연결주의: 시행착오 학습, 효과 법칙 및 손다이크 이론

에드워드 L. 손다이크(Edward L. Thorndike, 1874–1949)는 미국의 저명한 심리학자로, 그의 학습 이론인 연결주의는 20세기 전반기에 미국에서 지배적인 위치를 차지했습니다(Mayer, 2003). 많은 초기 심리학자들과는 달리, 그는 교육, 특히 학습, 전이, 개인차, 그리고 지능에 관심을 가졌습니다(Hilgard, 1996; McKeachie, 1990). 그는 학생들의 성취 결과를 측정할 때 실험적인 접근 방식을 적용했습니다. 그의 교육에 대한 영향은 미국 심리학회 교육심리학 분과의 교육심리학에 대한 뛰어난 공헌에 대해 수여하는 최고의 영예인 손다이크 상에 반영되어 있습니다.

손다이크의 주요 저작은 3권으로 구성된 《교육심리학》(Thorndike, 1913a, 1913b, 1914) 시리즈입니다. 그는 가장 기본적인 유형의 학습은 감각 경험(자극 또는 사건에 대한 지각)과 행동적으로 나타나는 신경 충동(반응) 간의 연합(연결)을 형성하는 것과 관련이 있다고 가정했습니다. 그는 학습이 종종 시행착오(선택 및 연결)에 의해 발생한다고 믿었습니다.

손다이크는 동물에 대한 일련의 실험을 통해 학습 연구를 시작했습니다(Thorndike, 1911). 문제 상황에 처한 동물은 목표를 달성하려고 노력합니다(예: 음식 획득, 목적지 도착). 수행할 수 있는 많은 반응 중에서 하나를 선택하고 수행한 다음 결과를 경험합니다. 자극에 대한 반응을 더 자주 할수록 해당 반응이 해당 자극에 더욱 단단하게 연결됩니다.

일반적인 실험 상황에서 고양이는 우리 안에 갇힙니다. 고양이는 막대기를 밀거나 사슬을 당겨 탈출구를 열 수 있습니다. 일련의 무작위 반응 후, 고양이는 결국 해치를 여는 반응을 하여 탈출합니다. 그런 다음 고양이는 다시 우리 안에 넣어집니다. 시행을 거듭할수록 고양이는 목표(탈출)에 더 빨리 도달하고 올바르게 반응하기 전에 오류를 덜 범합니다.

시행착오 학습은 성공적인 반응이 확립되고 실패한 반응이 포기됨에 따라 점진적으로(증분적으로) 발생합니다. 연결은 반복을 통해 기계적으로 형성됩니다. 의식적인 인식은 필요하지 않습니다. 동물은 “이해하지” 못하거나 “통찰력을 갖지” 못합니다. 손다이크는 인간 학습이 아이디어를 연결하고 분석하고 추론하는 다른 유형의 학습에 관여하기 때문에 더 복잡하다는 것을 이해했습니다(Thorndike, 1913b). 그럼에도 불구하고 동물 및 인간 연구 결과의 유사성으로 인해 손다이크는 초보적인 학습 원리로 복잡한 학습을 설명하게 되었습니다. 교육받은 성인은 수백만 개의 자극–반응 연결을 가지고 있습니다.

손다이크의 학습에 대한 기본 아이디어는 운동 및 효과의 법칙에 구현되어 있습니다. 운동의 법칙은 두 부분으로 나뉩니다. 사용의 법칙—자극에 대한 반응은 그 연결을 강화합니다. 미사용의 법칙—자극에 대한 반응이 없을 때, 그 연결의 강도는 약화됩니다(잊혀짐). 반응이 나타나기 전의 시간 간격이 길수록, 연결 강도의 감소는 더 커집니다.

효과의 법칙은 손다이크 이론의 핵심입니다 (Thorndike, 1913b):

상황과 반응 사이의 수정 가능한 연결이 이루어지고 만족스러운 상태가 동반되거나 뒤따르면, 그 연결의 강도는 증가합니다. 불쾌한 상태가 동반되거나 뒤따르면 그 강도는 감소합니다.

