확장현실 기반 시뮬레이션 학습에서 햅틱의 수준과 사전 자기효능감의 수준이 과제부하와 성취도에 미치는 영향 = The Effects of Haptic Levels and Prior Self-Efficacy Levels on Task Load and Achievement in Extended Reality-Based Simulation Learning|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

이 연구는 확장현실 기반 시뮬레이션 학습에서 햅틱의 수준과 사전 자기효능감 수준이 학습자의 과제부하와 성취도에 미치는 영향을 분석하는 것을 목적으로 한다. 기존 시뮬레이션 기반 학습은 주로 시각·청각 중심의 환경에 초점을 맞추어 왔으나, 실제 조작과 유사한 촉각 경험을 제공하는 햅틱의 교육적 효과와 학습자 개인 특성 간의 상호작용은 아직 명확히 확인되지 않았다. 이에 이 연구는 화학물질 유출 대응 상황을 구현한 확장현실 시뮬레이션에서 햅틱 수준과 사전 자기효능감 수준이 학습자의 과제부하와 성취도에 어떠한 차이를 가져오는지 실증적으로 검증하고자 하였다.
연구 설계는 햅틱 수준(XR햅틱, 햅틱단독, 햅틱없음)과 사전 자기효능감(높음, 낮음)을 요인으로 하는 2×3 요인설계이다. 연구 대상은 G광역시 소재 대학교의 재학생 및 졸업생 중 만 20세 이상 29세 이하 성인 84명으로, 각 집단당 14명씩 배정하였다. 실험 과제는 HoloLens 2 기반 확장현실 환경에서 화학물질 유출 사고 발생 시 개인보호구 착용, 비상가동중지 프로토콜 시행, 밸브 수동 차단, 확산 차단 및 유출물 처리 등의 절차를 수행하는 위기대응 시뮬레이션으로 구성하였다. XR햅틱 집단은 확장현실 환경에서 실물 밸브와 살수건을 직접 조작하였으며, 이러한 조작이 가상 환경에 실시간으로 반영되었다. 햅틱단독 집단은 확장현실 없이 동일한 실물 장치만을 사용하였다. 햅틱없음 집단은 확장현실 환경에서 손동작만으로 가상 객체와 상호작용하였으며, 실물 장치는 제공되지 않았다.
과제부하는 NASA-TLX를 사용하여 정신적 부하, 신체적 활동, 시간적 압박, 과제수행도, 노력도, 좌절감의 여섯 하위요인과 이들의 평균값을 과제부하 총평균으로 측정하였다. 자기효능감은 Pintrich와 De Groot(1990)의 MSLQ 중 ‘학습과 수행에 대한 자기효능감’ 문항을 사용하였고, 성취도는 화학물질 유출 대응 절차에 대한 4지선다형 객관식 7문항(총점 7점)으로 구성된 검사로 측정하였다. 자료 분석을 위해 기술통계 분석과 Levene의 등분산 검정을 실시한 후, 햅틱 수준과 사전 자기효능감 수준을 독립변인으로, 과제부하와 성취도를 종속변인으로 하는 2×3 이원분산분석과 유의한 경우 사후검정을 실시하였다(유의수준 α=.05).
연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 과제부하에 대해 햅틱 수준의 다변량 주효과는 통계적으로 유의하지 않았으나, 좌절감에서만 유의한 차이가 나타났다. 좌절감의 경우 XR햅틱 집단이 햅틱단독 집단보다 유의하게 더 높은 좌절감을 보고하였으며, 햅틱없음 집단은 두 집단 사이에 위치하였으나 유의한 차이는 없었다. 정신적 부하, 신체적 활동, 시간적 압박, 과제수행도, 노력도 및 과제부하 총평균에서는 햅틱 수준에 따른 유의한 차이가 나타나지 않았다. 둘째, 사전 자기효능감 수준은 정신적 부하, 신체적 활동, 과제부하 총평균에서 유의한 주효과를 보였으며, 사전 자기효능감이 낮은 집단이 높은 집단에 비해 전반적으로 더 높은 과제부하를 지각하는 경향을 나타냈다. 셋째, 햅틱 수준과 사전 자기효능감 수준의 상호작용 효과는 과제부하 전반에서는 유의하지 않았으나, 시간적 압박에서 부분적으로 유의한 상호작용이 나타나, 특정 조건에서 두 변인의 결합이 학습자가 경험하는 시간적 부담에 영향을 줄 수 있음을 시사하였다.
성취도에 대한 분석 결과, 햅틱 수준의 주효과는 전반적으로 통계적으로 유의하게 나타나지 않았다. 사전 자기효능감 수준에 따라 성취도에서 일부 차이가 나타났으나, 모든 조건에서 일관된 패턴을 보이지는 않았다. 다만 성취도의 경우, 사전 자기효능감이 높은 학습자 가운데 햅틱이 제공되지 않는 조건과 일부 햅틱 조건 간에서 제한적으로 유의한 차이가 확인되어, 확장현실 환경에서의 햅틱이 사전 자기효능감과 결합될 때 성취도에 부분적으로 영향을 미칠 가능성을 보여주었다. 햅틱 수준과 사전 자기효능감 수준의 상호작용은 과제부하의 특정 하위요인과 성취도의 일부 조건에서 관찰되었다.
이 연구는 확장현실 기반 시뮬레이션 학습에서 햅틱 수준이 과제부하와 성취도에 영향을 미칠 수 있음을 검증하였다는 점에서 의의를 갖는다. 특히 사전 자기효능감이 낮은 학습자는 동일한 시뮬레이션 환경에서도 더 높은 과제부하를 경험하는 경향이 나타나, 확장현실 기반 위기대응 교육에서 학습자의 자기효능감 수준을 고려한 단계적 안내와 지원 전략이 필요함을 시사한다. 예컨대, 자기효능감이 낮은 학습자에게는 확장현실 환경에 햅틱을 함께 제공하고, 자기효능감이 높은 학습자에게는 햅틱단독 조건을 고려하거나, 초보 학습자에게 확장현실과 햅틱을 함께 제공한 후 숙달 정도에 따라 확장현실 요소를 점진적으로 축소하는 방식을 적용할 수 있다. 또한 XR햅틱, 햅틱단독, 햅틱없음 조건 간의 차이가 제한적으로 나타난 결과는, 확장현실 환경에서의 햅틱 제공이 항상 성취도 향상으로 직결되지 않을 수 있음을 보여준다. 이러한 결과는 향후 화학안전 교육, 재난 대응 훈련, 과학 실험 교육 등 다양한 분야에서 확장현실과 햅틱을 활용한 시뮬레이션 학습 환경을 설계하고, 학습자 특성에 기반한 맞춤형 지원 방안을 마련하는 데 기여할 수 있다.

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이 연구는 확장현실 기반 시뮬레이션 학습에서 햅틱의 수준과 사전 자기효능감 수준이 학습자의 과제부하와 성취도에 미치는 영향을 분석하는 것을 목적으로 한다. 기존 시뮬레이션 기반 ...

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