인지 부하

Cognitive load

인지심리학에서 인지부하는 사용되는 작업기억자원의 양을 말한다.인지부하에는 세 가지 유형이 있다: 내재적 인지부하는 특정 주제와 관련된 노력이다; 외부 인지부하는 학습자에게 정보나 과제가 제시되는 방식을 참조한다; 그리고 저메인 인지부하는 영구적인 지식저장소(스키마)를 만들기 위해 투입되는 작업을 참조한다.

인지부하이론은 1980년대 후반 존 [1]스웰러의 문제해결 연구로부터 발전되었다.Sweller는 학습자의 인지 부하를 줄이기 위해 교육 설계가 사용될 수 있다고 주장했다.훨씬 후에, 다른 연구자들은 인지 [2][3]부하를 나타내는 인지된 정신적 노력을 측정하는 방법을 개발했다.작업 유발 동공 반응은 작업 [4]기억과 직접 관련된 인지 부하에 대한 신뢰할 수 있고 민감한 측정입니다.정보는 처음에 작업 메모리를 관리하고 처리한 후에만 장기 메모리에 저장할 수 있습니다.그러나 작업 메모리는 용량과 지속 시간 모두에서 매우 제한적입니다.이러한 제한은, 어떤 상황에서는, 학습을 방해할 것이다.과도한 인지 부하는 작업 완료에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 인지 부하의 경험은 모든 사람에게 동일하지 않다는 것을 유념하는 것이 중요하다.노인, 학생 및 아동은 서로 다른 양의 인지 부하를 경험합니다.

인지 부하 이론의 기본 원칙은 작업 기억의 역할과 한계를 더 많이 고려할 경우 교육 설계의 품질이 향상될 것이라는 것이다.특히 휴대폰 사용으로 인한 집중이 증가함에 따라, 학생들은 학업의 [5]성공을 떨어뜨릴 수 있는 높은 인지 부하를 경험하는 경향이 있다.

이론.

"인지 부하 이론은 지적 성과를 최적화하는 학습자 활동을 장려하는 방식으로 정보를 표시하는 데 도움이 되는 지침을 제공하기 위해 고안되었습니다."[6]Sweller의 이론은 정보 처리 이론의 측면을 사용하여 교육 중 학습에 대한 동시 작업 메모리의 고유한 한계를 강조합니다.또한 스키마를 교육 자료 설계를 위한 분석의 주요 단위로 사용합니다.

역사

인지부하이론의 역사는 1950년대 인지과학의 시작과 G.A. 밀러의 연구로 거슬러 올라갈 수 있다.Miller는 고전적인 [7]논문에서 우리의 작업 메모리 용량에 내재된 한계가 있다고 주장한 최초의 인물일 것입니다.그의 실험 결과는 인간이 일반적으로 단기 기억에 7+2단위의 정보만 저장할 수 있다는 것을 시사했다.Scandura(1971년)와 Voorhies & Scandura(1977년)는 개인의 처리 능력이 체계적으로 다르다는 증거를 발견했다.처리능력은 일반적으로 개인별로 일정하지만 Miller의 데이터와 일관되게 5~9까지 차이가 있는 것으로 나타났습니다. 

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http://ticl.coe.uh.edu/Problem%20Solving__591_OCR.pdf의 7장 "정보 처리에서의 메모리 부하 결정" 그리고 1970년대 초에 Simon과[8] Chase는 사람들이 단기 기억으로 정보를 구성하는 방법을 설명하기 위해 "메모리 부하"라는 용어를 처음으로 사용했다.메모리 컴포넌트의 청킹은 스키마 구조라고도 불립니다.

1980년대 후반에 John Sweller는 문제 [1]해결을 연구하는 동안 인지 부하 이론(CLT)을 개발했다.문제를 해결할 때 학습자를 연구하면서 그와 그의 동료들은 학습자가 종종 평균-끝 분석이라고 불리는 문제 해결 전략을 사용한다는 것을 발견했습니다.그는 수단-종단 분석에 의한 문제 해결에는 상대적으로 많은 양의 인지 처리 능력이 필요하며, 이는 스키마 구축에 할애되지 않을 수 있다고 제안한다.Sweller는 교육 설계자가 문제 해결을 수반하지 않는 교육 자료를 설계함으로써 이러한 불필요한 인지 부하를 방지해야 한다고 제안합니다.대안 교육 자료의 예로는 작업 예시와 목표 없는 [citation needed]문제로 알려진 것이 있다.

