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문제 정의
- 것이다. 그러나 자기보고 방식에 의한 인지 부하 요인과 GSR 각성수준을 직접적으로 비교하기는 어렵기 때문에 다음과 같은 세부적인 연구목적에 따라서 검증을 시도하였다. 또한 학습과 평가단계와 같이 인지과정이 달라지는 경우에 GSR 각성 수준에서의 차이가 있는지를 검증하였다.
- 이런 연구를 통하여 학습 성취나 과제수행의 결과를 증진시킬 수 있는 전략이 수립될 수 있기 때문이다. 그런데 반응시간을 측정하는 방식은 부가적인 과제를 동시에 제시해야 한다는 제한점을 갖고 있기 때문에 이 연구에서는 가장 광범위하게 활용되고 있는 주관적 설문방식과 생리신호에 의한 인지부하 측정방식을 적용하고자 한다. 생리신호를 이용한 인지부하 측정은 GSR(Gal.
- 이 연구의 목적은 과제수행에 영향을 미치는 주관적 설문의 인지부하요인과 GSR 각성수준의 관계를 검증하는 것이다. 그러나 자기보고 방식에 의한 인지 부하 요인과 GSR 각성수준을 직접적으로 비교하기는 어렵기 때문에 다음과 같은 세부적인 연구목적에 따라서 검증을 시도하였다.
- 즉, 주기적인 학습점검을 실시하여 학습자가 평가 활동에 참여하도록 하여 각성수준의 변화를 측정하는 것이다. 이러한 변화를 반영하여 적응적 시스템을 구성한다면 보다 정밀한 학습자 모형을 반영할 수 있을 것이다.
- 이 연구를 통하여 다음과 같은 두 가지 논의를 제안하고자 한다. 첫째, 주관적 설문에 의한 인지부하의 측정과 생리 신호와 같은 객관적 지표와의 관련성을 이해에 대한 것이다. 인지부하의 측정에서 주관적 측정지표와 객관적 측정지표가 비슷한 반응을 보이는 편이지만, 두 지표가 항상 일정한 관계를 유지하고 있는 것은 아니기 때문이다.
- 학습자들은 화면의 좌우하단에 있는 방향버튼을 사용하여 좌우 이동을 할 수 있다. 학습내용 전반에 걸쳐 학습 목표를 지속적으로 제시하여 어떤 내용을 주의 깊게 학습해야 하는지에 대한 정보를 제공하였다. 학습자료는 툴북(ToolBook)으로 저작되었다.
가설 설정
- 인지부하의 측정에서 주관적 측정지표와 객관적 측정지표가 비슷한 반응을 보이는 편이지만, 두 지표가 항상 일정한 관계를 유지하고 있는 것은 아니기 때문이다.24) 게다가 주관적 설문과 객관적 측정지표 사이에는 정밀도나 민감도의 차이가 있는 것으로 보인다. 25) 실질적으로 비디오 화면의 프레임 단위가 바뀌었음에도 불구하고 설문지를 통해서는 차이점을 인식할 수 없었으나 생리신호를 통해서는 그 차이가 감지되 었기 때문이다.
제안 방법
- 변화를 평가하였다. 각성수준은 측정된 전기피부반응의 평균을 계산하였으며, 기저선으로부터 각성수준의 변화량을 측정하였다. 기저선 및 각성수준의 측정에서는 최초 30초를 제외한 나머지 전기피부반응값을 평균하여 계산하였다.
- 각성수준을 측정하기 위하여 기저선을 미리 측정한 다음에 기저선으로부터 이탈된 정도에 따라서 각성수준의 변화를 평가하였다. 각성수준은 측정된 전기피부반응의 평균을 계산하였으며, 기저선으로부터 각성수준의 변화량을 측정하였다.
- 그런 다음에 1분 동안 1차 기저선 측정을 실시하였다. 기저선 측정을 마치고 나면 학습단계를 시작하도록 지시하였다. 연구대상자가 학습을 마칠 때까지 피 부전도반응을 측정하였다.
- 안정기를 마치고 2차 기저선(1분)이 측정되었다. 기저선 측정을 마치면 사후성취도 검사지를 풀도록 하였으며, 평가문제를 해결하는 동안 피부 전도 반응을 측정하였다. 사후성취도 평가를 마친 이후에 자기 보고에 의한 인지부하 설문을 작성하였다.
