운동과 학습

알고 보니 공부는 체력전이더란 이야기를 자주 듣는다. 예전엔 잘 몰랐지만, 나이를 먹으며 절절히 공감하게 된다. 

몸의 움직임, 특히 몸 전체를 움직이는 운동이 인지능력에 미치는 영향에 대한 연구가 계속 나오고 있다. 그중 흥미로운 최근 논문 “Effects of Integrated Physical Exercises and Gestures on Preschool Children’s Foreign Language Vocabulary Learning“. ‘Integrated Physical Exercise’라는 개념의 효용을 실험을 통해 잘 밝혔고, Actigraph라는 기기를 측정에 사용했다. 은근 배울 거리가 많은 논문.

Physical activity와 인지능력의 관계에 대해서는 아래 논문들을 참고하면 좋다.


  • Barenberg, J., Berse, T., & Dutke, S. (2011). Executive functions in learning processes: do they benefit from physical activity? Educational Research Review, 6, 208–222.
  • Erickson, K. I., Hillman, C. H., & Kramer, A. F. (2015). Physical activity, brain, and cognition. Current Opinion
    in Behavioral Sciences, 4, 27–32.
  • Tomporowski, P. D., Davis, C. L., Miller, P. H., & Naglieri, J. A. (2008). Exercise and children’s intelligence, cognition, and academic achievement. Educational Psychology Review, 20, 111–131.

인간과 자연 – 인지심리학의 관점

최근 자연이 인간의 특정 인지능력, 특히 창의력에 긍정적인 영향을 미친다는 가설을 자주 접하게 된다. 작년 Journal of Environmental Psychology에는 “자연을 가까이하는 사람이 더 창의적인가?“라는 흥미로운 제목의 논문도 실렸다.

드물긴 하지만 인지심리학 프레임 안에서 ‘자연이 인지능력에 미치는 영향’에 관한 기본 가설을 세울 수 있도록 도와주는 선행연구들이 있다. 예를 들어 Hartig의 2003년 논문, 비슷한 시기에 Sweller와 Paas가 썼던 ‘진화론 관점에서 본 Cognitive Load Theory’와 여기 언급된 논문들을 함께 읽어보면 인간은 자연을 경험하는데 별도의 인지적 자원(예: working memory)을 사용할 필요가 없도록 진화되었기 때문에 자연을 통한 intervention은 working memory 소모 없이 (마치 총알이 떨어지지 않는 권총처럼) 그 효과를 볼 수 있다는 가설이 가능하다 (이 논의를 잘 이해하려면 Geary가 ‘biologically primary knowledge’와  ‘biologically secondary knowledge’를 어떻게 구분하는지 먼저 이해하는것이 필요하다).


  • Hartig, T., Evans, G. W., Jamner, L. D., Davis, D. S., & Garling, T. (2003). Tracking restoration in natural and urban field settings. Journal of Environmental Psychology, 23(2), 109-123. doi: 10.1016/S0272-4944(02)00109-3
  • Sweller, J. (2004). Instructional design consequences of an analogy between evolution by natural selection and human cognitive architecture. Instructional Science, 32(1-2), 9-31. doi: 10.1023/B:TRUC.0000021808.72598.4d

Chocoladefabriek, Gouda

고다의 초컬릿 공장

도서관을 찾아 걷다 초컬릿 공장이란 간판을 보고, 새로 생긴 카페인가 싶어 들어왔는데 거기가 도서관이었다.

‘초컬릿 공장 (Chocoladefabriek)’이라는 다목적 건물 안에 카페, 도서관, 활판인쇄 공방, 기록물 보관소가 함께 있다. 카페가 위치한 1층에서 2층으로 올라가는 계단은 극장식 객석으로 사용될 수 있고, 2층엔 열다섯명이 둘러 앉을만한 너른 책상과 편안한 소파, 반 큐빅 컨테이너를 둘로 나누어 만든 개인 공간이 있다. 곳곳에 전원 콘센트가 있고 와이파이 연결도 쉽다. 내가 좋아하는 것들과 필요한 것들을 한데 모아놓다니. 심지어 만져보고 싶었던 레터프레스머신까지!