1990년대에 인지부하 이론은 여러 맥락에서 적용되었다.이러한 연구의 경험적 결과는 완료 문제 효과,[9] 양식 효과,[10][11] 분할 주의 효과,[12] 작업 예제 효과,[13][14] 전문 지식 반전 효과 [15]등 여러 가지 학습 효과의 입증으로 이어졌다.

종류들

인지 부하 이론은 교육 설계자가 환경 내 또는 보다 일반적으로 대부분의 교육 자료 내에서 학습 조건을 제어할 수 있도록 함으로써 일반적인 프레임워크를 제공하고 교육 설계에 광범위한 의미를 갖는다.구체적으로, 교육 설계자가 학습 중 외부 인지 부하를 줄이고, 따라서 저메인 소재에 대한 학습자의 주의를 다시 집중시켜 저메인(구성표 관련) 인지 부하를 증가시키는 데 도움이 되는 경험 기반 지침을 제공한다.이 이론은 세 가지 유형의 인지 부하를 구별한다: 내적 인지 부하, 생식 인지 부하, 그리고 외적 인지 부하.[6]

본질적

내재적 인지 부하는 특정 교육 주제와 관련된 고유한 난이도이다.이 용어는 1990년대 초 Chandler와 [16]Sweller에 의해 처음 사용되었다.이에 따르면 모든 명령에는 내재된 난이도가 있다(예: 2 + 2 계산 대 미분 방정식 해결).이 본질적인 어려움은 강사가 변경할 수 없습니다.그러나 많은 스키마가 개별 "하위 스키마"로 분할되어 고립된 상태로 교육될 수 있으며, 나중에 다시 합쳐져 결합된 [17]전체로 기술될 수 있습니다.

관계없다

외부 인지 부하는 학습자에게 정보를 제시하는 방식에 의해 생성되며 교육 [16]설계자의 통제 하에 있다.이러한 하중은 교육 자료의 설계에 기인할 수 있습니다.외부 부하를 처리하기 위해 자원을 사용하는 단일 제한된 인지 자원이 있기 때문에, 내재 부하와 저메인 부하(즉, 학습)를 처리하는 데 사용할 수 있는 자원의 수는 감소한다.따라서 특히 고유 및/또는 저메인 부하가 높을 때(즉, 문제가 어려울 때) 외부 [18]부하를 줄이도록 재료를 설계해야 한다.

학생들에게 [19]정사각형을 설명할 수 있는 두 가지 방법이 있을 때 외부 인지 부하의 예가 발생합니다.정사각형은 도형이며 도형 매체를 사용하여 설명해야 합니다.물론 강사는 언어 매체에서 정사각형을 묘사할 수 있지만, 학습자에게 정사각형을 보여줄 때 강사가 말하는 것을 보기 위해서는 구두로 설명하는 것보다 몇 초간의 노력만 훨씬 덜 든다.이 경우 시각 매체의 효율성이 선호됩니다.이는 학습자에게 불필요한 정보를 과도하게 로드하지 않기 때문입니다.이 불필요한 인지 부하는 관련이 [citation needed]없는 것으로 묘사된다.

Chandler와 Sweller는 외부 인지 부하 개념을 도입했습니다.이 기사는 이 작업 메모리 부하를 조사하기 위해 수행한 6가지 실험 결과를 보고하기 위해 작성되었습니다.이러한 실험의 대부분은 분할 주의 효과를 입증하는 자료와 관련되었다.그들은 교육 자료의 형식이 학습을 촉진하거나 제한한다는 것을 발견했다.그들은 성능의 차이가 지시 형식에 의해 부과된 높은 수준의 인지 부하에 기인한다고 제안했다."외부 인지 부하"는 이러한 불필요한(인공적으로 유도된) 인지 [citation needed]부하를 일컫는 용어이다.

