향상시키는 데 도움이 되는 반복 학습, 두뇌 훈련 앱, 숫자나 단어 재구성 훈련, 복잡한 문제 해결 훈련, 시각적 기억 훈련 등을 포함한다.
6. 멀티태스킹 연습 – 멀티태스킹은 여러 가지 일을 동시에 수행하면서 주의를 여러 작업에 분배하고 빠르게 전환하는 능력을 요구하므로, 이를 통해 작업기억을 강화하고 동시에 여러 작업을 효율적으로 처리하는 능력을 기를 수 있다. 그러나 지나치게 멀티태스킹을 시도하면 작업기억에 과중한 부담을 줄 수 있으므로, 적절한 균형이 중요하다.
7. 신경가소성(神經可塑性, 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.
8. 의도적 연습(deliberate practice) – 수행 향상을 위해 구체적인 목표를 가지고 체계적으로 집중해서 행하는 연습으로서, 구체적인 목표 설정, 현재 능력 평가, 계획 수립 및 실행, 피드백 및 수정, 반복 및 평가 등을 포함한다.
9. 시연(rehearsal) – 정보를 기억하기 위해 반복적으로 생각하거나 말하는 과정을 의미한다. 이에는 유지 시연(maintenance rehearsal)과 정교화 시연(elaborate rehearsal) 두 가지가 있다. 전자는 정보를 마음속에서 그대로 되뇌는 것을 말하며 단기적인 기억 유지가 목적이고, 후자는 기억하고자 하는 정보를 이미 알고 있는 정보와 연결하여 정보를 적극적으로 재조직하는 활동을 말한다(예: 정보를 개인적 경험과 연결하기, 정보를 시각적으로 상상하기, 정보를 자신의 언어로 다시 말해보기, 기억법 사용하기, 정보를 이미 배운 개념과 연결하기, 다른 사람에게 설명하기, 토론하기, 요점을 설명하기, 예를 생각해 내기 등).