인지부하이론을 적용한 교수보조자료 개발에 관한 연구 : 창의적 공학설계 교과목을 중심으로

정희진 단국대학교 교육대학원 2010 국내석사

본 연구의 목적은 인지부하이론을 기반으로 하는 교수보조자료를 개발하여 학습자의 인지부하를 줄이는 것이다. 인지부하이론은 개개인마다 다른 학습자의 인지구조를 고려하여 교수설계 부분에서 감소시킬 수 있는 인지부하의 양을 최대한 줄이고자 하는 이론이다. 인지부하는 내생적 인지부하와 외생적 인지부하, 본유적 인지부하로 구분할 수 있다. 인지부하이론에서는 학습자가 학습 중에 발생하는 정보에 대해서 작동기억 안에서의 새로운 정보 인식과 기존의 형성되어 있는 정보를 장기기억에서 불러와 새롭게 저장하거나 재구조화 하는 과정에서 발생하게 되는 외생적 인지부하를 8가지의 교수설계를 적용하여 학습의 효과를 높일 수 있다고 제안한다. 이에 본 연구에서는 주의 분산 효과, 감각 양식 효과, 잉여 정보 효과, 멀티미디어 효과를 적용하여 교수보조자료를 설계 하였다. 학습자들의 인지부하를 측정하기 위하여 2009년도 1학기에 수업을 수강한 20명을 대상으로 집단면접를 진행하였고, 신체적 노력, 정신적 노력, 과제 난이도, 자기 평가, 자료 설계의 범주에 각각 4문항씩을 질문하여 총 20문항에 대해 5점 척도로 학습자가 스스로의 인지부하를 표현하게 하였다. 학습자들에게 기존의 교수보조자료와 인지부하이론을 적용한 교수보조자료를 제시하고 응답의 평균을 비교한 결과 신체적 노력은 평균 3.1에서 2.6으로 0.5의 감소를 보였고, 정신적 노력 범주에서는 기존의 2.5에서 3.5의 응답을 보여 학습자의 정신적 노력이 증가하여 교수보조자료로 인해 학습자들의 학습동기가 자극되었음을 알 수 있었다. 과제 난이도에서는 개발 전 인지부하가 2.8, 개발 후 2.9로 두 개의 교수보조자료가 같은 학습 내용을 담고 있고 창의적 공학설계 교과목의 특성상 설계의 기초를 다루고 있어 학습자들에게 난이도에 대한 인지부하는 큰 영향이 없었던 것으로 나타났다. 자기 평가에 대해서는 학습자들이 평균 2.2에서 3.9로 크게 증가한 값을 보여 학습자가 교수보조자료로 자극받은 학습동기로 인해 학습에 대한 자기 만족감이 크게 증가함을 알 수 있었다. 자료 설계도 평균이 2.3에서 3.8로 증가하여 교수보조자료의 설계가 인지부하에 크게 작용되었던 것을 알 수 있었다. 자기평가의 범주와 자료설계의 범주는 응답이 인지부하가 감소하면 더 높은 값을 보이게 되는데 학생들의 자기평가에 대한 응답이 기존의 교수보조자료로 수업했을 때(M=2.17)보다 개발 된 교수보조자료를 접했을 때(M=3.92)에 인지부하에 대한 학생들의 응답이 유의미하게 증가함을 볼 수 있었고(t(19)=-7.89, p<.000), 자료설계의 범주에서도 학생들은 기존의 교수보조자료로 수업했을 때(M=2.32)보다 개발 된 교수보조자료를 접했을 때(M=3.85)에 학생들의 응답이 통계적으로 유의미하게 증가하였다(t(19)=-8.84, p<.000). 집단면접에서도 학습자들은 멀티미디어 효과에 민감한 반응을 보이며, 교수보조자료가 학습 동기를 자극 한다고 설명하였다. 각종 멀티미디어에 익숙한 학습자들은 교수보조자료는 간략하고 도식화 되어 있는 것이 학습에 많은 도움을 준다고 말하였다. 학습자들이 검사지에 응답한 내용들과 일치함을 알 수 있었다. 이에 따라 각종 멀티미디어에 익숙한 대학생들에게 인지구조를 고려한 교수보조자료는 인지부하를 감소시키는 결과를 보임으로 현재 진행되고 있는 수업에서 학습의 효과를 높이기 위해 인지부하이론을 적용한 교수보조자료의 설계가 필요할 것으로 보인다.

