학습과학의 이해와 적용(6) – <원리5> 빈곤층 아동의 뇌는 부유층 아동의 뇌와 달라 특별한 지원이 필요하다.
by gyobasaNPO | 2021-03-03 16:00
학습과학 원리는 ‘뇌에서 학습이 어떻게 일어나는가?’와 ‘뇌에 대한 이해를 통해 학습을 어떻게 최적화할 수 있는가?’에 대한 과학적 이해를 돕기 위한 것들이다. 이러한 원리의 이해와 적용은 모든 학생들에게 도움이 되지만 관련 연구에 따르면 특히 기초학력이 부진한 학생들에게 적용할 때 그 효과가 가장 크다고 알려져 있다. 이번 칼럼에서는 뇌의 ‘학습·기억’과 관련된 ‘<원리5> 빈곤층 아동의 뇌는 부유층 아동의 뇌와 달라 특별한 지원이 필요하다.’에 대해 살펴보기로 한다.
| <원리5> 빈곤층 아동의 뇌는 부유층 아동의 뇌와 달라 특별한 지원이 필요하다. |
♣ 설명
21세기 접어들면서 뇌의 영상 기술의 눈부신 발전에 힘입어 빈곤(poverty)과 아동의 뇌 발달 간의 관련성을 밝히는 값진 소수 연구들이 있었다. 이런 연구에는 크게 두 가지 부류가 있는데, 하나는 ‘빈곤과 뇌의 발달(development)’과의 관련성을 밝히는 연구이고, 다른 하나는 ‘빈곤과 뇌의 기능(function)’과의 관련성을 밝히는 연구다. 전자의 대표적인 연구로는 노블(Noble)이 주도한 연구(2015)가 있으며, 후자와 관련해서는 최근에 이스트앵글리아 대학교(2019)에서 연구가 수행되기도 하였다.
먼저 ‘빈곤과 뇌의 발달’ 간의 관련성 연구에 대해 살펴보기로 한다. 이런 연구는 빈곤층 아동과 부유층 아동의 뇌의 대뇌 피질(cerebral cortex)의 발달 차이를 살피는 것을 통해 이루어진다. 대뇌 피질의 겉 조직은 회백색(gray)을 띤 얇은 층으로 구성되어 있어서 이를 회백질(gray matter)이라 부른다. 여기에는 전체 신경세포의 약 67%가 모여 있으며 인간의 사고와 행동을 수행하는 기능 즉 제반 정보처리 기능이 바로 이곳에서 일어난다. 회백질은 언어, 읽기, 다양한 집행기능(executive function)1, 시공간능력(visuo-spatial ability) 등과 관련이 있는 곳이다. 한편 대뇌 피질의 안쪽은 백색의 백질(white matter)로 구성되어 있으며 이는 회백질과 회백질 사이를 연결하는 신경섬유로서 정보를 전달하는 통로 역할을 한다.
<도표 1> 뇌의 회백질과 백질
지금까지 빈곤과 뇌의 발달 간의 관련성 연구는 주로 뇌의 영역(region)별 회백질·백질의 부피와 밀도, 피질 두께(thickness), 피질 표면적(surface area) 등의 차이를 중심으로 이루어져 왔는데, 이는 바로 이런 영역의 두께나 표면적이 학습과 행동에 필요한 정보처리의 효율과 관련이 깊기 때문이다. 대뇌 피질은 전체적으로 주름이 잡혀있는데 이들의 총 표면적은 이랑(gyrus; 굴곡에서 바깥으로 솟아오른 부분)의 면적과 고랑(sulcus; 굴곡에서 속으로 접혀 들어간 부분)의 면적을 합친 것이라 할 수 있다.
