정보처리이론
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1. 개요
정보처리이론은 인간의 인지 과정을 컴퓨터의 정보 처리 과정에 비유하여 설명하는 심리학 이론이다. 인간의 정보를 '입력-연산 및 기억-출력'의 순서로 처리한다고 보며, 정보 저장소(감각 기억, 단기 기억, 장기 기억), 인지 과정(부호화, 인출, 지각), 실행적 인지(메타인지)를 주요 구성 요소로 제시한다. 정보처리이론은 기억 용량, 기억 전략, 상위 기억, 지식 기반의 발달을 통해 기억 능력이 향상된다고 설명하며, 인공지능 연구 및 교육 분야에 응용된다.
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| 정보처리이론 | |
|---|---|
| 정보 처리 이론 | |
| 분야 | 인지 심리학, 교육 심리학, 신경과학 |
| 주요 개념 | 감각 기억 단기 기억 장기 기억 주의 지각 인지 메타인지 |
| 주요 학자 | 조지 밀러 도널드 브로드벤트 앨런 배들리 로버트 스턴버그 앤 트레이스먼 |
| 세부 사항 | |
| 개요 | 인간의 인지 과정을 컴퓨터 정보 처리 과정에 비유하여 연구하는 심리학 이론 |
| 특징 | 정보의 흐름과 저장 방식에 초점 인간의 능동적인 정보 처리 과정 강조 인지 과정의 단계별 분석 |
| 관련 연구 | 기억 용량 및 인출 과정 연구 문제 해결 및 의사 결정 과정 연구 언어 이해 및 생성 과정 연구 주의 및 지각 과정 연구 |
| 교육적 시사점 | 학습자의 인지적 특성을 고려한 교수 전략 개발 학습 내용의 구조화 및 체계화 학습 전략 및 메타인지 능력 향상 효과적인 정보 제시 방법 연구 |
| 비판 | 인간의 정서, 동기, 사회적 맥락 등 간과 지나치게 단순화된 모델 제시 가능성 실제 인간의 인지 과정과 차이 존재 가능성 |
2. 정보처리이론의 기본 개념
정보처리이론은 인간의 인지 과정을 컴퓨터의 정보 처리 과정과 유사하다고 본다. 인간의 뇌는 하드웨어, 문제 해결 전략 등은 소프트웨어에 비유된다. 정보는 입력, 처리, 저장, 출력의 단계를 거쳐 처리된다.[1][2]
정보 처리에는 정보 저장소, 인지 과정, 실행적 인지 등 여러 구성 요소가 있다.[3]
- '''정보 저장소'''는 정보가 저장되는 곳으로, 감각 기억, 단기 기억, 장기 기억으로 구분된다.
- 조지 아미티지 밀러는 단기 기억이 한 번에 7개 (플러스 또는 마이너스 2개)의 정보만 담을 수 있으며, 15~20초 동안만 저장된다고 밝혔다.[4]
- 장기 기억에 저장되는 정보에는 제한이 없으며, 의미 기억, 일화 기억, 절차 기억으로 나눌 수 있다.[3]
- '''인지 과정'''은 서로 다른 기억 저장소 간에 정보를 전달하는 방식이다.
- 부호화: 장기 기억의 정보를 단기 기억 항목과 연관시켜 단기 기억에서 장기 기억으로 정보를 전송한다.
- 인출: 장기 기억에서 단기 기억으로 정보를 다시 가져온다.
- 지각: 처리된 정보를 사용하여 환경을 해석한다.
- 재부호화: 작업 중인 정보를 재그룹화하거나 구성하는 과정으로, 청킹이 대표적인 방법이다.[4]
- '''실행적 인지'''는 정보를 처리하는 방식을 인식하는 것으로, 자신의 강점과 약점을 아는 것이다. 메타인지와 유사하다.