수학 패턴 유형에 따른 5학년 학생들의 인지부하와 시선움직임

이슬기 한국교원대학교 교육대학원 2018 국내석사

본 연구는 패턴의 규칙성 찾기 과제에서 수학 패턴 유형에 따른 5학년 학생들의 인지부하와 시선움직임을 분석하여 차후 교과서 개발과 패턴 지도, 그리고 초등수학영재 판별에 도움을 주고자 한다. 1. 패턴 규칙성 찾기 과제에서 수학 패턴 유형에 따른 5학년 학생들의 인지부하는 어떠한가? 가. 수학 패턴 유형에 따른 5학년 학생들의 정답률, 인지부하 자가설문 결과, 시선방문시간은 어떠한가? 나. 수학 패턴 유형에 따른 5학년 일반학생과 수학영재 학생 간의 정답률, 인지부하 자가설문 결과, 시선방문시간은 어떠한 차이가 있는가? 2, 패턴 규칙성 찾기 과제에서 수학 패턴 유형에 따른 5학년 학생들의 시선움직임은 어떠한가? 가. 수학 패턴 유형에 따른 5학년 학생들의 시선이동경로별 시선이동횟수, 시선의 순행과 역행횟수는 어떠한가? 나. 수학 패턴 유형에 따른 5학년 일반학생과 수학영재학생 간의 시선이동경로별 시선이동횟수, 시선의 순행과 역행횟수는 어떠한 차이가 있는가? 이에 수학 패턴 유형에 따른 학생들의 인지부하를 알아보고자 정답률, 인지부하 자가설문, 시선방문시간을 분석하였다. 또한 시선움직임을 알아보고자 시선이동경로별 시선이동횟수와 순행, 역행횟수를 분석하였다. 본 연구 결과를 종합하면, 첫째, ‘숫자증가변형기하’와 ‘그림증가변형기하’ 패턴은 낮은 정답률, 높은 인지부하 자가설문값, 긴 시선방문시간을, ‘숫자반복물리’, ‘숫자반복관계’, ‘숫자대칭관계’ 패턴은 높은 정답률, 낮은 인지부하 자가설문값, 짧은 시선방문시간을 보였다. 패턴 표현양식 간 유의한 차이는 없었다. 증가변형 생성방식과 기하적 속성에서 다른 생성방식과 속성에 비해 낮은 정답률, 높은 인지부하 자가설문값, 긴 시선방문시간을 보였다. 둘째, 정답률은 ‘숫자증가변형물리’, ‘숫자증가변형관계’, ‘그림회전기하’, ‘그림증가변형기하’ 패턴에서 일반학생이 수학영재학생보다 유의하게 낮았다. 인지부하 자가설문결과값은, ‘숫자반복관계’, ‘숫자회전기하’, ‘그림반복기하’, ‘그림대칭물리’ 패턴에서 일반학생이 수학영재학생보다 유의하게 높았다. 시선방문시간은 ‘숫자반복기하’ 패턴에서 일반학생이 수학영재학생보다 유의하게 길었다. 셋째, 시선은 인접항끼리의 이동이 많았고 역행보다 순행이 많았다. ‘숫자대칭기하-그림대칭기하’, ‘숫자반복기하-숫자증가변형기하’ ‘그림반복관계-그림증가변형관계’, ‘그림반복기하-그림반복물리-그림반복관계’, ‘숫자증가변형기하-숫자증가변형물리’, ‘그림회전기하-그림회전물리’, ‘숫자반복물리-숫자반복관계’간에 시선움직임의 차이가 유의했다. 넷째, 수학 패턴 유형에 따른 5학년 일반학생과 수학영재학생의 시선이동경로별 시선이동횟수와 시선 순행·역행횟수 비교결과 ‘숫자반복기하’, ‘숫자대칭기하’, ‘숫자반복기하’, ‘그림반복물리’, ‘숫자증가변형물리’, ‘그림회전기하’, ‘그림회전물리’ 패턴에서 차이가 유의했다 위의 결과를 바탕으로 내린 본 연구의 결론은 다음과 같다. 첫째, ‘숫자증가변형기하’와 ‘그림증가변형기하’ 패턴은 인지부하가 크다고 볼 수 있으므로 패턴학습 후기에 다루고, ‘숫자반복물리’, ‘숫자반복관계’, ‘숫자대칭관계’ 패턴은 인지부하가 작다고 볼 수 있으므로 패턴학습 초기에 도입하는 것이 적절하다고 판단된다. 한편, 증가변형 생성방식과 기하적 속성은 인지부하가 크다고 판단되므로 패턴학습의 후반에 다루는 것이 필요하다. 둘째, 일반학생이 낮은 정답률, 높은 인지부하 자가설문값, 긴 시선방문시간을 보였던 패턴의 인지부하는 일반학생과 수학영재학생 간에 다를 수 있다. 따라서 해당 패턴 지도 시 이러한 차이의 가능성을 고려할 필요가 있다. 수학영재학생들의 정답률이 유의하게 더 높았던 패턴들은 초등수학영재판별과제로 활용될 가능성이 있다고 판단된다. 셋째, 패턴의 표현양식, 생성방식, 속성에 따른 시선움직임의 차이가 있었던 패턴을 지도할 때 이러한 차이를 고려한 학습지도가 필요하다. 한편, 학생들은 그 간의 수학 패턴 학습을 통해 패턴의 규칙성을 찾기 위해 항끼리 비교해야 한다는 것을 알고, 실제 문제 해결 시에도 적용하는 것으로 보여진다. 그리고 역행횟수가 순행횟수의 절반 가까이, 혹은 절반 이상으로 많이 발생하였는데, 이는 본 연구가 수학 패턴의 규칙성을 찾는 복잡한 인지과정이 요구되었기 때문이라고 볼 수 있다. 넷째, ‘숫자반복기하’, ‘숫자대칭기하’, ‘그림반복물리’, ‘그림회전기하’, ‘그림회전물리’ 패턴에서 일반학생과 수학영재학생 간의 시선움직임에 유의한 차이가 있었으므로, 해당 패턴 학습 및 지도 시에 이러한 차이를 고려할 필요가 있다. 끝으로 본 연구는 다음과 같이 제언하고자 한다. 첫째, 수학 패턴 유형별 인지부하와 시선움직임을 잘 반영하면서도 패턴 교수학습의 효과를 높일 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다. 둘째, 단순히 수학영재학생의 시선움직임이 일반학생의 것보다 효과적이라고 결론짓기에는 무리가 있다. 따라서 수학 패턴의 유형에 따라 어떤 시선움직임이 문제해결에 더 효과적인지에 대한 연구가 필요하다.

웹 기반 학습 환경에서 선수지식 및 해결예제의 제시유형이 문제해결력과 인지부하에 미치는 효과

權仙娥 숙명여자대학교 대학원 2006 국내석사

본 연구는 웹 기반 학습 환경에서 ‘해결예제’라는 교수전략을 활용하여 ‘복합적 인지과제’를 교수할 때, 어떤 해결예제의 정보제시유형이 학습자의 인지부하를 조절하며 문제해결력에 도움을 줄 수 있을 것인가에 대하여 살펴보았다. 이것을 통하여 ‘복합적 인지과제’의 해결에 대한 관심이 나날이 강조되는 시대적 요구에 부응하는 교수설계에 기초자료를 제공하고자 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 선정한 연구문제는 첫째, 해결예제의 제시유형에 따라 문제해결력과 인지부하에 차이가 있는가, 둘째, 학습자의 선수지식수준과 해결예제 제시유형간의 상호작용이 문제해결력과 인지부하에 차이를 주는가, 셋째, 문제해결력과 인지부하는 어떤 관계가 있는가이다. 이를 위해, 본 연구에서는 인천 지역의 공립중학교 1학년에 재학 중인 남녀 중학생 112명을 대상으로 실험을 실시하였다. 112명의 중학생들은 1개의 통제집단과 3개의 실험처치 집단으로 각각 28명씩 배정되어 2일에 걸쳐 시행된 인지부하검사, 1차 문제해결력 검사, 2차 문제해결력 검사에 참여하였다. 본 연구결과에 의하면 첫째, ‘절차정보+내용정보’를 제시한 집단이 가장 높은 문제해결력을 보였다. 그러나 학습자의 선수지식수준을 고려하였을 경우, ‘절차정보만’을 제시한 집단이 가장 높은 문제해결력을 지녔음이 나타났다. 둘째, 학습자의 선수지식수준과 해결예제 제시유형간의 상호작용은 ‘요소전이’ 검사에서만 효과가 나타났다. 셋째, 인지부하의 종류에 따라 문제해결력과 인지부하는 ‘정적’ 혹은 ‘부적’ 관계를 가지고 있음이 나타났다. 이상의 연구결과에 기초한 결론은 다음과 같다. 첫째, ‘복합적 인지과제’ 학습에 가장 효과적인 해결예제 정보제시유형은 ‘절차정보+내용정보’를 제시한 경우이지만 학습자의 선수지식수준을 고려하며 정보제시유형을 조정해야 한다. 둘째, 해결예제의 정보제시유형과 학습자의 선수지식수준간의 상호작용은 ‘인지과제’의 난이도에 영향을 받는다. 따라서 교수설계자는 학습자의 인지부하와 선수지식수준을 고려하여 교수를 설계할 경우, 반드시 ‘인지과제’가 지닌 복잡성을 고려해야 한다. 셋째, 웹은 개별 학습자의 학습효과를 극대화시키는데 매우 용이한 매체이다. 웹을 기반으로 한 인지부하관점에서의 ‘해결예제의 효과성’에 대한 연구가 지속적으로 진행되어져야 할 것이다. The purpose of this study was to investigate the effects of worked examples focused on the information format and prior knowledge of learners in solving complex cognitive tasks. The information format of worked examples is separated into 'procedure information'(or, 'process information') and 'substance information'. Under the 'procedure information' approach, instructer presented the only 'procedure information' of worked examples to learners, under the 'substance information' approach, presented the only 'substance information' of worked examples. Under the 'procedure and substance information', instructer presented the 'procedure information' with the 'substance information' of worked examples to learners. 112 middle school students were divided into 4 groups based on the information format of worked examples including control group and were divided into high-knowledge groups and low-knowledge groups based on the prior knowledge of learners. Subjects practiced in each condition group and participated in the cognitive load test, retention test, and transfer test. Study report that the 'procedure and substance information' group was expressed the highest result in the retention and transfer test, at the same time, was expressed the highest germane cognitive load and the lowest extraneous cognitive load of 4 groups. However, considering prior knowledge of learners, high-knowledge learners of the 'procedure information' group were much higher than the other learners in the retention and transfer test and were expressed much higher germane cognitive load and much lower extraneous cognitive load. The current study suggest that the 'procedure and substance information' approach is more effective to low-knowledge learners and the 'procedure information' approach is more effective to high-knowledge learners for solving complex cognitive tasks.

