뇌 기반 학습 원리

1. 뇌 기반 학습의 연구 동향

본 절에서는 학습에 대한 국내외의 연구동향에 대해 개관해보고자 한다. 뇌 기반 학습이 간학문적인 접근이라는 점을 감안하여, 신경생물학, 인지심리학을 중심으로 국내외 연구를 살펴보고자 한다. 그리고 교육학 분야에서 진행된 뇌 기반 학습의 연구 동향을 고찰하고자 한다.

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1) 간학문적인 접근

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이번 절에서는 간학문적으로 이루어지는 뇌에 대한 연구동향을 소개하면서, 이들 연구가 교육계에 주는 시사점을 조망하고자 한다.

무엇보다 주목할 만한 연구는 1999년부터 2002년까지 세계 경제개발협력기구(OECD)의 주최로 진행된 ‘학습과학과 뇌 연구’ 프로젝트이다. 프로젝트의 일환으로 뉴욕, 스페인, 동경에서 세 차례의 포럼이 개최되었다. 2000년 6월 뉴욕에서 ‘뇌 기제와 초기학습’이라는 주제로, 2001년 2월에는 스페인에서 뇌 기제와 유년기 학습이라는 주제로, 2001년 4월에는 동경에서 성인들의 뇌 기제와 학습이라는 주제로 진행되었다. 그리고 2002년에는 ‘뇌의 이해: 신 학습과학을 향해’라는 보고서가 발표되기도 하였다. 미국과학재단(NSF)에서도 2000년부터 2005년까지 뇌 과학을 기반으로 하는 ‘교육과정 개혁 6개년 계획’을 세우고, 연구에 박차를 가하고 있다. 한편 미국 교육학회(AERA) 산하에 있는 뇌/신경과학과 교육(Brain/Neurosciences & Education) 분과에서는 1992년부터 매년 인지신경과학에서 밝혀진 연구결과를 논의하고, 이를 교육에 적용하는 방안에 대한 세미나를 개최하고 있다. 이 연구들에서는 학습에서 필수적으로 고려해야할 변인들을 탐색하고, 뇌의 발달, 정서, 기억, 협력, 학습도구 등에 초점을 맞추어 최적의 학습을 위한 방안을 모색하였다.

국내에서도 뇌 기반 교육 시스템을 주장하는 국내 뇌 과학자, 심리학자, 교육학자들이 지난 2003년 2월 14일 뇌 기반 학습의 실현을 위한 심포지엄을 개최한 바 있다. 이 심포지엄을 통해 학습과정에 대한 과학적 접근을 모색하고, 뇌의 학습 원리에 기초한 교육개선의 방향을 논의하였다. 특히 심포지엄에서는 발달에 따른 학습, 뇌의 정보 처리 과정, 학습과 기억에 관한 뇌 영상화 연구, 뇌 발달을 촉진하는 교육환경, 뇌 기반 학습과학의 패러다임, 뇌 기반 학습과학과 과학 교육, 뇌 기반 과학 영재교육, 뇌 기반 과학 학습공동체 운영방안 등에 대한 논의가 있었다.

뇌 기반 학습에 대한 이와 같은 관심은 2003년 3월에는 세계 뇌 주간을 맞아 세계 주간 행사를 전국적으로 확대 실시되었다. 특히 서울에서는 학습․기억･언어와 뇌 기능이라는 주제를 바탕으로 뇌 기반 학습과학에서 논의하는 학습과 기억의 관계, 언어와 뇌의 관계에 대해 심도 있는 논의가 이루어졌다. 그리고 재단법인 한국 뇌 과학 연구원에서도 세계 뇌 주간을 맞이하여 ‘21세기 인류의 미래를 위한 뇌 과학과 그 활용’이라는 주제로 국제 뇌 과학 심포지엄을 개최하였다. 이 자리에서는 뇌 영상 기술과 뇌 과학에 대한 연구를 기조로 뇌 과학의 연구 결과를 교육에 응용하기 위한 방안과 뇌 기반 교육의 개념을 탐색하였다.