노블(Noble)이 주도한 연구 결과에 따르면 대뇌 피질의 총 표면적은 사회경제적 지위(socioeconomic statue: SES)2를 나타내는 몇 가지 요소와 밀접한 상관관계를 보이는 것으로 나타났다. 대표적인 것이 부모의 교육수준과 소득수준이다. 이중 부모의 ‘교육수준’은 아동 대뇌 피질의 표면적 크기와 관련이 깊은데 특히 언어, 읽기, 집행기능을 담당하는 부위의 표면적과 선형적 상관관계(linear correlation)를 갖는 것으로 드러났다. 예로, 부모들이 대졸 이상의 학력을 가진 경우, 고졸 이하 학력을 가진 경우보다 아동의 대뇌 피질 총 표면적이 약 3% 더 넓은 것으로 밝혀졌다(Michael Balter, 2015).
<도표 2> 부모 ‘교육수준’과 아동의 대뇌피질 표면적과의 상관관계(Noble et al., 2015)
한편, 노블(Noble)이 주도한 연구(2015)는 부모의 ‘소득수준’ 역시 아동의 대뇌 피질의 표면적과 상관관계가 높다는 것을 밝혀냈다(<도표 3>). 하지만 교육수준의 경우와는 달리 부모의 소득수준은 표면적과 비선형적 상관관계(nonlinear correlation)를 보였다. 예로 소득 최하위 수준에서 소득이 점진적으로 증가할 때 표면적은 더 큰 폭으로(가파르게) 증가했다. 한편 높은 소득수준에서는 상관관계가 일정한 비율이 유지되는 것으로 드러났다. 그러나 낮은 소득 구간과 높은 소득 구간의 표면적 차이는 매우 컸다. 예로 연간소득이 $25,000(빈곤층)인 가정의 아동 대뇌 피질 표면적은 연간 소득이 $150,000(부유층)인 아동의 그것보다 무려 6%나 작았다(Michael Balter, 2015).
<도표 3> 부모의 ‘소득수준’과 아동의 대뇌피질 표면적과의 상관관계(Noble et al., 2015)
위 <도표 3>에서 주목할 점은 2가지다. 하나는 가정의 소득 분포의 최하위 부분에서 가정의 수업이 증가할 때마다 아동 뇌의 표면적이 비선형적으로 가파르게 증가한다는 점이고, 다른 하나는 빈곤할수록 아동의 뇌 색깔이 미발달을 나타내는 황색을 띄고 부유할수록 아동이 뇌 색깔이 발달되었음을 나타내는 청색을 띈다는 점이다.
가장 가난한 계층 아동의 경우 약간의 소득 증가에도 대뇌 표면적이 큰 폭으로 증가하는 변화는 많은 점을 시사한다. 빈곤으로 인한 불평등을 완화하려면 최빈곤층에 각종 급여(예: 생계급여, 의료급여, 교육급여)를 차별적으로 더 많이 지원할 필요가 있다. 소득 최하위 구간의 가정을 대상(target)으로 지원 정책을 펼 때 아동의 뇌 발달에 가장 괄목할만한 차이를 만들 수 있기 때문이다. 따라서 빈곤층 아동의 학습 잠재력을 높이기 위해서는 영유아기 아동을 가진 빈곤층 가정에 대한 소득 지원이 절실하다.
그렇다면 부유층 아동의 대뇌 피질 총 표면적(total surface area)이 빈곤층 아동의 것보다 더 크다는 사실은 무엇을 의미할까? 이러한 표면적의 차이는 아동이 과제를 수행할 때의 집행기능(executive function)의 발휘와 관련성이 있는 것으로 추정된다. 또한 피질의 표면적은 뇌 세포가 분포하는 공간을 의미하므로 정보처리 용량과 직결될 것으로 추정할 수 있다.