만족스러운(보상적인) 결과를 가져오는 반응은 학습됩니다. 불쾌한(처벌적인) 결과를 가져오는 반응은 학습되지 않습니다. 이는 만족자(바람직한 결과를 생성하는 반응)가 개인이 자신의 환경에 적응할 수 있도록 해주기 때문에 학습에 대한 기능적 설명입니다.

다음 연구는 효과의 법칙의 적용을 보여줍니다 (Thorndike, 1927). 참가자들에게 길이 범위가 3cm에서 27cm인 50개의 종이 조각이 한 번에 하나씩 제시되었습니다. 각 조각 옆에는 참가자들이 10cm인 것을 알고 있는 두 번째 조각이 있었습니다. 그들은 처음에는 피드백 없이 각 조각의 길이를 추정했습니다. 이 사전 테스트 후, 50개의 조각이 다시 한 번에 하나씩 제시되었습니다. 각 추정 후, 실험자는 "맞음" 또는 "틀림"을 말했습니다. 50개의 조각이 여러 날에 걸쳐 반복적으로 제시된 후, 그들은 길이 판단의 정확성에 대한 피드백 없이 다시 제시되었습니다. 훈련 후, 참가자들의 길이 추정치는 이전 추정치보다 실제 길이에 더 가깝게 근사되었습니다. 손다이크는 음식이나 자유로 보상받은 동물 실험과 유사한 이러한 결과는 만족스러운(정확한) 자극-반응 연결이 강화되고 불쾌한(부정확한) 연결이 약화된다는 생각을 뒷받침한다고 결론지었습니다.

손다이크(Thorndike, 1913b)의 이론에는 교육과 관련된 다른 원리들도 포함되어 있습니다. 그 중 하나는 준비성의 법칙인데, 이는 어떤 사람이 행동할 준비가 되었을 때, 그렇게 하는 것이 보상이 되고 그렇게 하지 않는 것이 처벌이 된다는 것입니다. 만약 어떤 사람이 배고프다면, 음식을 얻게 하는 반응은 준비 상태에 있는 반면, 음식을 얻게 하지 않는 다른 반응은 준비 상태에 있지 않습니다. 만약 어떤 사람이 피곤하다면, 운동을 강요받는 것은 처벌이 됩니다. 이 아이디어를 학습에 적용해 보면, 학생들이 특정 행동을 배울 준비가 되었을 때(발달 수준이나 이전의 기술 습득 측면에서), 이 학습을 촉진하는 행동은 보상이 될 것이라고 말할 수 있습니다. 학생들이 배울 준비가 되어 있지 않거나 필수 기술을 가지고 있지 않다면, 학습을 시도하는 것은 처벌이 되고 시간 낭비가 됩니다.

연합적 전환의 원리는 특정 자극에 대한 반응이 반복적인 시도에서 자극의 성격에 작은 변화가 있을 경우 결국 완전히 다른 자극에 대해 이루어지는 상황을 의미합니다. 예를 들어, 학생들에게 두 자리 숫자를 네 자리 숫자로 나누는 방법을 가르치기 위해, 우리는 먼저 한 자리 숫자를 한 자리 숫자로 나누는 방법을 가르친 다음 점차적으로 제수와 피제수에 더 많은 숫자를 추가합니다.

동일 요소의 원리는 전이(일반화), 즉 하나의 연결의 강화 또는 약화가 다른 연결에서 유사한 변화를 일으키는 정도에 영향을 미칩니다(Hilgard, 1996; Thorndike, 1913b; 7장 참조). 전이는 상황이 동일한 요소를 가지고 유사한 반응을 요구할 때 발생합니다. 손다이크와 우드워스(Thorndike and Woodworth, 1901)는 특정 맥락에서 기술을 연습하거나 훈련하는 것이 일반적으로 그 기술을 실행하는 능력을 향상시키지 않는다는 것을 발견했습니다. 따라서 직사각형의 면적을 추정하는 훈련은 학습자의 삼각형, 원 및 불규칙한 도형의 면적을 추정하는 능력을 향상시키지 않습니다. 학생들이 기술을 적용하는 방법을 이해하려면 다양한 유형의 교육 내용으로 기술을 가르쳐야 합니다.

