변별과제에서 초등학생의 안구운동 분석을 통한 발견적 주의 모델 개발 Development of the Heuristic Attention Model Based on Analysis of Eye Movement of Elementary School Students on Discrimination task원문보기
본 연구에서는 변별과제를 해결하는 동안 초등학생의 안구운동을 분석하여 발견적 주의모델을 개발하였다. 연구 참여자는 초등학교 6학년 20명이었고 모두 부모의 동의 절차를 거친 자발적인 지원자였다. 본 연구에 사용된 변별과제는 권재술과 김범기(1994)가 개발한 과학탐구능력 검사지에서 아이트래킹으로 실험 가능한 두 과제를 선택하였다. 학생들의 안구운동의 수집은 SMI사의 iView X TM RED 120 Hz를 사용하였고 실험설계와 분석은 동사의 Experiment 3.2와 BeGaze 3.2의 소프트웨어를 사용하였다. 학생들의 모든 안구운동은 응시시간에 대한 정량적인 분석과 문제해결과정에서 학생개인의 인지사고과정을 추론하는 정성적인 분석과정을 거쳤다. 본 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 학생들의 실험 자료의 시각정보의 복잡한 정도에 따라 인지적 부담이 가중되었고 대상을 재인하는 관점 의존적이었다. 둘째, 실험 자료의 제시로 상향식주의가 발화되었고 하향식주의에 의해 의도적이고 목표지향적인 안구운동과 혼란 주의에 의한 안구운동을 구분할 수 있었다. 이를 토대로 인간의 주의와 안구운동을 도식할 수 있었다. 셋째, 압축된 시선흐름(compressed scan-path)을 분석하여 학생들의 문제해결전략을 도출하였다. 넷째, 본 연구의 결과를 통해 발견적 주의 모델(HAM)을 개발하였다. 이 발견적 주의 모델은 앞으로 학생들의 문제해결과정을 분석하는데 효과적인 분석관점을 제공할 것으로 기대된다.
본 연구에서는 변별과제를 해결하는 동안 초등학생의 안구운동을 분석하여 발견적 주의모델을 개발하였다. 연구 참여자는 초등학교 6학년 20명이었고 모두 부모의 동의 절차를 거친 자발적인 지원자였다. 본 연구에 사용된 변별과제는 권재술과 김범기(1994)가 개발한 과학탐구능력 검사지에서 아이트래킹으로 실험 가능한 두 과제를 선택하였다. 학생들의 안구운동의 수집은 SMI사의 iView X TM RED 120 Hz를 사용하였고 실험설계와 분석은 동사의 Experiment 3.2와 BeGaze 3.2의 소프트웨어를 사용하였다. 학생들의 모든 안구운동은 응시시간에 대한 정량적인 분석과 문제해결과정에서 학생개인의 인지사고과정을 추론하는 정성적인 분석과정을 거쳤다. 본 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 학생들의 실험 자료의 시각정보의 복잡한 정도에 따라 인지적 부담이 가중되었고 대상을 재인하는 관점 의존적이었다. 둘째, 실험 자료의 제시로 상향식주의가 발화되었고 하향식주의에 의해 의도적이고 목표지향적인 안구운동과 혼란 주의에 의한 안구운동을 구분할 수 있었다. 이를 토대로 인간의 주의와 안구운동을 도식할 수 있었다. 셋째, 압축된 시선흐름(compressed scan-path)을 분석하여 학생들의 문제해결전략을 도출하였다. 넷째, 본 연구의 결과를 통해 발견적 주의 모델(HAM)을 개발하였다. 이 발견적 주의 모델은 앞으로 학생들의 문제해결과정을 분석하는데 효과적인 분석관점을 제공할 것으로 기대된다.
The purpose of this study was to develop a HAM (Heuristic Attention Model) by analyzing the difference between eye movements according to the science achievement of elementary school students on discrimination task. Science achievement was graded by the results of the Korea national achievement test...