2003년 8월 한국 심리학회 심포지엄에서 ‘마음을 움직이는 뇌, 뇌를 움직이는 마음’이라는 주제로 뇌를 바탕으로 한 학습의 기제를 논의하였다. 특히 인간의 뇌가 어떻게 기억하는지, 외국어 학습의 기제는 무엇인지, 뇌 발달에 따른 교육이 무엇인지 등에 대한 논의를 통해 국내 뇌 기반 학습의 연구에 또 다른 지평을 마련하였다. 한편 심리학 분야에서는 학업 유형을 4MAT 시스템으로 분석하고, 이에 기초한 두뇌의 기능성 유형을 탐구하는 논의가 진행되고 있다(배진호ㆍ임채성, 2004).

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이와 같이 간학문적인 접근을 통해 진행된 뇌 과학에 대한 연구는 성공적인 학습을 위한 원리를 제공하는 계기가 되었다. 특히 학습에서 동기, 정서, 협력적인 학습문화의 중요성이 부각되었으며, 뇌의 발달에 적합한 교육적 실제를 개발하고, 뇌 친화적 학습 환경을 조성해야할 필요성이 더욱 강조되었다. 결국 이들은 교육과 학습에 대한 더 많은 정보를 원하는 교육전문가와 교육실천가들에게 뇌의 학습 원리에 적합한 교육의 방향을 제공하였고, 향후 교육학 연구 분야에 이정표를 제시하였다. 다음 절에서는 간학문적으로 진행된 연구결과가 교육학 연구에서 어떻게 접목되었고 진행되었는지 개관하도록 하겠다.

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2) 교육학적 접근

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국내 교육학 연구 내에서 뇌 기반 학습을 학습에 적용하려는 연구는 아직 초창기 단계라고 할 수 있다. 교육학 내에서 진행되고 있는 뇌 기반 학습에 관한 연구는 크게 뇌 기반 학습을 교과에 적용하여 학습의 효과성을 밝히는 연구, 기존에 실행 중인 교수-학습 방법을 뇌 과학의 관점에서 재조명하는 연구, 뇌의 학습 원리 중 한 부분을 부각시켜 그 필요성을 주지하는 연구로 분류할 수 있다. 이들 연구를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 뇌 기반 학습을 과학 교과ㆍ수학 교과ㆍ사회 교과와 같은 교과에 접목하여 그 효과성을 탐구하는 연구가 있었다. 과학 교육에서 뇌 기반 학습을 접목하려는 선구적인 연구로는 배진호(1999)의 연구가 있다. 그는 두뇌 학습의 원리에 기초한 창발수업의 모형을 5단계로 설정하고, 각 단계마다 두뇌학습 원리에 기초한 수업 전략을 제시하였다. 배진호의 연구가 뇌 기반 수업의 단계를 중심으로 진행된 반면, 김재영(2000)은 학습자의 인지기능을 최적화하는 수업 단계로 현장・실물 경험→개념도입→언어구축→실세계 적용의 모형을 제안하였다. 위의 두 연구가 뇌 기반 학습에 기초한 수업 모형을 제시하였다면, 신선영(2003), 최선희(2002), 곽서은(2004)은 뇌 기반 학습을 바탕으로 실시한 과학 수업의 효과를 밝혔다. 이들은 뇌 기반 수업이 학습자의 학업성취도, 과학탐구능력, 과학에 대한 태도 및 정의적 능력을 향상시키는데 효과적이라는 점을 지적하였다.

과학 교과에서 뇌 기반 수업을 탐구능력, 과학적 태도, 정의적 영역, 사회 심리적 영역 등의 효과 차원에서 논의한 바와 달리, 수학 교과와 사회 교과에서는 교수-학습 방법이나 교재의 구성에 대한 연구와 뇌 기반 수업의 효과성을 탐구하는 연구가 진행되었다. 신인선 외(2002)는 뇌 기반 학습을 바탕으로 수학교육에서 초ㆍ중ㆍ고 학생들의 학습감각을 조사하고, 이를 적용하는 수업활동을 제시하였다. 이복임(2000)은 뇌 과학에 기초한 사회과 창의성 교수 방법 연구에서, 창의성에 대한 뇌 과학의 발견을 통해 사회과 교수 방법이나 교재의 구성에 시사점을 제공하였다. 김유미(2004)는 뇌 기반 교수-학습이 초등학생의 사회과 학업성취에 미치는 효과를 연구하여 뇌 기반 학습의 의의를 탐색하였다. 이와 같이 뇌 기반 학습은 탐구를 중요하게 생각하는 과학 교과, 사회 교과, 수학 교과에서 많이 진행되었으며, 뇌 기반 수업이 전통적인 수업 방식에 비해 효과적이었다는 점을 부각시켰다.

