본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

컴퓨터 기반 문제풀이 환경에서 문제양식, 과제복합도 수준에 따른 인지부하의 측정과 학업성취도 간의 관계

The Relation between the Level of Cognitive Load and Academic Achievement in Relation to the Task Complexity and Problem-modality in Computer Based Test

조일현|노재희
한국교육공학회 (Korean Society Of Educational Technology)|2020.03|교육공학연구 (Journal of Educational Technology)|제36권 제1호|pp. 137-161|DOI http://dx.doi.org/10.17232/KSET.36.1.137

0

조회

0

다운로드

6

인용

0

참고문헌

키워드

인지부하학업성취도학습분석학컴퓨터기반문제양식과제복합도
주제분류교육학

초록

본 연구는 학습자의 인지구조에 따라 학습 설계를 위한 지침을 제공하는 인지부하 이론을 기반으로 컴퓨터 기반 문제풀이 환경에서 문제양식과 과제복합도 수준에 따른 인지부하의 변이를 생리심리데이터 중 시각데이터를 활용하여 측정하고, 측정된 인지부하가 학업성취도를 예측할 수 있는지 탐색하였다. 이를 위해 수도권 소재 대학교에 재학 중인 남녀 대학생 84명을 대상으로 컴퓨터 기반 환경에서 문항을 풀이하는 동안 동공크기를 측정하였다. 문항은 총 여섯 문항으로 세 가지 문제양식과 두 가지 과제복합도 수준에 따라 공직적격성테스트(PSAT)의 기출 문항 일부를 선정하였다. 연구 결과 첫째, 문제양식에 따라 측정한 인지부하 지표변수인 동공크기에 차이가 나타났다. 이는 학습자가 문제양식에 따라 문제를 해결하기 위해 사고하는 것에 차이가 있다는 것을 의미한다. 둘째, 과제복합도에 따라 측정한 인지부하 지표변수인 동공크기는 통계적으로 유의한 차이가 없으며, 측정된 인지부하 지표변수는 학업성취도를 통계적으로 예측하지 못하였다. 본 연구는 생리심리측정법을 통해 학습자의 인지부하를 객관적으로 측정하였으며 문제양식 간에 학습자의 인지부하 지표변수에 차이가 있음을 밝혔다는 점에서 의의가 있다. 또한, 컴퓨터 기반 문제풀이 환경에서 과제복합도가 높은 문항의 인지부하를 측정하기 위한 지표변수를 검증하였다.

Abstract

Based on Cognitive Load theory which provides guidelines for effective learning design regarding learner’s cognitive structure, this research employs the visual data from psycho-physiological data to show changes in the level cognitive load according to a problem-modality and task complexity, and to examine if the observed cognitive load can predict the academic achievement. To do this, there participated 84 male and female college students attending universities in the capital region of South Korea, and they each took one computer-based problem solving while their pupil responses were measured during the experiment. A total of 6 questions were asked and a portion of PSAT with three problem-modality and two levels of complexity were selected. The research showed first, there was a difference in the cognitive load index variables depending on the problem-modality. In other words, it indicates that different cognitive process takes place when a learner solve problems. Second, there was no notable difference in the cognitive load index variables in relation to the task complexity, and the measured cognitive load index variables did not predict the academic achievement. This study has following significance that cognitive load of learners was measured objectively through psycho-physiological method and a difference in learners' cognitive load index variables exists depending on problem-modalities. Also, the index variables were verified to measure the cognitive load of items with high complexity in computer-based problem solving environment.

참고문헌 (46)

