인지 영역(Cognitive Domain)이란?

블룸(Bloom)은 교육목표는 구체적으로 다룰 '내용'과 함께 추구할 '행동'을 함께 제시해야 한다고 하고, 이에 따라 교육목표를 인지 영역, 정의 영역, 심동 영역으로 나누고, 각각의 분야마다 학습의 위계를 체계적으로 나누어 정리하였다.

이 중 인지 영역은 학습자의 사고 능력과 깊게 관련된 분야이다. 이러한 방식의 교육목표 분류는 현대에도 수정/보완되어 이용되고 있다.

특히, 수능의 평가 목표는 교육과정의 내용과 수준에 근거하여 이러한 (인지) 능력을 측정하는 것이라고 명시되어 있다. 이는 수능이 단편적인 지식이 아니라 사고력을 평가하는 시험이라는 뜻이다.

내신/수능 등 공적인 교육평가의 평가 목표는 내용 영역과 행동 영역, 문제 상황을 함께 평가하도록 정교하게 설계되어 있다.

내용 영역은 과목의 구체적인 요소들로 시험 범위에 해당하는 것이며, 행동 영역은 시험 범위와 관련된 인지 능력에 해당하는 것이다. 과목이나 시험 유형에 따라 행동 영역의 세부가 달라진다. 문제 상황은 순수 과학적, 자연 환경적, 사회적, 기술 산업적, 일상 생활적 상황으로 구성된다.

수능 출제 매뉴얼에 따르면, 과학탐구 영역의 행동 영역은 원칙적으로:

* 이해

* 적용

* 문제 인식 및 가설 설정

* 탐구 설계 및 수행

* 자료 분석 및 해석

* 결론 도출 및 평가

등을 측정하는 것이 옳으나, 그 분포가 고르지 않고 실제 시험 문제와는 다소 괴리가 있다.

따라서 여기서는 블룸(Bloom)의 교육목표 중 '인지 영역'을 물리학1에 맞게 재구성하여 소개한다. 아래 6가지 항목은 암묵적인 물리학1 시험 범위라고 보면 된다.

1. 지식(Knowledge)

절차적(procedural) 저수준(low-level) 인지 기능

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분야와 관련된 용어, 정의, 개념, 범주 등을 떠올릴 수 있는가?

각 개념을 판별하거나 관련된 개념을 나열할 수 있는가?

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지식 영역은 기억력과 비슷하지만 기억 자체를 잘하는 것보다는 기억한 내용을 토대로 판별하고 나열하여 활용하는 인지 기능을 뜻한다.

- 판별은 어떤 항목이 주어진 분류 체계에 들어 맞는지 여부를 판단하는 것이다. 판별은 단순히 재인(recognizing)만 할 수 있으면 되므로 가장 간단하다.

- 나열은 어떤 항목이 주어진 분류 체계에서 어떤 위치에 있는지를 기억하고 이와 연관된 다른 항목을 제시하는 것이다. 나열은 반드시 회상(remembering)을 해야 하므로 상대적으로 어려운 편이다.

지식은 이해를 동반하지 않는다. 인간은 이해하지 않고도 문자 그대로 암기할 수 있기 때문이다. 즉, 지식은 이해보다 낮은 단계의 인지 능력이다.

지식 영역이 절차적 인지 기능이라는 말의 속뜻은 무의식적으로 발휘된다는 의미이다. 내용(개념) 자체는 명시적 기억이지만, 이 기억을 토대로 질문이 주어졌을 때 판별하고 나열하는 능력은 무의식적으로 행해진다.

지식 영역의 문제화

[그림] - 본 교재에만 공개 :)

[설명] - 본 교재에만 공개 :)

지식 능력의 훈련 방법

기억과 직접적으로 연관되어 있으므로 완전히 몸에 밸 때까지 개념 학습을 주기적으로 반복해야 한다.

단순 판별을 넘어 관련 개념을 줄줄이 끌어내는 능력을 갖추기 위해서는 백지 복습 등 단서가 적은 상황에서 기억을 끄집어내 나열하는 훈련을 해주어야 한다.