둘째, 기존의 교수-학습에 대한 내용을 뇌 과학의 관점에서 재조명하는 연구가 있었다. 이는 수업개선 운동을 통해 학교 현장에 널리 보급되고 있는 교수-학습 방법 중 협동학습, 토의학습, 자기주도학습, 이해학습, 마인드맵, 문제중심학습, 발견학습 등과 수행평가를 뇌 과학의 관점에서 논의한 것이다. <표 1>은 그 내용에 대한 개략적인 설명이다.

기존의 교수-학습 방법에 대한 뇌 과학적 의의를 조명하는 연구들은 교육자들이 그 동안 개인적인 경험의 축척이나 상식에 입각해서 실행해 오던 교수-학습에 대한 뇌 과학적인 근거를 마련해 주는데 의의가 있다(조주연, 1998). 교사들은 이러한 연구 결과를 통해 자신의 교육 활동에 대한 자부심을 가지게 되었으며, 좀 더 발전된 교수-학습을 개발함으로써 전문성을 함양할 수 있었다.

셋째, 뇌의 학습원리 중 한 부분을 부각시켜 그 필요성을 주지하는 연구가 있었다. 특히 이들은 뇌 연구 결과 그 중요성이 부각되는 정서, 동기, 음악, 동작의 중요성을 학습과 연계하여 탐구하였다. 오윤화(2000)는 초등학교 아동의 감성상태와 과학 학습과의 관계에서 아동이 지각하는 감성상태에 따른 과학 학습기억을 조사하였다. 연구 결과 긍정적인 감정 상태에서 수업이 진행될 경우 과학 학습의 기억량이 증가하였고, 학습과정이 재미있을 때 긍정적인 감성을 보이는 것으로 나타났다. 특히 실험을 통한 학습은 아동에게 즐거움과 호기심을 주는 반면, 관찰 학습법은 아동이 부정적인 정서로 지각하는 것으로 밝혀졌다.

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<표 1> 기존 교수-학습의 뇌 과학적 의의

한편 김유미(2003)는 뇌 기반 교수-학습에서 동기의 의미를 재조명하고, 우리나라 교실상황에서 뇌의 작용기제와는 무관한 동기유발을 남발하고 있다는 점을 지적하였다. 그리고 위협의 제거, 긍정적 분위기, 긍정적 정서의 활용, 목표설정, 피드백의 활용을 통해 뇌 친화적인 동기의 유발에 대해 강조하였다. 그녀는 또한 예체능 교육이라는 명목으로 주지교과에서 소외되었던 동작교육과 음악교육의 뇌 과학적 의의를 재조명하면서, 그 중요성을 다시 한 번 부각시켰다(김유미, 2000a; 김유미, 2000b)

이와 같이, 뇌 기반 학습에 대한 논의가 확산되고 필요성이 부각되면서 교육학 연구와 교육과정학 연구 내에서 이를 적용하려는 논의가 지속적으로 이루어지고 있다. 그러나 선행연구에서는 일부 교과를 중심으로 교육과정을 개발하거나, 이 이론의 한 요소만을 부각하였다는 점에서 뇌 기반 교육과정의 모형에 대한 청사진을 제시하지 못하는 제한점이 있다. 그러므로 개별연구들을 새로운 개념의 틀에 따라 분석하고 평가하여, ‘뇌 기반 교육과정’이라는 지식의 형태로 종합하고 통합할 필요성이 제기되고 있다. 이러한 논의는 교육과정 개발 모형을 통해 학습자에게 최적의 교육환경을 조성하고, 궁극적으로 교육과정 연구와 수업개선에 지표를 제공하자하는 본 연구의 목표에 도달하기 위한 과정이다. 다음으로 뇌의 학습 원리에 대한 이론적 고찰을 통해 교육과정 개발의 기반을 탐구하고자 한다.

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2. 뇌의 학습 원리

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뇌 기반 학습에 기초한 교육과정 개발의 이론적 논의를 위해 뇌 과학의 연구결과와 선행연구를 통합하여 뇌 기반 학습의 원리를 살펴보기로 한다. 특히 Caine & Caine(1994), Jensen(1998b), 김유미(2002)가 제시한 뇌 기반 학습의 원리를 바탕으로 뇌의 개별적 독특성, 병렬처리성, 다양한 기억체계, 정서와 학습, 생리상태, 사회적 상호작용과 학습, 뇌의 의미추구라는 7가지 관점에서 뇌의 학습 원리를 논의하고자 한다.