또한 이 연구는 빈곤층 아동과 부유층 아동의 대뇌 피질 두께를 조사했는데 부유층 아동의 대뇌 피질의 두께가 빈곤층 아동의 그것보다 더 얇다는 것을 밝혀냈다. 피질의 두께는 아동기와 이른 청년기(14-21)에 빠르게 감소하는데, 피질 두께의 감소는 시냅스 가지치기(synaptic pruning)3 및 수초화(myelination)4의 증가와 관련이 깊은 것으로 알려져 있다. 피질이 얇다는 것은 뇌가 한창 발달할 때 불필요하거나 효율성이 낮은 신경세포 간의 연결을 제거하는 과정인 소위 시냅스 가지치기가 잘 수행되었다는 것을 의미하고, 피질이 두껍다는 것은 불필요하거나 효율성이 낮은 신경세포 간의 연결이 많이 남아 있다는 것을 의미한다. 다시 말해 빈곤층 아동 뇌의 신경 연결은 불필요한 것, 효율성이 낮은 것이 그대로 남아 있어 부피만 크고 정보처리(사고 및 행동의 수행) 속도와 효율성이 떨어진다는 것이다. 일반적으로 머리가 좋은 사람의 대뇌 피질의 두께는 그렇지 않은 사람에 비해 더 얇다.
앞에서는 ‘빈곤과 뇌의 발달’과의 관련성에 대해 알아봤는데 이에 이어 ‘빈곤과 뇌의 기능’ 간의 관련성에 대한 연구 한 가지를 살펴보기로 한다. 이는 영국의 이스트앵글리아대학교 심리학과 존 스펜서(John Spencer et. al., 2019) 교수가 주도한 연구로서 인도의 시골지역에 거주하는 생후 4개월~4세 사이의 빈곤층(가정 소득이 낮고 엄마의 학력이 낮은) 아동 42명의 뇌 활동을 조사한 연구이다. 전 세계적으로 매년 2억 5천만 명의 아동들이 빈곤으로 인해 자신들의 잠재력을 실현하지 못하고 있는 상황이기에 이 연구는 빈곤의 악순환을 끊는데 도움이 되고자 시작되었다. 연구자들은 이 아동들의 시각 작업기억(visual working memory)의 기능을 조사함으로서 아동들이 시각 정보를 얼마나 잘 기억하고 시각적 환경 변화를 얼마나 잘 감지하는지를 알아보았다. 시각 작업기억이 아동의 인지발달 상태를 알아보는 주요 지표의 하나이기 때문이다. 이들의 시각 작업기억과 미국 중서부의 동일 연령대 아동의 시각 작업기억을 비교함으로써 인도 빈곤층 아동의 좌측 전두 피질 영역의 시각 작업기억의 활동이 약하고 주의집중을 방해하는 외부 자극을 억제하는 능력이 상대적으로 떨어진다는 점을 밝혀냈다. 작업기억은 New IQ라고 부를 만큼 아동의 미래 학습 잠재력을 나타내는 지표다. 이 연구를 통해 가난은 지능과 주의 집중력에도 부정적인 영향을 미친다는 것을 알게 되었다. 하지만 스펜서 교수는 뇌의 신경가소성(뇌가 일생 동안 변할 수 있는 특성)을 고려하면 희망적이라고 말하고 있다.
아동의 빈곤이 뇌 발달에 미치는 부위별 영향을 도표로 살펴보면 아래와 같다.
<도표 4> 사회경제적 위상과 뇌의 구조적·기능적 발달(Brito and Noble, 2014)
위 <도표 4>에서 보듯이 SES가 낮은 가정 출신의 아동들은 가정에서의 언어사용 환경이 부유층 자녀들에 비해 불리하고 만성적 스트레스에 시달린다는 특성이 있다. 예로 가정에서의 언어적 자극의 양과 질이 부족하고 낮으면 좌뇌의 피질 언어지원 부위(language-supporting cortical regions)에 발달적 차이를 가져와 아동이 읽기에 어려움을 겪을 수 있다. 또한 가정의 소득은 가족들이 활용할 수 있는 자원 및 환경적 스트레스 수준과도 연관이 깊어 해마, 편도체 그리고 전전두 피질 영역에 부정적인 영향을 크게 미친다.