Thorndike는 다른 연구 증거가 이를 뒷받침하지 않자 연습 법칙과 효과 법칙을 수정했습니다(Thorndike, 1932). Thorndike는 상황의 단순한 반복이 반드시 반응을 “각인”시키지 않는다는 것을 발견했을 때 연습 법칙을 폐기했습니다. 예를 들어, 한 실험에서 참가자들은 눈을 감고 2, 4, 6, 8인치라고 생각되는 선을 길이의 정확성에 대한 피드백 없이 며칠 동안 수백 번 그렸습니다(Thorndike, 1932). 연습 법칙이 옳다면 처음 100번 정도의 그림에서 가장 자주 수행된 반응이 이후에 더 빈번해져야 합니다. 그러나 Thorndike는 이 아이디어에 대한 지지를 찾지 못했습니다. 오히려 평균 길이는 시간이 지남에 따라 변했습니다. 사람들은 올바른 길이를 확신하지 못했기 때문에 다양한 길이를 실험한 것으로 보입니다. 따라서 상황의 반복이 동일한 반응이 발생할 미래의 가능성을 증가시키지 않을 수 있습니다.

효과 법칙과 관련하여 Thorndike는 원래 만족자(보상)와 불쾌자(처벌)의 효과가 반대이지만 비슷하다고 생각했지만, 연구 결과는 그렇지 않은 것으로 나타났습니다. 오히려 보상은 연결을 강화했지만 처벌은 반드시 연결을 약화시키지는 않았습니다(Thorndike, 1932). 대신, 대안적인 연결이 강화되면 연결이 약화됩니다. 한 연구(Thorndike, 1932)에서 참가자들은 흔하지 않은 영어 단어(예: edacious, eidolon)를 제시받았습니다. 각 단어 뒤에는 다섯 개의 일반적인 영어 단어가 이어졌으며, 그중 하나가 올바른 동의어였습니다. 각 시행에서 참가자들은 동의어를 선택하고 밑줄을 그었고, 실험자는 “맞습니다”(보상) 또는 “틀립니다”(처벌)라고 말했습니다. 보상은 학습을 향상시켰지만 처벌은 해당 자극 단어에 대한 반응이 발생할 확률을 감소시키지 않았습니다.

처벌은 반응을 억제하지만 잊혀지지는 않습니다. 처벌은 학생들에게 올바른 행동을 가르치는 것이 아니라 무엇을 하지 말아야 하는지 알려주기 때문에 행동을 바꾸는 효과적인 수단이 아닙니다. 이것은 인지적 기술에서도 마찬가지입니다. Brown과 Burton(1978)은 학생들이 문제를 해결하기 위한 잘못된 알고리즘(부정확한 규칙)을 학습한다는 것을 발견했습니다(예: 열별로 더 큰 숫자에서 더 작은 숫자를 뺍니다, 4371 - 2748 = 2437). 학생들이 이 방법이 잘못되었다는 것을 알고 교정적인 피드백과 올바르게 문제를 해결하는 연습을 받으면 올바른 방법을 배우지만 이전 방법을 잊지 않습니다.

컬럼비아 대학교 사범대학의 교육학 교수로서 손다이크는 교육 목표, 학습 과정, 교수 방법, 교육 과정 순서, 교육 결과 평가 기법과 같은 주제를 다룬 책을 저술했습니다(Hilgard, 1996; Mayer, 2003; Thorndike, 1906, 1912; Thorndike & Gates, 1929). 교육에 대한 손다이크의 많은 기여 중 일부는 다음과 같습니다.

교수의 원리

교사는 학생들이 좋은 습관을 형성하도록 도와야 합니다. 손다이크(1912)는 다음과 같이 언급했습니다.