현재 연구에 따르면 외부 인지 부하는 텍스트의 명확성이나 교육 [20]소프트웨어의 대화형 요구와 같은 서로 다른 구성요소를 가질 수 있다.

저메인

저메인 인지부하는 스키마의 처리, 구축 및 자동화이다.그것은 1998년 스웰러, 반 메리에른보어, 파스에 의해 처음 기술되었다.내재적 인지 부하는 일반적으로 불변의 것으로 생각되지만(복잡한 재료를 분할하고 시퀀싱하여 복잡성을 관리하기 위해 기술을 적용할 수 있지만), 교육 설계자는 외부 및 저메인 부하를 조작할 수 있다.외부 부하를 제한하고 저메인 [6]부하를 촉진하는 것이 좋습니다.

1998년 Sweller, Van Merriénboer & Paas의 기사에서까지 인지부하 이론은 주로 외부 인지부하의 감소에 초점을 맞췄다.이 기사에서 인지 부하 연구자들은 외부 부하가 될 수 있는 것을 스키마 구축(독일 부하)으로 전환하기 위해 명령을 재설계하는 방법을 모색하기 시작했다.따라서 교육 설계자는 "외부 인지 부하를 줄이고 학습자의 주의를 스키마의 구성과 직접 관련된 인지 과정으로 돌리는 것"[6]이 매우 중요하다.

측정.

Paas와 Van Merriénboer는[2] 인지 부하의 지표인 인지된 정신적 노력을 측정하는 데 도움을 주는 구조(상대 조건 효율성이라고 알려져 있음)를 개발했다.이 구성은 정신적 노력 등급과 성과 점수를 모두 고려하여 교육 조건을 비교할 수 있는 비교적 간단한 수단을 제공한다.상대적 조건 효율은 표준화된 성능에서 표준화된 정신적 노력을 뺀 후 [2]2의 제곱근으로 나누어 계산한다.

Paas와 Van Merriénboer는 상대 조건 효율성을 사용하여 세 가지 교육 조건(작업 예, 완료 문제 및 발견 관행)을 비교했습니다.연구진은 작업 예제를 공부한 학습자가 가장 효율적이라는 것을 발견했고, 다음으로 문제 완성 전략을 사용한 학습자가 그 뒤를 이었다.이 초기 연구 이후 많은 다른 연구자들은 학습과 교육과 [21]관련된 인지 부하를 측정하기 위해 이것과 다른 구조들을 사용해 왔다.

인체공학적 접근방식은 인지 부하의 정량적 신경생리학적인 표현을 추구하며, 예를 들어 인지 및 물리적 직업 작업 [22]부하 측정으로 심박수-혈압 생성물(RPP)을 사용한다.그들은 RPP 조치를 사용하여 작업 부하와 작업 허용량을 설정하는 것이 가능할 것으로 믿고 있다.

작업 유발 동공 반응은 작업 기억력에 대한 인지 부하를 직접적으로 반영하는 측정의 한 형태이다.더 큰 동공 확장은 높은 인지 [4]부하와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.동공 수축은 인지 부하가 [4]낮을 때 발생한다.과제 유발 동공 반응은 작업 기억과 직접적인 상관관계를 나타내며, 학습과 명백히 무관한 인지 부하의 효과적인 측정이 된다.

일부 연구자들은 인지 [3]부하에 대한 다른 측정값을 비교했다.예를 들어, 들뢰우와 메이어(2008)[23]는 일반적으로 사용되는 인지 부하의 세 가지 측정을 비교한 결과, 외부, 본질 및 저메인 부하에 다른 방식으로 반응하는 것을 발견했다.최근 연구에 따르면 함께 외부 인지 부하를 형성하는 다양한 요구 구성요소가 있을 수 있지만, 다른 [20]설문지를 사용하여 측정해야 할 수 있습니다.

