아동의 인지 능력과 학업 성취 간의 관계 & 발달 (양방향적 관점)

본 내용은 Peng & Kievit(2020)의 The Development of Academic Achievement and Cognitive Abilities: A Bidirectional Perspective 에 대한 내용을 요약, 정리한 내용입니다. 더 자세한 내용을 읽고 싶으면 본 논문으로 가서 본문 읽는 걸 추천!

발달에서 학업 능력와 인지 능력의 발달은 꽤 중요하다고 할 수 있다. 학업성취와 인지능력은 서로 얼마나 관련이 있을까? 인지 능력이 뛰어나야 학업 성취가 뛰어날까? 아니면 학업성취 수준 역시 인지 발달에 영향을 줄까? 이 논문은 학업 성취와 인지능력이 모두 서로서로에게 영향을 준다고 말한다. 더 구체적인 내용을 알고싶다면 끝까지 읽어주시길!

아동의 인지 발달이 학업에 영향을 줌은 널리 알려져있다. 특히 읽기, 수학과 밀접한 연관이 있으며, 학업 달성, 학업 수행에 더해 이후 직장에서의 수입, 그리고 심지어는 신체적 건강, 심리적 건강, 장수와도 연관이 있음이 밝혀져있다. 물론 '연관성'은 이 둘의 인과관계를 보장해주지 않는다. 뛰어난 인지 발달을 통해 우수한 학업을 가져 좋은 직장을 가지고, 그 결과 우수한 의료 서비스를 받을 수 있어 수명이 높게나타날 수도 있고... 인지 발달이 뛰어난 사람이 무조건 장수하는 것은 분명 아니지만, 어쨌든 평균적으로 위에 제시된 요인들은 서로 연관성이 있다. 

학업 성취에 중요한 두가지 주요 요인

많은 연구들은 두가지의 주요 요인이 학업 성취에 중요한 영향을 미친다고 밝혔다. 그 중 하나는 기본적으로 타고나는 영역 특수적 능력(domain-specific skills)이다. 영역 특수적 능력은 하나의 분야에 특수하게 발현되는 능력을 말한다. 예를 들면, 상위언어능력(meta linguistic skills)은 단어 읽기, 읽기 이해 등에 중요한 특수적 능력이며, 또 수학적 감각 등의 수적 능력은 수학 능력에 특수적으로 요구되는 능력이다. 또 다른 중요한 요인은 인지 능력(cognitive abilities)이며, 이는 하나의 분야가 아닌 범 인지적인 능력을 지칭한다. 이에 대하여 잘 알려진 능력은 작업기억(working memory; 여러 정보를 동시에 머리 속에 저장하고 조작하는 능력), 추론 능력(새롭고 복잡한 문제를 해결하는 능력), 실행기능(유연한 사고, 자기 통제, 자기 조절 등 목표 지향적인 행동에 기저하는 인지 및 사회정서적 처리능력) 등이 있다. 우리가 이번 글에서 중점을 두는 것은 인지 능력이다. 

인지 발달이 학업 성취에 미치는 영향

그 전까지 대부분의 인지 능력과 학업 성취의 관계에 대한 연구는 인지 발달이 학업 성취에 영향을 미친다는 일방향적인 관계에만 초점을 두어왔다. 즉, 인지 발달은 학업성취를 위한 기본적인 필수 개념처럼 여겨져 온 것이다. 이러한 관점은 인지 발달의 두가지 영향력 있는 이론에 의해 잘 설명되었다. 그 중 하나는 투자 이론(investment theory)으로, 인지 발달 능력은 거의 생물학적, 유전적, 건강적 요인에 의해 발달되는 것이며 교육을 통해서는 영향을 받지 않는다는 이론이다. 즉, 이 이론에 따르면 학업 성취는 인지 능력에 대한 투자 및 환경적 자극에 따라 나타나며, 인지적 능력은 학업적 수행의 기반이 됨을 가정하는 이론이다. 유사하게, 고차원 인지의 이중처리 이론(dual-process theory)은 익숙한 정보는 인지적인 자원을 필요로 하지 않는 자동적 처리를 사용하며, 새로운 정보는 인지적인 자원을 필요로 하는 통제된 방식의 처리를 사용한다고 한다. 따라서 학업 과제에서의 인지 능력의 사용은 대부분 얼마나 학업 과제를 효율적으로 수행할 수 있는지에 따라 결정되며, 이는 과제 관련 지식에 대한 장기 기억과 밀접한 관련이 있다. 즉, 학업 과제를 수행할 때 학습 초기에는 더 많은 노력이 필요하고, 더 많은 인지적인 부담을 느끼는 반면, 더 발달하고 지식이 축적됨에 따라 인지적 자원이 과제 수행에 덜 개입하게 된다. 이 때 개인은 장기기억에서 인출된 더 직접적인 지식에 의존하여 과제를 수행하게 된다. 따라서. 두 이론 모두 인지발달에 따라서 학업 성취에 영향을 주거나, 학업 과제 수행에 영향을 줌을 의미하지, 학업 성취가 인지 발달에 영향을 줌은 내포하지 않는다.

