개념 학습 (인지 학습 과정) - 효과적인 학습 전략

다양한 맥락에서 학생들은 개념을 학습합니다. 개념은 공통된 특징 또는 핵심 속성을 공유하는 대상, 기호 또는 사건의 명명된 집합입니다. 개념은 범주의 예와 비(非)예를 식별할 수 있게 하는 범주에 대한 정신적 구성 또는 표현입니다 (Howard, 1987). 개념은 구체적인 대상 (예: “탁자,” “의자,” “고양이”) 또는 추상적인 아이디어 (예: “사랑,” “민주주의,” “전체성”)를 포함할 수 있습니다. 사실, 개념에는 여러 유형이 있습니다 (자세한 내용은 Medin, Lynch, & Solomon, 2000 참조). 개념 학습은 속성을 식별하고, 새로운 예로 일반화하고, 예를 비(非)예와 구별하기 위해 표현을 형성하는 것을 의미합니다.

Bruner, Goodnow 및 Austin (1956)의 초기 연구는 개념의 본질을 탐구했습니다. 학습자에게 기하학적 패턴을 묘사한 상자가 제시되었습니다. 각 패턴은 네 가지 다른 속성을 사용하여 분류할 수 있습니다: 자극의 수 (하나, 둘, 셋); 모양 (원, 사각형, 십자가); 색상 (빨강, 초록, 검정); 상자의 테두리 수 (하나, 둘, 셋). 과제는 상자의 다른 하위 집합에 표현된 개념을 식별하는 것이었습니다.

개념 학습 과제에서 특징의 구성은 다양하게 변형되어 다른 개념을 산출할 수 있습니다. 결합 개념은 두 개 이상의 특징으로 표현됩니다 (예: 빨간색 원 두 개). 다른 특징 (테두리 수)은 관련이 없습니다. 분리 개념은 두 개 이상의 특징 중 하나로 표현됩니다. 예를 들어, 어떤 색깔의 원 두 개 또는 빨간색 원 한 개입니다. 관계적 개념은 도형 내 객체 수가 테두리 수보다 많아야 하는 것과 같이 존재해야 하는 특징 간의 관계를 지정합니다 (객체의 유형과 색상은 중요하지 않음).

Bruner 등 (1956)은 학습자가 개념의 기본 규칙에 대한 가설을 세운다는 것을 발견했습니다. 규칙은 if-then 형식으로 표현할 수 있습니다. 고양이를 분류하는 규칙은 다음과 같습니다. “만약 그것이 길들여졌고, 네 다리가 있고, 털이 있고, 수염이 있고, 꼬리가 있고, 비교적 작고, 가르랑거리고, ‘야옹’ 소리를 낸다면, 그것은 고양이이다.” 예외가 있지만, 이 규칙은 대부분의 경우 고양이를 정확하게 분류할 것입니다. 일반화는 규칙이 다양한 고양이에 적용될 때 발생합니다.

사람들은 규칙을 빨리 형성하는 경향이 있습니다 (Bruner et al., 1956). 주어진 개념에 대해 규칙이 개념의 예와 비(非)예를 올바르게 식별하는 한 규칙을 유지하고, 그렇지 않은 경우 규칙을 수정합니다. 학습자는 개념의 긍정적인 예 또는 예시가 제시될 때 개념을 더 잘 습득합니다. 부정적인 (비(非)-) 예시가 있는 경우 학습 속도가 훨씬 느립니다. 개념의 기본 규칙을 확인하려고 할 때 사람들은 부정적인 예시보다 긍정적인 예시를 받는 것을 선호합니다.

이 초기 연구 이후 개념의 본질에 대한 다른 관점이 등장했습니다. 특징 분석 이론은 Bruner 등의 연구에서 파생되었으며 개념은 개념의 핵심 특징 또는 내재적 (필수) 속성을 정의하는 규칙을 포함한다고 가정합니다 (Gagné, 1985; Smith & Medin, 1981). 개념에 대한 경험을 통해 조건을 충족하는 규칙을 공식화하고 규칙이 효과적으로 작동하는 한 규칙을 유지합니다.

이 관점은 개념의 다른 예가 핵심 특징에 대해 판단되므로 동일한 속도로 인식되어야 한다고 예측하지만 항상 그런 것은 아닙니다. 대부분의 사람들은 범주의 일부 예 (예: 돌고래는 포유류이다)가 다른 예 (예: 개는 포유류이다)보다 확인하기 어렵다는 것을 알게 됩니다. 이것은 많은 개념이 일련의 핵심 속성으로 정확하게 정의될 수 없다는 문제를 강조합니다.