  1. 강명희, "학습자의 사전지식, 인지부하, 몰입, 학업성취도 간의 관계 규명", 교과교육학연구, 13(2), pp.369~391 (2009), 교과교육연구소[DOI]
  2. 고보라, "컴퓨터 기반 TOEIC 시험에서의 영어 읽기 불안", 현대영어영문학, 53(1), pp.19~40 (2009), 한국현대영어영문학회
  3. 김경진, "과제의 복합성 정도와 부분과제 계열화 방법이 정신모형과 인지부하에 미치는 영향", 학습과학연구, 9(3), pp.83~105 (2015), 교육공학연구소
  4. 김병진, "사용자 응시지점 정보기반 시선 추적 시스템 신뢰도 측정 기법", 디지털콘텐츠학회논문지, 17(5), pp.367~373 (2016), 한국디지털콘텐츠학회[DOI]
  5. 김소영, "과학 학업성취도 문항 풀이에서 초등학생의 시선추적 연구", 학습자중심교과교육연구, 12(1), pp.65~78 (2012), 학습자중심교과교육학회
  6. 김해동, "진단 목적의 컴퓨터 기반 영어 시험에 대한수험생 반응", 교육문화연구, 24(2), pp.219~240 (2018), 교육연구소[DOI]
  7. 김현진, "한국인과 외국인 한국어 고급 학습자의 읽기과정 중 도약과 회귀 비교 -시선추적 기법(Eye-tracking)을 활용하여-", 이중언어학, (61), pp.67~94 (2015), 이중언어학회[DOI]
  8. 배지혜, "스마트패드를 활용한 학습에서 인접성 원리의 적용이 학업성취 및 인지부하에 미치는 영향", 교육공학연구, 29(3), pp.491~516 (2013), 한국교육공학회
  9. 윤낙영, "난이도가 다른 덩이글 읽기에서의 안구운동 양상", 인지과학, 20(3), pp.291~307 (2009), 한국인지과학회[DOI]
  10. 이철수, "사회복지학사전" (2008), 비상
  11. 임은정, "Computer-Based Test(CBT) 개발 및 CBT에 대한 학생들의 인식", Korean Journal of Medical Education, 20(2), pp.145~154 (2008), 한국의학교육학회
  12. 임해미, "우리나라와 싱가포르의 컴퓨터 기반 수학 평가 결과에 대한 영향 요인 비교 분석", 수학교육학연구, 27(2), pp.157~170 (2017), 대한수학교육학회
  13. 정재원, "애니메이션 기반의 이러닝에서 정보제시 유형이 인지부하와 학습내용 이해에 미치는 영향", 교육정보미디어연구, 19(4), pp.635~657 (2013), 한국교육정보미디어학회
  14. 조일현, "학습분석학과 학습설계, 그 융합 지평의 전개", 한국교육공학회 학술대회발표자료집, 2015(2), pp.422~434 (2015)
  15. 허선, "의학교육에서 컴퓨터바탕검사와 문항은행 데이터베이스 구축", 의학교육논단, 16(1), pp.11~15 (2014), 연세대학교 의과대학
  16. Blikstein, P., "Multimodal learning analytics and education data mining: Using computational technologies to measure complex learning tasks", Journal of Learning Analytics, 3(2), pp.220~238 (2016)
  17. Brünken, R., "Assessment of cognitive load in multimedia learning using dual-task methodology", Experimental psychology, 49(2), pp.109~ (2002)
  18. Chu, H. C., "Potential negative effects of mobile learning on students' learning achievement and cognitive load-A format assessment perspective", Journal of Educational Technology & Society, 17(1), pp.332~344 (2014)
  19. Clariana, R., "Paper-based versus computer-based assessment: Key factors associated with the test mode effect", British Journal of Educational Technology, 33(5), pp.593~602 (2002)
  20. Crocker, L., "Handbook of test development", pp.129~142 (2011), Routledge
  21. Dix, A., "Arithmetic and algebraic problem solving and resource allocation: The distinct impact of fluid and numerical intelligence", Psychophysiology, 52(4), pp.544~554 (2015)
  22. Drewes, H., "Eye gaze tracking for human computer interaction", Doctor, pp.2010
  23. Haji, F. A., "Measuring cognitive load : Performance, mental effort and simulation task complexity", Medical education, 49(8), pp.815~827 (2015)
  24. In-Albon, T., "Vigilance and avoidance of threat in the eye movements of children with separation anxiety disorder", Journal of abnormal child psychology, 38(2), pp.225~235 (2010)
  25. Klingner, J., "Measuring the task-evoked pupillary response with a remote eye tracker", Proceedings of the 2008 symposium on Eye tracking research & applications, pp.69~72 (2008)
  26. Klingner, J., "Effects of visual and verbal presentation on cognitive load in vigilance, memory, and arithmetic tasks", Psychophysiology, 48(3), pp.323~332 (2011)
  27. Kret, M. E., "Behavior research methods", pp.1~7 (2018)
  28. Kuipers, J. R., "ERP-pupil size correlations reveal how bilingualism enhances cognitive flexibility", Cortex, 49(10), pp.2853~2860 (2013)
  29. Lee, G., "Modulation of resource allocation by intelligent individuals in linguistic, mathematical and visuo-spatial tasks", International Journal of Psychophysiology, 97(1), pp.14~22 (2015)
  30. Mayer, R. E., "Unique contributions of eye-tracking research to the study of learning with graphics", Learning and Instruction, 20(2), pp.167~171 (2010)
  31. Mayer, R. E., "Nine ways to reduce cognitive load in multimedia learning", Educational psychologist, 38(1), pp.43~52 (2003)
  32. Nikou, S. A., "The impact of paper-based, computer-based and mobile-based self-assessment on students' science motivation and achievement", Computers in Human Behavior, 55, pp.1241~1248 (2016)
  33. Pellegrino, J. W., "Knowing what students know", Issues in science and technology, 19(2), pp.48~52 (2002)
  34. Plass, J. L., "Cognitive load theory" (2010), Cambridge University Press
  35. Rayner, K., "Understanding eye movements in reading", Scientific Studies of Reading, 1(4), pp.317~339 (1997)
  36. Rayner, K., "Eye movements in reading and information processing : 20 years of research", Psychological bulletin, 124(3), pp.372~ (1998)
  37. Seufert, T., "The impact of intrinsic cognitive load on the effectiveness of graphical help for coherence formation", Computers in human behavior, 23(3), pp.1055~1071 (2007)
  38. Shohamy, E., "Performance assessment in language testing", Annual Review of Applied Linguistics, 15, pp.188~211 (1995)
  39. Singleton, C., "Computer-based assessment in education", Educational and Child Psychology, 18(3), pp.58~74 (2001)
  40. Sweller, J., "Element interactivity and intrinsic, extraneous, and germane cognitive load", Educational psychology review, 22(2), pp.123~138 (2010)
  41. Sweller, J., "Cognitive architecture and instructional design", Educational Psychology Review, 10(3), pp.251~296 (1998)
  42. Torcasio, S., "The use of illustrations when learning to read : A cognitive load theory approach", Applied Cognitive Psychology, 24(5), pp.659~672 (2010)
  43. van Gerven, P. W., "Memory load and the cognitive pupillary response in aging", Psychophysiology, 41(2), pp.167~174 (2004)
  44. van Merriënboer, J. J., "Cognitive load theory in health professions education : Design principles and strategies", Medical Education, 44, pp.85~93 (2010)
  45. Wang, Q., "An eye-tracking study of website complexity from cognitive load perspective", Decision support systems, 62, pp.1~10 (2014)
  46. Zellin, M., "In the eye of the listener : Pupil dilation elucidates discourse processing", International Journal of Psychophysiology, 81(3), pp.133~141 (2011)

