2015 개정 교육과정에 따른 중학교 1학년 디지털교과서의 물질 단원에서 나타난 외적 표상의 활용 실태 분석

Mayer의 다중 표상 학습에 대한 인지 이론에 따르면,^6,32 언어(verbal) 또는 그림(pictorial or nonverbal)으로 표상된 정보는 학습자의 시각과 청각 기억으로 수용되며, 학습자가 정보를 선택(selecting)하고 이를 작동 기억 내에서 조직화(organizing)하여 사전 지식과 통합(integrating)하는 과정을 거쳐 장기 기억으로 저장된다. 이는 다음 세 가지 가정을 바탕으로 한다. 첫째, 이중 부호화 가정(dual channel assumption)에 따르면, 작동 기억에서 정보를 청각/언어 처리 경로(audial/verbal channel)와 시각/그림 처리 경로(visual/pictorial channel)의 두 경로를 통해 처리하면 정보가 이중 부호화되어 학습자가 정보를 잘 기억할 수 있다. 둘째, 제한된 인지 용량 가정(limited capacity assumption)으로, 학습자가 제공된 정보를 두 처리 경로를 통해 처리하는 능력은 제한적이며 작동 기억에서 처리할 수 있는 양보다 많은 양의 정보가 학습자에게 제공되면 인지적 부담으로 인해 학습 효과가 떨어진다. 셋째, 적극적인 학습 가정(active learning assumption)으로, 학습자는 장기 기억 내의 사전 지식과 새롭게 제공된 정보를 능동적으로 처리함으로써 일관된 지식 구조를 구성한다.

Clark & Mayer는 다중 표상 학습에 대한 인지 이론을 바탕으로 다양한 외적 표상들을 효과적으로 제시하는 방법과 관련한 여러 원리들을 제안했다.³³ 언어 처리 경로와 그림 처리 경로로 구성된 학습자의 인지 구조를 고려하여 언어적 정보와 그림 정보를 함께 제시하는 것이 학습에 효과적이라는 ‘다중 표상 활용 원리(multimedia principle)’, 청각과 시각의 두 가지 양식으로 구성된 학습자의 정보처리 경로를 고려하여 시각적 정보와 청각적 정보를 함께 제시하는 것이 학습에 효과적이라는 ‘다중양식 원리(multimodal principle)’가 있다. 지나치게 많은 표상은 학습에 방해가 되기도 하는데, 그림과 이를 설명하는 언어적 정보를 제시할 때 내레이션을 글로 중복하여 제시하면 두 가지 시각적 정보로 인해 시각 처리 경로에 과부하가 발생하므로 이를 지양해야 한다는 ‘중복 회피 원리(redundancy principle)’와 학습 내용과 직접적인 관련이 없는 정보(seductive information)가 다른 외적 표상들과 함께 제시되면 학습자의 주의를 산만하게 하고 학습자가 오히려 그 정보에 집중하게 함으로써 학습자의 인지 처리 과정을 방해한다는 ‘일관성 원리(coherence principle)’가 있다. 이외에도 언어적 정보가 3인칭이나 무인칭의 형식적 형태보다 2인칭이나 담화체의 개인화 형태로 제시될 때 학습자가 해당 정보를 이해하기 위한 인지 과정에 좀 더 능동적이고 심층적으로 참여한다는 ‘개인화 원리(personalization principle)’가 있다. 또한, 언어적 정보와 시각적 정보가 공간적으로 가까이 배치될수록 학습에 효과적이라는 ‘공간적 근접성 원리(spatial contiguity principle)’와 언어적 정보와 시각적 정보를 동시에 제시하는 것이 시간 간격을 두고 제시하는 것보다 학습에 효과적이라는 ‘시간적 동시성 원리(temporal contiguity principle)’가 있다.