2. 1. 인간의 정보 처리 시스템
정보처리이론은 인간의 인지 과정과 컴퓨터의 정보 처리 과정을 비교하여 설명한다. 이 이론에서는 뇌와 신경계를 하드웨어, 문제 해결을 위한 계획이나 책략 등을 소프트웨어로 비유한다.[15][16]인간의 정보 처리 시스템은 컴퓨터의 정보처리 과정인 '입력장치-연산 장치 및 기억장치-출력장치'와 유사하게 작동한다. 인간은 감각을 통해 정보를 입력받고, 이 정보는 단기 기억으로 이동한다. 단기 기억 또는 작동 기억에서 정보는 주변 환경에 대처하는 데 사용되며, 이후 장기 기억으로 저장된다. 필요할 때 중앙 집행 기능을 통해 정보를 검색할 수 있는데, 이는 의식적인 마음으로 이해될 수 있다. 중앙 집행 기능은 장기 기억에서 작동 기억으로 정보를 다시 가져와 사용하며, 이는 컴퓨터가 정보를 처리하는 방식과 유사하다. 컴퓨터가 출력을 제공하는 것처럼, 인간도 행동이나 행위를 통해 정보를 출력한다.[2]
3. 정보처리의 과정
정보처리 과정은 컴퓨터의 정보처리 과정인 '입력장치-연산 장치 및 기억장치-출력장치'와 유사하게, 인간의 인지능력 및 학습능력을 설명하는 이론에서 출발하였다.[15][16]
정보처리는 컴퓨터에 비유될 수 있지만, 설명해야 할 것이 훨씬 더 많다. 정보 처리에는 정보 저장소, 인지 과정, 그리고 실행적 인지가 주요 구성 요소이다.[3]
'''인지 과정'''은 인간이 서로 다른 기억 저장소 간에 정보를 전달하는 방식이다. 정보를 전송하는 데 사용되는 몇 가지 주요 과정은 부호화, 인출 및 지각이다. 지각은 처리된 정보를 사용하여 환경을 해석하는 것이다.
'''실행적 인지'''는 사람이 정보를 처리하는 방식을 인식한다는 생각이다. 그들은 자신의 강점과 약점을 알고 있다. 이 개념은 메타인지와 유사하다. 의식은 정보 처리 이론의 과정에 대한 통제력을 가지고 있다.
정보처리의 과정은 크게 부호화, 저장, 인출의 세 단계로 이루어진다.
- '''부호화(encoding):''' 정보를 나중에 필요할 때에 잘 기억해낼 수 있는 형태로 기록하는 과정이다.
- '''저장(storage):''' 정보를 기억 속에 쌓아두는 과정이다.
- '''인출(retrieval):''' 저장된 정보를 필요한 때에 꺼내는 과정이다.
3. 1. 부호화 (Encoding)
부호화는 장기 기억의 정보를 단기 기억의 항목과 연관시킴으로써 정보를 단기 기억에서 장기 기억으로 전송하는 과정이다.[3] 정보를 나중에 필요할 때에 잘 기억해낼 수 있는 형태로 기록하는 과정이라고 할 수 있다. 이것은 암기 기술을 통해 수행될 수 있다. 조지 아미티지 밀러가 권장하는 또 다른 유용한 기술은 재부호화인데, 마음이 작업하는 정보를 재그룹화하거나 구성하는 과정이다. 재부호화의 성공적인 방법은 청킹이다.[4] 청킹은 정보 조각을 함께 그룹화하는 데 사용된다. 정보의 각 단위는 덩어리로 간주되며, 이는 하나 또는 여러 단어일 수 있다.[6] 이것은 전화번호를 외울 때 일반적으로 사용된다.3. 2. 저장 (Storage)
저장(storage)은 정보를 기억 속에 쌓아두는 과정이다.[3] 정보 저장소는 정보가 마음에 저장될 수 있는 여러 다른 장소이다. 정보는 감각 기억에 잠시 저장된 후, 단기 기억으로 옮겨져 일시적으로 조직된다. 단기 기억의 정보는 7±2개 정도만 담을 수 있으며, 15~20초 동안만 저장된다.[4] 단기 기억에 저장된 정보는 장기 기억 저장소로 옮겨질 수 있다.
애킨슨-쉬프린 기억 모형은 1968년 리처드 C. 앳킨슨과 리처드 쉬프린이 제안한 모형으로, 인간의 기억이 감각 기억, 단기 기억, 장기 기억의 세 가지 하위 섹션으로 나뉠 수 있음을 보여준다.[9]
3. 2. 1. 감각 기억
감각 기억은 우리가 보고, 듣고, 냄새 맡고, 맛보고, 만지는 것 등의 감각을 통해 들어오는 모든 것을 매우 짧은 시간 동안 기억하는 것이다.[3] 감각 기억은 촉각, 청각, 시각 정보를 포함하여 마음이 감각을 통해 받는 정보를 유지하는 역할을 한다. 예를 들어, 누군가가 새가 지저귀는 소리를 들으면, 그 정보가 짧은 시간 동안 감각 기억에 저장되기 때문에 그것이 새라는 것을 알 수 있다.3. 2. 2. 단기 기억 (작업 기억)
조지 아미티지 밀러는 단기 기억의 용량이 7±2개의 항목이라고 주장했다.[4] 단기 기억 속 정보는 15~20초 동안만 유지된다.[3] 전화번호를 기억하여 전화를 거는 경우처럼 짧은 시간 동안만 필요한 정보를 유지하는 것이 단기 기억이다.[9]앨런 배들리와 그레이엄 히치는 1974년에 작업 기억 모델을 제시했다.[10] 이들은 중앙 집행기, 음운 루프, 시공간 스케치 패드를 통해 기억을 설명했다. 앨런 배들리는 이후에 일화적 완충기(에피소드 버퍼)를 모델에 추가했다.[8]
- 중앙 집행기: 앨런 배들리와 그래함 히치가 개발한 배들리의 작업 기억 모델의 구성 요소이다.