The purpose of this study was to develop a HAM (Heuristic Attention Model) by analyzing the difference between eye movements according to the science achievement of elementary school students on discrimination task. Science achievement was graded by the results of the Korea national achievement test conducted in 2012 for a random sampling of classes. As an assessment tool to check discrimination task, two discrimination measure problems from TSPS (Test of Science Process Skill, developed in 1994) which were suitable for an eye tracking system were adopted. The subjects of this study were 20 students from the sixth grade who agreed to participate in the research. SMI was used to collect EMD (eye movement data). Experiment 3.2 and BeGaze 3.2 programs were used to plan experiments and analyze EMD. As a result, eye movements of participants in discrimination tasks varied greatly in counts and duration of fixation, first fixation duration, and dwell time, according to students' science achievement and difficulty of the problems. By the analysis of EMD, strategies of the students' problem-solving could be found. During problem solving, subjects' eye movements were affected by visual attention; bottom-up attention, top-down attention and convert attention, and aflunter attention. In conclusion, HAM was developed, and it is believed to help in the development of a science learning program for underachievers.
The purpose of this study was to develop a HAM (Heuristic Attention Model) by analyzing the difference between eye movements according to the science achievement of elementary school students on discrimination task. Science achievement was graded by the results of the Korea national achievement test conducted in 2012 for a random sampling of classes. As an assessment tool to check discrimination task, two discrimination measure problems from TSPS (Test of Science Process Skill, developed in 1994) which were suitable for an eye tracking system were adopted. The subjects of this study were 20 students from the sixth grade who agreed to participate in the research. SMI was used to collect EMD (eye movement data). Experiment 3.2 and BeGaze 3.2 programs were used to plan experiments and analyze EMD. As a result, eye movements of participants in discrimination tasks varied greatly in counts and duration of fixation, first fixation duration, and dwell time, according to students' science achievement and difficulty of the problems. By the analysis of EMD, strategies of the students' problem-solving could be found. During problem solving, subjects' eye movements were affected by visual attention; bottom-up attention, top-down attention and convert attention, and aflunter attention. In conclusion, HAM was developed, and it is believed to help in the development of a science learning program for underachievers.
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문제 정의
본 연구에서는 과학교육 전문가 2명, 초등 과학교육전공 석사 학위자 3명으로 구성된 전문가집단을 구성하였고 과제 선정과 실험 설계, 실험결과 분석방법에 대한 타당성과 신뢰도를 높이기 위한 협의과정을 거쳤다. 실험설계는 독일 SMI(Senso Motoric Instruments)사의 Experiment 3.
본 연구에서는 변별과제를 해결하는 동안 초등학생의 안구운동을 분석하여 발견적 주의모델을 개발하였다. 연구 참여자는 초등학교 6학년 20명이었고 모두 부모의 동의 절차를 거친 자발적인 지원자였다.
만약 문제해결을 위한 정확한 문제해결전략이 없거나 하향식주의를 유지하지 못할 경우 학생들은 과제의 시각정보에 의존한 상향식주의에 의한 안구운동을 하거나 과제해결과 상관없는 혼란적인 안구운동을 보일 것이다. 본 연구에서는 초등학생들이 변별과제를 해결하는 동안의 안구운동을 분석하여 초등학생들의 시각정보에 따른 인지적 부담(cognition load)과 문제해결전략(question solving strategy)을 분석하고 그 과정에서 안구운동에 대한 정량적인 분석과 정성적인 분석을 통해 주의와 안구운동의 관계를 규명하고자 한다. 이 관계를 바탕으로 발견적 주의 모델(heuristic attention model)을 개발하고자 한다.
본 연구에서는 초등학생들이 변별과제를 해결하는 동안의 안구운동을 분석하여 초등학생들의 시각정보에 따른 인지적 부담(cognition load)과 문제해결전략(question solving strategy)을 분석하고 그 과정에서 안구운동에 대한 정량적인 분석과 정성적인 분석을 통해 주의와 안구운동의 관계를 규명하고자 한다. 이 관계를 바탕으로 발견적 주의 모델(heuristic attention model)을 개발하고자 한다.