- 회귀분석모형의 종속변수는 사후검사의 성취점수이다. 독립변수는 사전검사, 신체적 노력, 정신적 노력, 지각된 과제난이도, 자기평가, 자료설계의 용이성이다. 회귀모형은 유의미한 것으로 평가되었으며(F =9.
- 학습자의 사전지식은 인지과정에 영향을 주는 주요 변수 중의 하나이며, 사전지식이 많으면 효율적으로 인지과정을 관리할 수 있기 때문이다. 따라서 학습자의 사전지식은 인지부하에 영향을 미치는 중요한 변수이기 때문에 사전지식의 수준을 포함하여 분석을 실시하였다. 사전지식의 측정을 위한 사전-사후 동형검사를 적용했으며, 이 연구에서는 사전검사의 성적이 사전지식을 의미한다.
- 그러나 자기보고 방식에 의한 인지 부하 요인과 GSR 각성수준을 직접적으로 비교하기는 어렵기 때문에 다음과 같은 세부적인 연구목적에 따라서 검증을 시도하였다. 또한 학습과 평가단계와 같이 인지과정이 달라지는 경우에 GSR 각성 수준에서의 차이가 있는지를 검증하였다.
- 기저선 측정을 마치면 사후성취도 검사지를 풀도록 하였으며, 평가문제를 해결하는 동안 피부 전도 반응을 측정하였다. 사후성취도 평가를 마친 이후에 자기 보고에 의한 인지부하 설문을 작성하였다. 학습 및 평가에 투입된 평균시간은 454.
- 그런데 반응시간을 측정하는 방식은 부가적인 과제를 동시에 제시해야 한다는 제한점을 갖고 있기 때문에 이 연구에서는 가장 광범위하게 활용되고 있는 주관적 설문방식과 생리신호에 의한 인지부하 측정방식을 적용하고자 한다. 생리신호를 이용한 인지부하 측정은 GSR(Gal.,anic Skin Response)을 활용하고자 한다. GSRe 각성수준에 민감한 생리신호이기 때문에 학습자의 인지부하 정도를 알 수 있는 지표로 활용되고 있다.
- 연구대상자가 학습을 마치면 손을 들어 알리도록 하였고 2차 기저선 측정을 위한 1분간의 안정기를 제공하였다. 안정기를 마치고 2차 기저선(1분)이 측정되었다.
- 기저선 측정을 마치고 나면 학습단계를 시작하도록 지시하였다. 연구대상자가 학습을 마칠 때까지 피 부전도반응을 측정하였다.
- 이를 위하여 과제수행을 종속변수로하는 회귀분석을 적용하였다. 연구목적 3의 분석에서는 학습단계 및 평가단계에서 측정된 각성수준의 차이를 분석하기 위하여 반복측정을 실시하였으며, 이때 사전검사의 점수를 공변량으로 투입하였다.
- 이 연구에서 사용한 인지부하 설문지는 5개의 구인으로 구성되어 있으며, ① 신체적 노력(physical effort), ② 정신적 노력(mental effort), ③ 지각된 과제난이도 (perceived task difficulty), ④ 자기 평가(self-evaluation), ⑤ 자료설계의 용이성(material design)이다.8) 이 설문의 측정구인들은 인지부하를 측정할 수 있는 다양한 차원을 고려했다는 특징을 갖고 있다.
- 이 연구에서는 사전-사후검사를 활용하여 사전지식과 과제수행의 정도를 측정하였다. 즉, 사전검사는 학습할 내용에 대한 사전지식의 정도를 측정하기 위한 것이었으며, 사후검사는 과제수행에 따른 성취도를 측정하기 위한 것이었다.
- 이 연구의 측정변수는 자기보고에 의한 인지 부하 설문(5개 요인), 사전-사후검사, 전기 피부 반응(GSR)에 의한 각성수준의 변화이다. 자기보고에 의한 인지 부하는 각 구인별로 5개 문항씩 구성되었으며 총 25개 문항으로 구성된 설문지로 측정되었다.