두 번째 관점은 원형 이론입니다 (Rosch, 1973, 1975, 1978). 원형은 개념의 일반화된 이미지이며, 개념의 정의 속성 중 일부만 포함할 수 있습니다. 예시를 접했을 때, 장기 기억에서 가장 가능성이 높은 원형을 회상하고 그것이 일치하는지 확인하기 위해 예시와 비교합니다. 원형은 비(非)정의 (선택적) 속성을 포함할 수 있습니다. 인지 심리학에서 원형은 특정 개념에 대해 우리가 가진 지식에 대한 조직화된 형태인 스키마 (Andre, 1986)로 간주되는 경우가 많습니다.

연구는 원형에 더 가까운 예 (예: 원형 = “새”; 예시 = “울새,” “참새”)가 덜 전형적인 예 (예: “올빼미,” “타조”; Rosch, 1973)보다 더 빨리 인식된다는 원형 이론 예측을 뒷받침합니다. 한 가지 우려는 원형 이론이 사람들이 장기 기억에 수천 개의 원형을 저장하여 규칙보다 훨씬 더 많은 공간을 소비한다는 것을 의미한다는 것입니다. 두 번째 우려는 학습자가 일부 비(非)정의적 특성을 포함하고 필요한 모든 특성을 포함하지 않도록 허용되면 잘못된 원형을 쉽게 형성할 수 있다는 것입니다.

특징 분석과 원형 위치를 결합하는 것이 가능합니다. 원형이 핵심 특징을 포함한다는 점을 고려할 때, 우리는 상당히 전형적인 개념의 예를 분류하기 위해 원형을 사용할 수 있습니다 (Andre, 1986). 모호한 예의 경우 핵심 특징 분석을 사용하여 새로운 특징을 통합하기 위해 핵심 특징 목록을 수정할 수 있습니다.

개념에 대한 어린이의 이해는 발달과 경험에 따라 변화합니다. 개념의 의미에 대한 전환기에 있는 어린이는 수정된 가설을 개발하면서 이전 가설을 동시에 염두에 둘 수 있습니다 (Goldin-Meadow, Alibali, & Church, 1993). 이 해석은 다음에 논의될 Klausmeier의 입장과 일치합니다.

연구에 따르면 개념을 학습하고 수정하는 데에는 여러 가지 방법이 있습니다 (Chinn & Samarapungavan, 2009). 원형을 개발하는 한 가지 방법은 고전적인 속성을 반영하는 개념의 전형적인 사례에 노출되는 것입니다 (Klausmeier, 1992). 두 번째 방법은 둘 이상의 예에서 특징을 추출하는 것입니다. 예를 들어 새의 경우 특징은 '깃털', '두 다리', '부리', '날기'일 수 있지만 모든 특징이 클래스의 모든 구성원에 적용되는 것은 아닙니다. 원형은 개념의 새로운 예에 노출될 때 개선되고 확장됩니다. 따라서 '정글에 산다'(앵무새)와 '바다에 산다'(갈매기)와 같습니다.

Gagné의 (1985) 이론은 학습의 중심 형태로 개념을 포함합니다. 학습자는 먼저 자극 특징을 구별하기 위한 기본적인 필수 능력을 갖추어야 합니다 (즉, 관련 특징과 관련 없는 특징을 구별).

Gagné의 (1985) 관점에서 개념 학습은 다단계 시퀀스를 포함합니다. 먼저 자극 특징이 비-사례와 함께 개념의 사례로 제시됩니다. 학습자는 식별 능력을 확인합니다. 다음 (일반화) 단계에서 학습자는 사례와 비-사례를 식별합니다. 셋째, 개념이 될 자극 특징이 다양하게 제시되고 비-사례와 함께 제시됩니다. 개념 획득은 학습에 이전에 사용되지 않은 자극을 사용하여 클래스의 여러 사례 식별을 요청하여 확인됩니다. 전체 과정에서 올바른 반응은 강화되고 개념의 여러 사례를 밀접하게 연관시켜 제시함으로써 근접 학습이 발생합니다.

Klausmeier (1990, 1992)는 개념 획득 모델을 개발하고 테스트했습니다. 이 모델은 구체적, 정체성, 분류적, 형식적의 4단계 시퀀스를 가정합니다. 각 수준에서의 숙련도는 다음 수준에서의 획득에 필요합니다. 개념 획득 과정은 개발, 비공식적 경험 및 공식 교육의 상호 작용을 나타냅니다.