인지 부하의 확립된 안구 운동 및 동공 반응 지표는 다음과 같다.[24]

  • 동공 지름 평균
  • 동공 직경 편차
  • 시선 고정 횟수> 500밀리초
  • 선케이드 속도
  • 동공하마[25]

처리 능력의 개별 차이

개인의 [26][27]처리능력이 체계적으로 다르다는 증거가 몇 가지 발견되었습니다.예를 들어, 초보자들과 [28]전문가들 사이에 처리 능력에 있어 개인차가 있다.전문가들은 과제와 관련된 인지 부하를 감소시키는 특정 과제에 관해 더 많은 지식이나 경험을 가지고 있다.초보자에게는 이러한 경험이나 지식이 없기 때문에 인지 부하가 더 높습니다.

빈곤한 환경이 인지 [29]부하에 기여할 수 있다는 것이 이론화 되었다.당면한 과제나 그 과제를 해결하는 데 사용되는 과정과 상관없이, 가난을 경험하는 사람들은 더 높은 인지 부하를 경험한다.중산층과 상류층에는 [30]없는 낮은 사회경제적 지위를 가진 사람들의 인지부하에 기여하는 많은 요소들이 있다.

개인의 처리 능력을 특정하는 것은 개인의 지시를 더욱 적응시키는(또는 행동을 예측하는) 데 매우 유용할 수 있습니다.따라서 추가 연구가 분명히 바람직할 것이다.우선, 사용하는 프로세스의 상세한 분석에 의해 부과되는 메모리 부하를 계산하는 것이 중요합니다.둘째, 개별 피실험자가 실제로 이러한 과정을 사용하고 있는지 확인하는 것이 중요합니다.후자는 집중적인 사전 [citation needed]훈련이 필요하다.

높은 인지 부하의 영향

다음 항목도 참조하십시오.시청자 효과와 추진 이론

높은 인지 부하는 일반적으로 [9][10][11][12][13][14][15]당면한 작업에 오류 또는 일종의 간섭을 일으킨다.과도한 인지부하는 [31]고정관념을 증가시킬 수 있다.스테레오타이핑은 인식 부하가 높을수록 빈도가 증가하는 [32]기본 귀인 오류의 연장선이다.인지 부하와 각성의 개념은 사회적 촉진에 대한 "과부하 가설"의 설명에 기여합니다: 청중 앞에서, 피실험자들은 주관적으로 복잡한 과제에서 더 잘 수행하는 경향이 있습니다.

하위 모집단 연구

고령자

높은 인지부하의 위험은 노인 인구에서 나타난다.노화는 높은 인지 [33]부하에 기여할 수 있는 작업 기억의 효율 저하를 야기할 수 있습니다.높은 인지 부하와 질량중심의 제어 사이의 관계는 노인 인구에서 큰 상관관계가 있다.인지 부하가 증가함에 따라 노인의 질량 중심에서의 흔들림이 증가한다.[34]또 다른 연구는 신체 흔들림과 인지 기능 사이의 관계와 멀티태스킹 중 그들의 관계를 조사했고 균형에 장애가 인지 [35]과제 수행의 저하로 이어진다는 것을 발견했다.심한 인지 부하는 노인들의 균형을 방해할 수 있다.반대로 균형에 대한 수요 증가는 인지 부하를 증가시킬 수 있다.

그러나 노인의 인지부하 변화는 반드시 정신능력의 자연적인 저하 때문만은 아니라는 점을 유념하는 것이 매우 중요하다.오히려 운동과 인지부하능력의 연관성이 원인일 수 있다고 한다.차오 외 연구진은 "높은 인지하중을 가진 4개월간의 운동, 낮은 인지하중을 가진 운동은 하지 않고 건강한 노인의 전반적인 인지기능을 향상시켰다"(차오, 2020)고 밝혔다.

대학생

교실에서 노트북이 널리 보급됨에 따라 학교에서의 인지 부하가 증가하는 것이 주요 관심사입니다.페이스북과 다른 사회적 형태의 의사소통을 사용할 때, 여러 가지 과제를 추가하는 것은 교실에서 학생들의 성과를 해치고 있다.많은 인지 자원을 이용할 수 있는 경우, 한 작업에서 다른 작업으로 전환될 확률은 높고 최적의 전환 [36]동작으로 이어지지 않습니다.페이스북을 많이 사용하는 학생들과 페이스북을 많이 사용하는 학생들 근처에 앉아 있는 학생들 모두 성적이 저조하여 [37][38]학점이 낮아졌다.