- 각성수준의 변화이다. 자기보고에 의한 인지 부하는 각 구인별로 5개 문항씩 구성되었으며 총 25개 문항으로 구성된 설문지로 측정되었다. 각 문항은 7점 척도로 구성되었고, 1점=“전혀 아니다", 2점=“아니다", 3점=“약간 아니다", 4점=“보통이다", 5점=“조금 그런 편이다”, 6점=“그렇다”, 7점=“매우 그렇다”로 구분하도록 하였다.
- 실시하였다. 종속변수는 사후검사의 점수이며, 독립변수는 사전검사의 점수와 학습 및 평가 단계에서의 각성수준이다. 분석결과에 의하면 회귀모형이 유의미한 것으로 평가되었다(F=10.
- 학습단계와 평가단계에서 측정된 각성수준에서 차이가 있는지를 확인하기 위하여 사전검사의 점수를 공변량으로 투입한 반복측정설계를 실시하였다. 측정시기 (GSR_학습단계 vs.
- 한글자료에 대한 가독성을 고려하여 굴림체 11포인트로 조정하였으며, 200%의 행간을 유지하도록 하였다. 18) 학습내용은 총 14페이지로 구성되어 있으며 마우스를 사용하여 좌우 이동이 가능하다.
대상 데이터
- 실험도구에 활용된 내용은 고등학교 1학년 공통과정의 “혈액 및 면역체계" 단원이다. 공통과목이기 때문에 이공계 및 인문계 대학생이 모두 학습한 내용이다.
- 공통과목이기 때문에 이공계 및 인문계 대학생이 모두 학습한 내용이다. 실험에 사용된 학습자료는 툴북이라는 저작도구로 개발되었다.
- 69%)이었다. 연구대상자는 교내 포털 서비스를 통하여 모집되었으며, 유급으로 실험에 참여하였다.
- 이 연구에 참여한 대상은 광역시 소재 4년제 대학의 재학생 64명이었으며, 남학생 21명(32.81%)과 여학생 43명(67.19%)이었다. 이들 중에서 29명은 자연계열 (45.
- 전기피부반응의 측정에 사용된 장비는 국내의 피지오래주)(www.physiolab.co.kr)에서 개발한 iDAQ400과 EDG앰프가 사용되었다. iDAQ400은 USB 케이블을 사용하여 컴퓨터에 연결하도록 되어 있다.
- 학습내용 전반에 걸쳐 학습 목표를 지속적으로 제시하여 어떤 내용을 주의 깊게 학습해야 하는지에 대한 정보를 제공하였다. 학습자료는 툴북(ToolBook)으로 저작되었다.
데이터처리
- 각성수준에 의한 영향을 검증하기 위하여 회귀분석을 실시하였다. 종속변수는 사후검사의 점수이며, 독립변수는 사전검사의 점수와 학습 및 평가 단계에서의 각성수준이다.
- 각성수준은 측정된 전기피부반응의 평균을 계산하였으며, 기저선으로부터 각성수준의 변화량을 측정하였다. 기저선 및 각성수준의 측정에서는 최초 30초를 제외한 나머지 전기피부반응값을 평균하여 계산하였다.
- 종합적으로 보았을 때, 실험참가자들은 학습과제의 난이도를 낮게 지각했던 것으로 볼 수 있다. 또한 성취도 측면에서 사전-사후검사에 대한 t 검증을 실시하였다. 검증결과에 따르면 유의미한 차이가 있었으며 (t=-5.
- 사전검사와 인지부하구인이 사후검사의 점수에 미치는 영향을 검증하기 위하여 회귀분석을 실시하였다. 회귀분석모형의 종속변수는 사후검사의 성취점수이다.
- 위한 것이다. 이를 위하여 과제수행을 종속변수로하는 회귀분석을 적용하였다. 연구목적 3의 분석에서는 학습단계 및 평가단계에서 측정된 각성수준의 차이를 분석하기 위하여 반복측정을 실시하였으며, 이때 사전검사의 점수를 공변량으로 투입하였다.
이론/모형
- 따라서 학습자의 사전지식은 인지부하에 영향을 미치는 중요한 변수이기 때문에 사전지식의 수준을 포함하여 분석을 실시하였다. 사전지식의 측정을 위한 사전-사후 동형검사를 적용했으며, 이 연구에서는 사전검사의 성적이 사전지식을 의미한다.