구체적 수준에서 학습자는 원래 접했던 컨텍스트나 공간적 방향이 동일하게 유지될 때 이전에 접했던 항목과 동일한 항목으로 인식할 수 있습니다. 이 수준에서는 학습자가 항목에 주의를 기울이고, 하나 이상의 정의 속성을 기반으로 주변 환경과 다른 것으로 구별하고, 시각적 이미지로 LTM에 나타내고, LTM에서 검색하여 새 이미지와 비교하고 동일한 항목인지 확인해야 합니다. 따라서 학습자는 정삼각형을 인식하고 직각 또는 이등변 삼각형과 구별하는 것을 배울 수 있습니다.

정체성 수준은 항목이 다른 관점이나 다른 양식으로 관찰될 때 이전에 접했던 항목과 동일한 항목으로 인식하는 것을 특징으로 합니다. 이 단계는 구체적 수준과 동일한 프로세스와 일반화 프로세스를 포함합니다. 따라서 학습자는 페이지에서 다른 방향이나 위치에 있는 정삼각형을 인식할 수 있습니다.

분류적 수준에서는 학습자가 최소 두 개의 항목을 동일한 것으로 인식해야 합니다. 추가적인 일반화가 관련됩니다. 정삼각형의 경우 더 작고 더 큰 정삼각형을 동일한 것으로 인식하는 것이 포함됩니다. 이 프로세스는 학습자가 사례와 비-사례를 인식할 수 있을 때까지 계속됩니다. 그러나 이 단계에서 학습자는 분류의 근거 (예: 변 길이와 각도의 동일성)를 이해하지 못할 수 있습니다. 개념 이름을 지정할 수 있는 것은 이 수준에서 필요하지 않지만 이전 단계와 마찬가지로 개념 습득을 용이하게 할 수 있습니다.

마지막으로 형식적 수준에서는 학습자가 개념의 사례와 비-사례를 식별하고, 개념과 그 정의 속성을 명명하고, 개념의 정의를 제시하고, 개념을 다른 밀접하게 관련된 개념과 구별하는 속성 (즉, 세 개의 동일한 변과 각도)을 지정해야 합니다. 이 단계의 숙달을 위해서는 학습자가 분류 수준의 인지 프로세스와 가설 설정, 평가 및 추론과 관련된 일련의 고차 사고 프로세스를 구현해야 합니다.

이 단계 모델은 개발의 다양한 시점에서 학습자에게 교육적 의미를 갖습니다. 개념을 주기적으로 더 높은 수준으로 다시 검토하는 여러 학년에 걸쳐 교육을 펼칠 수 있습니다. 어린이는 처음에 구체적인 지시 대상이 제공되며, 개발을 통해 보다 추상적인 인지 수준에서 작동할 수 있게 됩니다. 예를 들어, 어린이는 특정 예 (예: 훔치지 않기, 당신 것이 아닌 것을 돌려주기)를 보고 '정직'의 개념을 배울 수 있습니다. 나이가 들어감에 따라 더 추상적이고 복잡한 용어로 개념을 이해할 수 있습니다 (예: 작업자의 성과에 대한 감독자의 정직한 피드백을 인식하고, 정직의 이점을 논의).

Tennyson(1980, 1981; Tennyson, Steve, & Boutwell, 1975)은 또한 경험적 연구에 기반한 개념 교수 모형을 개발했습니다. 이 모형은 다음 단계를 포함합니다(Tennyson & Park, 1980):

• 상위, 동위, 하위 개념을 포함하도록 개념의 구조를 결정하고, 중요한 속성 및 변수 속성(예: 합법적으로 변할 수 있고 개념에 영향을 미치지 않는 특징)을 식별합니다.
• 중요한 속성 측면에서 개념을 정의하고, 중요한 속성 및 변수 속성을 가진 여러 예시를 준비합니다.
• 속성을 기반으로 예시를 세트로 배열하고, 각 동위 개념의 예시가 포함된 세트 내에서 예시가 유사한 변수 속성을 갖도록 보장합니다.
• 예시의 발산 및 난이도 측면에서 세트를 순서대로 제시하고, 학습자의 현재 지식에 따라 세트 내에서 예시를 순서대로 제시합니다.