디지털 체제의 학습 시스템이 기존의 학습과 차별되는 특징 중 하나는 학습자가 학습 시스템으로부터 일방적으로 정보를 제공받는 것이 아니라 학습 시스템과 상호작용함으로써 보다 구성주의적인 학습을 할 수 있다는 점이다. 다중 표상 학습의 맥락에서 상호작용성이란 학습자와 다중 표상 학습 시스템 사이의 상호 활동을 의미하며, 학습자의 반응과 시스템의 반응은 상호의존적이다.^34,35 상호작용성이 있는 학습 환경의 설계는 학습자의 인지 활동을 방해 할 수 있는 불필요한 작동 기억의 부담을 줄이고 학습에 필수적인 인지 처리 과정을 강화함으로써 학습자가 새로운 지식을 능동적으로 구축하고 활용하도록 할 수 있다.¹⁴ Kalyuga는 학습 시스템 반응의 가변성(flexibility)과 학습자의 선행 행동에 대한 의존성(dependence on learner’s previous activities)을 기준으로 상호작용성의 유형을 다음과 같이 네 가지 수준으로 구분하였다.¹⁴ 시스템의 반응이 하나의 반응으로 미리 결정되어 있고 학습자의 선행 행동과 무관한 경우, 학습자의 정해진 선택에 따라 일련의 설정된 반응이 나타나지만 학습자의 선행 행동과 무관한 경우, 학습자의 정해진 선택에 따른 일련의 설정된 반응이 학습자의 선행 행동에 따라 다르게 나타나는 경우, 학습자의 자유로운 선택과 함께 학습자의 선행 행동에 따라 역동적으로 반응하는 경우이다.

이 연구에서는 물질의 입자성 개념이 최초로 도입되어 이를 중점적으로 다루는 단원을 분석 대상으로 선정하였다. 이에 2015 개정 교육과정에 따른 중학교 1학년 과학 디지털교과서 5종의 물질 단원인 ‘기체의 성질’, ‘물질의 상태 변화’ 단원을 분석하였다. 각 단원에서 특정 현상이나 개념을 설명하는 설명 영역과 개념과 관련된 탐구 활동 및 목표 개념을 새로운 상황에 적용시키는 평가에 해당하는 활동 영역에서 나타나는 외적 표상을 분석하였다. 이때 도입부, 실험 과정에 대한 설명, 평가 영역에서 단순한 복습 활동은 현상이나 개념을 직접적으로 설명하거나 이를 적용하는 외적 표상이 아니므로 분석 대상에서 제외하였다. 디지털교과서는 동아출판, 미래엔, 비상교육, 와이비엠, 천재교과서에서 출판되었으며 임의로 A-E로 표기하였다.

다중 표상 학습과 관련된 선행연구를^14,21,29,33 바탕으로 예비 분석틀을 구성하였다. 이를 기준으로 5종의 디지털교과서 중 1종을 무작위로 추출하여 예비 분석하고, 분석항목과 세부 분석 기준을 수정·보완하였다. 이후 다음과 같이 외적 표상의 수준, 형태, 제시 방법, 상호작용성에 대한 구체적인 분석 기준을 확정하였다(Table 1).

외적 표상의 수준. 외적 표상의 수준(level)을 현상을 나타내는 ‘거시적(macroscopic)’ 수준, 물질의 입자성이나 입자의 운동을 나타내는 ‘미시적(submicroscopic)’ 수준, 표,식, 그래프 등의 ‘상징적(symbolic)’ 수준으로 분류하였다.^21,29 이때 각각의 외적 표상에 서로 다른 수준의 외적 표상이 동시에 제시된 경우 해당하는 수준을 모두 포함하는 항목으로 ‘거시적 & 미시적’ 수준, ‘미시적 & 상징적’ 수준, ‘거시적 & 상징적’ 수준, ‘거시적 & 미시적 & 상징적’ 수준을 분석 기준에 추가하였다. 예를 들어, 거시적 수준과 미시적 수준의 외적 표상이 함께 제시된 경우 ‘거시적 & 미시적’ 수준으로 분류하였다.

외적 표상의 양식. 외적 표상의 양식(form)을 문자나 글과 같은 ‘시각언어(visual-verbal)’, 그림이나 애니메이션과 같은 ‘시각비언어(visual-nonverbal)’, 내레이션과 같은 ‘청각언어(audial-verbal)’, 효과음이나 배경음과 같은 ‘청각비언어(audial-nonverbal)’로 분류하였다.³³ 이때 시각언어 표상과 청각언어 표상은 개인화 원리에 따라 각각 무인칭이나 3인칭의 ‘형식적(formal)’, 담화체나 2인칭의 ‘개인화(personal)’, 두 형태가 함께 나타난 ‘형식적 & 개인화’로 세분하였다.³³ 시각비언어 표상은 이중 부호화 이론에 따라 ‘정화상(illustration)’, ‘동화상(animation)’, ‘정화상 & 동화상’으로 분류하였으며, 각각 입자의 운동성 제시 여부에 따라 세분하였다.²¹ 이때 ‘정화상 & 동화상’의 경우 정화상과 동화상 모두 입자의 운동성이 제시되지 않은 경우를 분석 기준에 추가하였다.