성능/효과
- 그의 연구에서는 비디오 자료, 인쇄자료, 컴퓨터매체를 비교함으로써 매체 활용과 학습자의 각성수준에서 유의미한 차이가 나타나고 있다는 점을 확인하였다.13) 인쇄자료나 컴퓨터 매체에서는 학습이 진행되면서 각성수준이 올라갔지만 비디오 자료의 경우에는 일정수준의 각성수준을 지속적으로 유지하고 있는 것으로 나타났다. 이 결과는 비디오 자료는 학습자의 각성수준을 높이고 있음을 보여주는 것이었다.
- 과제난이도의 높고 낮음에 따라서 생리신호(동공크기, 전기피부반응, 맥박, 눈동자의 움직임)의 변화가 유의미한 상관관계를 형성하고 있음을 발견하였다.14) 쉬운 과제에서의 GSRe 낮았으며, 과제가 어려워지면 GSR이 상승하는 것으로 나타났다. 또한 과제수행에 대한 설문 조사에서도 좌절이나 스트레스와 같은 심리적 요인도 처음과제를 시작할 때와 마쳤을 때 변화되었음을 확인할수 있었다.
- GSR의 각성수준에 대한 연구결과는 학습 단계에서의 각성수준보다는 평가단계에서의 각성수준이 과제수행에 더 중요한 영향을 미치고 있음을 보여주었다. 그리고 평가단계에서의 각성수준이 낮을수록 과제수행이 높았다는 것을 의미한다.
- 관련성을 검토하였다. 과제난이도의 높고 낮음에 따라서 생리신호(동공크기, 전기피부반응, 맥박, 눈동자의 움직임)의 변화가 유의미한 상관관계를 형성하고 있음을 발견하였다.14) 쉬운 과제에서의 GSRe 낮았으며, 과제가 어려워지면 GSR이 상승하는 것으로 나타났다.
- 넷째, 자기 평가는 과제수행에 대한 만족감이나 성취감의 정도를 의미한다. 수행결과에 대한 평가이기 때문에 과제수행을 하면서 발생했던 학습 및 문제해결 활동의 효율성에 대한 평가라고 볼 수 있다.
- 14) 쉬운 과제에서의 GSRe 낮았으며, 과제가 어려워지면 GSR이 상승하는 것으로 나타났다. 또한 과제수행에 대한 설문 조사에서도 좌절이나 스트레스와 같은 심리적 요인도 처음과제를 시작할 때와 마쳤을 때 변화되었음을 확인할수 있었다. 이러한 연구결과들은 GSR이 안정적인 측정자료이며 인지부하의 정도를 확인할 수 있는 지표가 될 수 있음을 의미한다.
- 이중에서 가장 큰 영향을 미치는 변수는 지각된 과제난이도였으며, 과제난이도를 낮게 지각할수록 사후검사의 점수가 높아지는 것으로 나타났다. 또한 사전검사의 점수가 높고 신체적 노력에 대한 긴장을 많이 할수록 사후검사의 점수가 높았다.
- 종속변수는 사후검사의 점수이며, 독립변수는 사전검사의 점수와 학습 및 평가 단계에서의 각성수준이다. 분석결과에 의하면 회귀모형이 유의미한 것으로 평가되었다(F=10.61, p =.000). 사전검사의 점수와 학습 및 평가단계에서의 각성수준은 사후검사 검수의 35%(수정결정계수=31%)를 설명하고 있는 것으로 나타났다.
- 000). 사전검사의 점수와 학습 및 평가단계에서의 각성수준은 사후검사 검수의 35%(수정결정계수=31%)를 설명하고 있는 것으로 나타났다. 표 3의 회귀분석 결과에서 볼 수 있는 바와 같이 사전검사의 점수0=5.
- 셋째, 생리신호를 활용한 인지부하 측정방법은 호흡, 맥박, 동공크기 등과 같은 신체적인 변화에 근거하고 있기 때문에 객관적인 측정지표로 인식되고 있다. 이 방법은 설문지를 작성하거나 이중과제를 제시하지 않더라도 과제수행 단계에서도 손쉽게 측정할 수 있다는 장점을 갖고 있다.