대부분의 개념은 상위(높음) 및 하위(낮음) 개념을 가진 계층 구조로 나타낼 수 있습니다. 주어진 개념에 대해 유사한 개념이 계층 구조에서 대략 같은 수준에 있을 수 있습니다. 이를 동위 개념이라고 합니다. 예를 들어, '애완 고양이' 개념은 '고양이 과' 및 '포유류'를 상위 개념으로, 다양한 품종(단모, 샴)을 하위 개념으로, 고양이 과의 다른 구성원(사자, 재규어)을 동위 개념으로 갖습니다. 이 개념은 중요한 속성(예: 발, 이빨)과 변수 속성(예: 털 길이, 눈 색깔)을 갖습니다. 세트는 개념의 예시 및 비예시(예: 개, 다람쥐)로 구성됩니다.

개념은 예시 및 비예시가 주어지기 전에 중요한 속성으로 정의되어야 하지만, 정의를 제시한다고 해서 학생들이 개념을 학습하는 것은 아닙니다. 예시는 변수 속성이 광범위하게 달라야 하며, 비예시는 한 번에 소수의 중요한 속성에서 예시와 달라야 합니다. 이 제시 방식은 학생들이 과잉 일반화(비예시를 예시로 분류) 및 과소 일반화(예시를 비예시로 분류)하는 것을 방지합니다.

예시 간의 관계를 지적하는 것은 일반화를 촉진하는 효과적인 방법입니다. 한 가지 방법은 개념(지식) 맵 또는 아이디어를 노드-링크 어셈블리로 나타내는 다이어그램을 사용하는 것입니다(Nesbit & Adescope, 2006). O’Donnell 외 연구진(2002)은 아이디어가 상호 연결된 지식 맵을 통해 학습이 촉진된다는 것을 보여주었습니다. Nesbit과 Adescope은 개념 맵이 학생들의 지식 보유력을 향상시킨다는 것을 발견했습니다.

제시할 예시의 최적 수는 속성 수 및 개념의 추상성 정도와 같은 개념 특성에 따라 다릅니다. 추상적인 개념은 일반적으로 구체적인 개념보다 유형의 예시가 적으며, 전자의 예시는 학습자가 파악하기 어려울 수 있습니다. 개념 학습은 또한 연령 및 사전 지식과 같은 학습자 속성에 따라 다릅니다(Tennyson & Park, 1980). 나이가 많은 학생은 어린 학생보다 더 잘 배우고, 관련 지식이 많은 학생은 그러한 지식이 부족한 학생보다 성과가 뛰어납니다.

개념을 가르칠 때 선택적 속성은 다르지만 관련된 속성은 공통적으로 가진 예시를 제시하여 후자를 관련 없는 차원과 함께 명확하게 지적할 수 있도록 하는 것이 도움이 됩니다. 예를 들어 '직각 삼각형' 개념을 가르칠 때 크기는 관련이 없으며 방향도 관련이 없습니다. 다양한 크기의 직각 삼각형을 다양한 방향으로 제시할 수 있습니다. 작업된 예시를 사용하는 것은 효과적인 인지 교수 전략입니다(Atkinson et al., 2000).

학생들은 직각 삼각형을 일반화하는 법을 배워야 할 뿐만 아니라 다른 삼각형과 구별하는 법도 배워야 합니다. 개념 차별화를 촉진하기 위해 교사는 긍정적인 인스턴스와 명확하게 다른 부정적인 인스턴스를 제시해야 합니다. 학생들의 기술이 개발됨에 따라 더 미세한 차별화를 하도록 가르칠 수 있습니다. 표 '개념 일반화 및 차별화 단계'에 나와 있는 제안은 학생들이 개념을 일반화하고 차별화하는 데 도움이 됩니다.

이 모형은 개념의 분류학적 구조에 대한 신중한 분석이 필요합니다. 구조는 많은 개념(예: 동물 왕국)에 대해 잘 지정되어 있지만, 특히 추상적인 개념의 경우 상위 및 하위 개념과의 연결뿐만 아니라 동위 개념과의 연결도 문제가 됩니다.

Pintrich, Marx, and Boyle (1993)은 중요한 논문에서 개념 변화는 정보 처리 모델이 소홀히 하는 경향이 있는 동기 부여 과정(예: 목표, 기대, 필요)을 포함한다고 주장했습니다. 이 저자들은 개념 변화가 일어나려면 네 가지 조건이 필요하다고 주장했습니다. 첫째, 자신의 현재 개념에 대한 불만이 필요합니다. 사람들이 자신의 개념이 정확하거나 유용하다고 느끼면 변화가 일어날 가능성은 낮습니다. 둘째, 새로운 개념은 이해 가능해야 합니다. 사람들이 개념을 채택하려면 이해해야 합니다. 셋째, 새로운 개념은 타당해야 합니다. 학습자는 그것이 어떻게 적용될 수 있는지에 대한 다른 이해와 어떻게 부합하는지 이해해야 합니다. 마지막으로, 그들은 새로운 개념이 유익하다고 인식해야 합니다. 즉, 현상을 설명하고 새로운 조사 또는 적용 영역을 제시할 수 있어야 합니다.