머신러닝을 활용한 뇌파 기반의 인지부하 예측모형의 개발 및 검증

정무석 전남대학교 2022 국내석사

뇌파는 인지부하의 객관적 측정방법으로 주목받고 있다. 최근 머신러닝 기술의 발달로 뇌파 분석에 머신러닝 기법을 활용하려는 시도가 다양하게 이루어지고 있다. 인지부하의 예측에 머신러닝 예측 모델을 활용하기 위해서는 다양한 과제 상황에서 학습자가 느끼는 인지부하 상태에 대해 예측력을 발휘하는 인지부하에 대한 일반 모형이 필요하다. 하지만 뇌파는 같은 자극에 대해서도 개인에 따라 다른 반응이 나타나는 등 인간의 다양한 정신 상태를 반영하는 지표이다. 이러한 뇌파의 특징은 인지부하에 대한 일반 모형의 개발을 어렵게 한다. 따라서 이 연구에서는 서로 다른 유형의 인지부하 유발 과제를 선정하여 수집된 두 데이터세트를 확보하고, 인지부하 예측에서 높은 성능을 보이는 랜덤 포레스트, 합성곱신경망, 순환신경망을 단일 데이터 및 교차 데이터를 사용하여 훈련시켰을 때의 정확도를 비교하여 범-과제 인지부하 예측 모형의 개발 가능성을 확인하였다. 이 연구에서는 대학 재학 이상의 남성을 대상으로 수집된 데이터를 통해 예측 모델을 개발하였다. 서로 다른 두 가지 과제를 수행할 때의 뇌파 데이터를 수집하여 각각의 개별 데이터세트로 구성하였다. 이중과제 기반의 동시 수행 용량 과제(SIMKAP test)는 48명이 수행하였고, 과제 복잡성 기반의 숫자 외우기 과제(Digit Span test)는 38명이 수행하였다. 각 과제는 참가자가 경험하는 인지부하 수준에 따라 저 인지부하 조건과 고 인지부하 조건으로 구분되었고, 각 조건마다 150초간의 데이터가 수집되었다. 개별 데이터세트를 사용하는 경우 단일 대상 데이터, 개별 데이터세트를 혼합한 것을 교차 대상 데이터라고 지칭하였다. 랜덤 포레스트, 합성곱신경망, 순환신경망 예측 모델을 구축하고 개별 데이터 2개와 교차 대상 데이터를 사용하여 훈련시켜 그 성능을 비교하였다. 모델의 성능은 혼동행렬을 기반으로 예측, 재현, 정확도, F1 점수로 제시되었다. 단일 대상 데이터 중 이중과제 데이터에 대한 성능이 더 높게 보고되었고, 랜덤 포레스트 기반 모델이 가장 높은 성능을 보였다. 교차 대상 데이터에 대해 랜덤 포레스트 기반 모델과 순환신경망 기반 모델이 높은 성능을 보였다. 특히 순환신경망 기반 모델은 단일 대상 데이터에 대한 결과에서 상대적으로 낮은 성능을 보인 것과 달리, 교차 대상 데이터에서 높은 성능을 보였다. 랜덤 포레스트는 딥러닝 기법들에 비해 비교적 간편하고 낮은 훈련 자원을 소모하는 경제적인 기법이다. 랜덤 포레스트가 단일 대상 및 교차 대상 예측 모형에서 가장 높은 정확도를 보였다는 것은 뇌파와 인지부하 간 연구에서 랜덤 포레스트를 널리 활용할 수 있는 가능성을 보여준다, 순환신경망의 정확도는 단일 대상 데이터에 대한 예측을 실시할 때와는 달리 교차 대상 데이터에 대해 높은 정확도를 보여주었다. 순환신경망은 대단위의 데이터를 학습하고 복잡한 상호구조를 가진 데이터의 예측에도 성능을 발휘한다. 따라서 추후의 연구에서 데이터의 종류와 크기를 늘려간다면 순환신경망 기반 모델이 높은 성능을 보일 가능성이 있다고 볼 수 있다. The purpose of this study is to develop cognitive load prediction model with EEG based on random forest, convolution neural network, and recurrent neural network. The accuracy of each prediction model for the single-task dataset and cross-task dataset were compared. Recent studies are interested in EEG as an objective measurement method of cognitive load. With the evolution of machine learning technology, machine learning can be applied to predicting the level of cognitive load of the learner. However, it is difficult to develop a general model for EEG, because EEG reflects various human mental activities. Therefore, data on two different types of tasks were collected, and the prediction performance of three machine learning algorithms was compared depending on the mixture of the data in this study. This study will provide insight into the development of a cross-task prediction model for cognitive load. The EEG data with two types of cognitive tasks are collected. The first cognitive task is SIMKAP test, the dual-task based task. 48 participants performed the SIMKAP test. The second cognitive task is Digit-Span test, which is based on task complexity. 38 participants performed the Digit-Span test. All participants were male college students or graduates. Each task was divided into a low cognitive load condition and a high cognitive load condition. 150 seconds of EEG data were collected for each condition. The dataset was divided into ‘Single-subject dataset’ and ‘Cross-subject dataset’ depending on whether the dataset was mixed or not. Random forest, convolution neural network, and recurrent neural network prediction model were constructed, and the accuracy was compared by training using two single-subject data and one cross-subject data. Among the single-subject data, performance for SIMKAP test data was reported higher, and the random forest based model showed the highest performance. Among cross-subject data, random forest and recurrent neural network based model showed higher performance. In particular, the recurrent neural network based model showed relatively low accuracy in the results for single-subject data but showed high results in cross-subject data. Random forest is an economical algorithm that consumes relatively low training resources compared to deep learning algorithms. The fact that random forests showed the highest accuracy in single-subject and cross-subject prediction shows the potential of random forests in EEG and cognitive load studies. The performance of the recurrent neural network showed high accuracy for cross-subject data, unlike when predicting for single-subject data. Recurrent neural networks is appropriate for learning large-scale data and perform well in predicting data with complex relatives. Therefore, if the type and size of data are increased in future studies, it can be seen that there is a possibility that the recurrent neural network based model will show high performance.

초등학교 수학수업에서 학습자의 인지부하에 영향을 미치는 교사의 교수행동

정은주 경북대학교 대학원 2016 국내석사

The purpose of this study is to investigate which the teacher's teaching behaviors affects the cognitive load in Elementary Mathematics Class. In this study, the teaching behaviors were categorized into lesson structure, clear explanation, variety of lesson, and learning management and assessment. The cognitive load was categorized into task demand, mental effort, task difficulty, and self-evaluation. The subjects were 364 elementary school students of 6th grade, and 30 teachers of 6 schools located in D City. The collected data was analyzed in terms of multiple regression with SPSS WIN. 20.0 program. The main results of the research were as follow: First, learning management and evaluation which is sub-variables of teaching behaviors have a negative influence on mental effort(β=-.167, p < .01), have a positive impact on self-evaluation(β=.127,p < .05). Second, lesson structure which is sub-variables of teaching behaviors have a negative influence on task difficulty(β=-.140, p < .05). Third, variety of lesson which is sub-variables of teaching behaviors have a negative influence on task difficulty(β=-.190 p <.01). In summary, learner's cognitive load becomes lower with better lesson structure, variety of lesson, and learning management and assessment. The findings provide practical implications on how a teacher strategically teaching behaviors to reduce cognitive load.

