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텍스트 기반 멀티미디어 학습에서 시각적 단서와 학습자 메타인지 수준이 인지부하에 미치는 영향

The Effects of Visual Cueing and Learner’s Metacognition Levels on Cognitive Load in Text-based Multimedia Learning

조일현|이정은
한국교육정보미디어학회 (Korea Association for Educational Information and Media)|2020.09|교육정보미디어연구 (Journal of Korean Association for Educational Information and Media)|제26권 제3호|pp. 539-565|DOI http://dx.doi.org/10.15833/KAFEIAM.26.3.539

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Cognitive load인지부하메타인지Metacognition멀티미디어 학습Multimedia learning시각적 단서Visual cues콘텐츠 제시방법Contents presenting methods
주제분류교육학

초록

본 연구는 텍스트 기반 멀티미디어 학습에서 청각적 정보와 동기화 된 시각적 단서와 학습자 메타인지 수준이 인지부하에 미치는 영향을 검증하고자 하였다. 이를 위해 학부생 82명을 대상으로 시각적 단서로 구분되는 학습 콘텐츠와 학습자 메타인지 수준별로 집단을 나누어 학습자가 경험한 인지부하에 어떤 차이와 상호작용 효과가 있는지 분석하였다. 본 연구는 학습자 메타인지 수준 검사, PSAT 문제풀이 학습 영상 시청, 회상자극 인터뷰의 순서로 진행되었다. 실험을 통해 수집한 생리심리 데이터는 시선고정, 시선도약과 같은 시각 행동과 동공 반응으로, 인지부하의 객관적 지표로써 활용하였으며 변수 간 상호작용 효과를 확인하기 위해 일반화 선형모형의 선형 회귀분석을 실시하였다. 회상자극 인터뷰를 통해 수집한 내용은 주관적 인지부하 데이터로 활용하여 인지부하의 원인을 확인하였다. 생리심리 데이터 분석 결과, 시각적 단서가 있는 집단은 시선고정 빈도와 지속시간이 높았고, 시각적 단서가 없는 집단은 시선도약 빈도가 더 많았다. 시각적 단서와 학습자 메타인지 수준의 상호작용 효과에 대해서는 시선도약 지표에서 확인할 수 있었다. 회상된 인지부하에 대해서는 시각적 단서가 메타인지 수준이 낮은 학습자들의 인지적 처리 과정을 보조하여 외재적 인지부하 감소에 기여한다는 것을 확인하였다. 이를 바탕으로 시각적 단서는 학습자들의 주의집중을 지원하고, 메타인지 수준이 낮은 학습자들의 인지용량을 조절한다는 결론을 도출하였다. 또한 콘텐츠 제시방법과 학습자 특성은 복합적으로 상호작용하며, 이들 요소를 멀티미디어 학습 콘텐츠 설계와 학습 효과 분석 시 주요하게 고려해야 할 필요가 있다는 시사점을 제공하였다.

Abstract

The purpose of this study is to identify the effect of visual cues, which are synchronized with auditory information, and learner’s metacognition levels on cognitive load in text-based multimedia learning. For this purpose, 82 undergraduate students were grouped by learning contents classified by visual cues, and learner’s metacognition levels to analyze the differences and interaction effects on experienced cognitive load of learners. This study was conducted in the order of metacognition level test, watching PSAT problem-solving video, and stimulated recall interview. The collected psychological data through the experiment, which are visual behaviors such as gaze fixation and saccade, and pupil response were used as objective indicators of cognitive load, and a linear regression analysis of the Generalized Linear Model was performed to identify the interaction effect. The cause of cognitive load was identified through subjective cognitive load data based on the interview contents of the stimulated recall. The results of analyzing the psychological data, the group with visual cues had high gaze fixation frequency and duration, and the group without visual cues had a high saccade frequency. The interaction effects between visual cues and learners’ metacognition levels were found in the saccade indicators. Regarding recalled cognitive load, it was confirmed that the visual cues contribute to reducing extraneous cognitive load by supporting cognitive processes of learners with low metacognition levels. Based on the results, this study confirmed that visual cueing support learners’ attention and adjust the cognitive capacity of learners with low metacognition levels. Furthermore, the method of presenting contents and learner’s characteristics interact complexly, and this study suggested that it is necessary to consider these as major factors for designing multimedia learning contents and analyzing learning effects.

