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[TECHNOLOGY FOCUS] 학습 지원에 있어 행동 계측과 제어 : 응용 행동 분석의 공학적 방법 응용

입력 : 2019.10.07 14:11

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[첨단 헬로티]


일본 문부과학성에 따르면 일반적으로 학급에 재적 중인 약 6.5%의 초·중학생들이 학업면이나 행동면에 어려움을 앉고 있다. 2016년 4월 시행한 ‘장애를 이유로 하는 차별 해소의 추진에 관한 법률(2013년 법률 제65호)’에 따라, 교육 현장에서도 합리적 배려의 제공이 요구되는 가운데 개별의 학습 지원 요구를 만족시키기 위한 구체적인 ‘학습 지원 방법’의 제공이 더욱 필요하게 됐다. 그 중에서 객관적 판단에 기초해 학습을 평가, 지원을 제공하는 것이 학습 곤란이나 학교 부적응 해소 등 다양화되는 학습 지원 요구를 만족시키기 위한 과제가 된다.


응용 행동 분석(applied behavior analysis, ABA)을 이용해 학습 지원을 할 때에는 어린아이가 가능한 부분을 적절하게 평가, 그 행동을 기반으로 단계적으로 지원을 한다. 즉, 학습을 구성하는 사전 기술을 분석해 어린아이가 ‘가능한’ 행동(행동의 레퍼토리)을 평가·계측하고, 조금만 더 하면 ‘가능한’ 행동(지도의 표적 행동)을 파악해 지원․제어에 연결하는 것이 필요하다. 예를 들면, ‘읽기’의 행동은 대상 아동의 발화나 명명의 가능 여부와 문자나 단어, 문장마다 길이가 다른 문자열에 대한 반응도 확인할 필요가 있다. ‘쓰기’의 행동은 연필을 잡는 법이나 쓰기의 정확성뿐만 아니라, 쓰기의 표출과 구성 중 어디에 어려움이 있는지를 평가할 필요가 있다. 이러한 적절한 평가를 통해 대상 아동의 서투른 부분의 부담을 경감한 형태로 학습 지원을 할 수 있다. 


지금까지의 ABA 학습 지원은 주로 표준화 검사뿐만 아니라, 위와 같은 조금만 더 하면 ‘가능한’ 행동에 관련된 사전 기술 평가를 실시, 지원 구성을 해 왔다. 그러나 최근에는 공학적 방법의 발달로 지금까지 가시화하는 것이 어려웠던 학습 시의 시선 기능의 모습도 평가할 수 있게 됐다. 따라서 이 글에서는 ABA를 이용한 교육 현장의 학습 평가와 지원에 대해, 주로 시선 추적장치를 활용한 사례를 소개하고, 공학적 방법에서 얻은 ‘보기’의 행동 지식을 ABA에 응용하는 의의와 주의점에 대해 논하기로 한다.


행동의 가시화에 의한 학습 평가


1. 기존의 학습 평가

교육 현장에서 실시하는 학습 지원에서는 ‘읽기’, ‘쓰기’, ‘이해’, ‘표현’ 행동에 대한 지원 요구가 높다. 이러한 행동은 주어진 것이 아니라 복잡한 행동으로 성립되어 있다. 예를 들면 ‘읽기’ 행동에는 구어의 확립에서 시작해 문자의 변별이나 발화, 의미 이해, 그리고 시선 이동 등도 포함된다. ‘쓰기’ 행동에는 연필 잡는 법이나 운필과 베낌 등의 미세 운동 발달, 그리고 문자열을 시각적으로 파악하고 시각 정보를 운동 반응에 통합시키는 것이 필요하다.


이러한 학습을 평가할 때는 ‘읽기’, ‘쓰기’의 ‘정확성’뿐만 아니라, 시간 내에 얼마나 빠르고 정확하게 문제를 수행할 수 있는지 등의 ‘유창성’ 관점에서도 평가할 필요가 있다. 예를 들면 초등학교 6학년은 1분당 461.9자를 정확히 읽고 31.3자를 정확히 썼으며, 동일한 시간 내에 초등학교 1학년의 약 2.34배의 읽기 쓰기를 했다. 정확하게 읽고 쓸 수 있었다고 해도 학년에 상당하는 읽고 쓰는 속도에 미치지 못하는 아동은 ‘읽기’, ‘쓰기’ 행동에 어려움이 있는 경우가 많다. 또한 학습 시의 시선 이동에 어려움이 있기 때문에 읽고 쓰기가 정확하고 유창해도 학습 곤란이 현재화되는 경우도 있다.