외적 표상의 제시 방법. 외적 표상의 제시 방법(presentation)은 다중 표상 학습에 대한 인지 이론과 관련 원리를 바탕으로 언어적 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시된 경우, 관계없는 외적 표상의 포함 여부, 근접성 측면에서 세분하여 분석하였다.³³ 첫째, 다중 표상 활용 원리와 다중 양식 원리를 적용하여 언어적 정보의 효과적인 제시 방법을 논의하고자 언어적 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시된 경우 ‘시각언어 & 시각비언어’, ‘청각언어 & 시각비언어’, ‘시각언어 & 청각언어 & 시각비언어’로 분류하였다. 이때 중복 회피 원리에 따른 ‘시각언어와 청각언어 표상의 중복 여부(redundant information)’를 분석틀에 포함하였다. 둘째, 일관성 원리에 따른 관계없는 외적 표상의 포함 여부(seductive information)를 분석하였다. 마지막으로 근접성(contiguity)에서 시각언어 표상과 시각비언어 표상의 공간적 근접성(spatial contiguity)은 표상이 서로 내에 제시된 ‘삽입(insertion)’, 위·아래·좌·우에 제시된 ‘근처(near)’, 커서를 근접시키거나 클릭했을 때 팝업 형태로 제시되는 ‘마우스 오버(mouse over)’, 서로 다른 페이지에 제시된 ‘다른 페이지(next page)’로 세분하였다. 청각언어 표상과 시각비언어 표상의 시간적 근접성(temporal contiguity)은 두 표상에서 나타내는 정보가 ‘동시에 제시됨(synchronized)’과 ‘시간적 간격을 두고 제시됨(not synchronized)’으로 세분하였다.

외적 표상의 상호작용성. 외적 표상의 상호작용성(interactivity)은 학습자의 행동에 대한 반응의 가변성과 선행 행동에 대한 의존성 여부에 따라 ‘피드백(feedback)’ 수준, ‘조작(manipulation)’ 수준, ‘적응(adaptation)’ 수준, ‘소통(communication)’ 수준으로 구분하였다.¹⁴ 피드백 수준의 상호작용성은 학습자가 선택할 수 있는 행동이 유일하고 이에 대해 고정적인 반응을 제시하는 것으로, 준비된 정답이나 힌트를 제공하는 경우가 해당한다. 조작 수준의 상호작용성은 미리 설정된 반응 내에서 학습자가 나타내고자 하는 반응을 선택하여 제시할 수 있도록 하는 것이다. 이는 사진을 클릭하여 넘기거나 영상의 재생 위치를 바꾸는 조작이나 시뮬레이션에서 학습자가 준비된 변수값을 선택하여 제시된 표상의 형태를 바꾸는 것과 같은 조작으로 나타난다. 적응 수준의 상호작용성은 조작 수준에서 나아가 학습자의 선행 행동에 따라 다른 반응을 제시하는 것으로, 학습자의 응답에 따라 다른 학습 경로를 제공한다. 소통 수준의 상호작용성은 학습자가 스스로 다양한 선택을 할 수 있으며 학습 시스템은 학습자의 선행 행동에 따라 다른 반응을 나타낸다. 예를 들어, 학습자가 표에 자율적으로 변수 값을 입력하면 그에 따른 그래프가 산출되는 경우가 이에 해당한다. 이때 상호작용성이 전혀 나타나지 않는 경우에 대한 ‘상호작용 없음(no interaction)’ 항목을 추가하였다.