관련 논문AI추천

컴퓨터기반 문제풀이 환경에서 과제복합도에 따른 인지부하 차이의 객관적 측정정겨운, 조일현한국교육정보미디어학회 · 교육정보미디어연구2020 · 제26권 제1호문제 풀이 상황에서 학습자의 시선 경로 유사도에 따라 구분한 집단 간 인지부하 및 성취도 차이정겨운한국교육공학회 · 교육공학연구2020 · 제36권 제3호컴퓨터 기반 학습에서 인지부하 요인과 GSR의 각성수준이 과제수행에 미치는 영향류지헌한국감성과학회 · 감성과학2009 · 제12권 제3호수학불안 수준이 수행효율성에 미치는 영향: 대학생의 동공 크기를 중심으로오예지, 조일현한국교육공학회 · 교육공학연구2017 · 제33권 제3호동영상 학습 환경에서 인지부하의 변화 및 학습성과와의 상관관계김다솜, 박혜정, 조일현한국교육정보미디어학회 · 교육정보미디어연구2019 · 제25권 제4호텍스트 기반 멀티미디어 학습에서 시각적 단서와 학습자 메타인지 수준이 인지부하에 미치는 영향이정은, 조일현한국교육정보미디어학회 · 교육정보미디어연구2020 · 제26권 제3호

이 간행물의 다른 논문 (6건)

자기주도학습 지원을 위한 디지털교과서 대시보드 프로토타입 개발 연구김진희, 허선영, 최서연, 한형종, 함윤희pp. 1-31대학 플립러닝 수업개선을 위한 수업 컨설팅 도구 개발임정훈, 김미화pp. 33-67대학생의 협력적 문제해결 경험에 대한 내러티브 탐구정윤주, 임규연pp. 69-104중․고등학생의 학습전략 수준 잠재프로파일 분석과 영향요인 탐색장재홍, 박인우, 윤가영pp. 105-135MOOC 기반 학습의 메타분석김재현, 유명현, 송지훈, 장유진pp. 163-190
원문 보기