2. 공학적 방법을 기초로 한 학습 평가

Rayner는 정형 발달 아동은 연령이나 학년의 진행에 따라 읽고 있을 때의 시선 정류 횟수가 감소하고, 평균 주시 시간이 짧아진다는 것을 밝혔다. 그리고 읽고 이해하는 것이 어려워지면 시선 정류 횟수가 증가하는 것을 나타냈다. 이 결과를 반영해 Omori and Yamamoto는 일본인 정형 발달 아동 2명과 발달 장애 아동 2명의 음독 시의 시선 이동 모습을 검토했다. 그 결과 두 그룹의 읽기 소요 시간에는 유의한 차이는 보이지 않았다. 그러나 그림 1과 같이 발달 장애 아동 쪽이 정형 발달 아동에 비해 읽고 있을 때의 시선 정류 횟수가 많고, 평균 주시 시간이 짧아진 것을 밝혔다. 또한 문장을 읽고 이해하는 점수도 정형 발달 아동 쪽이 높은 것을 나타냈다.


그림 1. 정형 발달 아동과 발달 장애 아동의 음독 시의 시선 패턴 ( Omori & Yamamoto, 2011 May을 기초로 작성). 

그림 상의 동그라미 수가 시선 정류 횟수를, 동그라미의 크기가 주시 시간을 나타낸다.


다음으로 오모리는 ‘쓰기’ 행동 시의 시선 기능을 분석했다. 그 결과, 시각 운동 협응 점수가 낮고 쓰기가 곤란한 것으로 추측되는 학생은 베껴 쓰는 동안의 시선 정류 횟수가 많고, 자극으로부터 시선이 일탈하는 횟수도 많았다. 즉 자극과 주변을 되돌아보는 시선 일탈 횟수를 측정함으로써 교육 현장에서 잠재적인 쓰기 곤란 아동을 식별할 수 있는 가능성이 있다. 또한 히라바야시 등은 초등학생을 대상으로 디지털 펜을 이용해 문장을 베끼는 과제를 실시했다. 그 결과, 학년의 진행에 따라 1문자씩 자극을 비교하면서 쓰는 띄어쓰기에서, 자극을 반복적으로 되돌아보지 않는 단어의 연속쓰기를 획득해 가는 쓰기 행동의 발달 패턴을 밝혔다.


이와 같이 공학적 방법을 활용해 행동을 계측해 감으로써 기존의 발달·인지·행동면의 평가만으로는 발견이 어려운 잠재적인 학습 곤란 아동을 발견하는데 도움이 될 가능성이 있다. 한편, 행동을 지원·제어하는 것은 공학적 방법의 발달에 의해 어떠한 변화를 볼 수 있게 된 것일까. 우선 기존의 학습 지원 방법에서 개략적으로, 훈련 시의 ‘보기’ 행동 측정에서부터 지원 방법의 재개발 흐름에 대해 설명한다.


기존의 학습 지원 방법


1. 표본 대응 과제를 이용한 학습 지원

ABA에서 ‘읽기’, ‘쓰기’, ‘이해’, ‘표현’ 행동을 획득해 가기 위해서는 발화나 쓰기, 선택 등의 운동 반응 외에 언어를 구성하는 ‘그림(의미)-문자–음성’의 관계성을 학습시키는 것이 필요하다. 정형 발달 아동은 일상생활 속에서 이러한 관계성을 학습할 수 있지만, 발달 장애 아동은 어려운 것으로 알려져 있다. 이에 ‘그림(의미)-문자–음성’의 관계성 획득을 지원하는 방법으로서 표본 대응(matching-to-sample, MTS) 과제가 있다.


그림 2에 나타냈듯이 MTS 과제를 컴퓨터상에서 하는 경우, 우선 제시된 표본 자극(e.g., 별 그림)에 대해 대상 아동이 그것을 보았다는 것을 보증하기 위한 클릭 반응을 한다. 그 후에 선택지가 되는 비교 자극이 여러 개 제시된다(e.g., ‘달’, ‘하늘’, ‘별’이라는 한자의 선택지). 그리고 대상자가 올바른 비교 자극(e.g., ‘별’이라는 한자)을 선택함으로써 정답을 얻는 것이다.