예를 들어, Fig. 1의 경우, 시각언어, 청각언어, 시각비언어 표상이 모두 나타났으므로, ‘외적 표상의 양식’은 ‘시각언어’, ‘청각언어’, ‘시각비언어’에 각각 해당된다. 이때 형식적인 형태의 글과 ‘입자의 종류와 개수는 변하지 않으므로 상태가 달라져도 질량은 일정해.’와 같은 개인화된 형태의 글이 함께 나타나므로, 시각언어 표상의 형태는 ‘형식적 & 개인화’에 해당된다. 그림에 나타나지는 않지만 학생의 말은 글뿐만 아니라 내레이션으로도 함께 나타나므로, 청각언어 표상의 형태는 ‘개인화’에 해당된다. 또한, ‘그림 5’에서는 입자의 운동을 표현한 정화상과 입자를 직접 움직이는 형태로 제시한 동화상이 모두 나타나므로, 시각비언어 표상은 입자의 운동성이 포함된 ‘정화상 & 동화상’에 해당된다. ‘외적 표상의 제시 방법’ 중 언어적 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시된 경우는 ‘시각언어 & 청각언어 & 시각비언어’에 해당되며, 말풍선 설명에서 시각언어 표상과 청각언어 표상이 제시하는 언어적 정보가 동일하게 나타나므로 ‘시각언어와 청각언어 표상의 중복적 제시’에 해당된다. 근접성의 경우 시각언어 표상과 시각 비언어 표상이 삽입 및 근처의 형태로 배치되었으며, ‘그림 5 융해와 응고가 일어날 때의 입자 변화’를 클릭하면 마우스 오버로 새로운 표상이 나타나므로, ‘삽입’, ‘근처’, ‘마우스 오버’에 각각 해당된다. 마지막으로 표상을 클릭하여 표상의 모습을 변형시키는 조작이 나타나므로, 외적 표상의 상호작용성은 ‘조작’ 수준의 상호작용성에 해당된다. 또 다른 예시인 Fig. 2의 경우, ‘예시 답안’을 클릭하면 팝업 창으로 활동에 대한 준비된 정답을 제시하므로, ‘외적 표상의 제시 방법’ 중 근접성은 ‘마우스 오버’, ‘외적 표상의 상호작용성’은 ‘피드백’ 수준의 상호작용성에 해당된다.

Figure1.

A sample for the uses of multiple external representations (from Middle School Science published by Chunjae Education Inc., p 179).

Figure2.

A sample for the uses of multiple external representations (from Middle School Science published by Chunjae Education Inc., p 188).

하나의 같은 개념이나 현상을 설명하는 ‘설명(main) 영역’과 일관된 활동을 수행하는 ‘활동(activity) 영역’을 하나의 분석 단위로 정하고, 해당 영역에 포함된 모든 외적 표상을 분석하였다. 이때 하나의 분석 단위에 여러 항목이 동시에 나타난 경우 각각의 항목을 모두 코딩하였다. 예를 들어, 외적 표상의 양식에 대해 하나의 분석 단위에 시각언어 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시된 경우 시각언어와 시각비언어 양식 각각 제시된 것으로 코딩하였다.

연구자 2인이 분석 대상 디지털교과서 중 1종의 한 단원을 임의로 선정하여 분석틀에 따라 분석한 후 분석자 간의 일치도를 구하는 과정을 반복하였다. 분석자 간의 일치도가 97% 이상에 도달한 후, 연구자 1인이 5종의 디지털교과서를 모두 분석하였다. 연구 전반에 걸쳐 과학교육 전문가 2인, 현직 과학 교사 4인, 과학교육 전공 대학원생 5인으로 구성된 세미나를 통해 타당성을 검토받고 결과 분석 및 해석을 보완하였다. 분석 결과는 각 분석 범주에 해당하는 분석 단위 수에 대한 항목별 백분율(%)을 출판사별로 제시하였으며, 분석 범주에 해당하는 분석 단위 수는 출판사별로 괄호 안에 표마다 각각 제시하였다. 분석 방법에서 제시한 예시와 같이 외적 표상의 양식, 제시 방법 중 근접성, 상호작용성은 하나의 분석 단위에 서로 다른 항목이 동시에 나타날 수 있음에 따라 각 항목에 해당하는 비율의 총합이 100%를 초과하였으며, 제시 방법 중 언어적 표상과 시각비언어 표상이 함께 나타난 경우는 전체 분석 단위의 개수 중 외적 표상이 함께 나타난 비율을 제시함에 따라 비율의 총합이 100% 미만으로 나타났다. 제시 방법 중 근접성과 상호작용성은 설명 영역과 활동 영역에서의 특징이 다르게 나타남에 따라 이를 구분하여 제시하였다.

출판사별 분석 단위에 대한 외적 표상의 수준의 비율을 Table 2에 제시하였다. 디지털교과서에 제시된 외적 표상의 수준은 거시적 수준 50.0%, 거시적 & 미시적 수준 37.4%, 거시적 & 상징적 수준 9.6%, 거시적 & 미시적 & 상징적 수준 2.7%, 미시적 수준 0.2% 순으로 많이 나타났다. 상징적 수준과 미시적 & 상징적 수준은 모든 교과서에서 나타나지 않았다. 거시적 수준이 단독으로 제시된 표상 및 거시적 수준과 다른 수준이 함께 제시된 표상을 종합했을 때 그 비율은 99.8%로, 교과서에 제시된 개념 설명이나 활동은 대부분 거시적 수준의 외적 표상을 포함하여 제시되었다. 미시적 수준과 상징적 수준의 경우, 단독으로 제시된 경우는 거의 나타나지 않았으며 대부분 거시적 수준과 함께 제시되었다. 학생들이 화학 개념에 대한 미시적 수준과 상징적 수준의 표상을 이해하는 데 어려움을 겪으므로,^36,37 직관적으로 이해 가능한 거시적 수준의 표상과 함께 제시함으로써 이러한 어려움을 완화하고자 노력한 것으로 보인다.