과제의 인지부하량에 따른 재인 기억의 특성 : 정상 노인, 주관적 인지저하 및 기억성 다영역 경도인지장애 집단 비교

정유진 한림대학교 일반대학원 2022 국내석사

재인 기억의 이중처리이론에 따르면, 재인 기억은 회상(recollection)과 친숙함(familiarity)의 두 가지 처리 과정으로 구분되고, 이 두 과정은 신경심리학적/구조적/기능적 연구 결과를 통해 지지되고 있다. 젊은 성인, 정상 노인, 기억성 경도인지장애(amnestic Mild Cognitive Impairment, aMCI) 및 알츠하이머형 치매(Dementia of Alzheimer’s Type, DAT) 환자를 대상으로 한 노화와 신경 퇴행에 따른 재인 기억의 이중처리이론에 대한 연구 결과에 의하면, 정상 노인은 회상 재인의 저하만을 보이지만, aMCI와 DAT 환자는 회상 재인뿐만 아니라 친숙함 재인도 저하된 것으로 나타났으므로, 친숙함 재인의 저하가 알츠하이머병의 진단적 지표로 알려졌다. 그러나 aMCI의 전구 단계로 알려진 주관적 인지저하(Subjective Cognitive Decline, SCD) 집단을 대상으로 재인 기억의 이중처리이론을 살펴본 연구는 아직 없다. 인지부하량(cognitive load)은 학습이나 과제를 수행할 때 인지체계에 부과되는 부담을 의미한다. 인지부하가 높아지면 기억력을 유지하기 위하여 보상기제를 사용하거나 인지 자원을 할당하기가 어렵다(Steffener, Barulli, & Hill, 2020). 따라서 본 연구는 과제의 난이도를 조작하는 실험연구를 통해서 인지부하량에 따른 정상노인, SCD 및 amMCI 집단 간 재인기억의 차이를 확인해보고자 수행되었다. 정상 노인 18명, SCD 집단 20명, amMCI 집단 17명이 연구에 참여하였다. 과제의 인지부하량에 따른 수행 차이를 알아보기 위해서 두 수준의 인지부하량(완전주의, 분리주의)을 지닌 재인 기억 과제를 실시하였다. 24개의 단어를 학습하는 부호화 단계를 실시하였고, 2분 지연 후 재인 단계에서 48개의 단어에 대해 그 단어가 부호화 단계에서 제시된 단어인지(회상 재인), 부호화 단계에서 제시된 단어인지 정확하게 기억나지 않으나 본 것 같은 느낌이 드는 단어인지(친숙함 재인) 또는 부호화 단계에서 보지 않은 새로운 단어인지를 반응하게 하였다. 연구 결과, 전반적인 재인 점수에 있어서는 정상 노인과 SCD 집단 간의 차이가 없었으나, 정상 노인과 SCD 집단 모두 amMCI 집단보다 재인 점수가 유의하게 높았다. 재인을 회상 재인과 친숙함 재인으로 나누어 살펴보면, 회상 재인의 경우에는 정상 노인, SCD, amMCI 집단 순으로 재인 점수가 유의하게 점진적으로 저하되었는데, 이는 회상 재인이 SCD 집단에서부터 저하되기 시작함을 시사한다. 회상 재인을 완전주의 조건과 분리주의 조건으로 나누어 살펴본 결과 완전주의 조건에서는 정상 노인, SCD, amMCI 순으로 저하된 수행을 보였으나 분리주의 조건에서는 정상 노인 집단이 SCD와 amMCI 집단보다 높은 수행을 보였고, SCD와 amMCI 집단 간에는 차이가 나타나지 않았다. 이 결과는 인지 부하가 높아지면 SCD의 회상 재인이 amMCI 만큼 현저하게 저하됨을 시사한다. 친숙함 재인의 경우에는 세 집단 모두 완전주의 조건에서보다 분리주의 조건에서 재인 수행이 저하되었으나 집단 간 수행 차이는 발견되지 않았다. 이러한 결과는 친숙함 재인이 SCD 뿐만 아니라 초기 amMCI 단계까지도 정상 노인과 같은 수준으로 유지된다는 사실을 시사한다. 요약하면, 본 연구는 SCD 단계부터 회상 재인이 손상되지만 친숙함 재인은 초기 amMCI 단계까지도 유지됨을 시사한다. According to the dual-process theory of recognition memory, recognition memory is divided into two processes: recollection and familiarity. These two processes are supported by neuropsychological and brain imaging studies. Previous studies found that in the normal elderly, only recollection decreased, whereas amnestic multiple-domain MCI and the dementia of the Alzheimer‘s type (DAT) patients showed a decrease in familiarity as well as recollection. However, few studies have investigated the dual-process theory of recognition memory in subjective cognitive decline (SCD). Cognitive load refers to the burden imposed on the cognitive system when learning or performing a task. High cognitive load makes it difficult to use compensatory mechanisms or allocate cognitive resources to retain memories (Steffener, Barulli, & Hill, 2020). This study was conducted to examine the difference in recognition memory between the normal elderly, SCD, and amMCI groups according to the level of cognitive load. The participants were 18 normal elderly people, 20 SCD, and 17 amMCI patients. A recognition memory task, with two levels of cognitive load (full attention and divided attention), was administered. First, the participants studied 24 words as an encoding phase in each of the full and divided attention conditions. After a two-minute delay, they were shown 48 words in the recognition phase and responded whether they were previously learned words (recollection), words they felt they had seen before (familiarity), or unfamiliar new words. The results showed no difference between the normal elderly and SCD groups in the overall recognition. However, both groups had significantly higher recognition than amMCI. When recognition was divided into recollection and familiarity, recollection decreased significantly in the order of the normal elderly, SCD, and amMCI groups, suggesting that a decline in recollection starts in the SCD group. The recollection in the normal elderly, SCD, and amMCI groups gradually decreased under full attention. In the divided attention condition, the normal elderly group showed higher recollection than the SCD and amMCI groups, but there was no differences between the SCD and amMCI groups. These results suggest that increasing cognitive load significantly reduces recollection in SCD, as in amMCI. For familiarity, all three groups performed worse in the divided attention than in the full attention conditions, and no group differences were found in either condition. These results suggest that SCD and early amMCI maintain familiarity as much as normal elderly. In summary, these findings suggest that recollection is impaired from the SCD stage but familiarity is maintained until the early amMCI stage.