그림 2 컴퓨터 상의 MTS 과제의 흐름


2. MTS 과제의 이점과 문제점

MTS 과제를 통해 발달 장애 아동이 단어나 한자 등의 읽고 쓰기를 획득한 것은 ‘선택’에서 실제 상황의 학습으로 이어지는 것을 나타내고 있다. 즉, MTS 과제를 활용함으로써 반복적으로 읽고 쓰기를 해서 학습을 하지 않고, 운동 반응의 부하를 경감한 지원이 가능하다. 또한, 비교 자극의 선택지를 증감해서, 오류 없는 학습에 가까운 형태로 지원을 구성할 수 있는 이점도 있다. 더구나 MTS 과제는 책상 위의 실제 상황 훈련이나 휴대폰, 태블릿 단말, e-Learning을 활용한 지원 체계도 확대되고 있다.


그러나 발달 장애 아동은 MTS 과제 중에 표본 자극·비교 자극을 충분히 보고 있지 않기 때문에 훈련 중의 정답률이 향상되지 않는다는 보고도 있다. Dube 등은 2선택지의 MTS 과제 시에 정답률이 낮았던 지적 장애 아동 6명의 과제 중 시선 기능을 분석했다. 그 결과, 대부분의 경우는 한쪽의 비교 자극만 보고 있어, 자극을 비교하는 것이 곤란했음을 나타냈다. 또한, Doughty and Saunders는 MTS 과제 중 비교 자극의 제시 시간을 길게 한 결과, 발달 장애 아동이 비교 자극을 주시하는 시간이 증가하고 정답률이 향상된 것을 나타냈다.


한편, Dube 등은 참가자가 한쪽이라도 올바른 비교 자극을 보고 있으면 정답률이 높아진다는 것을 밝혔다. 즉, 하나의 자극을 차례로 시계열적으로 제시해 가는 것으로, MTS 과제 시의 오답을 줄일 수 있는 가능성이 있다.


시계열적인 자극 제시에 의한 학습 지원 방법


1. 관찰과 음성 모방에 의한 새로운 학습 지원

최근의 연구에서 2개의 자극으로 의도적으로 쌍을 만들고, 그들을 하나씩 시간적·공간적으로 근접시켜 쌍으로 제시함으로써 발달 장애 아동이 한자나 영어단어를 읽고 쓰는 것을 획득할 수 있다고 밝혀졌다. 이 절차를 자극 페어링(stimulus pairing, SP) 절차라고 한다. 그림 3 왼쪽 부분과 같이 SP 절차는 몇 초마다 자극이 하나씩 차례로 제시된다. 대상자는 시계열적으로 제시되는 자극을 관찰해, 음성에 대해 음성 모방을 한다. 그리고 학교 현장의 집단 지원에서도 한자의 읽기 획득으로 이어지고 있다.


그림 3. 자극 페어링 절차와 계열 자극 페어링 절차의 흐름.

두 절차 모두 일정 시간 경과에 따라 화면이 바뀐다.


또한, 대학생에서는 MTS 과제보다 SP 절차 쪽이 미훈련 자극끼리의 관계성을 빨리 학습한다는 보고도 있다. 즉, 시계열 제시된 자극의 관찰과 음성 모방을 구하는 SP 절차를 이용함으로써 MTS 과제 시 ‘선택’ 반응에 의한 오답의 가능성을 줄이고, 학습 지원으로 이어가는 것이 가능해졌다. 또한, SP 절차의 지식과 그림 1과 같은 시선 기능 데이터를 활용, 지원 방법을 재구성해 보다 많은 학습 곤란 아동의 학습 지원에 대응할 수 있는 계열 자극 페어링(sequential stimulus pairing, SSP) 절차와 문절 단위 읽기 절차를 개발했다.


2. 공학적 방법을 응용한 학습 지원

그림 3의 오른쪽 부분에 SSP 절차의 흐름을 나타냈다. 대상자가 하는 것은 SP 절차와 다르지 않지만, SSP 절차는 단어를 구성하는 문자 자극이 원래의 공간적인 위치 정보를 유지 한 채로 시계열적으로 제시된다. 예를 들면, 단어로 ‘호시(별)’이라고 제시하는 경우, 단어를 제시하기 전에 ‘호’를 화면 상부에 제시하고, 그 후 ‘시’를 하부에 제시한다. 공간적 위치 정보를 유지함으로써 직접적으로 시선 이동 학습도 촉진할 수 있게 됐다. 따라서 단어 읽기가 곤란했던 지적 장애 아동이 SSP 절차에 의해 훈련 단어 읽기 이외에, 미훈련 단어 읽기도 획득하게 됐다. 또한 SSP 절차는 문자를 거꾸로 쓰는 어린아이가 한자 쓰기를 획득하게 된 것도 나타냈다.


