메타인지 지원이 동영상 기반 학습에 미치는 영향: 생리심리반응을 중심으로

Abstract

With the development of information and communication technology and cloud-based online learning systems, the number of learners participating in e-learning and related research are increasing. Moreover, this situation has been further accelerated by COVID-19. Video-based learning, which is commonly used in online learning, utilizes multimedia to drive the learners' attention effectively, has excellent communication power, and has the advantage of being able to learn anytime, anywhere, due to its technological enhancement features. However, video-based learning is still constrained to a one-way lecture delivery system, which leads learners to disengage in a video-based learning environment in a short time. Therefore, research is needed for the learners to effectively self-regulate in online video-based learning and closely examine the learning process. This study aimed to provide metacognitive support for video-based learning and confirm its effectiveness through learners' psychophysiological responses of the learning process and learning outcome. The psychophysiological responses used in this study were heart rate variability, and through this, we tried to examine learners' in-depth cognitive processes. The specific research problems of this study are as follows. First, how does metacognitive support in video-based learning affect learners' cognitive load? Second, how does metacognitive support affect learners' learning outcomes in video-based learning? Third, how does the learner's cognitive load affect the learning outcome? And the hypothesis for each research problem is as follows. First, metacognitive support in video-based learning has a positive effect on cognitive load reduction(Hypothesis 1). Second, metacognitive support in video-based learning has a positive effect on learning outcomes(Hypothesis 2). Third, cognitive load negatively affects learning outcomes in video-based learning(Hypothesis 3). Experimental research was conducted to solve the research problems. First, based on prior research, research tools were developed to support learners metacognition in video-based learning. Then, the experiment was conducted on 33 adult learners who did not have a heart-related disease history. Research participants went through the process of pre-questionnaire, pre-test, video-based learning, and post-test. In the meantime, metacognitive support was provided to the experimental group in the video-based learning process. During the video-based learning process, heart rate variability was measured through a wristband. After the experiment, the heart rate variability data was converted into cognitive load values, and those cognitive load values and the pre-questionnaire, pre-test, and post-test data were put into statistical analysis. The collected quantitative data were analyzed with descriptive statistics, t-test, and regression analysis, and through this, the hypotheses were verified. From the experimental results, metacognitive support affected the cognitive load level during the learning activities. On the contrary, it did not affect the cognitive load during video-based learning, so hypothesis 1 was partially adopted. The metacognitive support did not affect the learning outcome, so hypothesis 2 was rejected. Finally, the results confirmed that the lower the cognitive load in video-based learning, the higher the learning outcome, so hypothesis 3 was partially adopted. This study confirmed how metacognitive support affects not only the learning outcome but also the learning process through psychophysiological responses. Also, this study's results laid the foundation for detecting when metacognitive support is needed during the video-based learning process using psychophysiological data, which can provide customized support for the learners. This study is meaningful because it attempts to analyze psychophysiological responses to verify the effect of metacognitive support on video-based learning and discovers the possibility of applying it to fields and theories of education in the future.

최근 정보통신기술과 클라우드 기반 온라인 학습 시스템의 발달로 이러닝에 참여하는 학습자의 수와 관련 연구가 증가하고 있으며 최근에는 코로나19로 이러한 상황이 더욱 가속화되었다. 온라인 학습에서 일반적으로 사용되는 동영상 학습 콘텐츠는 멀티미디어를 활용해 효과적으로 학습자의 주의를 집중시키고 의미전달력이 뛰어나며 기술향상적 특징으로 인해 언제 어디서든 학습할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 동영상 기반 학습은 교수자의 일방적인 강의 전달로 흐르기 쉽고 이는 동영상 기반 학습 환경에서 학습자가 쉽게 학습을 중단하는 행위로 이어진다. 따라서 온라인 동영상 기반 학습에서 학습자가 효과적으로 자기조절을 할 수 있도록 지원하고 그 과정을 면밀히 살펴볼 수 있는 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 동영상 기반 학습에 메타인지 지원을 제공하고 그 효과성을 학습자의 생리심리반응을 통한 학습 과정과 학습 결과로 확인하고자 하였다. 본 연구에서 사용한 생리심리반응은 심박변이도이며 이를 통해 학습자의 인지 과정을 깊이 있게 살펴보고자 하였다. 본 연구의 구체적인 연구문제는 다음과 같다. 첫째, 동영상 기반 학습에서의 메타인지 지원은 학습자의 인지 부하에 어떤 영향을 미치는가? 둘째, 동영상 기반 학습에서 메타인지 지원은 학습자의 학습 결과에 어떤 영향을 미치는가? 셋째, 학습자의 인지 부하는 학습 결과에 어떤 영향을 미치는가? 각각의 연구 문제에 대한 가설은 다음과 같다. 첫째, 동영상 기반 학습에서 메타인지 지원은 인지 부하 감소에 긍정적인 영향을 미친다(가설1). 둘째, 동영상 기반 학습에서 메타인지 지원은 학습 결과에 긍정적인 영향을 미친다(가설2). 셋째, 동영상 기반 학습에서 인지 부하는 학습 결과에 부정적인 영향을 미친다(가설3). 이와 같은 연구문제를 해결하기 위해 실험 연구를 진행하였다. 먼저, 선행연구를 바탕으로 동영상 기반 학습에서 메타인지 지원을 위한 연구도구를 개발하였다. 그리고 심장 관련 과거 병력이 없는 18세 이상의 성인 33명을 대상으로 실험을 진행하고 데이터를 수집하였다. 연구 참여자들은 사전 설문과 사전지식 검사, 동영상 기반 학습, 사후 검사의 순서대로 실험에 참여하였다. 그리고 동영상 기반 학습 과정에는 실험 집단에 메타인지 지원을 제공하였다. 동영상 기반 학습 과정에서 손목밴드를 통해 심박변이도가 측정되었다. 실험 종료 후 심박변이도 데이터를 인지 부하 수치로 변환하고 이를 사전 설문, 사전 및 사후 검사 자료와 통계분석을 진행하였다. 수집된 양적 자료들은 기술통계, t검증, 회귀분석에 따라 분석되었고 이를 통해 사전에 설정된 가설을 검증하였다. 연구 결과, 메타인지 지원은 학습 활동 중의 인지 부하 수준에 영향을 미쳤으며, 이와 반대로 동영상 기반 학습 중의 인지 부하에는 유의미한 수준으로 영향을 미치지 않아 가설1은 부분적으로 채택되었다. 메타인지 지원은 학습 결과에 통계적으로 유의미한 수준의 영향을 미치지 못하여서 가설2는 기각되었다. 마지막으로 학습 활동을 제외한 동영상 기반 학습에서의 인지 부하가 낮을수록 높은 학습 결과를 달성하는 것이 확인되어서 가설3은 부분적으로 채택되었다. 본 연구는 메타인지 지원이 학습 결과뿐 아니라 학습 과정에 어떠한 영향을 미치는지를 생리심리반응을 통해 확인하였다. 또한, 본 연구의 결과는 동영상 기반 학습 과정 중에 메타인지 지원이 필요한 시점을 생리심리데이터를 이용하여 파악하고 맞춤형 지원이 이루어질 수 있도록 기초를 마련하였다. 본 연구는 메타인지 지원이 동영상 기반 학습에 미치는 영향에 대해서 생리심리반응이라는 새로운 분석방법을 시도하고 향후 교육 현장과 이론에 적용할 가능성을 발견했다는 점에서 의미가 있다.