중학교 1학년 화학 단원은 증발, 확산, 압력과 온도에 따른 부피 변화, 상태 변화와 같은 현상을 입자적 관점으로 이해하는 것을 목표로 하고 있다.³⁸ 분석 결과, 입자적 설명을 위한 외적 표상을 제시할 때는 미시적 수준의 외적 표상만을 제시하기보다 거시적 수준과 미시적 수준의 외적 표상을 함께 제시하여 학생들이 현상이나 개념을 두 수준에서 이해할 수 있도록 하였다. 서로 다른 수준의 외적 표상 간 연계가 오개념 형성을 완화하였다는 연구 결과로부터 미루어보았을 때,³⁹ 여러 수준이 함께 제시된 외적 표상은 물질의 입자성에 대한 개념 이해에 도움을 줄 수 있을 것이다.

출판사별 분석 단위에 대한 외적 표상의 양식의 비율을 Table 3에 제시하였다. 평균적으로 시각언어 표상은 분석 단위의 99.3%, 시각비언어 표상은 69.1%, 청각언어 표상은 6.9%, 청각비언어 표상은 9.4%에 제시되었다. 즉, 디지털 교과서에서 외적 표상이 제시될 때 시각언어 양식과 시각비언어 양식이 주로 활용되었는데, 그 중에서도 외적 표상의 기본 양식으로 시각언어 양식이 활용되었다. 멀티미디어 환경의 특징 중 하나인 청각언어나 청각비언어 양식은 거의 활용되지 않았다.

시각언어 표상, 청각언어 표상, 시각비언어 표상을 세부적으로 분석하기 위해 각 양식의 외적 표상이 제시된 분석 단위에 대한 구체적인 형태의 비율을 Table 4에 출판사별로 제시하였다. 평균적으로 시각언어 표상이 형식적인 형태로 제시된 경우는 96.7%, 개인화된 형태로 제시된 경우는 0.2%, 형식적인 형태와 개인화된 형태가 함께 제시된 경우는 3.1%로, 시각언어 표상은 대부분 형식적인 형태로 제시되었다. 청각언어 표상의 경우 평균적으로 81.0%가 형식적인 형태로 제시되었으며, 19.0%는 개인화된 형태로 제시되었다. 형식적인 형태와 개인화된 형태가 함께 제시된 경우는 모든 교과서에서 나타나지 않았다. 분석한 청각언어 표상의 빈도가 낮아 해석에 한계가 있으나 청각언어 표상 또한 형식적인 형태가 더 많았다. 언어적 정보가 개인화된 형태로 제시된 표상은 과학자 또는 학생이 핵심 내용을 담화체로 설명하거나 입자를 의인화하여 입자 운동을 설명하는 방식으로 나타났으나 이러한 경우는 매우 드물었다. 개인화된 형태의 언어적 정보는 정보에 대한 학생들의 흥미를 증가시키고 학생들이 정보를 보다 능동적으로 처리하도록 유도하여 심층적인 학습을 가능하게 한다.^40,41 특히 시각언어 표상은 외적 표상의 양식에 관한 결과에서 논의한 바와 같이 교과서에서 외적 표상을 제시할 때 가장 기본이 되는 양식이므로, 주요 개념을 설명할 때 시각언어 표상을 보다 개인화된 형태로 제시할 필요가 있다. 청각언어 표상 또한 그 활용 빈도를 높이기 위한 방안을 모색할 때 개인화 원리에 따른 효율적인 제시 방법을 고려할 필요가 있다.