가설 설정
주의모델 개발은 학생들의 인지발달 또는 학업성취 수준에 따른 시각주의의 패턴을 명시화할 수 있는 발판을 제시할 수 있고 더 나아가 학생들에게 적합한 교육자료 개발에 기초적인 연구로서 선행되어야 한다. 본 연구의 가정은 학생들에게 과제가 제시되면 먼저 과제의 특성이 학생들의 상향식주의를 이끌 것이고 동시에 과제의 문제를 정확히 파악하기 위한 의도적이고 목표지향적인 하향식주의가 점화되고, 그 이후 문제를 해결하기 위해 개개인의 인지모델에서 전략이 발현되어 문제해결과정 동안 안구운동을 이끌어간다는 것이다. 만약 문제해결을 위한 정확한 문제해결전략이 없거나 하향식주의를 유지하지 못할 경우 학생들은 과제의 시각정보에 의존한 상향식주의에 의한 안구운동을 하거나 과제해결과 상관없는 혼란적인 안구운동을 보일 것이다.
제안 방법
428 ms이었다. 과제해결시간이 다른 경우 평균응시시간을 단순히 비교할 수 없기 때문에 상대적으로 두 과제에서 문제해결시간이 길었던 B그룹의 각 AOI에 대한 평균응시시간은 두 그룹의 문제해결시간에 대한 비율을 곱하여 산출하였다.
넷째, 본 연구의 결과를 토대로 발견적 주의 모델 (heuristic attention model)을 개발하였다. HAM은 과제를 해결하기 위한 인간의 기억과 주의, 시각정보에 대한 일련의 과정을 도식한 것으로 선택적주의 (selective attention)의 메카니즘을 기반으로 개발되었다.
셋째, 압축된 시선흐름 (compressed scan-path)을 분석하여 학생들의 문제해결전략을 도출하였다. 넷째, 본 연구의 결과를 통해 발견적 주의 모델(HAM)을 개발하였다. 이 발견적 주의 모델은 앞으로 학생들의 문제해결과정을 분석하는데 효과적인 분석관점을 제공할 것으로 기대된다.
둘째, 문제해결과정에서의 안구운동을 정성적으로 분석하여 주의와 안구운동의 관계를 도식하였다. 선행연구들과 같이 상향식주의와 하향식주의가 모두 발생하는 것을 확인하였고 문제해결과정에서 자신의 문제해결전략과 관련 없는 안구운동을 토대로 혼란 주의(aflunter attention)가 안구운동을 이끈다는 것을 제안하였다.
4). 또한 과학성취도 보통학력 이상과 기초 학력 이하 두 그룹의 각 과제의 시각정보에 대한 평균 응시시간(average fixation time)을 정량적으로 분석하여 학생들의 주의(attention)의 정도와 자신의 답에 대한 확실성(assurance)을 판단하였다. 모든 안구운동 데이터는 BeGaze 3.
모든 학생들의 압축된 시선흐름을 분석하여 각 안구운동이 상향식주의와 하향식주의 중 어떤 주의에 의한 것인지를 추론하였다. 이를 통해 주의와 안구운동에 대한 관계를 [Fig.
문제해결전략과 인지사고과정을 분석하기 위해 실험 자료가 제시된 하면을 16×16로 분할하여 각 영역에 대한 시선흐름(scan-path)을 정성적으로 분석하였다(Fig. 4).
, 2011). 본 실험에서 수집한 안구운동 중에서 과제의 시각적 정보의 인지적 부담을 알아보기 위해 관심영역(area of interest)을 [Fig. 3]과 같이 설정하여 각 시각정보의 첫 번째 평균응시시간(first average fixation time)을 분석하였다.