골방과 딤머. 공기 순환장치를 달아놓아 나름 쾌적한 컨테이너 안에는 귀여운 책상등 하나만 놓여있는데, 스톡홀름 디자인 스튜디오 Form Us With Love가 디자인하고 ateljé Lyktan가 생산한 Plug란 조명이다 (ateljé Lyktan 조명은 예나 지금이나 비율이 약간 어색한데 이상하게 이쁘다). 몸체엔 노트북이나 충전기를 꽂을 수 있는 파워포인트와 딤머 스위치가 달려 있는데 최근 모델은 USB 아웃 제품도 있다. 작은 골방에 딤머는 꼭 맞는 아이디어. 어둑어둑하고 구석진 곳 좋아하는 나로써는 무척 고맙고 반갑다. 

마음에 드는 도서관!

온도, 조명, 소음이 학습에 미치는 영향

반가운 논문이 나왔다. 제목은 “The impact of the classroom built environment on student perceptions and learning”. 제목만 번역하면 우리 그룹 프로젝트명과 차이가 없을 정도. 특별한 점은 온도, 조명, 소음을 물리적 학습 환경의 기본 요소로 보고, 이들을 따로 분리하지 않고 한 조건에 묶어 변수로 삼았다. 공간의 impact는 총체적으로 접근해야 한다는 점에서 의미있는 실험연구라 생각한다. 아쉬운 점이라면 2014년 우리 논문을 인용하지 않았다는 것? 

소음과 인지능력의 관계에 대한 연구물을 꾸준히 내고 있는 Staffan Hygge의 논문들을 깊게 인용하고 있다. 서론부에 선행 연구도 잘 정리되어 있다.


위에 언급한 논문 

Marchand, G. C., Nardi, N. M., Reynolds, D., & Pamoukov, S. (2014). The impact of the classroom built environment on student perceptions and learning. Journal of Environmental Psychology, 40, 187-197. doi: 10.1016/j.jenvp.2014.06.009

공간과 인지

최근에 쓴 논문이 Educational Psychology Review에 실렸다. 학습 공간이 인지 능력에 미치는 영향을 인지부하이론(Cognitive Load Theory) 프레임 안에서 해석해보자는 이론 논문이다. 1994년에 소개되어 지금까지 널리 인용되는 Paas 와 Van Merriënboer 의 인지부하 모델을 수정하였는데, 개인적으로 94년 논문의 원저자들과 함께 논문을 쓸 수 있는 기회를 얻어 큰 영광이었다.

이번 논문은 몇가지 의미가 있는데 우선 ‘학습 환경(learning environment)’ 이라는 용어의 모호함을 덜어내는데 도움이 된다. 학습을 조율하려면 ‘무엇을/어떻게’ 학습할 것인지, ‘누가/누구와’ 학습할 것인지, ‘어디서/무엇을 가지고’ 학습할 것인지를 모두 고려해야 하는데 지금까지 인지부하 관련 연구에서 ‘어디’에 해당하는 장소성이나 학습 자료의 물성 등에 대한 연구가 거의 없었다는 것을 먼저 강조하였다.

사실 1994년 모델은 학습자(learner)와 학습 과제(task) 두 가지를 인지부하의 주된 causal factors로 간주한 반면 환경(environment) 요인들은 학습 과제의 한 측면으로만 다루었다. 수정된 모델에서 교실 온도나 주변 환경의 소음처럼 인지부하에 영향을 미칠 수 있지만 task 와 learner 어디에도 속하지 않고 남아 있는 환경 요인들을 독립적인 인지부하 요인으로 분리해보려고 했다. 이 때 다소 모호한 용어인 ‘학습환경’을 ‘physical learning environment’로 재개념화 하고 이를 학습자(learner)과 학습내용(task)를 아우르는 포괄적이며 고유한 causal factor로 제시하였다.