♣ 수업에 주는 함의
아동의 학습에 영향을 미치는 뇌의 주요 부위가 가난의 부정적 영향을 받게 되면 발달이 지체되고 이것이 성인기까지 영향을 미칠 수 있다. 이런 점들을 고려할 때 학교가 할 수 있는 일은 무엇일까? 우선 아동의 학교 밖 삶에 대한 이해가 필요하고 가정과의 협력에 힘써야 한다. 여러해 전 핀란드로 교육탐방을 갔을 때 한 중학교 교장선생님이 말씀하신 교사의 역할 정의가 인상 깊어 소개한다.
“교사란 학생의 삶을 돌보는 사람, 가정과 소통하면서 협력을 이끌어내는 사람, 가르치는 사람이다”
정의 자체의 내용도 좋지만 교사의 임무 1순위가 학생의 삶을 돌보는 일이고, 2순위가 가정의 협력을 이끌어 내는 일, 3순위가 가르치는 일이라는 순서도 매우 의미심장하다. 교사가 가르치는 일에만 전념하기도 바쁜데 언제 학생의 삶을 돌보고 가정과 소통하며 가정의 협력을 이끌어 낼 수 있는가라고 반문할 수 있지만 기억해야 할 것은 이런 세 가지 역할이 서로 분리될 수 없다는 점이다. 위 <도표 4>가 시사하는 것은 도표 맨 우측의 ‘언어(읽기), 기억, 사회정서적 처리, 인지적 통제/자기조절’ 요소가 건강하게 잘 작동하기를 바란다면 도표 좌측의 ‘언어사용 환경(부모-자녀의 언어를 통한 상호작용), 스트레스’ 요소의 개선이 필요하다는 것이다. 기초학력 책임지도가 소기의 목표를 달성할 수 있기 위해서는 학생의 학교 안팎의 삶을 살펴야 한다. 아동의 학습에 부정적 영향을 주는 환경을 개선하고 학습을 담당하는 뇌 기능의 향상에도 신경을 쓸 필요가 있다. 가르치기 전에 아동의 정서적 건강을 돌보고 배울 수 있는 역량(learning capability)부터 키울 때 기대하는 학습도 일어날 수 있다.
뇌기반교육의 세계적 대가인 젠슨에 따르면 빈곤층 아동의 학습을 제대로 돕기 위해서는 EACH와 SHARE에 주목할 필요가 있다. 이에 대한 각각의 의미는 다음과 같다.
<도표 5> 빈곤이 학업에 미치는 4가지 영향(Jensen, 2009)
위 <도표 5>에서 EACH는 열악한 가정환경이 학업에 미치는 부정적 영향이다. 이들은 학습을 위한 인프라이기 때문에 정서적, 사회적 능력의 미발달, 급만성 스트레스, 주의 집중력의 부족, 작업기억 용량의 부족, 취약한 건강과 안전 등이 우선적으로 개선되어야 학습이 제대로 일어날 수 있다. 따라서 학습의 향상이 일어날 수 있기 위해서는 이런 요소들에 대한 개선 노력이 선행되거나 병행되어야 한다.
<도표 6> 빈곤의 부정적 양향을 줄이기 위한 5가지 성공열쇠(Jensen, 2009)
위 <도표 6>은 빈곤이 초래하는 부정적 영향을 줄이기 위해 ‘학교 차원’에서 힘써야 할 5가지 요소다. 교육부·교육청 및 학교는 기초학력 책임지도 정책을 펼 때 특히 이 ‘5가지 성공열쇠’에 주목할 필요가 있다. 아동의 뇌는 가르친다고 배우지 않는다. 배울 수 있는 뇌의 환경과 여건이 마련될 때만 학습이 가능하다. 가르치기 전에 배울 수 있는 ‘능력 키우기’를 먼저 생각해야 한다. 아동의 주의력과 작업기억은 전두엽의 대표적인 집행기능으로서 가장 중요한 학습능력이다. 그 다음 ‘희망/성장을 위한 마음 갖추기’는 교사나 학부모가 “모든 아동은 성공적으로 배울 수 있다”라는 성장관점(growth mindset)을 갖는 것을 말한다. 다음으로 ‘기본적인 지원(support)과 조정(accommodation)’은 교사의 수업과 교육과정 재구조화를 통해서 학생에게 맞춤 수업을 제공할 필요가 있다는 것을 의미한다. 그 다음 ‘교사-학생 관계성 증진’은 학생의 학습동기와 깊은 관련이 있다. 교사는 이를 학급 차원에서의 SHARE 모델로 전환할 필요가 있다. 희망 만들기(hope-building), 적극적 참여를 이끌어내는 수업 등 여러 가지가 있을 것이다.