교수자료의 인지부하와 제시방식 및 작업기억 용량이 유아의 학습효과에 미치는 영향

박윤현 서울대학교 대학원 2021 국내박사

이 연구는 교수자료의 특성(인지부하 수준, 제시방식)이 유아의 학습효과에 미치는 영향을 살펴보고, 유아의 작업기억 발달 특성(전체용량, 양식별 용량)에 따른 영향력을 비교하여 확인함으로써, 궁극적으로 유아, 특히 작업기억 용량이 작은 유아를 위한 효과적인 교수 설계와 특정 양식의 정보를 효율적으로 처리하는 유아를 위한 효과적인 교수 설계에 대한 시사점을 제안하는 것을 목적으로 하였다. 이러한 연구 목적에 따라 다음과 같은 연구문제를 설정하였다. 【연구문제 1】 교수자료의 인지부하와 유아의 작업기억 용량에 따른 학습효과는 어떠한가? 【연구문제 2】 교수자료 제시방식과 유아의 작업기억 양식별 용량에 따른 학습효과는 어떠한가? 이 연구는 서울, 경기, 인천, 대전 지역의 유치원에 다니는 만 5세 유아 239명을 대상으로 하였다. 연구문제를 해결하기 위해, 내재적 인지부하, 외재적 인지부하 수준이 다른 6종류의 교수자료와 정보전달 방식이 다른 부가적인 2종류의 교수자료를 제작하였고, 이 자료를 각각 이용하는 총 8개의 연구 집단을 구성하였다. 유아들은 8개의 연구 집단 중 하나에 임의로 배정되었고, 각 조건에 맞는 교수자료를 보며 학습 활동에 참여하였다. 참여 후, 유아의 학습효과가 측정되었으며, 유아의 작업기억과 주의가 측정되었다. 수집된 자료는 SPSS 20 프로그램에서 평균, 표준편차, 다원변량분석, 일원변량분석, 독립표본 t-검정 등을 이용하여 분석하였다. 이 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 교수자료의 내재적 인지부하가 낮을 때 유아의 학습효과가 높았다. 즉, 시각자료를 전체적으로 제시하거나 부분별로 제시하는 방법보다 시각자료를 부분별로 제시하고 마지막에 한 번 더 전체적으로 제시하는 방법이 유아의 학습효과가 더 컸다. 둘째, 교수자료에 외재적 인지부하가 부가될 경우, 유아의 학습효과가 더 낮았다. 학습 내용과 무관하고 불필요하게 주의를 끄는 요인들은 유아의 학습에 부정적인 영향을 미친다. 셋째, 유아의 작업기억 용량이 큰 집단이 작업기억 용량이 작은 집단보다 학습효과가 더 높았다. 넷째, 다양한 교수안 조건에서 유아의 학습효과는 유아의 작업기억 용량에 따라 달라진다. 방해자극이 없는 부분별+전체 제시 조건에서 작업기억 용량이 큰 유아들의 학습효과가 뚜렷하게 높았고, 방해자극이 있는 전체/부분별 제시 조건에서 작업기억 용량이 작은 유아들의 학습효과가 뚜렷하게 낮았다. 다섯째, 교수자료의 제시방식에 따라 유아의 학습효과가 달랐다. 유아에게 청각, 시각정보를 동시에 제시하는 경우가 이것들을 하나씩 순차적으로 제시하는 경우보다 유아의 학습효과가 높았다. 청각, 시각정보의 제시순서는 유아의 학습효과에 영향을 미치지 않았다. 여섯째, 청각 작업기억 용량이 큰 집단이 작은 집단보다 학습효과가 높았고, 시각 작업기억 용량이 큰 집단이 작은 집단보다 학습효과가 높았다. 일곱째, 청각 작업기억 용량이 큰 유아에게는 청각정보를 시각정보보다 먼저 제시하고, 시각 작업기억 용량이 큰 유아에게는 시각정보를 청각정보보다 먼저 제시하는 것이 유아의 학습효과가 높았다. 이 연구는 유아를 대상으로 한 교수-학습 환경에서 교수자료에 부여되는 인지부하 및 정보제시 방식의 중요성을 밝히고, 유아의 작업기억 특성(전체용량, 양식별 용량)에 따라 더 효율적인 교수방법을 밝혀 교육 실제에의 적용 가능성을 제시했다는 점에서 의의가 있다. The present study examined the effects of different characteristics of teaching materials (cognitive load and presentation method) and young children’s working memory characteristics on their learning effectiveness to ultimately propose practical pedagogical strategies for children with low working memory capacity. Participants in this study included 239 five-year-old children enrolled in kindergartens across Seoul, Gyeonggi, Incheon, and Daejeon provinces. To solve the research questions, six types of teaching materials with different intrinsic and extraneous cognitive load levels and two additional types of teaching materials with different presentation methods of information were used. A total of eight experimental groups were formed with each group assigned to different teaching materials. Participants were randomly assigned to one of the eight groups, where they participated in the learning activities accordingly. Young children's learning effectiveness was measured after the activities; children’s working memory and attention were also measured. Collected data were analyzed using SPSS 20 to conduct descriptive statistics, multiple analysis of variance, one-way ANOVA, and independent t-test. The major results were as follows. 1. The learning effectiveness of children was higher when the internal cognitive load of teaching materials was lower. In other words, it was more effective for children’s learning to first present visual materials in parts and then as a whole once more, rather than showing them as a whole or in parts. 2. The learning effectiveness of children was lower when external cognitive load was added to teaching materials. Factors not related to the teaching subject or distracting children unnecessarily had a negative effect on children's learning. 3. The group of children with a larger working memory capacity showed higher learning effectiveness than its counterpart group. 4. Under various teaching conditions, the learning effectiveness of children depended on their working memory capacity. When presented with teaching materials in parts and then as a whole without distracting elements, the learning effectiveness of children with a larger working memory capacity was significantly higher. Meanwhile, the learning effectiveness of those with a smaller working memory capacity was remarkably lower, under the condition of presenting teaching materials as a whole or in parts with distracting elements. 5. The learning effectiveness of children differed according to how the teaching materials were presented. Presenting auditory and visual information to children at the same time resulted in a higher learning effectiveness than providing it to each of them one after the other. The order in which the auditory and visual information was shown did not affect the learning effectiveness. 6. The group with a larger auditory working memory capacity had a higher learning effectiveness than the other group; the group with a larger visual working memory capacity showed a higher learning effectiveness than its counterpart. 7. The learning effectiveness was higher for children with a larger auditory working memory capacity when presented with auditory information before the visual one, and for those with a larger visual working memory capacity when presented with visual information before the auditory one. This study is significant in identifying the importance of the cognitive load of teaching materials and the methods of presenting them in a teaching-learning environment for young children, and investigating effective teaching methods according to the characteristics of working memory in young children (total capacity and capacity by type) so as to propose the applicability in the field.