아이들.

영국의 심리학자 앨런 배들리와 그레이엄 히치가 제안한 작업기억의 구성 요소는 [39]6세부터 시행된다.하지만 어른과 아이의 지식 사이에는 분명한 차이가 있다.이러한 차이는 처리 [39]효율의 발전적 증가에 기인합니다.아이들은 일반 지식이 부족하고, 이것이 아이들의 인지 부하를 증가시킨다.가난한 가정의 아이들은 종종 중산층 [40]가정의 아이들보다 학습 환경에서 훨씬 더 높은 인지 부하를 경험한다.이러한 아이들은 그들의 부모가 종종 [citation needed]정규 교육을 받지 않기 때문에 학교 개념을 듣거나 말하거나 배우지 않는다.학습에 관한 한, 숫자, 단어, 개념에 대한 경험 부족은 그들의 인지 부하를 증가시킨다.

아이들이 자라면서 그들은 우수한 기본 과정과 [40]능력을 발달시킨다.그들은 또한 그들의 인지 활동을 이해하는데 도움을 주는 메타인식을 발달시킨다.[40]마지막으로,[40] 그들은 경험을 통해 더 많은 콘텐츠 지식을 얻는다.이러한 요소들은 아이들이 발달하면서 인지 부하를 줄이는데 도움을 준다.

제스처는 아이들이 말하는 [41]동안 인지 부하를 줄이기 위해 사용하는 기술이다.제스처를 취함으로써 다른 [41]작업에 작업 기억을 해방할 수 있습니다.포인팅은 아이가 가리키는 대상을 가장 잘 표현하기 위해 사용할 수 있게 합니다.즉, 아이들은 이 표현을 작업 메모리에 유지할 필요가 없기 때문에 인지 [42]부하가 감소합니다.또한, 존재하지 않는 물체에 대해 손짓하는 것은 그들의 [41]마음속에 그려야 하는 어려움을 줄여준다.

실시형태와 인터랙티브

신체 활동은 이 활동이 [43]어떻게 실행되느냐에 따라 학습에 유익할 수도 있고 해로울 수도 있습니다.인지 부하 이론가들은 CLT를 구현된 인지 [44]연구의 통찰력과 더 잘 호환되도록 하는 업데이트를 요청했습니다.그 결과, 구현 인지 부하 이론은 [45]학습 환경에서 대화형 기능의 유용성을 예측하는 수단으로 제안되었다.이 프레임워크에서, 학습 성과를 증가시키기 위한 상호작용의 구체화된 모드를 위해 (더 쉬운 인지 처리와 같은) 상호작용의 편익이 인지 비용(운동 조정과 같은)을 초과할 필요가 있다.

운전 및 조종에 적용

조종석 내부의 2차 작업이 증가함에 따라 인지 하중 추정은 자동차 운전자와 조종사 모두에게 중요한 문제가 되었다.연구 문제는 졸음 감지, 주의 산만 감지 등 다양한 이름으로 조사됩니다.자동차 운전자를 위해 연구원들은 심박수, 얼굴 표정,[47] 안구 파라미터[48] 등 다양한 생리학적 파라미터를 조사했다[46].항공 분야에서는 다양한 생리학적 [49]매개변수를 사용하여 조종사의 주의 산만 및 주의력 분석에 관한 수많은 시뮬레이션 연구가 있다.군용 고속 제트 조종사의 경우, 연구원들은 공중에서 지상으로의 급강하 공격을 탐색하고 심장,[51] 뇌파[50], 그리고 안구 매개변수를 기록했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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인체공학적 표준에 대해서는 다음을 참조하십시오.

  • ISO 10075-1:1991 정신 부하와 관련된 인체공학적 원칙 – Part 1: 일반 용어 및 정의
  • ISO 10075-2:1996 정신 부하와 관련된 인체공학적 원칙 – Part 2: 설계 원칙
  • ISO 10075-3:2004 정신부하 관련 인체공학적 원칙– Part 3: 정신부하 측정 및 평가방법에 관한 원칙 및 요건
  • ISO 9241 인간 시스템 상호작용의 인체공학