인지 발달과 학업 성취의 상호작용(양방향성)

하지만 최근에, 이러한 인지발달과 학업성취의 일방향적인 관계에 반박하는 이론이 나타났고, 이를 상호성 이론(theory of mutualism) 이라고 한다. 이 이론은 서로 다른 유형의 기술 및 능력이 아동 발달 동안 양방향적으로 관련되어 있으며, 근본적으로는 관련이 없는 인지적 처리가 상호작용 하면서 서로에게 이익을 준다고 말한다. 따라서 인지발달과 학업 성취 역시 서로에게 영향을 미친다는 것이다. 또한, 이 이론에 따르면, 학업 성취가 학업성취와 관련된 중요한 인지 능력(작업기억, 추론, 실행기능)간의 관계가 아동이 점점 성장할수록 더 강해지고, 학업성취와 인지능력이 서로를 예측하게 해주고, 이러한 인지 능력에 관한 중재 연구(즉, 인지 능력을 향상시키는 연구)는 학업 성취 능력의 향상시키는 결과를 가져왔고, 또 반대로 학업성취 능력을 향상시키는 연구는 인지 능력을 향상시키는 결과를 가져왔음을 밝혔다. 

연령 효과

연령 효과는, 연령에 따라 여러 집단을 연구하여 각각의 연령집단에 차이가 있음을 의미하는 효과이다. 즉, 쉽게 말하면 작업기억에 대한 10~12세 간 연령효과가 있다고 하면 10, 11, 12세에 따라서 연령에 따라 인지 능력에 차이가 있음을 의미한다. 680개의 연구를 분석한 메타연구가 인지능력(추론 능력)과 학업성취(읽기 및 수학 능력)간의 관계를 3~80세의 넓은 범위의 연령에 따라 분석한 결과, 추론 능력과 읽기 및 수학 능력간의 관계의 강도가 연령에 따라 더 강해졌으며(상관이 크지는 않았음), 이는 다른 유형의 읽기/수학 기술, 사회경제적 능력 등을 통제했을 때에도 여전히 같은 결과를 보였다. 

또 다른 메타 연구에서는 4~80세 범위의 개인들을 대상으로 연구한 197개의 연구를 분석하였는데, 읽기와 작업기억 간의 관계가 학년에 따라 증가했으며, 이는 과제 유형, 작업기억 과제 재료, 이중언어 능력 등의 관련있을 수 있는 능력을 통제했음에도 여전히 나타났다. 이 메타 연구에 따르면 읽기 발달이 이후에 작업기억과 언어적 작업기억의 관계를 더 강화시켜 언어적 작업기억과 읽기 발달을 더 폭발적으로 증가시킬 수 있음을 제시했다. 이는 작업 기억 내의 영역 특수적 특징 역시 학업성취의 일부분에 영향을 줄 수 있음을 제시하였다.

종단연구

연구를 할 때 연령효과만으로는 발달을 정확히 알 수 없다고들 흔히 말한다. 왜냐하면, 각 연령에 따라 다른 시대적 영향이 있을 수 있기 때문이다. 예를 들면 11세와 12세를 대상으로 연구한다고 했을 때, 11세가 3학년일 때 교육과정이 바뀌었다면, 11세와 12세간의 연령효과가 발달에 의한 영향인지 다른 외부적 영향때문에 나타나는 연령 차이인지 알 수 없기 때문이다. 그래서 종단 연구 (하나의 연령대를 장기적으로 연구하는 것)는 중요하다. 