작업기억에 부과되는 인지부하가 마인드맵 지원 유형에 따라 창의적 사고력에 미치는 영향

김유중 서울대학교 대학원 2021 국내석사

창의적 사고력은 개인의 창의성을 드러내는 중요한 지표로 창의적 산출물을 만들어내기 위한 기반이 된다. 창의적 사고력은 아이디어를 양적으로 많이 생성해내는 동시에 질적인 차원에서 새롭고, 유용한 아이디어를 선택하는 능력을 의미한다. 학습자가 이러한 창의적 사고력 과제를 수행할 때, 과제 자체가 지니는 복잡성 및 사고의 어려움으로 인해 작업기억에 인지부하가 발생하게 되는 경향이 있다. 또한, 현재 학교교육과정은 창의융합인재의 양성을 교육의 주요 목표로 삼아 학습자는 교과통합수업 등을 통해 학업과 창의적 수행을 병행하도록 요구받고 있는데, 이는 창의적 사고 활동을 할 때 인지부하의 가능성을 높인다. 인지과부하는 창의적 사고에 부정적인 영향을 미친다는 것이 선행연구에서 뒷받침되고 있기 때문에 창의적 사고력 과제를 수행할 때 인지과부하를 완충시키는 방안이 필요하다. 특히 교수설계, 학습전략 등 외재적 인지부하를 감소시키는 방법을 사용하여 창의적 사고로 발생하는 인지부하를 줄일 수 있는데, 다양한 창의적 사고 활동을 신장시키는 방법으로 활용되어 온 마인드맵을 인지부하의 관점에서 살펴본 연구는 부족한 실정이다. 마인드맵 지원 유형은 학습자에게 마인드맵 양식(tepmplate)을 부여하여 빈칸을 채워나가는 형태인 구조화된 마인드맵(mind-map template), 학습자가 주도하여 완성하는 기존의 마인드맵 형태인 비구조화된 마인드맵(classic mind-map)으로 나누어 볼 수 있다. 그러나, 작업기억에 부과되는 인지부하 수준(고, 저)이 창의적 사고력에 미치는 영향이 마인드맵 지원 유형(구조화, 비구조화, 마인드맵 없음)에 따라 다르게 나타나는지 마인드맵 지원 유형 간 효과 차이를 직접적으로 비교하여 본 선행연구가 부족하다는 점에 착안하여, 본 연구에서는 실제 창의적 사고력 과제 수행 시 작업기억에 부과되는 인지부하 수준(고, 저)을 조작하여 마인드맵 지원 유형(구조화, 비구조화, 마인드맵 없음)따라 창의적 사고력 점수가 다르게 나타나는지 알아보고자 하였다. 나아가, 창의적 사고력의 하위요인인 유창성, 정교성, 독창성에 각각 다른 영향을 미치는 지도 탐색해보고자 하였다. 본 연구에는 중학교 3학년 학생 150명이 참여하였고, 연구참여자는 작업기억에 부과되는 인지부하(고, 저) 수준과 마인드맵 지원 유형(구조화, 비구조화, 마인드맵 없음)에 따라 나누어진 6개 처치 집단 중 한 개의 집단에 무선 배정되었다. 연구참여자는 사전 설문으로 창의적 자기효능감, 인지양식 등에 응답하였고, 본 과제 수행 전 구조화, 비구조화 마인드맵 집단은 마인드맵 기법 훈련을 받았으며 마인드맵 없음 집단은 혁신에 관한 스크립트를 청취하였다. 이어서 인지부하 수준을 고, 저로 조작하여 마인드맵 지원 유형(구조화, 비구조화, 마인드맵 없음)에 따라 창의적 사고력 검사 과제를 두 차례에 걸쳐 수행하였다. 창의적 사고력 과제는 한국형 타당화된 창의적 사고력 검사도구인 i+3C 글로벌 재능 진단검사의 창의적 사고 검사 부분이며, 1차-아이디어생성력 영역, 2차-원격연합력 영역으로 구성되었다(이선영 외, 2018). 작업기억에 부과되는 인지부하가 마인드맵 지원 유형에 따라 창의적 사고력에 미치는 영향을 분석한 결과, 작업기억에 부과되는 인지부하가 창의적 사고력에 미치는 영향이 마인드맵 지원 유형에 따라 다르게 나타났다. 특히, 1차 과제인 i+3C의 창의적 사고력 검사 아이디어생성력 과제에서는 창의적 사고력 점수에 대해 인지부하와 마인드맵 지원 유형의 상호작용 효과가 유의하지 않았고, 2차 과제인 원격엽합력에서는 유의한 것으로 나타났다. 원격연합력 점수에서는 인지부하가 높을 때 구조화, 비구조화된 마인드맵 집단이 마인드맵 없음 집단보다 통계적으로 유의미한 수준으로 높게 나타났고, 인지부하가 낮을 때 비구조화된 마인드맵 집단이 구조화, 마인드맵 없음 집단보다 통계적으로 유의하게 높게 나타났다. 이는 인지부하가 높은 상황에서는 마인드맵(구조화, 비구조화)이, 인지부하가 낮은 상황에서는 구조화된 마인드맵이 창의적 사고력에 혜택을 줄 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 마인드맵을 사용이 선행지식과 새로운 주제와의 관계를 외현화하여 인출을 유도한 것이 인지부하를 줄이고, 더 필수적인 정보에 집중하도록 이끌어 창의적 사고의 유연성을 높일 수 있다는 점을 시사한다. 또한 인지부하가 창의적 사고력 하위요인(유창성, 정교성, 독창성)에 미치는 영향이 마인드맵 지원 유형(구조화, 비구조화, 마인드맵 없음)에 따라 다르게 나타나는지 분석한 결과, 원격연합력 1 유창성, 독창성 점수에서 인지부하와 마인드맵 지원 유형의 상호작용이 유의한 것으로 나타났다. 인지부하가 높을 때 유창성 점수는 구조화 집단이 비구조화, 마인드맵 없음 집단보다 높게 나타났고, 독창성 점수는 구조화 집단이 비구조화, 마인드맵 없음 집단보다 높게 나타났다. 한편, 인지부하가 낮을 때 유창성, 독창성 점수는 비구조화 집단이 구조화, 마인드맵 없음 집단보다 높게 나타났다. 이는 인지부하가 높게 부과되는 상황에서 구조화된 마인드맵이 마인드맵 기법 활용에 소요되는 불필요한 인지부하를 감소시켜 유리하고, 인지부하가 낮게 부과될 때는 규칙, 규율, 위계화 등과 같은 구조화된 방식이 창의성 발현에 방해가 될 수 있다는 점을 시사하는 바이다. 본 연구는 실제 창의적 사고력 과제를 수행하는 교육 현장에서 작업기억에 부과되는 인지부하 수준에 따라 학습자에게 마인드맵 지원 유형을 차별적으로 적용하여 창의적 사고력을 증진할 수 있는 방법을 모색했다는 점에서 의의를 갖는다. 또한 1차 과제인 아이디어생성력 영역보다 2차 과제인 원격연합력 영역에서 유의한 결과가 나타난 것으로 보아, 선행 지식을 인출하여 조합하는 것이 중요한 영역에서 마인드맵 지원 유형의 효과가 다르게 나타나는 것을 탐색하였다는 점에서 교육적 의의가 있다. Creative thinking skills are an important indicator of individual creativity and serve as the basis for producing creative products. Creative thinking ability refers to the ability to generate many ideas quantitatively while choosing new, useful ideas on a qualitative level. When learners perform these creative thinking tasks, the complexity and the difficulty of thinking of the task itself tend to cause cognitive loads in their work memories. Also, the current school curriculum uses the training of creative talent as the main goal of education and learners are required to combine academic and creative performance through integrated curriculum classes, which increases the possibility of cognitive overload when engaging in creative thinking activities. Since cognitive overload is supported by prior research by negatively affecting creative thinking, measures are needed to buffer cognitive and overload when carrying out creative thinking tasks. In particular, the cognitive load generated by creative thinking can be reduced by using methods such as teaching design and learning strategy, and there is a lack of research that examined mind-maps from the perspective of cognitive load, which have been used as a way to increase various creative thinking activities. The type of mind-map support can be divided into structured mind-map, which fills the blanks by giving the learner a mind map form and classified mind map, which is an existing mind map form led by the learner. However, based on the lack of prior research by directly comparing the effectiveness differences between mind-map support types (structural, unstructured, and no mind-map) that cognitive load levels (high, low) on working memory differ depending on the type of mind map support. Furthermore, we wanted to explore how differently influences fluency, sophistication, and originality, which are sub-factors of creative thinking. 150 middle school students participated in this study, and participants were randomly assigned to one of the six treatment groups divided according to the cognitive load (high, low) level and type of mind map support(structured, unstructured, no mind-map). Research participants responded to creative self-efficiency, cognitive styles by pre-surveying, the structured and unstructured mind-map groups trained in mind-map techniques before performing the creative thinking task and the no mind-map group listened to scripts on innovation. The cognitive load level was operated low vs. high right before performing two creative thinking ability tests according to the type of mind map support (structured, unstructured, and no mind map). The creative thinking tasks are part of the creative thinking test of the i+3C Global Talent Test, a Korean validated creative thinking inspection tool, consisting of the idea generation area and the remote-association area(Lee et al., 2018). An analysis of the impact of cognitive load on creative thinking ability according to the type of mind-map support showed that the impact of cognitive load on working memory on creative thinking power varies depending on the type of mind map support. In particular, the creative thinking ability test idea generation task of i+3C showed that the interaction effects of cognitive load and mind-map support types were not significant for the creative thinking ability score, and that they were significant for the second task-remote association. In remote association scores, the structured and unstructured mind-map groups were statistically significant above no mind-map group when cognitive loads were high and the unstructured mind-map groups were statistically significantly higher than the structured, no mind-map groups when cognitive loads were low. This means that mind maps(structured, unstructured) can benefit from high cognitive load conditions and structured mind-maps can benefit creative thinking power in low cognitive load conditions. That is, we suggest that using mind-maps to extrapolate prior knowledge from new topics to reduce cognitive load and increase the flexibility of creative thinking by focusing on more essential information. Furthermore, the impact of cognitive load on the creative thinking sub-factors (creativity, sophistication, originality) depends on the type of mind-map support(structured, unstructured and no mind-map), and the interaction of cognitive load and mind-map support types in remote association 1 fluency and originality scores is significant. When cognitive load is high, the fluency score is shown to be higher than the unstructured, no mind-map group, and the originality score is higher than the unstructured, no mind-map group. On the other hand, when cognitive load is low, the scores of fluency and originality were higher than those of the unstructured groups with no mind-map. This suggests that structured mind-maps are advantageous in the conditions where cognitive loads are high, reducing the unnecessary cognitive load required to utilize mind map techniques and that structured methods such as rules, discipline, and hierarchicalization can interfere with the expression of creativity when cognitive load is low. This work is significant in that it has explored ways to promote creative thinking by discriminately applying mind-map support types to learners according to cognitive load levels imposed on their working memories training sites performing real-world creative thinking tasks. It is also educational significance in that we explore the different effects of mind-map support types in areas where collecting and combining prior knowledge is important, given that significant results have been found in the remote association area, rather than in the area of idea generation.