과제를 해결하기 위해서는 문제를 정확히 파악하고 목표지향적인 하향식 주의에 의해 문제해결과정이 이루어져야한다. 본 연구에서 제시한 모델은 시각자료 제시 초기에 나타나는 하향식주의와 상향식주의를 모두 나타낸다.
본 연구에서는 초등학생들이 변별과제를 해결하는 동안의 안구운동을 분석하여 초등학생들의 시각정보에 따른 인지적 부담(cognition load)과 문제해결전략(question solving strategy)을 분석하였고 그 해결과정에서 안구운동의 정량적인 분석과 정성적인 분석을 통해 주의와 안구운동의 관계를 도식하고, 발견적 주의모델(heuristic attention model)을 개발하였다. 연구 결론은 다음과 같다.
2011). 사전실험의 결과분석을 바탕으로 실험 자료의 제시 방법과 시간을 수정하여 2차 실험설계를 하였다. 이 실험은 SMI사의 iView XTM RED 장비를 사용하였고, 연구 참여자의 안구보정타당도와 안구추적비율을 확인한 후 분석대상을 선정하여 안구운동 데이터를 정량적∙정성적으로 분석하였다.
5。이하가 나올 때까지 보정과 보정타당도 단계를 반복하여 실시하였다. 세 번째, 사전과제(pre-task)를 60초간 제시하여 참여자가 실험과 자료를 제시하는 방법을 익히고, 적응할 수 있는 시간을 부여하였다. 네 번째 과제 안내단계에서 과제를 해결한 후 스페이스 바를 누르면 다음 과제로 이동된다는 것과 과제가 제시된다는 것을 설명하였다.
셋째, 안구운동에서 응시와 응시전환을 추출하여 압축된 시선흐름(compressed scan-path)을 분석하였고 이를 통해 학생들의 문제해결전략을 도출하였다. 이것을 통해 학생들의 작업기억능력이 문제를 해결하는 방법에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다.
이를 토대로 인간의 주의와 안구운동을 도식할 수 있었다. 셋째, 압축된 시선흐름 (compressed scan-path)을 분석하여 학생들의 문제해결전략을 도출하였다. 넷째, 본 연구의 결과를 통해 발견적 주의 모델(HAM)을 개발하였다.
실험 자료 제시화면을 16×16으로 분할하여한 곳에 연 이어서 나타난 응시는 한 번으로 축약하여 압축된 시선흐름(compressed scan-path)을[Table 3]과 같이 분석하였다.
본 연구에서는 과학교육 전문가 2명, 초등 과학교육전공 석사 학위자 3명으로 구성된 전문가집단을 구성하였고 과제 선정과 실험 설계, 실험결과 분석방법에 대한 타당성과 신뢰도를 높이기 위한 협의과정을 거쳤다. 실험설계는 독일 SMI(Senso Motoric Instruments)사의 Experiment 3.2프로그램을 이용해 1차 실험을 설계하였고, 본 실험의 적합성과 타당성을 높이기 위해 초등학생 일반학급 10명을 대상으로 사전실험(pilot test)을 실시하였다(Holmqvist, et al. 2011). 사전실험의 결과분석을 바탕으로 실험 자료의 제시 방법과 시간을 수정하여 2차 실험설계를 하였다.
실험은 안구운동 보정(calibration) → 보정타당도 (validation) → 사전과제(Pre-task) 1,2 → 과제 안내(inform task) → Task 1 → Task 4 단계의 순으로 설계하였다.
사전실험의 결과분석을 바탕으로 실험 자료의 제시 방법과 시간을 수정하여 2차 실험설계를 하였다. 이 실험은 SMI사의 iView XTM RED 장비를 사용하였고, 연구 참여자의 안구보정타당도와 안구추적비율을 확인한 후 분석대상을 선정하여 안구운동 데이터를 정량적∙정성적으로 분석하였다.