시각비언어 표상은 대부분 정화상(운동성 포함 14.5%, 운동성 비포함 64.6%)으로 제시되었으며, 특히 운동성이 포함되지 않은 정화상이 높은 비율로 나타났다. 동화상으로 제시된 외적 표상(운동성 포함 3.1%, 운동성 비포함 5.9%)과 정화상과 동화상이 함께 제시된 외적 표상(둘 다 운동성 포함 7.6%, 동화상만 운동성 포함 1.9%, 정화상만 운동성 포함 0.0%, 둘 다 운동성 비포함 2.4%)의 비율은 낮았다. 입자의 운동성 포함 여부에 따라 시각비언어 표상의 형태를 종합해보면, 운동성이 포함된 경우는 27.1%, 포함되지 않은 경우는 72.9%로, 교과서에 제시된 시각비언어 표상은 운동성을 포함하지 않고 제시하는 경우가 더 많았다.

물체의 움직임을 연속적인 장면으로 보여주는 동화상은 정화상보다 더 구체적이고 정확한 정보를 제시할 수 있어 움직임과 관련된 개념 이해에 효과적이다.⁴² 즉, 입자의 배치에 관한 정보만을 제시하는 운동성이 포함되지 않은 정화상보다는 입자의 운동 방향과 운동 속도 등에 대한 정보를 순간적인 장면으로 제시하는 운동성이 포함된 정화상이, 그보다는 이를 연속적인 장면으로 제시하는 운동성이 포함된 동화상이 입자의 운동에 대한 더 구체적인 정보를 제공할 수 있다. 학생들은 눈으로 관찰 가능한 직관적 사고에 의존하는 경향이 있으며, 이에 따라 추상적 개념인 물질의 입자성을 이해하는 데 많은 어려움을 겪는다.²⁷ 따라서 학생들이 입자의 운동을 쉽게 상상하고 이해할 수 있도록 정화상과 동화상 모두에서 입자의 운동성이 포함된 외적 표상의 비율을 높일 필요가 있다. 또한, 디지털 교과서는 애니메이션과 같은 동적인 멀티미디어 자료를 활용할 수 있는 환경을 갖추고 있으므로, 동화상 형태를 보다 적극적으로 활용하여 입자의 운동성에 대한 정보를 구체적으로 제시하는 것이 필요하다.

언어적 표상과 시각비언어 표상이 함께 나타난 경우. 시각언어와 청각언어의 언어적 표상이 시각비언어 표상과 동시에 제시된 세 가지 경우의 출판사별 분석 단위에 대한 비율을 Table 5에 제시하였다. 시각언어 표상과 시각 비언어 표상이 함께 제시된 경우가 평균적으로 61.4%로 가장 많이 제시되었고, 청각언어 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시된 경우는 나타나지 않았다. 시각언어 표상, 청각언어 표상, 시각비언어 표상이 모두 함께 제시된 비율은 6.9%로 나타났다. 즉, 언어적 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시된 경우는 총 68.3%를 차지하였다.

다중 표상 학습 이론 중 다중 표상 활용 원리에 따르면, 외적 표상을 제시할 때 시각언어나 청각언어 양식의 언어적 정보만 제시하는 것보다 언어적 정보와 시각비언어적 정보를 함께 제시하는 것이 개념 이해에 효과적이다.^32,43 제 7차 중학교 1학년 과학 교과서의 물질 단원에 나타난 외적 표상을 분석한 선행 연구에서 시각언어 표상과 시각 비언어 표상이 함께 제시된 비율이 47.5%인 결과와 비교했을 때,²¹ 2015 개정 디지털교과서에서 다중 표상 학습 이론에 따른 다중 표상 활용 원리가 보다 잘 적용되었다고 볼 수 있다.

디지털교과서에서 언어적 정보는 시각언어와 청각언어의 두 가지 양식의 외적 표상으로 제시된다. 다중 표상학습 이론 중 다중양식 원리에 따르면, 언어적 정보와 시각비언어적 정보를 함께 제시할 때 언어적 정보를 청각언어 양식으로 제시하는 것이 시각언어 양식으로 제시할 때보다 시각 정보 처리 과정의 인지 부담을 줄이고 심층적인 학습을 이룰 수 있다.³³ 그러나 5종의 디지털교과서에서 모두 청각언어 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시된 경우는 없었으며, 이에 시각언어 표상까지 함께 제시된 비율 또한 낮았다. 특히, 교과서 B의 경우 영상이나 애니메이션 자료에서 청각언어 표상을 전혀 활용하지 않고 언어적 정보를 모두 시각언어 표상으로 제시하여 시각 정보 처리 과정에 과부하를 유발하였다. 따라서 디지털 교과서의 멀티미디어 자료를 개발할 때 청각언어 표상을 보다 적극적으로 활용하여 언어적 정보를 제시할 필요가 있다.