협동학습 시 집단 구조화 정도가 학업성취도, 인지부하 및 수업만족도에 미치는 영향

유정의 高麗大學校 大學院 2013 국내석사

학습전략으로서 협동학습은 적극적 집단 상호작용과 개별적 책임감을 고취하여 집단의 목표를 성취하는 동시에 부수적인 학습효과를 높일 수 있다. 경쟁학습이나 개별학습에 비해 학업성취에 긍정적인 영향을 끼치며, 집단 활동 과정을 통해 학습자들이 상호의존적 관계를 만들며 사회적 기술을 습득하게 한다. 또한, 협동학습은 학습태도, 학습흥미, 그리고 자아개념 등 다양한 정의적 영역에서 정적 효과를 끼치고 있다(강홍숙, 강만철, 2006). 하지만 협동학습의 학습에 미치는 정적 효과에도 불구하고, 결과중심주의와 같은 단점들이 제기되어 이를 줄이려는 노력의 필요성은 계속해서 대두되어 왔다. 위와 같은 단점들을 극복하기 위해 협동학습 내에서 구체적인 전략들이 고안되기 시작했다. 그 중에 하나가 구조화 전략이다. 구조화 전략은 학업성취와 수업방법 개선에 적절하고, 의사소통을 통해 상호간의 이해 및 긍정적인 태도를 형성하는 등 학습자의 정의적 영역에도 긍정적인 영향을 끼친다고 알려져 있다(김민환, 상백, 2006). 그리하여 협동학습의 구조화 전략이 인지부하와 학업성취도와 같은 인지적 영역 및 정의적 영역에 미치는 영향을 실증적으로 알아보고자 하였다. 연구를 위해 서울에 위치한 K사립 초등학교 4학년 2개 학급 55명을 대상으로 2012년 10월 4일에서 12일까지 일주일 간 협동학습 실험이 이루어졌다. 본 연구에서 실시한 협동학습 내용은 초등학교 4학년 과학 2학기 교과과정 중 2단원 ‘지층과 화석’중 특히 화석에 관한 정보 습득을 집단 구성원들 간의 의견 및 정보 교환, 그리고 글쓰기 과정을 협동학습을 통해 해결하는 것이다. 학습자의 사전·사후 학업성취도를 측정하기 위해서 연구자가 출제한 문제를 초등학교 교사 두 명이 검토 후 수정하여 사용하였다. 인지부하 하위요인을 측정하기 위해 류지헌(2011)이 개발한 인지부하 측정도구 20문항을 활용하였다. 수업만족도를 위한 검사도구는 So와 Brush(2007)의 연구에서 도출한 설문문항 중 수업만족도 요인에 관련된 문항들을 번역하고, 본 연구에 맞게 수정하였다. 수집된 자료는 윈도우용 SPSS18.0 프로그램을 사용하여 분석하였다. 구조화 전략 사용 정도에 따라 구분된 구조화 집단과 비구조화 집단이 학업성취도, 인지부하, 그리고 수업만족도에 있어서 어떤 차이를 보이는 지 알아보기 위하여 사전지식을 공변인으로 하여 One-Way ANCOVA를 사용하였다. 협동학습 실험 후 실시한 학업성취도, 인지부하, 그리고 수업만족도에 끼치는 영향의 구체적인 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 협동학습 구조화 그룹과 비구조화 그룹에 따라 학업성취도는 차이가 없는 것으로 나타났다. 둘째, 협동학습 구조화 그룹과 비구조화 그룹에 따라 인지부하 하부요인에 미치는 영향은 다르게 나타났다. 구조화된 그룹에서는 과제부담(TAD)와 지각된 과제난이도(DIF) 요인의 양이 비구조화된 그룹보다 평균이 높게 나왔으며, 정신적 노력(MEN)과 자기평가(SEV) 요인의 평균은 비구조화된 그룹보다 낮게 나왔다. 셋째, 협동학습 구조화 그룹과 비구조화 그룹에 따라 수업만족도는 차이가 있는 것으로 나타났다. 비구조화 그룹의 수업만족도가 구조화 그룹보다 더 높은 경향을 보였다. 본 연구는 협동학습 전략 학생들의 인지활동 및 정의적 영역에 미치는 영향을 검증하고자 했다는 점에서 의의를 가진다. 하지만, 연구대상자가 인지기능 및 상호작용이 미성숙한 아동이었으며, 실제 교실현장에서 이루어진 점을 고려할 때에 담화의 분석 및 통제에 따라 인지부하 정도가 어떻게 변화할 것인지에 대한 후속 연구를 필요로 한다. 또한, 인지부하 관련 연구들이 대부분 대학생들을 대상으로 진행한 점에서 아동을 연구했다는 점에서 K-12현장에 시사하는 점이 있다. 본 연구는 실제 교실현장에서 협동학습 설계 시 학습자들의 다양한 상황과 환경을 고려하여 설계하는 것의 중요성을 제기한다. Cooperative learning as a learning strategy stirs up group interaction and individual accountability. It has resulted in achieving shared goals in a group and subsequent academic achievement. Learners also acquire social interaction skills through the process of group performance. Cooperative learning increases the effect of several affective domain such as academic interest, attitude, and self-efficacy. However, its shortcomings, for example, consequentialism, have been brought up in school settings. So, the necessity of its remedy has raised up to correct the shortcomings: Group structure strategy. Therefore, the purpose of this paper is to look at the difference of students’ academic achievement, cognitive load, and class satisfaction by different levels of group structure. In order to examine levels of group structure, face-to-face interaction, individual accountability, and self-group assessment are controlled. The level of face-to-face interaction is adjusted by the arrangement of the desks and the level of individual accountability is controlled by role-giving. The research was conducted to 55 students in K elementary school located in Seoul area. Questionnaires consist of pre- and post-academic achievement tests, cognitive load self-questionnaire, and class satisfaction questionnaire. Pre-academic test scores were used as group assignment and prior knowledge indicator. SPSS 18 was used for data analysis. The conclusions are; First, there was no academic achievement differences by levels of group structure. Second, sub factors(TAD, DIF, MEN, and SEV) are different by levels of group structure. There was a tendency that structured group shows higher means of TAD and DIF than less structured group. However, means of MEN and SEV are lower in structured group than less structured group. Third, class satisfaction are different by levels of group structure. Less structured group has shown higher class satisfaction.