첫째, 각 개인의 뇌는 독특하다(Caine & Caine, 1994: 95; Jensen, 2000a: 137). 인간은 모두 같은 형태의 감각체계, 정서체계를 갖고 있으나, 학습자마다 다른 두뇌구조와 뇌의 크기를 지닌다. 뇌의 크기뿐만 아니라 내부에서 뉴런이 연결되어 있는 방식 역시 다르다. 뇌의 다양성에는 환경적인 요인과 유전적인 요인이 동시에 영향을 미친다. 왜냐하면 뇌는 태어날 때부터 다른 DNA 구조를 갖기도 하지만, 경험에 따라 뇌가 변화하기 때문이다. 뇌의 프로파일을 작성하는 방안에는 다중지능(Gardner, 1983), 신경발달계이론(Levine, 2002) 등이 좋은 기준이 된다.

둘째, 뇌는 병렬처리체이므로 집중적인 것과 주변적인 것, 부분과 전체를 동시에 처리해나간다(Caine & Caine, 1994: 88). 뇌는 사고, 감정, 상상 등을 동시에 진행할 수 있으며, 변화에 대처하는 능력이 뛰어나다. 또한 뇌는 주의를 집중하여 인식하는 지식뿐만 아니라 주변적으로 수반되는 지식을 지각한다. 뇌에서는 통합과 분석이 동시에 처리되므로, 학습에서 의미를 추구하는 방법과 분석 중심의 학습이 병행되어야한다. 이와 같은 뇌의 병렬처리시스템을 잘 활용하는 전략으로 풍부한 학습 환경을 조성하는 것이 있다(Jensen, 2000a, 150).

셋째, 뇌에는 다양한 방식의 기억체계가 있다. 인간의 뇌에는 반복 없이도 자동적으로 기억하는 공간기억체계와 훈련과 반복이 있어야만 기억할 수 있는 기억체계가 별도로 존재한다(Caine & Caine, 1994: 93). 공간기억체계는 모든 사람에게 갖추어져 있으며, 시간의 흐름에 따라 그 기능이 더욱 풍부해진다. 그리고 새로운 자극이 이 시스템을 더욱 활성화시키기도 한다. 기억은 그 종류에 따라 의미기억, 절차기억, 일화기억, 정서기억, 자동화기억으로 분류할 수 있다(Sprenger, 1999)

넷째, 정서는 인지능력의 지휘자이다. 정서는 학습의 파수꾼이므로, 정서는 학습을 좌우하는 중요한 요소이다(Caine & Caine, 1994: 90; Jensen, 1998c). 인지적인 측면뿐만 아니라 정서적인 면이 모두 학습에 영향을 준다. 적극적인 지적 도전은 학습을 향상시키는 반면, 위협과 스트레스는 학습을 방해한다. 물론 적당한 스트레스는 학습내용에 집중하는데 도움을 주지만, 과도한 스트레스는 뇌의 활동능력을 저하시켜 이해력, 기억력, 고등사고 능력을 기를 수 없게 만든다.

다섯째, 생리상태가 학습에 영향을 준다(Jensen, 1998b: 63). 인간의 뇌는 신체 리듬에 따라 활동하는 신체 기관의 일부이다. 신체 상태는 학습을 촉진하기도 하고 방해하기도 한다. 배고프거나 목이 마른 상태에서 학생들은 제대로 사고할 수 없으며, 스트레스로 인해 호르몬이 제대로 조절되지 않을 때 학습하기 어렵다. 특히 신체 움직임, 음식, 주의집중 주기, 약물 등은 학습에 직접적인 영향을 미치게 된다.

여섯째, 뇌는 다른 사람과 상호 협력할 때 더욱 잘 학습한다(Jensen, 1998b: 75). 뇌는 다른 이와 상호작용 하는 가운데 발달하며, 협력체계는 새로운 개념을 이해하고 적용하는데 도움이 된다. 학습자는 정서와 감정을 교환하고, 토의하며, 공동으로 문제를 해결하는 가운데 학습의 질이 향상된다. 특히 사회적 뇌는 다른 개체와 ‘변화 탐지와 대응책'을 공유하기 위한 목적으로 쓰이며, 고차원적인 사고와 의사소통의 과정에 중요한 역할을 담당한다.