, 2011; SMI, 2011a) X, Y축에 대한 동공의 편차가 0.5。이하가 나올 때까지 보정과 보정타당도 단계를 반복하여 실시하였다. 세 번째, 사전과제(pre-task)를 60초간 제시하여 참여자가 실험과 자료를 제시하는 방법을 익히고, 적응할 수 있는 시간을 부여하였다.
실험은 안구운동 보정(calibration) → 보정타당도 (validation) → 사전과제(Pre-task) 1,2 → 과제 안내(inform task) → Task 1 → Task 4 단계의 순으로 설계하였다. 첫 번째, 보정(calibration) 단계에서는 화면의 목표 점(target)을 다섯 곳으로 지정해 학생들의 시선을 보정하였다. 안구 반경 모양이 개인별로 다르기 때문에 이 단계는 안구 운동 추적 실험에서 반드시 필요하다(신원섭, 신동훈, 2013; Holmqvist et al.
안구운동의 모든 데이터는 응시 최저 시간(fixation minimum duration)을 임의 지정함으로써 도약운동과 응시운동으로 구분될 수 있다(신원섭, 신동훈 2012, 2013; SMI, 2011b). 최근의 안구 운동 추적 연구의 응시 시간(fixation duration)은 200 ms로 설정한 경우가 대부분이지만(최현동 등, 2012; Cook et al., 2011; Liu, Shen, 2011; Tsai et al., 2012), 이 연구에서의 실험 자료의 시각적 정보는 복잡하지 않고 과제를 해결하는 동안의 인지전략을 정확히 파악하기 위해서는 짧은 응시시간과 정확한 응시위치를 파악하는 것이 매우 중요하기 때문에 응시 최저 시간 (fixation minimum duration)을 100ms으로 설정 하였고 최대 분산(maximum dispersion)은 50 px(pixel)로 설정하여 분석하였다. 모든 참여자의 각 과제에 대한 첫 번째 응시(first fixation)는 Snowden et al.
학생들의 문제해결과정과 연구결과 1, 2, 3의 바탕으로 신동훈(2006)이 사용한 모형개발법을 근거로 발견적 주의 모델(Heuristic Attention Model)을 개발 하였다(Fig. 10).
, 2011; Tang, Pienta, 2012). 학생들의 문제해결전략을 분석하기 위해 압축된 시선흐름 (compressed scan-path)을 분석하였고 문제해결전략은 [Table 5]와 같다.
4%였다(Table 2). 학생들의 보정타당도와 안구운동추적비율이 분석대상으로 적합하여 모든 학생들의 분석대상으로 설정하였고 보통학력 이상의 학생들을 A 그룹, 기초학력 이하의 학생들을 B 그룹으로 구분하여 분석하였다.
대상 데이터
S시 ○○초등학교 6학년 학급 중 국가수준 학업성취도 평가의 표집학급에서 본 연구에 자발적으로 지원한 학생 중 학부모가 동의한 학생만을 대상으로 하였다. 참여한 학생들의 과학학업성취도 결과는 보통학력 이상 8명과, 기초학력 이하 12명으로 총 20명이었고, 성별은 [Table 1]과 같다.
변별과제로 사용한 실험 자료는 권재술과 김범기 (1994)가 개발한 TSPS(test of science process skill) 검사지에서 전문가협의와 사전실험을 거쳐 안구운동추적시스템에 적합한 2문제를 선정하였다(Fig. 1).
본 연구에 사용한 안구 운동 추적기는 동공의 크기와 위치를 측정할 수 있는 SMI사의 iView XTM RED 장비로, 적외선 조명과 컴퓨터 기반의 이미지 프로세싱을 사용해 동공의 움직임과 동공의 상대적인 크기까지 측정 가능하다(신원섭, 신동훈, 2012;2013; SMI, 2011a). 또한 비침습적인(noninvasive) 특징이 있어 참여자의 어떠한 신체적 접촉 없이도 사용할 수 있기 때문에 초등학생들에게 사용하기 적합하다(신원섭, 신동훈 2012; 2013; Tang, Pienta, 2012).