확장현실 기반 간호 교육 시뮬레이션에서 학습참여 전략이 학습자의 인지부하, 자기효능감, 학습만족도에 미치는 영향

김종호 전남대학교 2024 국내석사

이 연구의 목적은 확장현실 기반의 간호 교육 시뮬레이션에서 학습참여 전략 이 학습자의 인지부하, 자기효능감, 학습만족도에 미치는 영향을 확인하는 것이 다. 확장현실 기반의 간호 교육 시뮬레이션은 복잡한 지식과 절차적 수행을 숙달 하는데 효과적일 수 있지만, 상호작용이 많은 학습환경에서는 반드시 그러한 것 은 아니다. 이에 따라 학습참여 전략의 유형에 따른 학습자의 인지부하, 자기효 능감, 학습만족도에 미치는 영향을 알아볼 필요가 있다. 이를 위해 설정한 연구 문제는 다음과 같다. 첫째, 확장현실 기반 간호 교육 시뮬레이션에서 정서적 학습참여 전략과 인지 적 학습참여 전략이 학습자의 인지부하에 영향을 미칠 것인가? 둘째, 확장현실 기반 간호 교육 시뮬레이션에서 정서적 학습참여 전략과 인지 적 학습참여 전략이 과제부하에 영향을 미칠 것인가? 셋째, 확장현실 기반 간호 교육 시뮬레이션에서 정서적 학습참여 전략과 인지 적 학습참여 전략이 자기효능감에 영향을 미칠 것인가? 넷째, 확장현실 기반 간호 교육 시뮬레이션에서 정서적 학습참여 전략과 인지 적 학습참여 전략이 학습만족도에 영향을 미칠 것인가? 이 실험에는 총 60명의 3학년 이상 간호대학생이 참여했으며, 이들은 정서적 학습참여 전략(적용, 미적용)과 인지적 학습참여 전략(적용, 미적용)의 적용 여부 에 따라 네 개의 집단으로 나뉘어 각각 15명씩 배정되었다. 모든 참여자는 동일 한 간호 교육 시뮬레이션을 사용하여 학습했으며, 연구도구로 사용된 시뮬레이션 은 ‘핵심기본간호술 평가항목 프로토콜’을 기반으로 설계 및 개발되었다. 연구 참 여자들은 핵심기본간호술 중 ‘말초산소포화도 측정 및 심전도 모니터 적용’ 절차 를 시뮬레이션을 통해 학습했다. 인지적 학습참여 전략이 적용된 집단은 실험 전 5분간 학습내용에 대한 인지적 학습참여 전략을 적용할 수 있는 시간을 추가로 부여받았다. 정서적 학습참여 전략이 적용된 집단에는 추가 시간은 없었으나, 시 뮬레이션 진행 중 실험 모더레이터가 구두로 정서적 학습참여 전략을 적용했다. 이 실험은 2×2 요인설계를 사용하여, 독립변수로 정서적 학습참여 전략(적용, 미적용)과 인지적 학습참여 전략(적용, 미적용)을 설정했다. 종속변수는 인지부 하, 자기효능감, 학습만족도였으며, 분석 방법으로는 이원 다변량 분산분석과 공 분산분석을 사용했다. 연구 결과에 따르면, 확장현실 기반 간호 교육 시뮬레이션에서 정서적 및 인지 적 학습참여 전략이 학습자의 인지부하, 자기효능감, 학습만족도에 미치는 영향 을 다음과 같이 정리할 수 있다. 첫째, 확장현실 기반 간호 교육 시뮬레이션에서 정서적 학습참여 전략은 확장현실 기반 시뮬레이션에서 외재적 인지부하에 유의 미한 영향을 미쳤다. 둘째, 확장현실 기반 간호 교육 시뮬레이션에서 정서적 학 습참여 전략과 인지적 학습참여 전략은 학습자의 자기효능감에 유의미한 영향을 미치지 못했다. 셋째, 확장현실 기반 간호 교육 시뮬레이션에서 정서적 학습참여 전략과 인지적 학습참여 전략은 학습자의 학습만족도에 유의미한 영향을 미치지 못했다. 이 연구는 정서적 학습참여 전략과 인지적 학습참여 전략을 확장현실 기반 간 호 교육 시뮬레이션에 적용하였을 경우, 정서적 학습참여 전략이 학습자에게 학 습 내용이 전달되는 절차나 방법에 따라 발생하는 외재적 인지부하를 효과적으 로 낮추는 데 도움이 되었다는 것을 확인하였다. 또한 정서적 학습참여 전략과 인지적 학습참여 전략이 학습자의 자기효능감과 학습만족도에 유의미한 영향을 주지 않았음을 확인하였다. 이를 통해 효과적인 학습참여 전략의 사용 방안과 확 장현실 기반 시뮬레이션의 설계 방법에 대한 중요한 통찰을 제공하였으며, 확장 현실 기반 시뮬레이션 설계 방안에 대한 시사점을 제공하였다. The purpose of this study was to determine the effects of learning engagement strategies on learners' cognitive load, self-efficacy, and learning satisfaction in an extended reality-based nursing education simulation. Extended reality-based nursing education simulations can be effective in mastering complex knowledge and procedural skills, but this is not necessarily the case in a highly interactive learning environment. Therefore, it is necessary to investigate the effects of different types of learning engagement strategies on learners' cognitive load, self-efficacy, and learning satisfaction. The following research questions were set for this study. First, do emotional and cognitive learning engagement strategies affect learners' cognitive load in an extended reality-based nursing education simulation? Second, do emotional learning engagement strategies and cognitive learning engagement strategies affect task load in an extended reality-based nursing education simulation? Third, do emotional and cognitive learning engagement strategies affect self-efficacy in an extended reality-based nursing education simulation? Fourth, will emotional and cognitive learning engagement strategies affect learning satisfaction in an extended reality-based nursing education simulation? A total of 60 third-year and above nursing students participated in this experiment, who were divided into four groups of 15 students each according to the application of emotional learning engagement strategies (applied vs. not applied) and cognitive learning engagement strategies (applied vs. not applied). All participants learned using the same nursing education simulation, which was designed and developed based on the Core Basic Nursing Skills Assessment Item Protocol. Participants learned the procedures of "measuring peripheral oxygen saturation and applying an electrocardiogram monitor" among the core basic nursing skills through the simulation. The cognitive learning engagement strategies group was given an additional 5 minutes to apply the cognitive learning engagement strategies to the learning content before the experiment. The emotional engagement group received no additional time, but was verbally engaged by the experiment moderator during the simulation. The experiment used a 2×2 factorial design, with emotional learning engagement strategies (applied vs. not applied) and cognitive learning engagement strategies (applied vs. not applied) as independent variables. The dependent variables were cognitive load, self-efficacy, and learning satisfaction, and the analysis methods were two-way multivariate analysis of variance and analysis of covariance. According to the results of the study, the effects of emotional and cognitive learning engagement strategies on learners' cognitive load, self-efficacy, and learning satisfaction in an extended reality-based nursing education simulation can be summarized as follows. First, the emotional learning engagement strategies had a significant effect on the extrinsic cognitive load in the extended reality-based nursing education simulation. Second, emotional learning engagement strategies and cognitive learning engagement strategies had no significant effect on learners' self-efficacy in extended reality-based nursing education simulation. Third, emotional learning engagement strategies and cognitive learning engagement strategies had no significant effect on learners' learning satisfaction in the extended reality-based nursing education simulation. This study confirmed that when emotional and cognitive learning engagement strategies were applied to an extended reality-based nursing education simulation, the emotional learning engagement strategies effectively helped to reduce the extrinsic cognitive load caused by the procedure or method of delivering learning content to learners. The study also confirmed that the emotional and cognitive learning engagement strategies did not significantly affect learners' self-efficacy and learning satisfaction. This study provides important insights into how to use effective learning engagement strategies and how to design extended reality-based simulations, and provides implications for the design of extended reality-based simulations.