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Impact of 2D and 3D Digital Storytelling within Interactive Simulation Environments on Mathematics Achievement and Geometry Skills of Students with Learning Difficulties

오만의 학습 장애를 가진 5학년 여학생 40명을 대상으로 한 이 준실험 연구는 상호작용형 시뮬레이션 내에서의 2D 및 3D 디지털 스토리텔링이 모두 수학 성취도와 기하학 기술을 향상시키지만, 3D 방식이 큰 효과 크기와 함께 유의미하게 더 높은 학업 성취도를 나타낸다는 것을 보여준다.

원저자: Zeyana Al-Hinai, Sami Al-Mazroui

게시일 2026-09-03

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CC BY 4.0

원저자: Zeyana Al-Hinai, Sami Al-Mazroui

원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. ✨ 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기

많은 학생들에게 수학은 추상적인 기호의 연속이 아니라, 탐색이 불가능해 보이는 도형과 공간의 풍경입니다. 이는 특히 학습 장애가 있는 학생들에게 두드러지는데, 이들은 도형의 변의 개수나 패턴의 대칭성과 같은 사물의 특성을 시각화하는 데 종종 어려움을 겪습니다. 최근 몇 년 동안 교육자들은 이러한 격차를 메우기 위해 디지털 도구에 주목해 왔으며, 상호작용적인 이야기가 이러한 추상적인 개념을 실체적인 것으로 만들 수 있기를 기대해 왔습니다. 이 디지털 영역에서는 두 가지 주요 접근 방식이 등장했습니다. 하나는 전통적인 만화처럼 화면 위에서 펼쳐지는 평면적인 2차원 이야기이고, 다른 하나는 학습자가 가상 세계 내부를 이동하며 탐험할 수 있는 3차원 이야기입니다. 두 방법 모두 서사와 상호작용을 통해 정신을 몰입시키는 것을 목표로 하지만, 기하학을 특히 어려워하는 학생들에게 3차원 환경이 제공하는 깊이의 추가가 더 단순하고 평평한 버전보다 진정한 이점을 제공하는지는 여전히 불분명한 상태였습니다.

오만의 아랍 오픈 대학교(Arab Open University)에 있는 한 연구팀은 이 질문에 답하기 위해 수학 학습 장애가 있는 것으로 식별된 5학년 여학생 그룹을 관찰하며 연구를 시작했습니다. 연구진은 학생들이 인터랙티브 시뮬레이션을 통해 기하학을 탐구할 수 있는 특화된 학습 환경을 조성했습니다. 이 설정에서 학생들은 단순히 비디오를 시청하는 것이 아니라, 디지털 이야기 속에서 결정을 내리고 자신의 행동에 따른 결과를 확인할 수 있는 능동적인 참여자였습니다. 연구는 40명의 참가자를 두 개의 동일한 집단으로 나누었습니다. 한 집단은 실제 세계의 깊이를 모방한 공간에서 가상 객체와 상호작용할 수 있는 3차원 디지털 이야기를 통해 기하학 수업을 경험했습니다. 다른 집단은 동일한 서사와 개념을 전달하지만 몰입형 공간 요소가 없는 평평한 화면을 통해 동일한 내용을 학습하는 2차원 디지털 이야기를 경험했습니다.

실험 결과는 두 집단 모두에게 명확하고 고무적이었습니다. 수업 전후로 학생들을 테스트했을 때, 두 집단 모두 기하학 단원에 대한 이해도가 통계적으로 유의미하게 향상되었습니다. 3차원 이야기를 사용한 학생들의 점수는 평균 8.90점에서 14.00점으로 상승한 반면, 2차원 집단의 학생들은 8.60점에서 11.95점으로 향상되었습니다. 이는 두 방법 모두 이러한 학생들이 어려운 수학적 개념을 파악하도록 돕는 데 효과적인 도구임을 확인시켜 주었습니다. 그러나 연구진이 두 집단을 직접 비교했을 때 뚜렷한 차이가 나타났습니다. 3차원 이야기를 통해 학습한 학생들이 평면 화면 집단의 동료들보다 더 높은 점수를 기록했는데, 이는 더 현실적이고 공간적인 환경에서 자료와 상호작용하는 능력이 학업 성취도를 높이는 데 더 강력한 추진력을 제공했음을 시사합니다.