실험 자료는 1680px(pixel) × 1050px(가로×세로) 의 화면으로 제시되었다.
또한 비침습적인(noninvasive) 특징이 있어 참여자의 어떠한 신체적 접촉 없이도 사용할 수 있기 때문에 초등학생들에게 사용하기 적합하다(신원섭, 신동훈 2012; 2013; Tang, Pienta, 2012). 안구 추적 모드는 양안이고, 본 연구에 사용한 샘플링 속도는 120 Hz이다(SMI, 2011a). 실험 자료는 1680px(pixel) × 1050px(가로×세로) 의 화면으로 제시되었다.
본 연구에서는 변별과제를 해결하는 동안 초등학생의 안구운동을 분석하여 발견적 주의모델을 개발하였다. 연구 참여자는 초등학교 6학년 20명이었고 모두 부모의 동의 절차를 거친 자발적인 지원자였다. 본 연구에 사용된 변별과제는 권재술과 김범기(1994)가 개발한 과학탐구능력 검사지에서 아이트래킹으로 실험 가능한 두 과제를 선택하였다.
데이터처리
본 연구에 사용된 변별과제는 권재술과 김범기(1994)가 개발한 과학탐구능력 검사지에서 아이트래킹으로 실험 가능한 두 과제를 선택하였다. 학생들의 안구운동의 수집은 SMI사의 iView X TM RED 120 ㎐ 를 사용하였고 실험설계와 분석은 동사의 Experiment 3.2와 BeGaze 3.2의 소프트웨어를 사용하였다. 학생들의 모든 안구운동은 응시시간에 대한 정량적인 분석과 문제해결과정에서 학생개인의 인지사고과정을 추론하는 정성적인 분석과정을 거쳤다.
이론/모형
연구 참여자는 초등학교 6학년 20명이었고 모두 부모의 동의 절차를 거친 자발적인 지원자였다. 본 연구에 사용된 변별과제는 권재술과 김범기(1994)가 개발한 과학탐구능력 검사지에서 아이트래킹으로 실험 가능한 두 과제를 선택하였다. 학생들의 안구운동의 수집은 SMI사의 iView X TM RED 120 ㎐ 를 사용하였고 실험설계와 분석은 동사의 Experiment 3.
성능/효과
초기 시각정보 탐색단계에서 상향식주의의 영향을 받아 몇몇 시각정보특성들로 구성된 RSM(raw salience map)이 형성되고, 목표지향적인 하향식주의에 의해 ESM(extract salience map)이 구성된다. 과제해결 분석결과 학생들은 해결 전 단계에서 시각적 정보의 특성에 의존한 RSM으로 답을 찾는 경우가 나타났다. 하지만 대부분의 학생들은 하향식주의에 의존한 ESM을 통해 문제를 해결하였다.
하지만 대부분의 학생들은 하향식주의에 의존한 ESM을 통해 문제를 해결하였다. 기초학력이하의 학생들은 문제를 해결하는 과정에서 종종 하향식주의를 이탈하고 시각적 정보에 의존한 RSM을 형성하는 것으로 관찰되었다. 과제의 곤란도 (level of difficulty)가 낮은 경우 상향식주의에 의존한 RSM으로 과제를 해결할 수 있으나 곤란도가 높은 경우 하향식주의에 의존한 ESM을 구성할 수 있어야 문제를 해결할 수 있다.
세 번째, 사전과제(pre-task)를 60초간 제시하여 참여자가 실험과 자료를 제시하는 방법을 익히고, 적응할 수 있는 시간을 부여하였다. 네 번째 과제 안내단계에서 과제를 해결한 후 스페이스 바를 누르면 다음 과제로 이동된다는 것과 과제가 제시된다는 것을 설명하였다. 그 이후, 변별 과제는 사전실험(pilot test) 결과 과제를 해결하는데 최대 2분의 시간이 소요되었기 때문에 본 실험에서도 120,000ms동안 시간을 주었다.