- 음운 루프: 중앙 집행기와 연결되어 작동하며, 청각 정보를 저장한다. 음운 루프는 음운 저장소와 조음 반복 과정의 두 가지 하위 구성 요소로 나뉜다. 음운 저장소는 청각 정보를 짧은 시간 동안 저장하고, 조음 반복 과정은 반복을 통해 저장소의 정보를 더 오래 유지한다.[11]
- 일화적 완충기(에피소드 버퍼): 배들리가 나중에 추가한 네 번째 요소이다. 정보를 보유하여 저장 용량을 늘릴 수 있다고 제안되었다. 일화적 완충기는 지각, 단기 기억, 장기 기억 간에 정보를 전달한다고도 한다. 비교적 새로운 개념으로, 여전히 연구가 진행 중이다.[10]
3. 2. 3. 장기 기억
정보는 큰 용량을 가지고, 오랜 시간 동안 보관할 수 있다.[2] 장기 기억에 저장되는 정보에는 제한이 없으며, 수년 동안 유지될 수 있다. 장기 기억은 의미 기억, 일화 기억, 절차 기억으로 나눌 수 있다.[3] 의미 기억은 평생 동안 배우거나 얻은 사실이나 정보로 구성된다. 일화 기억은 개인의 경험이나 사람의 삶에서 일어난 실제 사건에 관한 것이다.[5] 절차 기억은 자전거 타기와 같이 배우는 절차나 과정으로 구성된다. 이들 각각은 장기 기억의 하위 범주이다. 장기 기억은 무제한의 저장 공간을 가지고 있으며, 태어난 시점부터의 기억이 저장될 수 있다. 개인의 이전 경험에서 일어났던 사건을 기억해야 할 때 사용된다.3. 3. 인출 (Retrieval)
저장된 정보를 필요한 때에 꺼내는 과정이다. 다양한 회상 기술을 통해 인출할 수 있다. 인출은 장기 기억에서 단기 기억으로 정보를 다시 가져오는 데 사용된다.[4]4. 기억의 발달
기억 용량, 기억 전략, 상위 기억, 지식 기반 등이 발달하면서 기억 능력이 향상된다. 정보를 저장할 수 있는 공간이 증가하고, 정보를 장기기억 속에 저장하고 필요할 때 쉽게 꺼낼 수 있도록 돕는 의도적인 활동인 기억 전략은 아동기에 크게 발달한다. 또한 기억과 기억 과정에 대한 지식인 상위기억이 발달하며, 다양한 경험과 학습을 통해 지식 기반이 확장되면서 기억 능력이 향상된다.[1][3]
조지 아미티지 밀러는 인지 심리학 분야의 창시자 중 한 명으로, 정보처리이론에 큰 영향을 미쳤다. 그는 작업 기억 용량에 대해 연구했으며, 사람들이 최대 7개에서 2개를 뺀 항목까지만 기억할 수 있다는 것을 발견했다. 또한 단기 기억을 최대한 활용하는 방법을 설명하며 청킹이라는 용어를 만들었다.[7]
리처드 C. 앳킨슨과 리처드 시프린은 1968년에 기억의 다단계 이론을 제안했다. 이들은 정보가 처리 시스템에 의해 수신되는 순간부터 완전히 저장되기 위해 감각 기억, 단기 기억, 장기기억의 단계를 거친다고 설명했다.[7]
1974년 앨런 배들리와 그레이엄 히치는 중앙 집행부, 음운 루프, 시공간 스케치 패드를 통해 기억에 대한 이해를 심화시켰다. 배들리는 이후 에피소드 버퍼를 추가하여 자신의 모델을 업데이트했다.[8]
4. 1. 기억 용량의 증가
정보를 저장할 수 있는 공간이 증가하는 것이다.[1]4. 2. 기억 전략의 발달
기억전략은 정보를 장기기억 속에 저장하고 그 정보가 필요할 때 인출이 용이하도록 해주는 의도적인 활동으로, 아동기가 되면 크게 발달한다.[3]4. 3. 상위 기억의 발달
상위기억은 기억과 기억 과정에 대한 지식을 말한다.[1]4. 4. 지식 기반의 확대
다양한 경험과 학습을 통해 지식 기반이 확장된다.5. 인지 과정
지각, 인식, 상상, 기억, 사고, 판단, 추론, 문제 해결, 개념화, 계획 등 다양한 인지 과정이 정보 처리에 관여한다.[3] 이러한 인지 과정은 인간의 언어, 사고, 심상, 상징에서 나타날 수 있다.