평소 교사와 학부모가 “너도 노력하면 잘 할 수 있어.”라는 인식을 심어준 학생의 경우에는 수업에 참여할 가능성이 있지만 “너는 아무리해도 안 돼.”라는 인식을 심어준 학생의 경우에는 그런 교사와 학부모의 수업이나 말에 귀를 기울이거나 배우려고 노력하지 않는다. 교사와 학부모는 어떤 경우에도 아동의 성장에 대한 기대를 낮추지 말아야 한다. 끝으로 ‘다양한 참여 프로그램’은 [학습과학 <원리4>]에서 소개한 보편적 학습설계(UDL)의 실천과 궤를 같이 한다. 관계의 핵심은 관심과 인정이며 기대를 낮추지 않는 것이다.
♣ 수업에의 적용
이상의 EACH와 SHARE를 고려할 때 빈곤의 부정적 영향을 많이 받은 아동의 지도에 도움이 되는 교수 방법이 있어 이를 소개한다(Wynita Harmon, 2019).
1. 높은 기대 갖기
빈곤의 부정적 영향을 많이 받은 아동들의 경우 배움의 방식이 다를 뿐이지 이들도 이들의 특성에 맞게 가르치면 느리지만 잘 배울 수 있다. 높은 기대는 학생으로 하여금 열심히 노력하게 하는 동기가 된다. 구체적인 실천 방법으로는 아래와 같은 것들이 있다.
• 목표를 세울 기회를 제공하고 목표 달성을 코칭한다.
• 또 교실에서 기대하는 각종 규칙과 규범을 반드시 지키도록 한다.
• 학습에 있어 최선을 기대한다.
• 교사 스스로 자신에 대한 목표와 높은 기대를 공유하면서 롤 모델이 되어 준다.
2. 학교밖으로 데리고 나가 새로운 것을 체험할 수 있게 하기
빈곤층 아동의 경우 상대적으로 박물관 등의 외부 세계를 체험할 기회가 적을 수 있다. 이런 체험을 통해 세상에는 다양한 직업이 있을 수 있다는 것을 알게 한다. 그리고 모든 가르침은 학생의 실제 삶의 경험을 통해 배울 수 있도록 힘쓴다. 구체적인 실천 방법으로는 아래와 같은 것들이 있다.
• 직업에는 예술, 비예술 등 다양한 것이 있다는 것을 가르친다.
• 예술가나 다른 분야 전문가를 교실로 초빙해 강연을 듣는다.
• 지역 박물관 등으로 체험학습을 나가거나 가상현실 속의 박물관을 구경할 수 있도록 한다.
3. 학생 및 학부모와 관계 구축하기
관계 구축은 긍정적 학습 분위기를 만드는데 필수적이다. 서로 존경하고 신뢰하는 관계를 만들어 가도록 한다. 이를 위해서는 학생과 1:1로 대화하는 시간을 갖는 일, 코멘트 해줄 일을 찾는 일, 그들의 관심사에 관심 갖기, 교사 자신의 삶을 공유하기, 유머 감각을 갖고 대하기 등 여러 가지 방법이 있다.
4. 사회적·정서적 학습 전략 가르치기
빈곤층 아동의 경우 사회적·정서적으로 고민거리가 상대적으로 많을 수 있다. 이런 것들이 학습에 집중할 수 없게 만든다. 사회정서적 스킬을 배워 자신의 감정을 조절할 줄 알고 사람들과의 상호작용 방법을 배우고 신뢰로운 관계를 맺을 수 있도록 도와야 한다.