첫째, 학생들의 실험 자료의 시각정보의 복잡한 정도에 따라 인지적 부담이 가중되었고 대상을 재인하는 관점 의존적이었다. 둘째, 실험 자료의 제시로 상향식주의가 발화되었고 하향식주의에 의해 의도적이고 목표지향적인 안구운동과 혼란 주의에 의한 안구운동을 구분할 수 있었다. 이를 토대로 인간의 주의와 안구운동을 도식할 수 있었다.
이것은 학생들이 문제를 해결할 수 있는 전략을 가지고 있지만 과제의 곤란정도에 따라 문제해결을 포기하거나 혼란 주의(Aflunter attention)로 인해 선택지 보기에서 무의미한 안구운동이 이루어진 것으로 판단된다. 또한 문제해결전략을 통해 학생들이 문제를 해결할 때 작업기억(working memory)의 영향을 받고 있다는 것과 개인의 작업기억의 능력에 따라 해결하는 전략 또한 상이하다는 것을 알 수 있었다.
Task 1의 경우 정답영역인‘mb’영역에 대한 AFT(average fixation time)은 A 그룹이 B 그룹보다 월등히 높았고 이는 주의가 일어나지 않는 영역에서는 표상이 형성되지 않기 때문에 B 그룹의 정답률이 낮게 나타난 것으로 판단된다. 또한 집과 배와 같이 복잡한 시각적 정보는 많은 AFT를 이끈다는 것을 확인할 수 있었고 문제를 해결하는 동안 모든 단서 AOI에 대한 전체평균응시시간(total average fixation time)은 A 그룹이 B 그룹보다 10%정도 높은 것으로 나타났다.
본 연구에서 어떤 한 시각적 정보를 주의(attention)하면 그 시각적 정보는 단기기억(Short-term memory)이나 장기기억(Long-term memory)에 저장되기 때문에 다른 선택지 보기에게 동일한 시각정보를 다시 응시할 때에는 첫 응시보다 더 짧은 응시시간이 나타나는 것을 확인했다. Task 1은 네 개의 동일한 선택지 보기가 제시되었기 때문에 첫 번째 평균응시시간을 분석하기 위해서는 네 개의 선택지 보기에서 각 AOI에 대해 첫 번째 응시시간이 가장 큰 것을 학생개인별로 추출하여 다시 그룹으로 평균값을 구하는 절차를 거쳐야 했다.
셋째, 안구운동에서 응시와 응시전환을 추출하여 압축된 시선흐름(compressed scan-path)을 분석하였고 이를 통해 학생들의 문제해결전략을 도출하였다. 이것을 통해 학생들의 작업기억능력이 문제를 해결하는 방법에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다. 국내에서 안구운동추적기를 활용한 교육적 연구는 주로 응시시간과 횟수를 분석하여 시선점유율에 대한 연구가 대부분이지만 인지사고과정을 분석한 경우는 많지 않다.
첫째, 초등학생들은 시각적인 정보의 복잡성에 따라 인지적 부담이 가중되어 각 시각요소에 대한 첫 번째 평균응시시간(first average fixation time)은 윤곽선 정보가 복잡한 곳에서 높았고 회전한 대상을 재인하는 데에는 관점 의존적(viewpoint-dependent) 이었다. 이는 학습 자료를 만들거나 평가문제를 제작할 때 학생들의 시각적 인지발달 수준을 고려해야한다는 것을 의미한다.
본 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 학생들의 실험 자료의 시각정보의 복잡한 정도에 따라 인지적 부담이 가중되었고 대상을 재인하는 관점 의존적이었다. 둘째, 실험 자료의 제시로 상향식주의가 발화되었고 하향식주의에 의해 의도적이고 목표지향적인 안구운동과 혼란 주의에 의한 안구운동을 구분할 수 있었다.