가능하면 무의식적으로 문제를 풀도록 신경 써서 문제 풀이 및 검토에 소요되는 시간을 아낄 수 있도록 한다.

2. 이해(Comprehension)

절차적(procedural) 저수준(low-level) 인지 기능

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의미, 원리, 관계를 요약, 설명, 재진술할 수 있는가?

기초적인 문제 해결 절차를 수행할 수 있는가?

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이해 영역은 사실이나 개념 사이의 관계를 파악하고 조작하는 인지 기능을 뜻한다.

용어를 모르면 생각할 수 없고, 이해하지 못하면 설명할 수 없으므로, 지식과 이해는 인지적 활동을 위한 가장 기초 단계라고 할 수 있다.

예를 들어 이해는 다음과 같은 기능을 수반한다.

- 주어진 개념을 서술(describing)하는 기능

- 주어진 개념을 다른 방식으로 번역(translating)하는 기능

- 관련된 개념의 유사점과 차이점을 알고 비교(comparing)하는 기능

- 관련된 개념을 상위 개념과 하위 개념으로 나누어 구조화(organizing)하는 기능

- 주어진 내용을 중심 내용과 세부 내용으로 나누어 요약(summarizing)하는 기능

- 주어진 내용에 구체적인 예시나 세부 내용을 보태어 확장(extending)하는 기능

- 잘 알려진 문제 상황을 재현(reproducing)하는 기능

이처럼 이해 영역은 다양한 양상을 띠는데, 이는 개념 사이의 관계가 복잡하고 복합적이기 때문이다.

처음 학습할 때는 아직 용어에 익숙하지 않으므로 개념 사이의 관계를 정확히 알기 어렵다. 또한 개념 사이의 관계는 교재에 직접 적혀있지 않으므로 잘못 이해하거나 인지하지 못하고 넘어가는 경우가 많다.

따라서 이미 개념을 다 외우고 있다 하더라도, 잘못 이해한 부분을 바로 잡고 이해하지 않고 넘어간 부분을 채우기 위해서 복습을 꾸준히 해줄 필요가 있다.

이해는 절차적(= 무의식적)인 기능이므로, 단순히 개념 사이의 관계를 들어서 배워 문자 그대로 외우고 있는 건 이해한 상태가 아니라는 점에 주의해야 한다.

이해 영역의 문제화

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이해 능력의 훈련 방법

실제로 배운 내용을 이해하는 과정은 앞에서 배운 내용과 뒤에서 배운 내용을 연관지으며 이루어진다. 따라서 누적 복습을 통해 새로 배운 내용과 앞서 배운 내용 사이의 흐름과 연결 고리를 꾸준히 따라가야 한다.

아직 이해가 완료되지 않은 상태에서는 일정 주기로 백지 복습 등을 통해 구조도를 그려보는 것이 바람직하다.

가장 효율적인 이해 방법은 다른 사람에게 설명하는 것이다. 준비하는 과정, 설명하는 과정, 질문에 답변하는 과정 모두 이해 측면에서 효과적인 공부 방법이다.

실제로 가르치면서 배우는 방법은 잘못 이해한 부분과 이해가 부족한 부분, 중요한 부분과 그렇지 않은 부분을 한 번에 잡아줄 수 있다.

3. 적용(Application)

절차적(procedural) 저수준(low-level) 인지 기능

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일반적인 법칙을 구체적인 상황에 활용할 수 있는가?

법칙을 적용할 수 있도록 상황을 단순화할 수 있는가?

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적용 영역은 법칙이나 절차 등 알고 있는 내용을 다양한 문제 상황에 활용하는 것과 관련된 인지 기능이다.

적용은 문제 풀이와 직접적으로 관련된 인지 기능이므로 분야에 따라 그 양상이 달라지는데, 수능 과학으로 분야를 한정지으면 다음과 같이 나누어 볼 수 있다.