• 습관을 형성하십시오. 습관이 스스로 만들어질 것이라고 기대하지 마십시오.
• 나중에 깨야 할 습관을 형성하지 않도록 주의하십시오.
• 하나로 충분할 때 둘 이상의 습관을 형성하지 마십시오.
• 다른 조건이 같다면 사용될 방식으로 습관을 형성하십시오.

마지막 원칙은 응용과 동떨어진 내용을 가르치는 것에 대한 경고입니다. “독일어 또는 라틴어 형용사의 형태는 항상 명사와 함께 사용되므로 명사와 함께 배워야 합니다” (p. 174). 학생들은 습득한 지식과 기술을 적용하는 방법을 이해해야 합니다. 용도는 내용과 함께 배워야 합니다.

교육 과정의 순서

기술은 다음과 같은 시기에 도입되어야 합니다(Thorndike & Gates, 1929).

• 어떤 유용한 방식으로 사용될 수 있는 시점 또는 바로 직전에
• 학습자가 어떤 유용한 목적을 만족시키기 위한 수단으로 그것의 필요성을 의식하는 시점에
• 학습자의 능력에 대한 어려움에 가장 적합할 때
• 당시 가장 활발한 감정, 취향, 본능적 및 의지적 성향의 수준과 유형과 가장 조화될 때
• 바로 앞선 학습에 의해 가장 완전히 촉진되고 곧 이어질 학습을 가장 완전히 촉진할 때

이러한 원칙은 내용이 과목별로 분리되는(예: 사회, 수학, 과학) 학교의 일반적인 내용 배치와 충돌합니다. 그러나 손다이크와 게이츠(1929)는 지식과 기술을 다양한 과목과 함께 가르칠 것을 촉구했습니다. 예를 들어, 정부 형태는 시민 및 역사뿐만 아니라 영어(정부가 문학에 반영되는 방식) 및 외국어(다른 국가의 정부 구조)에서도 적절한 주제입니다.

정신 수양

정신 수양은 특정 과목(예: 고전, 수학)을 배우는 것이 다른 과목을 배우는 것보다 일반적인 정신 기능을 더 향상시킨다는 견해입니다. 정신 수양은 손다이크 시대에 교육자들 사이에서 인기 있는 견해였습니다. 그는 9학년에서 11학년까지 8,500명의 학생으로 이 아이디어를 테스트했습니다(Thorndike, 1924). 학생들에게 1년 간격으로 지능 검사를 실시했고, 특정 과정이 더 큰 지적 이득과 관련이 있는지 확인하기 위해 그해의 학습 프로그램을 비교했습니다. 결과는 정신 수양을 뒷받침하지 못했습니다. 처음부터 능력이 더 뛰어난 학생이 무엇을 공부하든 관계없이 최고의 진전을 보였습니다.

손다이크(1924, p. 95):

만약 우리의 탐구가 정신 수양 이론에 대해 아무것도 모르고 단순히 “사춘기, 인종, 나이, 능력의 양, 그리고 공부한 것이 생각하는 힘, 또는 지성, 또는 우리의 일반적인 지능 검사가 측정하는 것에 대한 1년 동안의 이득에 어떤 영향을 미치는가”라는 질문에 답하려고 노력하는 화성의 심리학자에 의해 수행되었다면, 그는 심지어 “연구한 것”을 “차이가 너무 작고 신뢰성이 상대적으로 커서 이 요인은 중요하지 않은 것 같습니다.”라고 일축할 수도 있습니다. 그가 확신할 수 있는 하나의 인과적 요인은 이미 존재하는 지성이 될 것입니다. 처음부터 가장 많은 것을 가진 사람들이 1년 동안 가장 많은 것을 얻습니다.

따라서 일부 과목 영역이 다른 과목 영역보다 학생들의 정신 능력을 더 향상시킨다고 가정하기보다는 다양한 과목 영역이 학생들의 사고 능력과 기타 결과(예: 관심사, 목표)에 미치는 영향을 평가해야 합니다. 손다이크의 영향력 있는 연구는 교육자들이 정신 수양 아이디어에서 벗어나 교육 과정을 재설계하도록 이끌었습니다.