연구는 또한 학생들이 단순히 시험 문제에 답하는 것을 넘어, 배운 기술을 실제로 얼마나 잘 수행할 수 있는지도 살펴보았습니다. 연구진은 학생들이 기하학 과제를 수행하는 과정을 관찰하며, 도형을 식별하고 그 특성을 이해하는 능력을 점검했습니다. 두 집단 모두 이러한 실질적인 기술에서 놀라운 성장을 보였으며, 연구 시작 시점부터 종료 시점까지 수행 수준이 크게 높아졌습니다. 흥고하게도, 연구진이 두 집단의 최종 기술 수준을 비교했을 때 두 집단 사이에 통계적 차이는 발견되지 않았습니다. 이는 3차원 방식이 학생들이 시험에서 더 높은 점수를 받도록 돕기는 했지만, 평면적인 방식과 몰입형 방식 모두 학생들이 기하학의 실제적인 실무 기술을 습득하는 데 똑같이 성공적이었음을 의미합니다.

이러한 결과는 디지털 스토리텔링을 인터랙티브 시뮬레이션에 통합하는 것이 학습 장애가 있는 학생들을 지원하는 강력한 전략임을 시사합니다. 3차원 방식은 학생들이 복잡한 도형에 대한 더 명확한 정신적 이미지를 구축하도록 도움으로써, 학생들이 더 높은 시험 점수를 얻는 데 구체적인 이점을 제공하는 것으로 보입니다. 그러나 2차원 방식 또한 실무 기술을 가르치는 데 있어 똑같이 효과적이었다는 사실은, 더 단순한 디지털 도구조차도 엄청난 차이를 만들어낼 수 있음을 보여줍니다. 교육자들에게 이는 디지털 수업에 깊이와 현실감을 더하는 것이 매우 유익할 수 있지만, 그 수업이 만드는 세계가 평면이든 입체이든 상관없이 학습을 진정으로 이끄는 핵심 요소는 바로 매력적이고 상호작용적인 이야기라는 것을 의미합니다.

기술 요약: 학습 장애 학생의 수학 성취도 및 기하학적 기술에 미치는 상호작용형 시뮬레이션 환경 내 2D 및 3D 디지털 스토리텔링의 영향

문제 제기
교육 분야에서 디지털 기술의 통합이 급격히 진행되고 있음에도 불구하고, 상호작용형 시뮬레이션 환경 내에 내장된 2차원(2D) 대 3차원(3D) 디지털 스토리텔링의 효과를 비교하는 실증적 연구는 부족한 실정이다. 이러한 격차는 특히 기초 교육 수학 맥락에서의 학습 장애 학생들을 대상으로 할 때 더욱 두드러진다. 기존 문헌은 주로 일반적인 디지털 스토리텔링의 영향이나 전통적 방식과 디지털 방식 간의 비교에 집중하며, 시각적 차원성(2D 대 3D)이 개념적 이해와 기술 습득에 기여하는 구체적인 정도를 분리하여 고찰하지 않는다. 또한, 추상적인 기하학적 개념, 공간 추론, 수학적 연산에 어려움을 겪는 오만의 여성 학생이라는 특정 인구 집단에 이들이 어떻게 지원될 수 있는지에 대한 관심도 제한적이었다.

연구 방법론
본 연구는 두 가지 교수법이 수학 성취도와 기하학적 기술에 미치는 영향을 조사하기 위해 준실험 설계(quasi-experimental design)를 채택하였다.

참가자: 표본은 오만 무스카트 주에 위치한 학교의 수학 학습 장애를 가진 5학년 여학생 40명으로 구성되었다. 참가자들은 두 개의 동일한 실험 집단(각 집단당 n=20)으로 나누어졌다.
중재(Intervention): 두 집단 모두 오만 그레이드 5 캠브리지 과학 및 수학 커리큘럼을 기반으로 Articulate Storyline을 사용하여 개발된 상호작용형 시뮬레이션 환경을 활용하였다.
- 집단 1 (3D): 시뮬레이션 내의 3차원 디지털 스토리텔링을 통해 교육을 받았다.
- 집단 2 (2D): 동일한 시뮬레이션 환경 내에서 대응하는 2차원 디지털 스토리텔링을 통해 교육을 받았다.
도구:
- 성취도 검사: 기하학 단원과 관련된 과학적 지식을 평가하는 20문항의 테스트 (Cronbach's α = 0.69).
- 관찰 체크리스트: 3점 척도(낮음, 보통, 우수)로 평가되는 수행 기반 기하학 기술 습득을 측정하기 위한 도구. 신뢰도 계수는 사전 및 사후 적용 전반에 걸쳐 0.71에서 0.85 사이였다.
절차: 두 집단에 사전 검사를 실시한 후, 교수 중재를 진행하였다. 이후 성취도와 기술의 변화를 측정하기 위해 사후 검사를 실시하였다.
멀티미디어 학습의 효과를 측정하기 위해 데이터는 SPSS를 사용하여 분석되었다. 기술 통계(평균, 표준편차)가 계산되었다. 집단 내 사전 및 사후 점수를 비교하기 위해 대응 표본 t-검정(paired-samples t-tests)이 사용되었다. 두 집단 간의 사후 점수를 비교하기 위해 독립 표본 t-검정(independent samples t-tests)이 사용되었다. 효과 크기는 Cohen(1988)의 기준에 따라 에타 제곱( $\eta^2$ )을 사용하여 계산 및 해석되었다.