원 모델을 수정하는데 있어 가장 큰 숙제는 학습 과제(task)와 학습 환경(environment)을 개념적으로 분리하는 것이었다. 모든 학습 상황이 물리적 공간(space or place) 없이는 불가능하다는 점에서, 그리고 다수의 학습 내용 역시 종이, 칠판, 컴퓨터와 같은 물리적 매질를 통해 학습자에게 전달된다는 점에서, 마지막으로 한 명의 학습자를 중심으로 볼 때 교사와 다른 학생들 역시 물리적 대상이자 환경의 일부로 볼 수 있다는 점에서 ‘학습 환경’의 물리적 측면을 떼어 강조하였다. 이에 따라 learning task의 개념적 범위를 ‘학습 과제 자체(what to be learned)’, 혹은 해당 학습 과제의 ‘교수설계 디자인(instructional design)’으로 축소하고, ‘task’를 담고 있는 미디어(종이, 컴퓨터, 교사 등)와 그 외형, 및 기타 물리적 측면(무게, 색깔, 크기 등), 미디어가 놓여진 물리적 학습 공간까지 “physical learning environment” 범주로 편입시켰다. 작게나마 물리적 공간이나 하드웨어 대한 충분한 고려 없이 학습 미디어 (혹은 그 소프트웨어)를 ‘학습 환경’으로 표현할 때 생기는 개념적 충돌 지점을 없애는데 도움이 될 수 있고, 최근 학습 현장(혹은 교실이라는 생태계)을 바라보는 IT 미디어 중심의 시각을 보다 아날로그적인 공간과 환경으로까지 확장하는데 하나의 이론적 프레임을 제공할 수 있을 것 같다.

수정된 모델이 physical learning environment를 learner 및 task와 함께 독립적인 인지부하 요인으로 제시함에 따라, 94년 모델이 제안했던 learner와 task 간의 단선 상호작용은 ‘physical learning environment-learner-task’ 간 삼각의 상호작용으로 변경되어야 했다. 예를 들어 어떤 학교가 교과교실제를 운영하면서 과목별 교실 디자인을 다르게 구성했다면 그 교육적 효과성은 공간과 과목의 적합성에 따라 달라질 수 있다. 그러나 그 효과의 크기는 학생 개인의 과목 숙련도나 특정 공간 선호 등의 개인차에 따라 다르거나 역전될 수도 있다. 향후 연구를 위해 구체적인 사항들을 적을 수는 없지만, 이런 복선의 상호작용은 흥미로운 연구 질문들을 많이 던져준다. 또 하나, 수정된 모델은 지금까지 인지부하 이론(cognitive load theory)이 제공했던 다양한 cognitive load effects를 재해석하거나 보완하는데 사용될 수 있다.


함께 읽어보기

Paas, F., & Van Merriënboer, J. J. G. (1994). Instructional control of cognitive load in the training of complex cognitive tasks. Educational Psychology Review, 6, 351–371. doi:10.1007/bf02213420.

 

Feestaardvarken, Bartokpark, Arnhem

건축가, 도시재생전문가, 지역 정부, 공원, 설치 예술가 등이 함께 만든 놀이터. 최근에 만들어진 Playable Sculpture 중 가장 마음에 드는 작품이다.

큰 구조물 앞에 설 때 느끼는 독특한 감정들이 있다. 위압감, 압도감이라 표현해야 할 것 같기도 하고, 그 때문에 보다 선명하게 느껴지는 존재의 한계 같은 것… 어쨌든 어떤 대상의 크기를 키우는 것만으로도 독특한 작업이 되는 듯.

토토로가 씌워주는 우산 아래서 비를 맞거나, 라퓨타 로봇 손바닥 위에 앉아 먼 경치를 보면 좋겠다. 

숲 속에는 정말 지혜가 있을까?

