VR기반 한글쓰기 활동이 5세 유아의 기초문해력과 전전두엽 활성화 감소에 미치는 효과 = Effects of a VR-Based Korean Writing Activity on Emergent Literacy and Prefrontal Cortex Activation in Five-Year-Old Children

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to examine the effects of a nine-session virtual reality (VR)-based Korean writing activity on emergent literacy and prefrontal cortex activation in five-year-old children. A total of 62 children living in Asan-si, Chungcheongnam-do, Korea, participated in the study, including 32 children in the experimental group and 30 children in the comparison group. Emergent literacy assessments were administered before and after the intervention. The experimental group participated in nine sessions of a VR-based Korean writing activity over a three-week period, whereas the comparison group engaged in their regular educational routines during the same period. The collected data were analyzed using descriptive statistics, independent-samples t-tests, paired-samples t-tests, and mixed-design analyses of variance (mixed ANOVA) using Stata 19 SE and the OBELAB NIRSIT analysis tool (Nirsit Quest).

The results indicated that emergent literacy outcomes differed significantly by group following the intervention. The experimental group showed statistically significant improvements in phonological awareness, early reading, and early writing, whereas the comparison group showed no significant pre–post differences across any emergent literacy subdomains. Mixed ANOVA results revealed a significant main effect of time and a significant interaction between group and time, indicating that patterns of change in emergent literacy over time differed between groups and suggesting that the VR-based Korean writing activity was effective in enhancing emergent literacy.

Regarding neural outcomes, prefrontal cortex activation during emergent literacy task performance decreased significantly in the experimental group following the intervention. Channel-level analyses revealed significant reductions in activation at channel 9 during phonological awareness tasks and at channels 3 and 5 during early reading tasks. Although decreases in activation were observed during early writing tasks across several channels, these changes did not reach statistical significance. Region-of-interest analyses showed significant post-intervention decreases in activation in the anterior prefrontal cortex and the ventrolateral prefrontal cortex, including the orbital part of the inferior frontal gyrus, during both phonological awareness and early reading tasks. Mixed ANOVA further demonstrated a significant main effect of time and a significant group-by-time interaction, indicating that although overall prefrontal cortex activation levels were comparable between groups, only the experimental group exhibited a significant post-intervention reduction in activation.

These findings demonstrate that a VR-based Korean writing activity is effective in improving emergent literacy in young children and is associated with reduced prefrontal cortex activation during literacy task performance. The results support the neural efficiency theory, suggesting that as literacy performance becomes more proficient through repeated VR-based writing experiences, cognitive processing becomes more efficient, reflected in decreased prefrontal cortex activation.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 가상현실(Virtual Reality, VR) 기반 9회기의 한글쓰기 활동이 5세 유아의 기초문해력에 효과가 있는지, 그리고 전전두엽 활성화에 변화를 가져오는지 확인하고자 하였다. 이러한 연구 목적에 따라 다음과 같은 연구문제를 설정하였다.

【연구문제 1】VR기반 한글쓰기 활동은 5세 유아의 기초문해력에 효과가 있는가?
1-1 활동 전후 실험집단과 비교집단 간 유아들의 음운론적 인식에 유의한 차이가 있는가?
1-2 활동 전후 실험집단과 비교집단 간 유아들의 기초읽기에 유의한 차이가 있는가?
1-3 활동 전후 실험집단과 비교집단 간 유아들의 기초쓰기에 유의한 차이가 있는가?

【연구문제 2】 VR기반 한글쓰기 활동 전후 실험집단 유아들의 전전두엽 활성화 정도에 유의한 차이가 있는가?