- 주어진 법칙 및 절차를 올바르게 밟아가며 답을 도출하는 계산(computing) 능력

- 자연어로 서술된 문제 상황에 적절한 법칙을 적용할 수 있도록 모형화(modeling)하는 능력

적용 능력은 반복적인 문제 풀이를 통해서 습득해야하는 절차적 인지 기능이기 때문에, 적용 능력이 개발되지 않은 상태에서는 개념과 문제의 괴리가 발생한다. 특히 수학이나 과학 분야에서 그러한 경향이 두드러진다.

개념을 익힌 후 처음 문제 풀이를 진행할 때는 계산 능력의 개발에만 집중하는 경우가 많다. 그러나 정말 중요한 것은 주어진 문제를 읽어내 풀 수 있는 꼴로 바꾸는 해독 능력(모형화)이다.

적용 영역의 문제화

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적용 능력의 훈련 방법

예제의 접근 방법을 통해 문제 상황이 어떤 형식(syntax)으로 제시되는 지, 그 형식에서 어떻게 실질적인 의미(semantics)를 추출해내는 지를 배우고 이를 비슷하지만 다른 문제에 직접 사용해보며 익힌다.

처음에는 유형 별로 정리된 문제를, 나중에는 뒤섞인 문제를 반복해서 여러 방법으로 풀어보는 것이 중요하다. 어떤 식으로 풀 수 있는 지, 어떻게 푸는 게 유리한 지에 관한 직관이 생길 때까지 반복한다.

문제 풀이를 할 때 처음에는 어떤 방식으로 풀 수 있는지를 배운다면, 다음엔 어떤 방식으로 푸는 것이 적절한지, 왜 그렇게 풀 수 있는지에 염두를 두고 문제를 풀어나간다.

문제 풀이 반복 학습을 할 때 매번 똑같은 방식으로 풀어서는 의미가 없다. 반복할 때는 잘 모르는 내용과 잘 아는 내용을 분리해서 부족한 부분에 집중하고, 피드백을 통해 항상 개선된 방식을 적용하려 노력한다.

사실 문제 풀이는 중심을 잡기가 굉장히 어려운 공부 방법이다. 대부분의 경우는 반복 과정을 통해 실제로 인지 기능을 발전시키니 못허고 잘못된 풀이 습관 고착만 가속화한다. 이러한 부작용은 반복함에 따라 더욱 강화되므로, 매 반복마다 피드백을 통해 방향을 교정해준다.

지금까지 얼마나 많은 문제를 풀었느냐(정량적 기준)가 아니라 얼마나 많이 배웠는가(정성적 기준)가 중요하다. 실제로 적용 능력 개발에 필요한 절대적인 문항 수는 그리 많지 않다. 문제를 풀고 버리는 게 아니라 자기만의 문제 은행을 구성하고 관리한다.

지금까지 얼마나 어려운 문제를 풀었느냐가 아니라 앞으로도어렵고 새로운 문제를 풀 수 있느냐가 중요하다. 문제를 풀 때는 항상 그 문제를 또 풀기 위해서가 아니라 다음 문제를 풀기 위해 공부한다는 것을 명심한다.

4. 분석(Analysis)

서술적(declarative) 고차원(higher-order) 인지 기능

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복잡한 대상을 단순한 요소로 나누어 해석할 수 있는가?

낯설고 복합적인 조건의 의미를 파악할 수 있는가?

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분석 영역은 의미가 모호하고 복합적인 전체를 의미가 분명하고 간단한 부분으로 나누어, 낯선 현상이나 조건을 해석하는 인지 기능이다. 분석은 이해와 적용을 바탕으로 하지만 그보다 고등한 사고 능력을 요한다.

아무리 새로운 문제 형식이나 조건이 주어지더라도, 그 내용은 결국 한정된 범위 안에 있다. 반드시 이미 알고 있는 내용, 이해하고 있는 의미 단위로 환원된다. 이를 실제로 수행하는 능력이 분석이다.