자연과 인간 인지 능력 간 상호작용은 여전히 흥미로운 연구 과제다. 사실 교사와 교육 관료, 건축가 모두에게 중요한 주제이자 삶의 터전을 회색 도시에 두고 있는 대다수 부모에게도 역시 중요한 문제다. 2008년에 발표된 논문을 보니 숲 속을 거닐거나 단순히 자연이 담긴 그림이나 사진을 보는 것만으로도 특정 인지 능력에 영향을 끼칠 수 있다. 우리 뇌는 단순히 작동(working)하는 게 아니라 ‘dwelling’하고 있는게 아닐까?

최근에 ‘자연환경을 접하는 것과 창의력의 관계’에 관해 van Merrienboer 교수와 여러 재미있는 이야기를 나눌 기회가 있었다. 정말 어려운 문제가 생기면 어떻게 하느냐는 질문에 숲 길을 자주 걷는다고 답하면서 Grigori Perelman이라는 수학자에 관한 일화를 들려줬다. 포앙카레의 가설이란 수학 난제를 증명했던 유명한 수학잔데 숲이나 산 속에서 자주 은둔했다고 한다. 몇몇 글을 읽어보니 실제로도 사람들을 만나면 산에서 버섯 캔 이야기를 즐겨하곤 했단다. 어려운 문제를 푸는데에 그가 즐겨 찾던 숲은 어떤 영향을 미쳤을까?

산에서 나고 자란 내 유년시절이 나에게는 어떤 것들을 주었을까? 숲 속에는 정말 지혜가 있을까?


읽을만한 논문

  • Mehta, R., & Zhu, R. J. (2009). Blue or red? Exploring the effect of color on cognitive task performances. Science, 323, 1226-1229. doi: 10.1126/science.1169144
  • Lichtenfeld, S., Elliot, A. J., Maier, M. A., & Pekrun, R. (2012). Fertile Green Green Facilitates Creative Performance. Personality and Social Psychology Bulletin, 38, 784-797. doi: 10.1177/0146167212436611

High fidelity, pluviophile & working memory?

Coffitivity에 접속하면 약간 북적한 카페의 소음이 들린다. Rainy Mood에선 시원한 빗소리가 들린다. 두 웹사이트는 최근 창의력, 집중력에 도움이 된다 하여 유명해졌다. 나 역시 차분히 긴 글을 써야 할 때 Rainy Mood를 자주 이용한다 (추천음악도 꽤 괜찮다). 그런데 이 단순 명쾌한 컨셉의 사이트들은 공간(환경)과 인지의 관계에 관해 다양한 생각거리를 준다. 평소 카페에서 공부가 잘된다고 느끼거나 비를 좋아하는 사람들(pluviophile)에게만 효과가 큰 것인지, ‘적당’한 소음과 보다 ‘현실적’인 소음 사이에 어떤 차이가 있는지, 인공소음/생활소음/음악이 인지활동에 각기 다른 영향을 미칠 수 있는지, 특정 환경에 대한 선호가 전문가와 비전문가 사이에 어떻게 다른지 등등 실제 실험해보고 싶은 것들이 많다.


관련 연구를 많이 찾진 못했는데 환경의 fidelity가 인지부하에 미치는 영향에 대해 언급한 논문이 하나 있다.

  • Van Merriënboer, J. J., & Sweller, J. (2010). Cognitive load theory in health professional education: design principles and strategies. Medical education,44, 85-93. doi: 10.1111/j.1365-2923.2009.03498.x.

 

수능 명당자리?

수능 고사장은 평소 공부하던 교실과 다른 공간일 수밖에 없는데, 거기엔 소음, 조명과 채광 조건, 천장 높이, 책상 높낮이, 감독관 위치, 옆 사람의 행동, 냄새, 온도(가뜩이나 추운 계절인데)와 습도까지, 통제할 수 없는 변수들이 너무 많다. 그렇다면 이런 공간 요소가 수능 성적에 영향을 미치는 요인으로 작용할 수도 있을까? 어쩌면 가능한 이야기다. 예를 들어 2009년 Science에 발표된 빨간색과 파란색이 인지 활동에 미치는 상반된 영향에 관한 연구결과를 적용해 본다면, 고사장 벽면 일부가 푸른색 계열로 마감되어 있거나, 감독관이 파란색 옷을 입고 있다면 적어도 수학이나 과학 문제를 풀 때 해당 교실의 학생들이 약간이나마 불리할 수도 있다. 물론 이런 적용에는 여러 비약이 있지만, 공간이 인지능력에 미치는 영향은 우리 직관보다 훨씬 클 수 있고 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다. 