한편, 출판사별 분석 단위에 대한 시각언어 표상과 청각언어 표상의 언어적 정보가 중복된 비율을 조사한 결과, 청각언어 표상이 전혀 나타나지 않은 교과서 B를 제외하고, 평균적으로 4.7%(교과서 A, 2.0%; 교과서 C, 0.9%; 교과서 D, 6.4%; 교과서 E, 7.4%)로 나타났다. 중복 회피 원리에 따르면, 이처럼 청각언어 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시되었을 때 청각언어 표상에 제시된 언어적 정보를 시각언어 표상으로 중복해서 제시할 경우 학습자의 시각 정보 처리 과정에 과부하를 일으킬 수 있으므로 유의할 필요가 있다.

청각언어 표상과 시각비언어 표상을 함께 제시할 때 시각언어 표상의 활용이 항상 지양되어야 하는 것은 아니다. 청각언어 표상으로부터 제공되는 언어적 정보의 양이 많을 때는 학습자의 정보 처리 능력을 고려하여 시각언어와 청각언어 양식의 언어적 정보를 함께 제시하는 것이 효과적일 수 있다.⁴⁴ 예를 들어, 교과서 C는 언어적 정보가 많은 영상에서 청각언어 표상을 기본적으로 활용하고 핵심적인 개념만 요약하여 시각언어 표상으로 함께 제시하였다. 따라서 필요한 경우에는 모든 언어적 정보를 중복적으로 제시하기보다는 교과서 C처럼 선택적으로 자막을 볼 수 있도록 하거나 일부 정보를 요약하여 시각언어 표상으로 제시하는 등의 방안을 모색할 필요가 있다.

관계없는 외적 표상. 출판사별 분석 단위에 대한 관계없는 외적 표상의 포함 비율을 조사한 결과, 평균적으로 분석 단위의 9.4%(교과서 A, 10.2%; 교과서 B, 9.9%; 교과서 C, 12.1%; 교과서 D, 6.4%; 교과서 E, 9.2%)에서 학습 내용과 무관한 외적 표상이 제시되었으며, 이는 모두 청각비언어 양식의 외적 표상이었다. 배경음이나 효과음과 같은 청각 비언어 양식의 외적 표상은 학생들의 흥미를 자극하기 위한 장치로 사용된다. 예를 들어, 5종의 디지털교과서 모두 애니메이션 자료에서 그림과 내레이션 또는 그림과 글을 통해 개념을 설명하는 동시에 배경음을 제시하는 경우가 나타났다. 그러나 이처럼 학습 내용과 무관한 흥미 요소가 학습 내용과 함께 제시될 경우 오히려 학습자의 주의를 분산시켜 학습을 방해할 수 있으며 심층적인 학습을 촉진하지 못한다.^45,46 특히, 청각언어와 청각비언어 양식의 외적 표상이 함께 제시될 경우 두 가지 청각적 정보를 처리하기 위한 학습자의 인지 부담이 높아지게 된다.³³ 이러한 맥락에서 학습 내용과 관계없는 청각비언어 양식의 외적 표상은 학생들이 학습 내용을 설명하는 다른 외적 표상에 충분한 주의를 기울이는 것을 방해할 수 있으므로 지양할 필요가 있다.

외적 표상의 근접성. 출판사별 설명 영역과 활동 영역에서 시각언어 표상과 시각비언어 표상이 함께 나타난 분석 단위에 대한 외적 표상의 공간적 근접성의 비율을 Table 6에 제시하였다. 시각언어 표상과 시각비언어 표상이 다른 페이지에 제시된 경우는 설명 영역은 나타나지 않았으며 활동 영역은 1.7%의 매우 낮은 비율로 나타났다. 청각언어 표상과 시각비언어 표상은 항상 동시에 제시되었다. 따라서 5종의 디지털교과서 모두 시각언어 표상과 시각비언어 표상이 공간적으로 가까이 제시되고, 청각언어 표상과 시각비언어 표상이 시간상으로 동시에 제시될 때 효과적인 다중 표상 학습이 일어날 수 있다는 공간적·시간적 근접성 원리에 적합한 형태로 제시되었다.