종단연구에서 역시 인지 발달과 학업성취 간 양방향적 관계에 대한 증거를 볼 수 있었다. 6-10세 아동을 대상으로 한 연구에서 비언어적 추론이라는 인지능력과 읽기/수학은 발달과정 내내 상대 능력의 예측할 수 있었고, 다른 연구에서는 학업기억, 실행능력, IQ는 학업능력과 종단적으로 (아동기부터 초기 성인기까지) 영향이 있음을 보여주었지만, 성인기보다는 아동기에 더 그 관계성이 강하게 나타났다. 

중재효과

중재효과(intervention effect)는 실험 중에 어떠한 변화를 주어, 그 변화에 대한 결과가 나타났음을 의미한다. 예를 들면, 아동의 수학 성취 향상을 위한 수학 문제 풀이 연구를 한다고 하자. 두 집단으로 임의적으로 나누어서 실험집단은 수학문제풀이를 하고, 통제집단은 수학문제풀이를 하지 않는다. 수학문제 풀이 전 두 집단의 수학 성취 수준이 같았는데, 수학문제 풀이 후 실험집단의 수학 성취 수준이 높아진다면 이는 중재효과가 있다고 말할 수 있을 것이다(아주 간단하게 설명한 것..!). 즉, 중재연구는 '인과관계'에 대한 확신을 가질 수 있게 하는 중요한 연구라고 할 수 있다.

인지능력과 학업성취 간의 관계역시 중재 연구를 통해 연구된 바 있다. 먼저, 인지 능력 향상을 위한 훈련을 통해 학업 성취를 향상시킨 연구를 살펴보자. 이러한 연구들은 대부분 단기간의 강도높은 작업기억 및 실행기능훈련에 초점을 두었다. 하지만 이러한 연구들은 그 훈련과 유사한 인지 과제에 대한 수행은 향상시켰지만, 훈련과는 먼 학업적 수행에 향상을 가져오지는 못하였다고 밝혔다. 하지만, 효과적인 학업 지도가 인지적 능력에 긍정적 영향을 미쳤다는 연구가 존재한다.  328개의 중재 연구에 대한 메타 분석 연구에 따르면, 학령기 아동에 대한 직접적인 학업 기술 지도 (읽기, 수학, 언어, 스펠링 등 포함)는 학업 수행의 향상을 가져왔으며, 이는 인지능력 과제 및 IQ의 향상에 영향을 미쳤음을 보여주었다. 

양방향적 인지-학업의 기제

많은 학자들은 인지-학업의 양방향적 기제를 제안하였다. 예를 들면 Cattell의 투자 이론은 추론 능력이 학업 성취능력에 기저하고, 그 이유는 더 뛰어난 추론능력은 학업 지식을 조직화하고 확고히 하는 데 도움을 줄 수 있는 유추 및 추상적 도식 능력의 사용을 촉진하기 때문이라고 하였다. 반대로, 구체적 지식은 의미의 부트스트래핑(재추출) 등의 기제를 통한 추상적 인지 능력에 이익을 줄 수 있다고 한다. 이 가설에 따르면, 더 높은 언어 능력(단어 능력)을 가진 아동은 추상적인 인지 문제를 더 효과적으로 구체적인 규칙으로 분해할 수 있다고 했고 또 이러한 높은 언어 능력은 그 구체적인 규칙을 계속 생각하고 적용할 때 필요한 작업 기억의 대한 부담이 적을 수 있다.  

