수학 문제를 아무리 연습해도 좀처럼 실력이 늘지 않는 아이들이 있다. 단순히 숫자에 약하거나 계산을 못해서일까. 수학에 지속적으로 어려움을 겪는 아이들은 문제를 푸는 방법을 선택하고 바꾸는 능력이 다르다는 사실이 밝혀졌다.
미국 스탠퍼드대학교 올리버 라스닉 연구진은 발달성 계산장애(developmental dyscalculia)가 있는 아동의 문제 해결 방식과 뇌 활동을 분석한 결과, 이같이 나타났다고 국제학술지 《신경과학저널(Journal of Neuroscience, JNeurosci)》에 발표했다.
발달성 계산장애는 숫자를 이해하거나 계산하고 수학 문제를 해결하는 데 지속적인 어려움을 겪는 신경발달장애다. 단순히 수학 성적이 낮거나 공부가 부족해서 나타나는 현상과는 다르다.
연구진은 이러한 어려움이 단순한 계산 능력의 부족뿐 아니라 문제풀이 전략을 선택하고 조정하는 인지 기능과도 관련이 있는지 살펴봤다.
연구진은 8~10세 아동 68명을 대상으로 수학 문제를 해결하는 과정에서 어떤 전략을 사용하는지 조사했다. 문제의 난이도가 달라졌을 때 풀이 방법을 얼마나 효과적으로 바꾸는지, 시간이 지나면서 더 적절한 전략을 선택하는 능력이 향상되는지도 분석했다. 아울러 이러한 행동이 뇌 활동과 어떤 관련이 있는지 확인했다.
분석 결과, 발달성 계산장애가 있는 아동은 그렇지 않은 아동보다 다양한 문제풀이 전략을 활용하는 능력이 떨어졌다. 한 가지 방법에서 다른 방법으로 전환하는 데 더 오랜 시간이 걸렸고, 문제의 난이도가 달라져도 풀이 방식을 적절하게 조정하지 못했다.
문제풀이 전략을 개선하는 능력에서도 차이가 나타났다. 일반 아동은 시간이 지나면서 문제에 적합한 풀이 방법을 더 효과적으로 선택했지만, 발달성 계산장애가 있는 아동은 같은 수준의 향상을 보이지 않았다.
이는 수학을 어려워하는 원인이 계산 능력에만 있는 것은 아니라는 점을 보여준다. 문제를 어떻게 풀어야 할지 판단하고, 기존 방법이 효과적이지 않을 때 다른 방법을 선택하는 과정에서도 어려움이 나타날 수 있다는 의미다.
뇌 활동에서도 뚜렷한 차이가 확인됐다. 연구진은 발달성 계산장애 아동과 수학적 전략을 능숙하게 활용하는 아동 사이에서 특정 뇌 영역들의 활동 패턴이 다르게 나타난다는 사실을 발견했다. 이러한 뇌 활동 패턴은 아이들이 숫자를 얼마나 효율적으로 세는지, 문제풀이 전략을 얼마나 잘 전환하는지 예측하는 데도 활용할 수 있었다.
연구진은 이번 결과가 주의력과 기억력, 인지적 유연성 등 '실행기능(executive functions)'의 중요성을 보여준다고 설명했다. 실행기능은 정보를 기억하고 주의를 집중하며, 기존 방법이 효과적이지 않을 때 새로운 방법으로 바꾸도록 돕는 인지 능력이다. 수학 문제를 풀 때도 숫자를 기억하고 여러 풀이 방법을 비교하며 적절한 전략을 선택하는 데 관여한다.
연구진은 발달성 계산장애가 모든 아이에게 동일한 원인으로 나타나는 것은 아니라고 분석했다. 여러 인지 기능과 신경학적 과정이 복합적으로 작용하며, 아이마다 어려움을 겪는 영역도 다를 수 있다는 설명이다.
라스닉 연구원은 "이번 연구는 발달성 계산장애에서 나타나는 개인별 차이를 강조한다"며 "이 장애가 여러 인지적·신경학적 과정에 걸친 기능 이상을 반영한다는 사실을 보여준다"고 말했다.
연구진은 이번 연구에서 확인된 뇌 활동의 차이가 발달성 계산장애를 직접 일으킨다고 단정할 수는 없다고 밝혔다. 그러나 수학 학습의 어려움이 단순한 계산 능력 부족을 넘어 문제 해결 전략과 이를 조절하는 뇌 기능에 연결돼 있다는 새로운 근거를 제시했다.
연구진은 아이가 수학 문제의 정답을 맞혔는지만 평가하기보다 어떤 전략으로 문제에 접근하고, 난이도 변화에 어떻게 대응하며, 풀이 방법을 얼마나 유연하게 바꾸는지 살펴볼 필요가 있다고 강조했다. 이러한 접근은 앞으로 발달성 계산장애 아동을 조기에 찾아내고 적절한 학습 지원 방법을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
