수학 유독 어려워하는 아이들…뇌에서 발견된 차이

美 스탠퍼드대, 8~10세 어린이 68명 분석…문제 풀이 전략 전환 능력에 차이

수학을 유독 어려워하는 어린이들 가운데 발달성 계산장애가 있는 경우, 단순히 계산에 어려움을 겪는 것을 넘어 문제에 맞는 풀이 전략을 선택하고 바꾸는 과정에서도 차이를 보인다는 연구 결과가 나왔다. 이러한 차이는 뇌 활동에서도 확인됐다.

12일(현지시간) 과학 전문매체 사이언스데일리에 따르면 미국 스탠퍼드대 연구진은 8~10세 어린이 68명의 수학 문제 해결 방식과 뇌 활동을 분석했다. 연구 결과는 지난 9월 국제학술지 '신경과학저널(Journal of Neuroscience)'에 발표됐다.

연구진은 발달성 계산장애가 있는 어린이들과 일반적인 수학 능력을 보이는 어린이들을 비교해 문제 해결 과정에서 나타나는 차이를 살펴봤다.

발달성 계산장애가 있는 어린이들은 수학 문제에 맞는 풀이 전략을 선택하고 바꾸는 과정에서 어려움을 겪으며, 이러한 차이가 뇌 활동에서도 나타난다는 연구 결과가 나왔다. (사진=클립아트코리아)

발달성 계산장애는 숫자의 크기나 수량을 이해하고 기본적인 계산을 수행하는 데 지속적인 어려움을 겪는 신경발달장애다. 수학 성적이 낮거나 연습이 부족한 상태와는 구분된다. 따라서 이번 연구 결과를 수학을 어려워하는 모든 어린이에게 적용할 수는 없다.

수학 문제를 풀기 위해서는 숫자를 이해하고 계산하는 능력뿐 아니라 상황에 맞는 풀이법을 선택하는 능력도 필요하다. 예를 들어 간단한 덧셈 문제는 숫자를 하나씩 세어 답을 구할 수 있지만, 문제가 복잡해지면 이미 알고 있는 수학적 관계를 활용하는 것이 더 효율적일 수 있다.

연구진은 어린이들이 이러한 문제 해결 전략을 얼마나 효율적으로 활용하고, 문제의 난도가 달라졌을 때 풀이 방식을 적절하게 조정하는지 분석했다.

그 결과 발달성 계산장애가 있는 어린이들은 그렇지 않은 어린이들보다 다양한 풀이 전략을 활용하는 데 어려움을 보였다. 특히 기존 풀이법에서 다른 방식으로 전환하는 데 더 오랜 시간이 걸렸으며, 문제의 난도가 바뀌어도 전략을 충분히 조정하지 못하는 경향이 나타났다.

시간이 지나면서 효율적인 풀이법을 선택하는 능력에서도 차이가 확인됐다. 일반적인 수학 학습 능력을 보이는 어린이들은 문제를 풀면서 적절한 전략을 선택하는 능력이 향상됐지만, 발달성 계산장애가 있는 어린이들에게서는 같은 수준의 개선이 나타나지 않았다.

이는 수학 학습의 어려움이 단순히 숫자를 잘 이해하지 못하거나 계산 속도가 느린 문제에만 국한되지 않을 수 있음을 보여준다.

연구진은 이러한 차이가 뇌 활동에서도 나타나는지 확인했다.

분석 결과 발달성 계산장애가 있는 어린이들과 일반적인 수학 능력을 보이는 어린이들 사이에서 전두두정피질과 해마, 복측 시각 영역 등 여러 뇌 영역에 걸친 활동 패턴에 차이가 나타났다.

이러한 뇌 활동의 특징은 어린이들이 숫자를 세는 능력이나 문제 해결 전략을 전환하는 능력과도 관련이 있었다.

연구진은 수학 학습에서 주의력과 기억력, 인지적 유연성 등 여러 인지 기능이 중요한 역할을 한다고 설명했다.

인지적 유연성은 상황이 달라졌을 때 기존 생각이나 행동 방식을 바꾸는 능력이다. 문제를 풀다가 기존 방법이 효과적이지 않다는 사실을 알아차리고 다른 접근법을 시도하는 과정이 대표적이다.

이러한 능력은 주의력을 유지하고 정보를 기억하며 행동을 조절하는 '실행기능(executive function)'의 일부다.

수학 학습에서도 실행기능은 중요한 역할을 한다. 문제에 필요한 정보를 기억하고 여러 풀이 방법을 비교하며 난도가 높아졌을 때 다른 전략을 선택하는 과정에 관여하기 때문이다.

연구진은 발달성 계산장애가 있는 어린이들이 이러한 인지 기능을 활용하는 과정에서 어려움을 겪을 가능성이 있다고 분석했다.

모든 어린이에게 동일한 문제가 나타나는 것은 아니었다. 일부는 전략을 선택하는 데 어려움을 보였고, 다른 어린이는 전략을 바꾸거나 주의력을 조절하는 과정에서 더 큰 어려움을 보일 수 있다는 설명이다.

이번 연구는 발달성 계산장애를 겪는 어린이들의 수학 학습 어려움을 이해할 때 정답 여부뿐 아니라 문제를 해결하는 과정도 살펴볼 필요가 있음을 시사한다.

어린이가 어떤 풀이법을 사용하고 있는지, 문제의 난도가 달라졌을 때 다른 전략을 시도할 수 있는지 등을 함께 확인하는 접근이 중요할 수 있다는 것이다.