문장을 읽고 이해를 획득하는 지원에서도 문장을 구성하는 문절 자극을 하나씩 차례로 공간적인 위치 관계를 유지한 채로 제시하는 문절 단위 읽기 절차를 개발, 문장 전체를 여러 번 읽는 반복 읽기 절차와 효과를 비교했다. 그 결과, 나카가와 등은 문절 단위 읽기 절차 후에만 문장의 이해 문제에 대한 정답률이 50%에서 75%까지 향상된 것을 나타냈다. 또한, Omori and Yamamoto는 지적 장애 아동 2명이 문절 단위 읽기 절차 훈련을 함으로써 훈련 자극의 정확하고 유창한 읽기와 이해를 획득하고, 미훈련 문장의 정확한 읽기와 이해도 획득한 것을 나타냈다. 이와 같이 학습 시나 훈련 시의 시선 기능을 분석해 문자열이 갖는 위치 정보를 응용한 새로운 학습 지원 방법의 확립으로 이어졌다.


맺음말


1. 공학적 방법을 학습 지원에 응용하는 의의

이 글에서는 ABA를 이용한 교육 현장의 학습 평가와 지원에 대해, 주로 시선 추적장치를 활용한 사례를 소개하고 공학적 방법에서 얻은 ‘보기’ 행동의 지식을 ABA에 응용하는 의의에 대해 논해 왔다.


행동의 계측이나 평가의 관점에서는 시선 추적장치와 디지털 펜을 활용함으로써 행동 평가만으로는 검출할 수 없는, 가능성 있는 잠재적인 학습 곤란 아동을 식별하는 것이 가능해졌다. 행동 제어와 지원의 관점에서는 ‘보기’ 행동을 가시화함으로써 MTS 과제의 오류 패턴 분석이 추진되고, 시계열적인 자극 제시에 의한 학습 방법의 개발로 이어져 공간적인 위치 관계를 유지한 채로 시계열적인 자극 제시를 하는 방법론으로 발전해 왔다.


이 글에서 소개한 사례는 자극의 제시 시간과 타이밍, 자극이 갖는 위치 정보의 조작은 지원자가 독자적으로 하고 있었다. 예를 들면, 시선에 수반하는 자극 제시를 하는 학습 지원을 함으로써 개별 학습 시의 시선 기능이 분석 가능해진다. 이러한 데이터를 축적해 가는 것으로 개별 대상자에 대해 최적의 자극 제시 방법을 확립해 가는 것이 가능해진다. 그리고 적용한 방법을 한 사례의 연구 디자인(single-subject study)에 의해 효과 검증과 재개발을 추진하면서 대규모 데이터로 환원할 수 있는 연구 체제를 ABA 영역과 공학 영역의 양쪽에서 구축할 필요가 있다.


2. 공학적 방법을 학습 지원에 응용하는 주의점

한편, 시선 추적장치로 계측할 수 없는 ‘보기’ 행동에 대해서도 고려할 필요가 있다. 이 글에서는 자극에 대해 ‘보기’ 행동의 대체로서 시선 추적장치의 시선 정류 횟수와 평균 주시 시간으로 분석을 해왔다. 그러나 ‘보기’ 행동은 관찰 반응(observing behavior)와 주의를 기울이는 것(attending)으로 분해할 수 있다. 시선 추적장치로는 관찰 반응은 계측할 수 있지만, 주의를 기울이고 있는지는 측정할 수 없다. 따라서 주의를 기울인 것을 어떻게 계측하는지는 두 영역 간의 과제가 된다.


또한, 공학적 방법으로 얻은 데이터를 어떻게 행동으로 실현하는지도 과제가 된다. 시선 추적장치에서 얻은 많은 데이터를 교육 현장에서 직접적으로 운용하는 것이 어렵다. 오모리는 쓰기 상황의 자극에 대한 시선 이탈 횟수를 측정, 주변과 자극을 되돌아보는 횟수로부터 교육 현장의 쓰기 곤란 아동을 발견하는데 응용하는 것을 시사하고 있다.


이와 같이 시선 기능이 반영되는 행동을 탐색해 가는 것도 앞으로의 과제이다. 또한, 행동을 평가·계측·지원·제어하기 위해 사용하는 장치를 교육 현장에서 운용 가능한 기재로 활용할 수 있게 대체하고, 간편하게 만드는 것도 다양화하는 학습 지원 요구를 충족시키기 위한 과제가 될 것이다.


大森 幹真, 쇼와여자대학 인간사회학부 심리학과

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