적용은 전형적인 문제 상황이나 조건을 무의식적으로 해석하는 능력이므로, 낯선 상황이나 조건을 의식적으로 해석하는 분석과는 다른 영역이다. 낯설다는 것 자체가 마주친 그 순간에 처음으로 파악해내야 한다는 뜻이다.

- 적용은 이미 알고 있는 상황을 어떻게 기준에 따라 분류하느냐이다.

- 분석은 아직 모르는 상황을 어떻게 기준을 세워 분류하느냐이다.

낯선 문제에 접근하는 것이 아는 문제에 접근하는 것과 별개의 인지 기능이라는 사실을 이해하고 있는 수험생은 거의 없다. 보통은 잘 모르는 내용을 마주치게 되면 이를 어떻게 미리 배울 수 있는지를 찾게 된다. 즉, 낯섦을 극복하는 능력을 기르는 것이 아니라 미래의 낯섦을 회피하고자 한다.

분명히 해야할 것은, 낯선 조건을 미리 지식화하고 유형화하는 학습법은 신유형 문제를 저수준 인지 기능만으로 해결하고자 하는 방식이라는 것이다. 고차원 인지 기능인 분석 능력을 직접 개발하는 것과는 상반된 접근법이다.

신유형을 신유형이 아니게 만드는 데는 한계가 있을 수밖에 없다. 결국에는 처음 보는 형식의 조건과 마주치기 마련이고, 이를 풀어내는 능력 자체를 기르는 것이 중요하다.

물론 분석은 의식적으로 발휘되고, 인간이 의식적으로 처리할 수 있는 정보량에는 한계가 있으므로, 중요하지 않은 부분을 무의식적으로 처리하는 작업이 선행되어야 한다. 그라고 분석하여 정보의 복잡도를 떨어뜨린 다음에는 적용: 계산 능력이 충분히 뒷받침되어야 한다.

분석 영역의 문제화

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분석 능력의 훈련 방법

분석은 구체적인 유형에 기반하지 않는 고차원 인지 기능이므로, 유형 별 풀이 방법을 정리하거나 문제 풀이를 반복하는 것만으로는 개발되지 않는다. 그보다 한 차원 높은 수준에서 문제 접근 전략을 세우고 피드백한다.

구체적으로 새로운 유형의 문제를 꾸준히 접하면서 구체적으로 어떤 부분이 낯선지, 어떻게 의식적으로 접근해야 하는지, 새로운 조건을 파악하는 순간에 무엇을 생각하고 있는지를 기록해두고 피드백한다.

내용이나 유형 그 자체를 공부해두는 일은 "어떤" 신유형을 신유형이 아니게 만드는 과정이고, 어떻게 접근했어야 하는지 한 차원 높은 수준에서 바라보는 일은 "모든" 신유형을 풀 수 있도록 만드는 과정이다. 전자는 이미 넘치게 하고 있으므로 후자에 집중한다.

분석 능력은 낯섦에 도전하는 그 순간에만 사용되고 발달하므로, 도전에 겁먹어 포기하거나 도전할 내용 자체를 배제해버리면 발달하지 않는다는 점에 유의한다.

분석이 어려운 것은 잡음(기존 유형)을 충분히 무의식적으로 처리하지 못했기 때문이기도 하다. 그런 맥락에서는 신유형을 신유형이 아니게 만드는 학습 방법도 분석 능력을 향상시키는 데 유효하다고 볼 수 있다.

5. 종합(Synthesis)

서술적(declarative) 고차원(higher-order) 인지 기능

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여러 정보를 조합하여 의미를 구성할 수 있는가?

정보의 관련성과 경향성을 파악할 수 있는가?

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종합 영역은 개별로는 의미를 파악할 수 없는 요소들을 모아 하나의 의미 단위로 구성하는 인지 기능이다. 종합은 이해와 적용을 바탕으로 하지만 그보다 고등한 사고 능력을 요한다.

종합에는 창작 능력, 구현 능력 등 여러 가지 측면이 있으나, 수능 학습에 한정된 것만 나열해보면 다음과 같다.