일곱째, 뇌는 본능적으로 의미를 추구한다(Caine & Caine, 1994: 89; Jensen, 1998b: 73). 인간의 뇌는 본능적으로 의미를 추구하고, 환경의 변화에 자동적으로 대처한다. 뇌가 의미를 추구하는 것은 생존하고자 하는 동물적 본능과 직결된다. 뇌는 익숙한 정보와 새로운 자극을 동시에 추가하는데, 익숙한 정보를 뇌에 자동적으로 등록하는 동시에, 새로운 자극을 탐색하고 이에 반응한다. 특히 학습은 유형화를 통해 이루어지는데, 뇌는 새로운 자극을 자신만의 유일하고 창의적인 방법으로 유형화함으로써 이를 인식하고 이해한다.

지금까지 뇌 기반 학습에서 제시하는 뇌의 학습 원리를 7가지 차원에서 조망해 보았다. 이들 원리는 상호 배타적이라기보다 서로 유기적으로 연관되어 있으며, 교육과정 개발에서 다각적인 방향으로 모색할 수 있다. 다음 장에서는 뇌 기반 교육과정의 모형을 개발하기 위해 본 연구에서 사용한 연구방법에 대해 살펴보고자 한다.

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참 고 문 헌

곽서은(2004). 뇌친화적 학습원리를 적용한 과학수업의 효과.미간행 석사학위 논문, 서울교육대학교.

김유미(1998). 마인드맵 노트방법이 아동의 기억과 이해에 미치는 효과,교육학연구, 36(4), 281-308.

김유미(2000a). 유아음악교육의 두뇌생리학적 근거와 적용,열린유아교육연구, 5(2), 45-70.

김유미(2000b). 동작교육의 두뇌 생리학적 근거와 교육적 시사점, 한국체육교육학회지, 4(2), 280-296.

김유미(2002). 두뇌 기반 교수-학습의 원리와 적용 방안 탐색, 교육학연구, 40(3), 247-270.*

김유미(2003). 뇌 기반 교수-학습에서 동기유발, 열린유아교육연구, 8(1), 93-110.

김유미(2004). 뇌 기반 교수-학습이 아동의 자기조절능력 및 학업성취에 미치는 효과, 교육학연구, 42(1), 83-106.

배진호(1999). 두뇌학습 원리에 기초한 창발수업 모형의 개발. 미간행 박사학위 논문, 서울대학교.

배진호ㆍ임채성(2004). 초등과학 생명 영역의 4MAT System 학습양식 유형과 두뇌 기능성 유형 분석. 한국생물교육학회. 32(1). 216-225.

신선영(2003). 뇌 친화적 학습 원리를 적용한 슬기로운 생활 수업의 효과.미간행 석사학위 논문, 서울교육대학교.

신인선, 장영일, 권점례(2002). 수학 교실에서 뇌 기반 학습에 대한 연구. 한국수학교육학회지 시리즈 E. 수학교육 논문집 14.177-195.

오윤화(2000). 초등학교 아동의 감성상태와 과학 학습과의 관계. 미간행 석사학위 논문, 서울교육대학교. <!--[endif]-->

이복임(2000). 뇌과학에 기초한 사회과 창의성 교수 방법에 관한 연구. 미간행 석사학위 논문, 서울교육대학교.

조주연(1998). 학습 및 기억에 대한 인지과학적 발견의 교육적 적용, 초등교육연구, 12(2), 5-27.<!--[endif]-->

최선희(2002). 두뇌 기반학습 원리에 기초한 초등 과학수업의 효과.미간행 석사학위 논문, 서울교육대학교.

Caine, G., & Caine, R, N. (1994). Making connections: Teaching and the human brain. New Jersey: Dale Seymour Publication.*

Jensen, E. (1998a). How Julie's brain learns. Educational Leadership, 56(3), 41-45.

Jensen, E. (1998c). Introduction to brain-compatible learning. San Diego, CA: The Brain Store.

Jensen, E. (1998b). Teaching with the brain in mind. VA: ASCD. (김유미 역(2000). 두뇌 기반 @ 교수. 서울: 푸른세상)*