온라인 학습 콘텐츠 유형에 따른 뇌파 활성도 차이 분석
Analysis of Differences in Electroencephalographic Activity According to Online Learning Content Types
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본 연구의 목적은 신경과학적 관점에서 뇌파(EEG)를 이용하여 온라인 학습 콘텐츠 유형에 따른 뇌파 활성도 차이를 분석하는 것이다. 연구대상은 실험조건에 부합하고 자발적으로 참여한 전문대학생 24명의 학년과 학점을 고려하여 네 개의 동질집단을 구성하였다. 본 연구에 사용된 온라인 학습 콘텐츠는 네 가지 유형이며 교수자 중심형(Face+Voice), 교수자 텍스트 중심형(Face+Voice+Text), 텍스트 중심형(Text+Voice), 동영상 중심형(Video)으로 제작하였다. 학습 콘텐츠를 학습하는 동안 학습자 대뇌 전두엽의 뇌파 활성도를 측정하였고, 뇌파 활성도 측정을 위한 장비로는 뮤즈 2(Muse 2, InteraXon, Canada)를 사용하였다. 수집된 자료 중 세타파, 알파파, 베타파, 감마파를 활용하여 뇌파 주의 집중도와 주파수 및 시계열 분석을 실시하였다. 본 연구에서 얻은 결론은 다음과 같다. 첫째, 교수자 중심형은 뇌파 활성도가 다른 유형에 비해 낮은 수치를 나타내었으나 뇌파 주의 집중도는 높은 편이다. 본 유형은 학습자가 학습 정보를 처리하거나 집중력을 지속하는 데 어려움이 있을 것으로 예측된다. 둘째, 교수자 텍스트 중심형은 네 가지 유형 중 베타파와 감마파 수치가 가장 높게 활성화되었으며, 학습자의 뇌파 주의 집중도 또한 가장 높게 나타났다. 본 유형은 온라인 학습 중 인지 과제 수행에 적합한 것으로 해석된다. 셋째, 텍스트 중심형 온라인 학습 콘텐츠를 학습한 학습자에게서 세타파와 감마파가 높은 수준으로 활성화되었으며, 이는 시각 및 청각 단기기억 학습의 핵심 언어 중추인 베르키네 영역과 브로카 영역이 활성화된 결과이다. 넷째, 동영상 중심형은 세타파와 알파파의 활성도는 높으나 감마파의 활성도는 낮게 나타났다. 학습자는 편안한 상태에서 정보를 처리하며 높은 집중력이 발휘되나, 고도의 인지 작용이 일어나기에는 어려운 유형으로 확인된다. 본 연구를 통해 효과적인 온라인 수업 설계 방안을 마련하기 위한 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.
Abstract
This study aimed to analyze the differences in electroencephalographic (EEG) activity according to the online learning content types from a neuroscientific perspective through EEG. To this end, 24 college students who met the experimental conditions were randomly sampled, and four cohort groups were formed in consideration of grades and credits. The four types of online learning content were instructor-centered (Face+Voice), instructor-text-centered (Face+Voice+Text), text-centered (Text+Voice), and video-centered (Video). To accomplish the purpose of this study, the EEG activity of the frontal lobe of the brain of the learner was measured while learning the online learning content, using Muse 2 (InteraXon, Canada). The collected data were the theta, alpha, beta, and gamma waves, and the EEG activity was analyzed by EEG attention and concentration (EEG AC), EEG frequency, and EEG time series. The conclusions obtained based on the results of this study were as follows. First, the instructor-centered type showed a lower EEG activity level than the other types, however, the EEG AC level was higher. Therefore, this type was predicted to be difficult for learners to process learning information or maintain concentration. Second, the instructor-text-centered type showed the highest levels of the beta and gamma waves, and the EEG AC levels were also the highest. This type appeared to be suitable for performing cognitive tasks during online learning. Third, the text-centered type showed that the theta and gamma waves were highly activated. The highly activated theta and gamma waves were predicted to result from the activation of Wernicke’s and Broca’s areas of the brain. Lastly, the video-centered type showed a high activity of the theta and alpha waves, but a low activity of the gamma wave, information was processed in a relaxed state, and concentration was high during online learning. However, it is difficult to achieve high levels of cognition. It is expected that this study will provide the primary data for designing effective online class methods.