참고문헌 (66)

  1. 김연주, "동영상 학습 구간별 회상된 인지부하와 학습자 생리심리반응의 관계 분석", 석사, pp.2017
  2. 김영수, "교수 메시지 설계" (2016), 교육과학사
  3. 남정현, "이러닝 학습자료 제시유형이 학습에 미치는 영향", 석사, 멀티미디어학, pp.2005
  4. 류지헌, "인지 부하 측정을 위한 구인의 탐색 및 타당화", 교육정보미디어연구, 15(2), pp.1~27 (2009), 한국교육정보미디어학회
  5. 이성주, "온라인 학습에서 콘텐츠의 제시유형과 제시수준, 메타인지가 학습에 미치는 효과", 컴퓨터교육학회 논문지, 16(6), pp.71~81 (2013), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
  6. 이은주, "시각적 단서 제시 여부에 따른 동영상 유형이 학습 만족도 및 학업 성취도에 미치는 영향", 교육문제연구, 31(4), pp.129~154 (2018), 교육문제연구소
  7. 이은지, "동영상 학습 환경에서 학습자의 사전지식 수준과 학습 구간에 따른 인지부하의 차이: 동공반응을 중심으로", 석사, pp.2017
  8. 이현우, "인적학습자원관리 전략이 학업성취에 미치는 영향: 교수설계적 인지부하에 의한 메타인지의 조절된 매개효과", 교육정보미디어연구, 25(4), pp.853~872 (2019), 한국교육정보미디어학회[DOI]
  9. 정겨운, "컴퓨터기반 문제풀이 환경에서 과제복합도에 따른 인지부하 차이의 객관적 측정", 교육정보미디어연구, 26(1), pp.79~101 (2020), 한국교육정보미디어학회[DOI]
  10. 조일현, "사용성 검사 기법으로서 회상 자극기법(Stimulated Recall)의 타당성과 실용성에 관한 연구", 교육정보미디어연구, 12(2), pp.71~96 (2006), 한국교육정보미디어학회
  11. Alpizar, D., "A meta-analysis of signaling principle in multimedia learning environments", Educational Technology Research and Development, pp.1~25 (2020)
  12. Altıok, S., "Enhancing metacognitive awareness of undergraduates through using an e-educational video environment", Computers & Education, 139, pp.129~145 (2019)
  13. Atkinson, R. C., "Psychology of learning and motivation (Vol. 2)" (1968), Academic Press
  14. Baddeley, A., "Working memory", Science, 255(5044), pp.556~559 (1992)
  15. Beatty, J., "The pupillary system", Handbook of psychophysiology, 2, pp.142~162 (2000)
  16. Bétrancourt, M., "The animation and interactivity principles in multimedia learning", The Cambridge handbook of multimedia learning, pp.287~296 (2005)
  17. Chen, H. T. M., "Effects of lecture video styles on engagement and learning", Educational Technology Research and Development, pp.1~18 (2020)
  18. Chen, C. M., "Efects of diferent video lecture types on sustained attention, emotion, cognitive load, and learning performance", Computers & Education, 80, pp.108~121 (2015)
  19. Clark, R. C., "E-learning and the science of instruction: Proven guidelines for consumers and designers of multimedia learning" (2016), John Wiley & Sons
  20. De Grave, W. S., "Problem based learning: Cognitive and metacognitive processes during problem analysis", Instructional science, 24(5), pp.321~341 (1996)
  21. De Koning, B. B., "Attention guidance in learning from a complex animation: Seeing is understanding?", Learning and instruction, 20(2), pp.111~122 (2010)
  22. De Koning, B. B., "Attention cueing in an instructional animation : The role of presentation speed", Computers in Human Behavior, 27(1), pp.41~45 (2011)
  23. Elstein, A. S., "Methods and theory in the study of medical inquiry", Academic Medicine, 47(2), pp.85~92 (1972)
  24. Gass, S. M., "Stimulated recall methodology in second language research" (2000), Routledge
  25. Hale, K. S., "Handbook of virtual environments: Design, implementation, and applications" (2014), CRC Press
  26. Ikehara, C. S., "Assessing cognitive load with physiological sensors", Proceedings of the 38th annual hawaii international conference on system sciences, pp.1~9 (2005)
  27. Iqbal, S. T., "Task-evoked pupillary response to mental workload in human-computer interaction", CHI’04 extended abstracts on Human factors in computing systems, pp.1477~1480 (2004)
  28. Jainta, S., "Analyzing the pupil response due to increased cognitive demand: An independent component analysis study", International Journal of Psychophysiology, 77(1), pp.1~7 (2010)
  29. Kagan, N., "Stimulated recall in therapy using video tape: A case study", Journal of Counseling Psychology, 10(3), pp.237~ (1963)
  30. Kahneman, D., "Thinking, fast and slow" (2011), Macmillan
  31. Kirsh, D., "Cognition, education, and communication technology", pp.147~180 (2005)
  32. Krämer, N. C., "Psychological research on embodied conversational agents : the case of pedagogical agents", Journal of Media Psychology, 22, pp.47~51 (2010)
  33. Krämer, N. C., "Personalizing e-learning. The social effects of pedagogical agents", Educational Psychology Review, 22(1), pp.71~87 (2010)
  34. Kriz, S., "Top-down and bottom-up influences on learning from animations", International Journal of Human-Computer Studies, 65(11), pp.911~930 (2007)
  35. Landgraf, S., "Cognitive resource allocation for neural activity underlying mathematical cognition: A multi-method study", Zdm, 42(6), pp.579~590 (2010)
  36. Li, W., "Getting the point: Which kinds of gestures by pedagogical agents improve multimedia learning?", Journal of Educational Psychology, 111(8), pp.1382~1395 (2019)
  37. Liu, T. C., "Effects of cues and real objects on learning in a mobile device supported environment", British Journal of Educational Technology, 44(3), pp.386~399 (2013)