- 셋째, 지각된 과제난이도는 학습자가 지각하고 있는 문제해결의 어려움을 의미한다. 과제난이도는 해결해야 할 문제 자체에 대한 인지부하이기 때문에 학습자의 수행과 직접적으로 관련되어 있다.
- 이 연구결과를 통하여 과제수행에 영향을 미치고 있는 자기보고의 인지부하 요인과 각성수준의 예측변수로서의 가능성을 검토할 수 있었다. 이 연구를 통하여 다음과 같은 두 가지 논의를 제안하고자 한다.
- 관여하고 있음을 의미한다. 이 연구에서는 사전검사의 점수와 더불어 신체적 노력 및 지각된 과제난이도가 사후검사에 유의미한 영향을 미치고 있었다. 인지부하이론가들도 인지과정에서 발생하는 부하의 정도를 측정하기 위해서는 단일차원의 척도보다는 다차원적인 척도에 의한 측정이 중요하다고 설명하고 있다.
- 007)가 유의미한 영향을 미치고 있었다. 이중에서 가장 큰 영향을 미치는 변수는 지각된 과제난이도였으며, 과제난이도를 낮게 지각할수록 사후검사의 점수가 높아지는 것으로 나타났다. 또한 사전검사의 점수가 높고 신체적 노력에 대한 긴장을 많이 할수록 사후검사의 점수가 높았다.
- 인지부하요인이었다. 특히, 과제난이도에 대한 지각은 사전검사의 점수가 사후검사의 점수에 미치는 영향보다도 더 큰 것으로 나타났다. 그리고 지각된 과제난이도와 과제수행이 부적관계를 형성하고 있었는데, 과제난이도에 대한 지각수준이 낮을수록 과제수행이 올라갔기 때문이다.
- 독립변수는 사전검사, 신체적 노력, 정신적 노력, 지각된 과제난이도, 자기평가, 자료설계의 용이성이다. 회귀모형은 유의미한 것으로 평가되었으며(F =9.73, p=.OOO), 독립변수들은 사후검사에 대한 변량의 51%(수정 결정계수=45%)를 설명하고 있었다.
후속연구
- 끝으로 이 연구의 제한점은 과제난이도가 높지 않았다는 점이다. 앞서 살펴보았던 바와 같이 과제난이도는 학습자의 인지부하에 중요한 영향을 미치는 변수이기 때문이다.
- 둘째, 인지부하 측정을 위한 예측변수의 활용은 향후 지능형 개별화 학습 시스템에 중요한 이론적 단서를 제공할 수 있다. 즉, 학습의 진척상황을 평가하여 학습자에게 가장 적절한 수준의 인지부하를 유지시킬 수 있는 적응적 시스템을 설계할 수 있을 것이다.
- 15) GSRe 심상자료에 의한심리적 변화를 측정할 수 있으몌6), 읽기 수행과 같은 인지수행 과제에서도 학습자의 각성수준을 측정할 수 있다. 따라서 인지부하의 측정을 위하여 이러한 전기피부반응을 활용한다면, 학습과정에서 발생하는 인지부하의 정도를 객관적으로 지표화할 수 있을 것이다.17)
- 이 연구에서 밝혀진 바와 같이 평가단계에서의 GSR 각성수준이 더 중요한 예언력을 갖고 있다면 이것을 적극적으로 활용하기 위한 방안을 모색해야 할 것이다. 즉, 주기적인 학습점검을 실시하여 학습자가 평가 활동에 참여하도록 하여 각성수준의 변화를 측정하는 것이다.
- 즉, 주기적인 학습점검을 실시하여 학습자가 평가 활동에 참여하도록 하여 각성수준의 변화를 측정하는 것이다. 이러한 변화를 반영하여 적응적 시스템을 구성한다면 보다 정밀한 학습자 모형을 반영할 수 있을 것이다. 예를 들면 이 연구에서 나타난 바와 같이 신체적 노력지수 등은 지각된 과제난이도에 영향을 미치는 중요한 요인이 될 수 있을 것이다.
- 제공할 수 있다. 즉, 학습의 진척상황을 평가하여 학습자에게 가장 적절한 수준의 인지부하를 유지시킬 수 있는 적응적 시스템을 설계할 수 있을 것이다. 이를 위하여 학습자에게 적합한 최적 학습난이도를 결정하기 위한 알고리즘의 개발이 필요하다.
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