5. 긍정적 교실 문화 만들기
긍정적이고 공동체 같은 교실 분위기를 만들 필요가 있다. 이를 위해서는 서로 다른 점에 대해 깊이 공감하고 온정과 배려가 넘치는 수업 분위기의 조성이 중요하다. 이렇게 될 때 학습이 느리거나 부진한 학생들도 두려움 없이 수업에 참여할 수 있게 된다.
♣ 생각 거리
1. 교사인 나는 학생의 학교 밖 삶에 대해 얼마나 잘 이해하고 있으며 이를 학생지도에 고려하고 있는가?
2. 빈곤의 부정적 양향을 줄이기 위한 ‘학교 차원’에서의 5가지 성공열쇠를 ‘학급 차원’에서의 SHARE 모델을 도출한다면 그것은 어떤 내용이 되어야 하나?
3. 빈곤의 부정적 영향을 많이 받은 아동의 지도에 도움이 되는 교수 방법 5가지 중 나의 수업에서는 어떤 것을 어떻게 실제 활용할 것인가?
| [이전 칼럼]
• 학습과학의 이해와 적용(4) – <원리3> 작업기억의 용량과 주의력에는 한계가 있어 너무 많은 정보가 일시에 주어지면 인지과부하가 일어나 이해에 실패한다. • 학습과학의 이해와 적용(5) – <원리4> 모든 사람의 뇌는 각기 다르기 때문에 차이점(differences)을 고려한 수업이 효과적이다. |
[참고 문헌]
• 조수현(2017). 아동·청소년기 뇌 구조의 성숙과 이에 대한 지능의 영향. 인지과학, 제28권 제4호, pp.267 – 297.
• Blair and Raver(2018). Poverty, Stress, and Brain Development: New Directions for Prevention and Intervention. Academic Pediatrics. April, 2016. Volume 16(3 Suppl): S30-S36.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5765853/
• Brito and Noble(2014). Socioeconomic status and structural brain development. Frontiers in Neuroscience. Volume 8.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4155174/
• Eric Jensen(2009). 「수업혁명」①: 학습부진편(이찬승, 김성우 역). 서울. 교육을바꾸는사람들.
• John Spencer et. al.,(2019). Early adversity in rural India impacts the brain networks underlying visual working memory. Developmental Science, 2019; e12822.
• Michael Balter(2015). Poverty may affect the growth of children’s brains.
https://www.sciencemag.org/news/2015/03/poverty-may-affect-growth-children-s-brains
• Noble et al.,(2015). Family Income, Parental Education and Brain Structure in Children and Adolescents. Nature Neuroscience. May 29, 2015; Volume 18, Issue 5: pages 774-778.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4414816/
• University of East Anglia(2019). Impact of poverty on children’s brain activity. April 2nd, ScienceDaily.
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190402113032.htm
• Wynita Harmon(2019). 5 Concrete Ways to Help Students Living in Poverty.
https://theartofeducation.edu/2018/09/11/5-concrete-ways-to-help-students-living-in-poverty/
각주
- 집행기능(executive function) – 목표달성, 문제해결, 타인과의 상호작용 과정에서 자신의 사고, 감정, 행동을 주의 깊게 관찰·조절·통제·평가하는 인지조절 기능이다.
- 사회경제적 지위(SES) – 부모의 교육 수준, 직업, 수입이라는 요소를 포함하며 한 개인의 사회적, 경제적 자원에 대한 접근성 그리고 이러한 자원으로부터 오는 혜택과 사회적 지위를 의미한다.
- 시냅스 가지치기(synaptic pruning) – 신경발달 과정의 하나로, 발생 초기에 지나치게 많이 만들어진 시냅스가 신경활동에 의해 필요한 부분만 남고 제거되는 현상을 말한다.
- 수초화(myelination) – 신경 세포가 축색을 감싸서 자극의 전달 속도를 더욱 빠르게 하는 현상을 말한다.
Source URL: https://21erick.org/column/5935/