인지 심리학자들은 언어 습득, 마음과 의식의 변화된 상태, 시각적 지각, 청각적 지각, 단기 기억, 장기 기억, 저장, 검색, 사고에 대한 지각 등도 연구한다.[3]
인지 과정은 감각, 사고, 경험을 통해 나타난다. 첫 번째 단계는 주의를 기울임으로써 유발되며, 이는 주어진 정보의 처리를 가능하게 한다. 인지 처리는 학습 없이는 발생할 수 없으며, 정보를 완전히 파악하기 위해 서로 협력한다.[3]
6. 정보처리이론과 본성 대 양육 논쟁
정보처리이론은 사람들이 어떻게 영향을 받는지에 대한 본성 대 양육 논쟁에서, 본성(유전)과 양육(환경)의 영향을 모두 고려한다.[12] 본성 관점은 유전자에 의해 영향을 받는다는 생각에 기반하며, 여기에는 신체적 특성과 성격이 포함된다. 반면에, 양육은 환경과 경험에 의해 영향을 받는다는 생각에 기반한다. 즉, 어떻게 자랐는지, 어떤 환경에서 자랐는지, 그리고 어린 시절의 경험에 따라 현재의 모습이 되었다고 믿는다.
정보처리이론은 인간을 정보를 적극적으로 입력, 검색, 처리 및 저장하는 존재로 본다. 맥락, 사회적 내용, 그리고 처리에 대한 사회적 영향은 정보로 간주된다. 본성은 인지 처리의 하드웨어를 제공하며, 정보처리이론은 해당 하드웨어를 기반으로 인지 기능을 설명한다. 개인은 기억 폭과 같은 일부 인지 능력에서 선천적으로 차이가 있지만, 인간의 인지 시스템은 정보를 저장하는 일련의 기억 저장소와 정보 처리 방식을 결정하는 제어 프로세스를 기반으로 유사하게 기능한다. 양육 요소는 행동과 학습의 결과를 가져오는 정보 입력(자극)을 제공한다. 장기기억 저장소(지식)의 내용 변화는 학습이다. 사전 지식은 미래의 처리에 영향을 미치며, 따라서 미래의 행동과 학습에 영향을 미친다.
7. 정보처리이론의 발전과 응용
정보처리이론은 인간의 사고와 학습 모델로서, 학습의 인지적 관점 부활에 기여했다. 인지적 관점은 인간의 학습과 행동에 영향을 미치는 복잡한 정신 상태를 과학적으로 연구할 수 있다고 주장한다. 정보를 처리하는 컴퓨터는 처리 과정에 영향을 미치는 내부 상태를 가지는데, 이는 연구자들에게 인간의 사고와 학습을 정보 처리로 이해하는 단서를 제공하는 모델이 되었다. 결과적으로, 정보 처리 모델은 직접 관찰할 수 없는 정신 과정(mental processes)을 과학 연구 영역으로 확립하는 데 기여했다.[14]
인지 심리학자 Kahnemen과 Grabe는 학습자가 정보처리 과정을 어느 정도 통제한다고 언급했다. 선택적 주의는 특정 정보를 선택하고 처리하는 동시에 다른 정보는 무시하는 능력으로, 다음 요인에 의해 영향을 받는다.