이러한 연구문제를 검증하기 위해 충청남도 아산시에 거주하는 5세 유아 실험집단 32명과 비교집단 30명 총 62명에게 활동 사전과 사후에 기초문해력 검사를 실시하였다. 실험집단에게는 3주간 VR기반 한글쓰기 활동 9회기를 실시하였으며, 비교집단은 동일 기간에 일반적인 교육기관 운영 일과에 참여하였다. 수집된 자료는 Stata 19 SE와 OBELAB NIRSITE analysis Tool Nirsit Quest를 활용해 기술통계 분석, 독립표본 t검정, 대응표본 t검정, 혼합설계 분산분석(Mixed Anova)등으로 분석하였다. 연구결과는 다음과 같다.
첫째, 9회기의 VR기반 한글쓰기 활동 후 5세 유아의 기초문해력은 집단에 따라 유의한 차이가 있었다. VR기반 한글쓰기 활동에 참여한 실험집단은 음운론적 인식, 기초읽기, 기초쓰기 점수에서 모두 통계적으로 유의한 향상을 보인 반면, 비교집단은 모든 기초문해력 하위 영역에서 사전검사 점수 대비 사후검사 점수의 차이가 유의하지 않은 것으로 나타났다. 이러한 집단별 사전·사후 점수 변화 양상은 시간에 따른 주효과는 유의하였으나, 집단에 따른 주효과는 유의하지 않았으며, 집단과 시간 간의 상호작용 효과가 유의하게 나타나, 시간에 따른 기초문해력 점수 변화가 집단마다 다름을 보여주며 VR기반 한글쓰기 활동이 기초문해력 향상에 효과가 있었음을 시사한다.
둘째, 9회기의 VR기반 한글쓰기 활동 전후 5세 유아가 기초문해력 검사에 참여할 때 전전두엽 활성화 정도가 실험집단에서 통계적으로 유의하게 감소한 것으로 나타났다. 구체적인 전전두엽의 활성화 양상을 살펴보기 위해 채널과 생리학적 기준에 따른 뇌의 관심 영역(ROI)별로 살펴보았을 때 유의한 차이가 있었다. 음운론적 인식에서는 채널 9에서 통계적으로 유의한 감소가 나타났으며, 기초읽기에서는 채널 3과 채널 5에서 유의한 감소가 나타났다. 기초쓰기에서는 일부 채널에서 활성화 감소 경향이 관찰되었으나, 통계적으로 유의한 수준은 아니었다. 뇌의 관심 영역 수준에서 살펴보면, 음운론적 인식에서는 전방 전전두피질과 복외측 전전두피질 및 하전두이랑 안와부에서 활성화가 유의하게 감소하였다. 기초읽기에서도 전방 전전두피질과 복외측 전전두피질 및 하전두이랑 안와부에서 사후 활성화 감소가 유의하게 나타났다. 기초쓰기에서는 모든 관심 영역에서 사후 활성화가 사전 대비 감소 경향이 관찰되었으나, 통계적으로 유의한 수준에는 도달하지 않았다. 집단별 전전두엽 활성화 변화 양상은 시간의 주효과가 유의하게 나타나 사전검사 대비 사후검사에서 전전두엽 산소화 헤모글로빈 활성화가 전반적으로 감소한 것으로 확인되었고, 집단과 시간 간의 상호작용 효과가 유의하여, 전전두엽 활성화의 변화 양상이 실험집단과 비교집단 간에 다르게 나타났음을 보여주었다. 이는 두 집단의 전반적인 전전두엽 활성화 수준 자체는 유사하였으나, 실험집단에서만 사후 활성화가 유의하게 감소한 반면, 비교집단에서는 유의한 변화가 나타나지 않았음을 나타낸다. 이는 VR 기반 한글쓰기 활동이 문해력 검사과제 수행에서 더 효율적인 인지 처리를 가능하게 하였음을 시사한다.
본 연구는 VR기반 한글쓰기 활동이 유아의 기초문해력 향상에 효과적이었음을 밝혔다. 또한 한글쓰기 활동 후 기초문해력 과제 수행 시 전전두엽의 전방 전전두피질과 복외측 전전두피질 및 하전두이랑 안와부에서 활성화 감소가 반복적으로 관찰되는 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는, VR 기반 한글쓰기 활동을 통해 문해 수행이 숙련화되면서 전전두엽의 활성화가 감소한다는 신경 효율성 이론을 지지한다.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록
• Ⅰ. 문제제기 1
• Ⅱ. 이론적 배경 및 선행연구 고찰 5
• 1. 기초문해력 5
• 1) 유아기 기초문해력의 발달 5
• 2) 기초문해력의 구성 요소 7
• 2. 전전두엽과 문해 발달 15
• 1) 전전두엽의 기능적 특성 15
• 2) 신경 효율성 이론 18
• 3) 전전두엽과 문해 발달 19
• 3. VR기반 교육활동 21
• Ⅲ. 연구문제와 용어의 정의 25
• 1. 연구문제 25
• 2. 용어의 정의 25
• 1) 기초문해력 25
• 2) VR기반 한글쓰기 활동 27
• 3) 전전두엽 활성화 27
• Ⅳ. 연구방법 및 절차 28
• 1. 연구대상 28
• 2. 연구도구 30
• 3. 연구절차 36
• 4. 자료분석 38
• Ⅴ. 결과 및 해석 39
• 1. VR 한글쓰기 활동 전후 유아의 기초문해력 점수 비교 39
• 2. VR 한글쓰기 활동 전후 유아의 뇌 전전두엽 활성화 비교 44
• Ⅵ. 결론 및 논의 48
• 참고문헌 55
• 부록 66
• Abstract 68