특이한 점은 답 영역인‘mb’영역의 첫 번째 보통학력 이상 학생들의 평균응시시간이 기초학력 이하의 학생들보다 83 ms 더 긴 응시시간을 보였고, 이는 답 영역을 응시하여 바로 윤곽선의 차이점을 돌출하는 인지사고 과정으로 인해 이 영역에 대한 첫 번째 평균응시시간이 높은 것으로 판단된다.
특정 시각적 정보는 주의의 전개에 영향을 미친다(Wolfe & Horowitz, 2004). 학생들의 문제해결과정 분석결과 과제에 대한 안내가 있었음에도, 과제가 처음 제시되었을 때 그 자료의 시각적 정보에 의존한 상향식주의 안구운동과 과제의 문제를 즉시 확인하는 하향식주의 안구운동 모두를 500 ms 이내에서 확인할 수 있었다(Fig. 11).
후속연구
HAM은 과제를 해결하기 위한 인간의 기억과 주의, 시각정보에 대한 일련의 과정을 도식한 것으로 선택적주의 (selective attention)의 메카니즘을 기반으로 개발되었다. HAM은 앞으로 학생들의 문제해결과정을 분석하는데 효과적인 방법을 제시할 것이고 특히 문제해결에 곤란을 겪는 부진학생들의 문제해결과정을 이해하는데 도움을 줄 것으로 기대된다.
국내에서 안구운동추적기를 활용한 교육적 연구는 주로 응시시간과 횟수를 분석하여 시선점유율에 대한 연구가 대부분이지만 인지사고과정을 분석한 경우는 많지 않다. 앞으로 안구운동추적기를 활용한 교육 연구는 응시시간과 횟수를 분석하여 점유율을 분석하는 것과 더불어 어떤 상황이나 과제에서 학생들의 인지사고과정을 추론하는 연구도 병행되어야 한다.
넷째, 본 연구의 결과를 통해 발견적 주의 모델(HAM)을 개발하였다. 이 발견적 주의 모델은 앞으로 학생들의 문제해결과정을 분석하는데 효과적인 분석관점을 제공할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시각은 어떤 감각기관인가?
시각은 인간에게 필요한 정보 수집과 뇌의 발달에 영향을 주는 가장 핵심적인 감각기관이다(최경주와 박민철, 2011). 시각정보는 망막의 시세포(cone cell and rod cell)를 통해 시신경에 전달되고 외측슬상핵 (lateral geniculate nucleus)을 거쳐 1차 시각피질 (visual cortex)에 전달된다(이민호, 2009; Snowden et al.
특징통합이론의 특징은?
, 1989, Wolfe, 1994)이다. 특징통합이론은 시각정보의 여러 시각적 요소의 특징들로부터 전주의적 처리(pre-attentive process)와 이 특징을 통합하는 초점 주의(focal attention)로 시선결정모델을 제안했지만, 시각요소의 결합적인 탐색에서 병렬적 수행관점과 통합의 방법과 절차 등에 대한 정확한 메커니즘을 밝혀내지 못했다(이민호, 2009). 안내 탐색은 복잡한 시각적 결합상황에서 여러 가지 시각 요소로부터 돌출성 지도(salience map)를 구성함으로써 특징통합이론의 단점을 보완하여 인간의 병렬적인 탐색관점을 발전시켰다.
‘what path’와‘where path’란 무엇인가?
시각정보의 전달 경로는 단일 경로를 거치는 것이 아니라 그 정보의 특성과 유형에 따라 다른 경로를 가진다. 사람은 어떤 대상을 재인하고 확인하기 위해 1차 시각피질에서 측두엽 (temporal lobe)으로 연결된 복측 경로(ventral route)를 이용하고 대상의 공간적 위치를 확인하기 위해 1차 시각피질에서 후두정엽으로 연결된 배측 경로(dorsal route)를 이용한다(이민호, 2009). 이를 ‘what path’와‘where path’라고 한다.
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