동기 부여 과정은 이 모델의 여러 곳에서 나타납니다. 예를 들어, 연구에 따르면 학생들의 목표는 주의와 노력을 지시하고 자기 효능감은 동기 부여, 효과적인 과제 전략 사용 및 기술 습득과 긍정적으로 관련됩니다(Schunk, 1995). 또한 학습이 유용하고 과제 전략이 효과적이라고 믿는 학생들은 더 높은 동기 부여와 학습을 보입니다(Borkowski, 1985; Pressley et al., 1990; Schunk & Rice, 1993). 목표, 자기 효능감 및 역량에 대한 자기 평가는 읽기 이해, 쓰기, 수학 및 의사 결정과 같은 영역에서 학습 및 자기 조절을 촉진하는 것으로 나타났습니다(Pajares, 1996; Schunk & Pajares, 2009; Schunk & Swartz, 1993a; Wood & Bandura, 1989; Zimmerman & Bandura, 1994). 우리는 오프닝 시나리오에서 문제 해결을 향한 변화가 실제로 일부 학생들의 학습 동기를 향상시킨 것을 알 수 있습니다.

요컨대, 문헌에 따르면 개념 변화는 학생들의 인지와 동기 부여 신념의 상호 작용을 포함하며(Pintrich et al., 1993), 이는 교육에 영향을 미칩니다. 교사는 단순히 지식을 제공하기보다는 수업을 계획할 때 학생들의 기존 아이디어를 고려하고 수업에 학습 동기가 포함되도록 해야 합니다.

이러한 아이디어는 과학에 매우 적용 가능합니다. 많은 과학 교육자들은 지식이 단순히 전달되는 것이 아니라 학습자에 의해 구축된다고 믿습니다(Driver et al., 1994; Linn & Eylon, 2006). 흥미로운 문제는 학생들이 과학적 오해와 단순한 과학적 모델을 개발하는 방법입니다(Windschitl & Thompson, 2006). 중요한 과제는 학생들이 오해에 도전하고 수정하도록 돕는 것입니다(Sandoval, 1995). 인지적 갈등을 일으키는 경험이 도움이 될 수 있습니다(Mayer, 1999; Sandoval, 1995; Williams & Tolmie, 2000). 여기에는 학생들이 직접 활동에 참여하고 다른 사람들과 협력하여(예: 토론에서) 선택적 질문(예: “왜 그렇게 생각하십니까?” “어떻게 알아냈습니까?”)을 통해 자신의 경험을 해석하는 것이 포함될 수 있습니다. 이 접근 방식은 지식 구성에 대한 사회적 영향에 대한 Vygotsky의 강조와 잘 맞습니다.

Nussbaum과 Novick(1982)은 학생들의 신념을 변화시키기 위한 3단계 모델을 제안했습니다.

• 학생들의 선입견을 밝히고 이해합니다.
• 그러한 개념과의 개념적 갈등을 만듭니다.
• 고려 중인 현상에 대한 새로운 또는 수정된 스키마의 개발을 용이하게 합니다.

동기 부여의 역할은 매우 중요합니다. 과학에는 흥미로워야 할 많은 주제가 있지만, 많은 학생들에게 과학을 공부하는 것은 거의 흥미를 끌지 못합니다. 학습은 직접적인 지침과 학생들의 삶의 측면과의 연결로부터 이익을 얻습니다. 예를 들어, 운동은 축구공의 경로, 전기는 DVD 플레이어, 생태는 지역 사회 재활용 프로그램과 연결될 수 있습니다. 주제에 대한 관심을 높이면 학생 학습의 질도 향상될 수 있습니다(Sandoval, 1995). 따라서 그림과 다이어그램을 사용하면 학생들이 과학적 개념을 이해하는 데 도움이 되지만(Carlson, Chandler, & Sweller, 2003; Hannus & Hyönä, 1999), 일부 학생들은 텍스트 학습의 일부로 그림을 공부하는 방법을 배워야 할 수도 있습니다.