각 영역의 특징을 세부적으로 보면, 설명 영역의 경우 평균적으로 근처 97.8%, 삽입 47.8%, 마우스 오버 32.2%, 다른 페이지 0.0% 순으로 나타났다. 즉, 설명 영역에서는 서로 다른 양식의 외적 표상이 대부분 근처에 배치되었고, 삽입하여 배치하거나 마우스 오버로 배치하는 형태가 부수적으로 활용되었다. 활동 영역의 경우 평균적으로 근처 75.5%, 마우스 오버 73.8%, 삽입 11.8%, 다른 페이지 1.7% 순으로 나타나 외적 표상이 주로 근처 또는 마우스 오버로 배치되었다. 이때, 디지털교과서는 서책형교과서에는 나타나지 않은 마우스 오버라는 새로운 근접성이 나타났다. 설명 영역은 주어진 자료를 확대하여 새 창에서 크게 나타내거나 추가적인 자료를 제시하기 위해 마우스 오버가 활용되었다. 예를 들어, 학생들이 입자의 운동을 이해할 수 있도록 입자의 운동에 대한 애니메이션을 마우스 오버로 배치하였다. 활동 영역의 대부분에서는 활동에 대한 모범 답안이나 평가에 대한 해설을 제시하기 위해 마우스 오버가 활용되었다. 이처럼 외적 표상을 마우스 오버로 배치하는 방식은 한정된 공간에 많은 정보를 제시할 때 표상 간에 공간적 분리를 야기하지 않고 통합하여 제시할 수 있으므로 디지털교과서의 특징을 잘 활용한 긍정적인 결과라고 해석된다.

출판사별 설명 영역과 활동 영역의 분석 단위에 대한 외적 표상의 상호작용성의 비율을 Table 7에 제시하였다. 설명 영역은 평균적으로 분석 단위의 48.0%에서 어떤 상호작용성도 나타나지 않았다. 상호작용성이 나타난 경우 조작 수준 52.8%, 피드백 수준 16.0% 순으로 나타났고 적응 수준과 소통 수준의 상호작용성은 제시되지 않았다. 이때 조작 수준의 상호작용성은 주로 표상을 클릭하여 나타나게 하거나 변환하는 조작과 개념 설명을 위한 애니메이션의 재생 여부를 조절하는 방식으로 나타났다. 예를 들어, 거시적 수준의 표상을 클릭하면 입자의 운동을 나타낸 미시적 수준의 표상이 나타날 수 있도록 하였다. 피드백 수준의 상호작용성은 간단한 질문에 대한 예시답안을 제시하는 방식으로 나타났다. 활동 영역은 상호작용성이 나타나지 않은 경우는 없었으며 피드백 수준이 91.3%로 대부분 영역에서 활동에 대한 예시 답안을 피드백으로 제시하였다. 조작 수준은 15.0%로 주로 애니메이션의 재생 여부를 조절하는 방식이었다. 적응 수준의 상호작용성은 제시되지 않았으며, 소통 수준의 상호작용성은 1.1% 제시되었다.

설명 영역과 활동 영역에 나타난 피드백은 대부분 주어진 질문이나 활동에 대해 관련된 개념에 근거하여 설명하는 예시답안을 제시하였다. 숙련되지 않은 학습자에게는 단순히 답이나 정·오 여부만 제시하는 것보다 개념과 원리를 기반으로 설명하는 피드백이 학습에 효율적이다.³⁵ 이는 학습자가 자신에게 부족한 부분을 인식하고 학습 내용을 심층적으로 이해하여 불필요한 시행착오가 반복되는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 또한, 5종의 디지털교과서는 모두 영상이나 애니메이션을 제시할 때 재생 여부나 재생 위치를 조작할 수 있도록 하였는데, 이러한 조작 수준의 상호작용성은 학습자가 많은 양의 정보를 자신이 수용 가능한 작은 단위로 나누어 처리하도록 하여 학습에 도움을 줄 수 있다.^14,35 디지털교과서에 나타난 이상의 상호작용성은 학습자의 학습을 지원하여 새로운 지식을 능동적으로 학습하도록 적절한 환경을 조성하는 긍정적인 결과라고 할 수 있다.

한편, 설명 영역과 활동 영역 모두 적응 수준과 소통 수준의 상호작용성은 거의 나타나지 않았다. 높은 수준의 상호작용성은 학습자가 자신의 선택에 대한 반응을 예상하고 설명하여 스스로 인지 과정에 대해 효과적으로 평가할 수 있도록 한다.⁴⁷ 학습자의 수준이 낮을 때 많은 선택 과정을 거치는 경우 인지적 부담을 유발할 수 있으므로,¹⁴ 학습자의 수준에 적합한 조작성이 구성된 적응 수준과 소통 수준의 상호작용성 비중을 높인다면 학생의 능동적인 참여가 확대된 다중 표상 학습을 설계하는 데 도움이 될 것이다.