참고문헌 (46)
- 강후동, "대학 온라인 수업 유형과 매체활용 유형별 효과 인식 연구", 영어교육, 76, pp.59~86 (2021), 한국영어교육학회[DOI]
- "체계적인 온라인 수업을 위한 운영 기준안 마련" (2020), 교육부[URL]
- "디지털 기반 고등교육 혁신 지원 방안" (2020), 교육부[URL]
- "2020년 원격대학 인증․역량진단 기본계획" (2021), 교육부[URL]
- 사이버 교육체제 실태조사 연구, "권성호", 한국교육학술정보원, ~, pp.RR2001-6 (2001)
- 김대식, "뇌파 검사학" (2001), 고려의학
- 김동일, "대학에서의 온라인 수업 유형 분석: 서울대학교의 사례를 중심으로", 사대논총, 66, pp.1~22 (2003)
- 김세영, "코로나 19 상황에서 A대학의 원격수업에 대한 학습자 경험 분석", 교육정보미디어연구, 27(1), pp.161~189 (2021), 한국교육정보미디어학회[DOI]
- 김연희, "언어 자극의 종류에 따른 뇌 신경망 및 편측화: 기능적 뇌 자기공명영상 연구", 대한재활의학회지, 24(3), pp.594~602 (2000)
- 김용진, "학습 활동의 뇌파분석에 기초한 두뇌순환 학습모형의 개발과 과학학습에의 적용", 박사, 과학교육, pp.2000
- 김은미, "수용자 인지효과 측정에 관한 연구 : 인터넷 메시지 주제와 전달 형식에 따른 설문과 뇌파분석을 중심으로", 박사, 신문방송학과 언론학전공, pp.2013
- 김은주, "뇌교육 동기유발 활동이 중학생의 집중력과 뇌전위(EEG) 활성도에 미치는 효과", 뇌교육연구, 5, pp.27~52 (2010)
- 김준, "이러닝 적용을 위한 뇌파기반 인지부하 측정", 인지과학, 20(2), pp.125~154 (2009), 한국인지과학회[DOI]
- 김지원, "COVID-19에 따른 대학 온라인 수업에 대한 교수자와 학습자의 인식 및 경험 분석", 교육연구, 80, pp.33~58 (2021), 교육문제연구소[DOI]
- 대한뇌파연구회, "뇌파분석의 기법과 응용: 기초에서 임상연구까지" (2017), 대한의학
- 류진선, "교과별(5종)콘텐츠 제작 지침" (2004), 한국교육학술정보원
- 민병경, "뇌파의 주파수축 분석법", 인지과학, 20(2), pp.155~181 (2009), 한국인지과학회[DOI]
- 서윤경, "대학 비대면 온라인 수업에서의 학습자 만족 연구", (사)디지털산업정보학회 논문지, 16(3), pp.83~94 (2020), (사)디지털산업정보학회
- 은헌정, "정신건강의학과 의사를 위한 뇌파의 기초", 신경정신의학, 58(2), pp.76~104 (2019), 대한신경정신의학회[DOI]
- 이내선, "음악 감상에 따른 뇌파 변화의 측정과 음악적 학습 효과: 클래식 음악과 메탈 음악을 중심으로", 음악교육공학, (25), pp.151~173 (2015), 한국음악교육공학회
- 이선아, "뇌파를 이용한 학습자의 인지학습활동 분석", 박사, pp.2021
- 대응 과제: 정규 수업 인정 온라인 수업을 중심으로, "이쌍철", 한국교육개발원, ~, pp.IP2020-01 (2020)
- 이종문, "대학생 대상 비대면 온라인 수업에서의 강의 콘텐츠 운영 실태 연구", 한국비블리아학회지, 32(4), pp.5~24 (2021), 한국비블리아학회[DOI]
- 장윤석, "시각자극 과제에 의한 집중 시의 뇌파분석", 한국전자통신학회 논문지, 9(5), pp.589~594 (2014), 한국전자통신학회
- 장은정, "원격대학 콘텐츠에서 교수-학습 전략의 제공과 프로그램 유형이 학습자 만족도에 미치는 영향", 아시아교육연구, 9(2), pp.113~136 (2008), 교육연구소[DOI]
- 장재경, "여대생의 이러닝 학습태도 변화에 따른 뇌파 분석", 한국콘텐츠학회 논문지, 11(4), pp.42~50 (2011), 한국콘텐츠학회
- 전병호, "블렌디드 러닝을 활용한 컴퓨터 실습수업에서의 학습자 만족 연구: 콘텐츠 요인과 교수자 상호작용을 중심으로", (사)디지털산업정보학회 논문지, 13(4), pp.221~230 (2017), (사)디지털산업정보학회[DOI]
- 한국형 고등 직업교육 원격수업모델 개발에 관한 연구, "정부영", 한국전문대학교육협의회, ~ (2020)