- 처리되는 정보가 개인에게 갖는 의미
- 자극의 복잡성 (배경 지식에 따라 달라짐)
- 주의력 조절 능력 (나이, 과잉 행동 등에 따라 달라짐)
이분 청취 실험에서, 작업 기억력이 높은 개인이 관련 없는 정보를 더 잘 걸러낼 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 실험 참가자에게 각 귀에 다른 오디오 트랙을 들려주고 한 트랙에만 주의를 기울이도록 했을 때, 작업 기억 용량과 다른 오디오 트랙의 정보를 걸러내는 능력 사이에 유의미한 상관관계가 나타났다.[14]
7. 1. 인공지능과의 관계
정보처리이론은 약한 인공지능인 전문가 시스템이 실생활에서 대중화됨에 따라 인공지능(AI)과의 상호 영향을 주는 컴퓨터공학과의 인접 학문으로서 심리학의 새로운 접근이 이루어지고 있다.[15][16]정보처리 이론은 현재 컴퓨터 또는 인공지능 연구에 사용되고 있다. 이 이론은 가족 및 비즈니스 조직을 포함하여 개인을 넘어선 시스템에도 적용되었다. 예를 들어, Ariel (1987)은 정보처리 이론을 가족 시스템에 적용하여, 자극의 감지, 주의, 인코딩이 개인 또는 가족 시스템 내에서 발생하도록 했다.[13] 기존의 시스템 이론에서는 가족 시스템이 정적 상태를 유지하고 시스템 규칙을 위반하는 외부 자극에 저항하는 경향을 보이지만, 정보처리 가족은 정보에 주의를 기울이고 처리하는 방식에 영향을 미치는 개별적이고 상호적인 스키마를 개발한다. 기능 장애는 개인 수준뿐만 아니라 가족 시스템 내에서도 발생하여 치료적 변화의 더 많은 대상을 만든다. Rogers, P. R. et al. (1999)은 정보처리 이론을 사용하여 비즈니스 조직 행동을 설명하고, 효과적이고 비효과적인 비즈니스 전략이 어떻게 개발되는지 설명하는 모델을 제시했다. 그들의 연구에서 시장 정보를 "감지"하는 조직 구성 요소, 조직이 이 정보에 어떻게 주의를 기울이는지, 어떤 게이트키퍼가 조직에 관련/중요한 정보를 결정하는지, 이것이 기존 문화(조직적 스키마)로 어떻게 조직되는지, 그리고 조직이 장기적인 전략을 위한 효과적이거나 비효과적인 프로세스를 가지고 있는지 여부를 파악했다.
8. 정보처리이론의 교육적 시사점
정보처리이론은 효과적인 학습 방법을 제시한다. 다음은 정보처리이론을 교실 수업에 적용하는 구체적인 사례이다.
| 방법 | 사례 |
|---|---|
| 암기술 사용 | 수학에서 연산 순서를 가르칠 때 "Please excuse my dear Aunt Sally"라는 암기술을 사용하여 여섯 단계를 나타낸다. |
| 다양한 교수 스타일과 도구 사용 | 사회 수업에서 르완다 학살에 대한 수업을 할 때, 그림을 사용하여 해당 주제에 대해 강의하고, 영화 호텔 르완다를 시청하고, 주제와 영화에 대해 토론한다. |
| 짝 활동 | 추상적인 수업을 가르칠 때, 학생들을 짝으로 묶어 각 학생이 파트너에게 배운 내용을 가르치게 하여 정보를 장기 기억 속에 더 깊이 각인시킨다. |
| 내용 분할 | 복잡한 수학 방정식을 가르칠 때, 학생들에게 예시를 단계별로 설명한다. 각 단계 후에 질문을 받아 모든 사람이 이해했는지 확인한다. |
| 사전 지식 평가 | 각 시험 후에 다음 장에 대한 사전 시험을 실시하여 학생들이 얼마나 많은 사전 지식을 가지고 있는지 파악한다. |
| 피드백 제공 | 채점된 시험지를 돌려줄 때, 각 시험지에 긍정적이고 부정적인 의견을 모두 포함시킨다. 이는 학생들이 미래의 학습을 개선하도록 돕고, 학업에 대한 동기를 유지하도록 돕는다. |
| 실제 상황과의 연결 | 산업 혁명에 대한 수업을 가르칠 때, 자신의 도시와 해당 시대 때문에 존재하는 건물이나 지역과 연결한다. |
| 과잉 학습 | 교실에서 복습을 위해 트리비얼 퍼슈트 및 제퍼디!와 같은 게임을 하여 추가 학습을 장려한다. |
참조
[1]
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[2]
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[3]
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간행물
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Citation
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Working Memory Capacity as Executive Attention
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문서
Atkinson and Shiffrin 1968
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selective attention and encoding (Fantz 1970)
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