평소 공부하던 익숙한 교실을 떠나 낯선 교실에서 수능을 보게 하는 이유는 아마도 발생 가능한 부정행위를 막고 고사장 준비를 원활이 하기 위함일텐데, 인지 심리학의 시각으로 볼 때 낯선 곳에서 평소의 실력을 발휘하지 못할 가능성이 오히려 크다. 수능은 측정 환경 통제의 측면에서 볼 때 대단히 엄정한 평가는 아닌 것 같다. 어쨌든 하루 한 번의 일제고사가 향후 인생 경로를 좌지우지하는 나라에서 수능 명당자리 같은 그림을 보고 마냥 웃을 수만은 없다.

화장실과 창의성

인지부하이론 (cognitive load theory)은 기본적으로 Working Memory (WM)가 처리할 수 있는 정보량, 특히 우리가 생각하는 것보다 훨씬 제한적인 Capacity에 관한 이론이다. 그러나 학자에 따라서는 WM에서 처리되는 ‘인지 프로세스의 총량’을 [정보의 양 + 인지적 활동에 사용된 mental energy의 총량]으로 보는 사람들도 있다. 예를 들어 전통적 인지부하이론의 관점에서는 영어 단어 단순 암기처럼 내용 간 상호 연계성이 부족한 (i.e. intrinsic load 가 낮은) task는 그 양이 아무리 많아도 ‘부하’를 일으키지 않는 것으로 본다. 그러나 mental energy에 관심을 두는 학자들은 외워야 할 단어가 너무 많을 경우 인지적 에너지의 소모로 인해 지칠 수 있다고 본다. 이런 (정신적 혹은 생리적) 피로감 역시 인지부하로 보는 것인데, 반론의 여지가 있으나 분명 흥미로운 접근이기도 하고 최근 감정(affect)과 동기(motivation) 등이 인지부하에 미치는 영향이 다양한 연구자들에 의해 언급되고 있기 때문에 앞으로 꽤 의미 있게 다루어질지도 모르겠다. 여기서 ‘에너지’ 관련 엉뚱한 질문이 하나 생겼는데 화장실에서 풀리지 않던 문제가 풀리거나 새로운 아이디어가 떠올랐다는 사람들의 일화를 인지부하이론의 프레임 안에서 설명할 수는 없을까 하는 점이다.

예를 들어 대소변을 본 후 체온이 떨어지는 건 아마 (열)에너지가 외부로 급격히 방출되었기 때문일테다 (Thermoregulation?). 다시 말해 배변 직후는 과잉된 에너지가 내압(이것 역시 일종의 부하니까)을 견디지 못하고 몸 밖으로 배출된 후에 일종의 에너지 평형상태에 이른 것이라 할 수 있지 않을까… 혹시 이러한 에너지 체외 방출이 일시적인 인지능력 향상을 가져오지는 않을까? 누구든 몸의 생리적 반응(특히 배변활동)과 인지활동 사이의 관계에 대한 흥미로운 연구 결과들을 알고 있다면 공유했음 좋겠다.

앞서 설명한 mental energy 관점과 이에 대한 짧은 코멘트는 아래 논문들을 참고하면 좋다.

  • Kalyuga, S. (2011). Cognitive load theory: How many types of load does it really need? Educational Psychology Review, 23, 1-19. doi: 10.1007/s10648-010-9150-7
  • Schnotz, W. (2010). Reanalyzing the expertise reversal effect. Instructional Science, 38, 315–323. doi: 10.1007/s11251-009-9104-y