거래적 처리(transactional processes)는 또 다른 중요한 기제이다. 연구자들은 인지에 대한 유전적 영향이 영아기에서 성인기까지 점점 증가하고, 이는 더 사회경제적으로 혜택받은 환경에서 최대화 된다. 즉, 학업 성취와 인지적 능력에 대한 상호적 관계는 환경에 의해 조정됨을 의미하며, 이러한 상호적 관계는 저소득 계층보다는 고소득 계층의 환경에서 더 잘 나타나게 된다. 이 때 두 가지 관련 있지만 상대적으로는 독립적인 환경적 요인은 다음과 같다:  1) 학교 교육, 그리고 2) 가족의 사회경제적 지위와 관련된 학습 경험(혹은 기회)

학교교육은 학업 지도에 중요한 기능을 하며, 이는 인지 능력과 학업 수행의 양방향적 관계를 설명해줄 수 있다. 초기에 아동은 학업적 기술을 학습하기 위해 인지 능력을 사용하며, 학업 과제를 수행할 때는 이러한 인지적 능력을 사용함을 기반으로 한다. 따라서 학교 교육 동안 연습하는 학업 과제는 인지 능력에 장기간 훈련을 제공해줄 수 있다. 이 논리에 따르면, 인지 능력과 읽기/수학 능력 간의 상호적 관계는 읽기와 수학에 대한 지도가 가장 체계적이고 강도 높게 이루어지는 초등학교와 중학교 동안 가장 명백히 나타날 수 있다. 이는 종단연구에서 왜 아동기에 인지기능과 학업 수행의 관계가 강하게 나타나는지 설명해줄 수 있다. 또한 학교. 교육은 어린 아동의 실행기능을 직접적으로 향상시킬 수 있는 교사-학생 상호작용을 촉진하며, 이는 간접적으로 인지-학습 간의 양방향성에 공헌할 수 있다.

가족의 사회경제적 지위와 관련된 학습 경험 혹은 기회 역시 인지 능력과 학업 수행 간의 양방향적 관계에 영향을 미친다. 고소득 계측의 경우, 아동은 긍정적 학습 경험과 관련한 풍부한 기회가 있지만, 저소득 계층의 경우 훨씬 적은 기회가 주어진다. 많은 중재 연구들이 저소득 계측의 아동을 대상으로 한 초기 학업 중재에 효과를 보았다. 하지만, 이러한 중재 효과는 시간이 지남에 따라 그 효과가 점점 사라진다는 연구 결과도 있었으며, 이는 특히 중재 이전에 아주 낮은 학업 성취를 보인 아동에게서 특히 더 잘 나타났다. 즉, 고소득 계층의 초기에 강한 인지적 능력과 학업 기술을 보이는 아동들은 더욱더 인지-학업 양방향성으로부터 이득을 받을 가능성이 높아진다는 것이다. 이러한 고소득, 저소득 계층의 차이는 지속적인 고품질의 학교 교육을 통해 줄일 수 있다고 하였다. 즉. 초중등 교육에서 특히 고품질의 학교 교육을 지속한다면, 아동의 학업 성취와 인지발달을 직접적으로 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 학업-인지 양방향성을 촉진시켜 간접적으로도 학업 및 인지발달을 향상시킬 수 있음을 의미한다. 

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

결론과 추후 연구에 대한 시사점은 직접 본문을 찾아보는 것을 추천합니다...!

한가지 혹시나 해서 덧붙이자면 저소득 계층의 아동의 인지 발달이 낮은 것은 유전적으로 인지 수준이 낮아서라고 할 수 없음을 분명히 밝힙니다. 이는 여러가지 요인에 대해서 차이가 나타날 수 있어요. 예를 들어 생계가 빠듯해서 부모 모두가 늦게까지 일을 해야하는 경우 어렸을 때부터 발달한는 동안 여러가지 발달을 위한 자극을 주지 못하게 됩니다. 부모가 너무 일 때문에 심신이 지친 경우, 아동에게 그만큼 신경을 못써줄 수도 있고... 슈퍼맨이 돌아왔다를 보면, 정말 여러 장난감을 통해 아동에게 환경적 자극을 경험하게 해주죠...장난감 많이 비쌀텐데^^ 상대적으로 그러한 경험을 못한 아동의 경우 인지발달이 떨어질 수 밖에 없겠죠. 최근에 신경심리연구를 통해 다시 유전적, 타고난 기질 등에 대한 영향에 대한 소리가 커지고 있지만 여전히 환경적 영향은 중요하다는 게 학계의 지배적(?) 관점입니다.