주요 결과

집단 내 개선 사항: 두 집단 모두 사전 검사 대비 사후 검사에서 수학 성취도와 기하학적 기술 측면에서 통계적으로 유의미한 향상을 보였다 ( $p \le 0.05$ $p \leq 0.05$ ).
- 3D 집단: 성취도 평균은 8.90에서 14.00으로 증가하였고 ( $\eta^2 = 0.93$ ), 기하학적 기술 평균은 1.21에서 2.28로 증가하였다 ( $\eta^2 = 0.96$ ).
- 2D 집단: 성취도 평균은 8.60에서 11.95로 증가하였고 ( $\eta^2 = 0.93$ ), 기하학적 기술 평균은 1.15에서 2.26으로 증가하였다 ( $\eta^2 = 0.99$ ).
집단 간 비교 (성취도): 두 집단 간의 사후 수학 성취도 점수에서 3D 집단( $M=14.00$ )이 2D 집단( $M=11.95$ )보다 높은 통계적으로 유의미한 차이가 발견되었으며, 큰 효과 크기를 나타냈다 ( $\eta^2 = 0.67$ ).
집단 간 비교 (기술): 기하학적 기술에 대한 사후 관찰 평가에서 두 집단 간의 통계적으로 유의미한 차이는 발견되지 않았다 ( $p = 0.824$ ). 두 집단 모두 유사한 수준의 실무 기술 숙달도를 달성하였다 ( $M_{3D}=2.28$ vs. $M_{2D}=2.26$ ).

주요 기여

비교 효능: 본 연구는 상호작용형 시뮬레이션 내의 2D 및 3D 디지털 스토리텔링이 학습 장애 학생들에게 모두 효과적이지만, 3D 양식이 전체적인 수학 성취도 측면에서 유의미하게 더 높은 이득을 제공한다는 실증적 근점을 제공한다.
기술과 성취도의 구분: 본 연구는 3D 스토리텔링이 학업 성적에서는 2D보다 우수했으나, 두 양식 모두 관찰 체크리스트로 측정된 실무 기하학 기술 발달에는 동등한 결과를 가져왔다는 미묘한 발견을 강조한다.
맥락적 적용: 본 연구는 상호작용형 시뮬레이션을 오만의 교육적 맥락에 성공적으로 적용하였으며, 기하학적 학습 과제에 지역 문화 요소(예: 전통 건축물)를 통합하여 포용적 교육을 위한 오만의 비전 2040과 정렬하였다.

의의 및 주장
저자들은 상호작용형 시뮬레이션 환경 내에 디지털 스토리텔링을 통합하는 것이 학습 장애 학생들의 수학 학습을 지원하는 데 매우 효과적인 교수 전략이라고 주장한다. 연구의 결론은 다음과 같다:

성취도에서의 3D 우위: 3차원 디지털 스토리텔링은 추상적인 기하학적 개념을 위한 정신적 모델 구축을 용이하게 하는 풍부한 시각적 및 지각적 경험 덕분에 학업 성취도를 높이는 데 뚜렷한 이점을 제공한다. 이는 멀티미디어 학습의 인지 이론과 일치한다.
기술 발달의 동등성: 2D와 3D 접근 방식 모두 실무 기하학 기술을 개발하는 데 동등하게 효과적이며, 이는 차원성과 관계없이 상호작용적 서사 구조 자체가 기술 습득의 주요 동력임을 시사한다.
교육적 권고: 본 연구는 수학 수업에 두 방식 모두를 도입할 것을 권장하되, 추가적인 이점을 고려하여 3차원 디지털 스토리텔링을 우선시할 것을 권고한다. 또한, 2D 스토리텔링이 복잡한 3D 형식으로 넘어가기 전 학습자들에게 단순화되고 구조화된 콘텐츠를 제공하는 데 유용한 도구로 남아있음을 시사한다.

저자들은 3D가 성취도 면에서 우수한 결과를 보였음에도 불구하고, 기술 관찰에서의 유의미한 차이 부재는 두 양식 모두 이 특정 학습자 집단에게 실행 가능한 효과적인 도구임을 시사한다는 점에서 신중한 입장을 유지한다. 본 연구는 모든 맥락에서 2D보다 3D가 우월하다고 주장하는 것이 아니라, 오만의 5학년 여성 학습 장애 학생들의 시험 기반 성취도를 높이는 데 있어 3D의 구체적인 효능을 강조한다.

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