- 정승민, "코로나19로 시행된 원격수업이 경찰행정전공 학생들의 자기주도 학습역량 및 학습동기부여에 미친 영향", 한국범죄심리연구, 17(1), pp.193~208 (2021), 한국범죄심리학회
- 정애진, "인지 신경과학적 분석을 통한 과학학습 부진아의 인지적 특성연구", 박사, pp.2016
- 정천기, "사람 뇌의 구조와 기능" (2014), 범문에듀케이션
- 조미원, "비대면 시대의 K대학 원격수업 인식 및 만족도 조사 연구", 인문사회 21, 12(2), pp.1399~1414 (2021), 인문사회 21
- 조희원, "청소년의 뇌파특성과 자기주도학습의 관계분석", 박사, pp.2019
- 하종덕, "뇌의 인지기능 특성을 통한 과학 영재성 판별", 영재교육연구, 15(7), pp.77~100 (2005)
- Baceviciute, S., "Investigating representation of text and audio in educational VR using learning outcomes and EEG", Proceedings of the 2020 Conference on Human Factors in Computing Systems, pp.1~13 (2020)
- Bear, M. F., "Neuroscience: Exploring the brain" (2007), Lippincott Williams & Wilkins
- Freeman, W. J., "Mesoscopic neurodynamics: From neuron to brain", Journal of Physiology Paris, 94(5), pp.303~322 (2000)
- Fuster, J. M., "The prefrontal cortex: Anatomy, physiology, and neurophysiology of the frontal lobe" (1980), Raven press
- Hellige, J. G., "Unity of thought and action: Varieties of interaction between the left and right cerebral hemispheres", Current Directions in Psychological Science, 2, pp.21~25 (1993)
- Jasper, H. H., "The ten-twenty electrode system of the international federation", Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 10, pp.371~375 (1958)
- Jensen, O., "Human gamma-frequency oscillations associated with attention and memory", Trends in Neurosciences, 30(7), pp.317~324 (2007)
- Jung-Beeman, M., "Neural activity when people solve verbal problems with insight", PLoS Biology, 2(4), pp.e97~ (2004)
- Krigolson, O. E., "Choosing MUSE: Validation of a low-cost, portable EEG system for ERP research", Frontiers in Neuroscience, 11, pp.1~10 (2017)
- Kuziek, J. W., "Transitioning EEG experiments away from the laboratory using a Raspberry Pi 2", Journal of Neuroscience Methods, 277, pp.75~82 (2017)
- Malmivuo, J., "Bioelectromagnetism: Principles and applications of bioelectric and biomagnetic fields" (1995), Oxford University Press
- Wang, X. J., "Neurophysiological and computational principles of cortical rhythms in cognition", Physiological Reviews, 90(3), pp.1195~1268 (2010)