  38. Lyons, W., "The disappearance of introspection" (1986), MIT Press
  39. Mautone, P. D., "Signaling as a cognitive guide in multimedia learning", Journal of Educational Psychology, 93(2), pp.377~389 (2001)
  40. Mayer, R. E., "The Cambridge handbook of multimedia learning", pp.201~212 (2005), Cambridge University Press
  41. Mayer, R. E., "Multimedia Learning" (2009), Cambridge University Press
  42. Mayer, R. E., "The Cambridge handbook of multimedia learning", pp.1~24 (2014), Cambridge University Press
  43. Mayer, R. E., "The Cambridge handbook of multimedia learning", pp.115~279 (2014), Cambridge University Press
  44. Mayer, R. E., "When static media promote active learning: Annotated illustrations versus narrated animations in multimedia instruction", Journal of Experimental Psychology: Applied, 11(4), pp.256~ (2005)
  45. Oliver, R., "Exploring student interaction in collaborative world wide web computer-based learning environments", Journal of Educational Multimedia and Hypermedia, 7(2, pp.3) (1998), 263~287
  46. Paivio, A., "Dual coding theory: Retrospect and current status", Canadian Journal of Psychology, 1991, pp.45(3), 255~
  47. Pintrich, P. R., "A manual for the use of the motivated strategies for learning questionnaire (MSLQ)" (1991), University of Michigan, National Center for Research to Improve Postsecondary Teaching and Learning
  48. Pintrich, P. R., "A conceptual framework for assessing motivation and self-regulated learning in college students", Educational psychology review, 16(4), pp.385~407 (2004)
  49. Ravaja, N., "Contributions of psychophysiology to media research: Review and recommendations", Media Psychology, 6(2), pp.193~235 (2004)
  50. Recarte, M. A., "Effects of verbal and spatial-imagery tasks on eye fixations while driving", Journal of experimental psychology: Applied, 6(1), pp.31~ (2000)
  51. Reyes, M. L., "Effects of cognitive load presence and duration on driver eye movements and event detection performance", Transportation research part F: traffic psychology and behaviour, 11(6), pp.391~402 (2008)
  52. Schwartz, N. H., "The influence of metacognitive skills on learners’ memory of information in a hypermedia environment", Journal of Education Computing Research, 31(1), pp.77~93 (2004)
  53. Schwartz, N. H., "Learning and the Web: the role of metacognition and configurational knowledge in comprehension and problem solving", Proceedings of metacognition: Products and processes (1999), Universite Blaise Pascal
  54. Scott, B. M., "Navigational spatial displays: The role of metacognition as cognitive load", Learning and Instruction, 17(1), pp.89~105 (2007)
  55. Schindler, M., "Eye-tracking and its domain-specific interpretation: a stimulated recall study on eye movements in geometrical tasks", Annual Meeting of the International Group for the Psychology of Mathematics Education, 4, pp.153~160 (2017), PME
  56. Strobel, B., "Task-irrelevant data impair processing of graph reading tasks: An eye tracking study", Learning and Instruction, 55, pp.139~147 (2018)
  57. Stull, A. T., "Learning by doing versus learning by viewing: Three experimental comparisons of learner-generated versus author-provided graphic organizers", Journal of educational psychology, 99(4), pp.808~820 (2007)
  58. Sweller, J., "Cognitive load during problem solving: Effects on learning", Cognitive science, 12(2), pp.257~285 (1988)
  59. Thomson, D. M., "Associative encoding and retrieval: Weak and strong cues", Journal of experimental psychology, 86(2), pp.255~ (1970)
  60. Topcu, A., "Effects of the asynchronous web-based course: Preservice teachers’ achievement, metacognition, and attitudes towards the course", Journal of Educational Technology & Society, 11(3), pp.181~197 (2008)
  61. Tulving, E., "Encoding specificity and retrieval processes in episodic memory", Psychological review, 80(5), pp.352~ (1973)
  62. Valtchanov, D., "Cognitive and affective responses to natural scenes: Effects of low level visual properties on preference, cognitive load and eye movements", Journal of Environmental Psychology, 43, pp.184~195 (2015)
  63. van Velzen, J., "Introduction: Metacognitive Learning: Focusing on General Knowledge of the Learning Process. Metacognitive learning", pp.1~12 (2016), Springer
  64. Winne, P. H., "Self-Regulated Learning and Academic Achievement: Theoretical Perspectives", pp.153~189 (2001), Erlbaum
  65. Wittrock, M. C., "Generative processes of comprehension", Educational psychologist, 24(4), pp.345~376 (1989)
  66. Wouters, P., "How to optimize learning from animated models: a review of guidelines based on cognitive load", Review of Educational Research, 78, pp.645~675 (2008)

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