- 실험 결과로부터 규칙을 찾아 일반적인 법칙을 도출(deriving)하는 능력

- 경향성을 파악하여 일반화(generalizing)하고 이를 바탕으로 미지의 정보를 추측(guessing)하는 능력

- 무수히 많은 문제 유형을 몇 가지로 유형화(patterning)하는 능력

유형화는 시험장이 아니라 독서실에서 발휘할 만한 능력이므로, 실질적으로 평가 대상이 되는 종합 능력은 실험이나 자료를 해석하는 인지 기능을 뜻한다.

여기서 자료란 그래프나 표와 같이 아직 의미를 추출하지 않은 단계의 정보를 말하는 것이다. 일반적으로 자료는 다음과 같은 특징을 갖는다.

* 개별 정보 단위를 구분하는 기준이 제시된다.

* 누락된 정보가 제시된다.

* 주어진 정보 사이의 경향성이 제시된다.

* 정보 사이의 순서나 중요도가 제시되지 않는다.

적용은 전형적인 그래프나 표를 의미(수식)로 환원(reducing)하는 능력이므로, 낯선 자료나 정보의 밀도가 낮은 자료로부터 의미(경향성)를 추출(extracting)하는 능력과는 다르다.

가설을 검증하기 위해 실험을 설계하거나 실험 결과로부터 규칙을 발견하고 일반적인 원리를 도출하는 것 또한 종합 능력에 해당한다. 이처럼 종합은 어떠한 목적 의식을 가지고 진행한다는 점이 큰 특징이다.

분석과 종합은 서술적(= 의식적) 인지 기능이면서 사고 방향이 완전히 반대기 때문에, 별도 훈련이 필요하다.

- 분석은 조건이나 상황의 해석에 해당한다. 정량적 성격이 강하며 역학 단원과 관련이 깊다.

- 종합은 자료의 해석이나 실험 설계, 결론 도출에 해당한다. 정성적 성격이 강하며 비역학 단원과 관련이 깊다.

종합 영역의 문제화

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종합 능력의 훈련 방법

적극적으로 다양한 자료 형식을 접해보는 것이 중요하다. 좋은 자료가 연습 문항의 난이도나 질과 비례하지는 않기 때문에, 꼭 어렵고 비싼 문제를 푼다고해서 자료 해석 능력이 발달하지는 않는다.

새로운 그래프를 해석할 때는 절편, 기울기, 볼록성 등 그래프 자체의 개형과 관련된 성질을 우선적으로 단서로 삼는다.

그래프의 경향이 바뀌는 점이 있으먼 그 점을 기준으로 전후를 비교하여 접근한다.

둘 이상의 그래프를 비교하는 경우, x(독립변인)나 y(종속변인)를 고정시켜두고 값을 비교하여 접근한다.

정보가 누락된 표가 주어지는 경우, 주어진 정보를 바탕으로 빈칸을 채워나가는 연습이 필요하다. 그래프와는 달리 표는 경향성이 눈으로 잘 보이지 않으므로 이를 잘 파악하는 연습을 해야 한다.

단순히 조건과 구하는 값을 정리하여 나타낸 표는 따로 대비할 대상이 아니다. 보통 복잡한 표는 실험 결과로 주어진다.

실험의 경우, 먼저 각종 교과서에 등장하는 실험들을 스스로 설명해보고 그 다음으로는 EBS 연계교재와 평가원 기출 문제에 실린 자료와 실험을 이해하는 순으로 진행한다.

분석 영역과 마찬가지로, 새로운 자료를 어떻게 가공하는 지 미리 공부해기만 하는 것은 종합 능력을 직접 개발하지 못하므로, 양쪽(무의식 영역, 의식 영역)의 이점을 모두 챙길 수 있도록 해야한다.

6. 추론(Reasoning)

서술적(declarative) 고차원(higher-order) 인지 기능

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전제로부터 결론을 합리적으로 이끌어낼 수 있는가?

주어진 결과로부터 원인을 추측할 수 있는가?

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추론 영역은 주어진 상황에서 논리적으로 단계를 밟아나가 문제를 해결하는 인지 기능이다.

문제 풀이가 한 단계로 끝나지 않고 여러 단계를 밟아야 할 때, 이를 합리적으로 수행하는 능력을 말한다. 분석이나 종합이 복합적인 한 단계를 처리한다면, 추론은 이를 바탕으로 여러 단계를 거쳐 최종 정답에 도달하는 작업이다.

일반적으로 규칙(Rule), 사례(Case), 결론(Result)의 세 가지 항목을 어떤 방향으로 추리해 나가느냐에 따라 다음과 같이 세 가지 종류의 추론으로 구분한다.

- 연역(deduction): 규칙 + 사례 → 결론

  * 알려진 전제으로부터 타당한 결론을 도출하는 추론 방법이다.

  * 사람은 죽는다. (Rule) 그리고 소크라테스는 사람이다. (Case) 따라서 소크라테스는 죽는다. (Result)

- 귀납(induction): 사례 + 결론 → 규칙

  * 경험한 내용을 일반화하여 법칙을 수립하는 추론 방법이다.

  * 소크라테스는 사람이었다. (Case) 그리고 소크라테스는 죽었다. (Result) 따라서 사람은 죽는다. (Rule)

- 가추(abduction): 규칙 + 결론 → 사례

  * 결론을 합리적으로 설명할 수 있는 전제를 거꾸로 추측하는 추론 방법이다.

  * 사람은 죽는다. (Rule) 그리고 소크라테스는 죽었다. (Result) 따라서 소크라테스는 사람이었을 것이다. (Case)

보통 연역은 논리, 귀납이나 가추는 직관에 해당하는 것으로 취급되지만 사실은 추론이라는 더 큰 범주에 묶여있다.

실험의 예를 들자면 기존의 이론과 현상을 바탕으로 가추적으로 가설을 세우고, 가설을 검증할 수 있는 실험을 연역적으로 설계 및 수행하고, 실험 결과를 종합하여 귀납적으로 새로운 이론을 수립하게 된다.

추론 영역의 문제화

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추론 능력의 훈련 방법

질문과 답변을 통해 논리적인 단계를 거쳐 사고하는 방법을 익힌다.

유형 별 문제 풀이 방법에 익숙해졌다면, 왜 그런 순서(논리 흐름, logical flow)로 풀게 되는지를 논리적으로 따져본다.

고난도 문제를 풀 때에 여러 가지 도구 뿐만 아니라 여러 가지 논리 흐름도 비교해본다. 도구 비교에서 끝나면 저수준 인지 기능인 적용 단계 학습에 머무를 뿐이다.

물론 그것도 중요하지만 항상 다음 단계로 나아가야 발전이 있는 것이다.

증명 연습은 수학에서는 좋은 추론 훈련 방법이지만 과학에서는 꼭 그렇지만은 않다. 수능 과학의 주요 명제들은 단순히 식을 정리하는 과정에 불과하고 의미가 잘 드러나 있지 않기 때문에 기초 수준을 넘어가면 큰 도움이 되지 않는다.

한 문제를 여러 가지 방법으로 풀 수 있을 때 이를 비교하여 어떤 점에서 동등한 지 파악해보면 도움된다.

상대성이론 단원의 가정과 현상 사이의 관계를 논리적으로 따져보는 것도 추론 능력 향상에 큰 도움이 된다. 교과서 등에 소개된 실험 설계와 가설 설정의 이유를 생각해보는 것도 좋다. 자료를 왜 그렇게 해석해야 하는지가 종합 영역이라면, 나머지는 추론 영역에 해당한다.

평가 문제에는 항상 합리적인 풀이 방법이 있으며, 이를 찾아내는 연습을 의식적으로 꾸준히 반복해주어야 한다. 추론은 서술적 기능이므로 직접 머리를 굴려가며 연습해야 한다.