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Korean J Child Stud > Volume 45(4); 2024 > Article
기하학적 정보와 특징적 정보를 활용한 5세 유아의 가상공간 표상

Abstract

Objectives

This study investigated how five-year-old children utilized geometric information (e.g., length and angle) and non-geometric, featural information (e.g., color) to represent a virtual space.

Methods

Seventy-eight five-year-old children participated in the study. After exploring the virtual rooms, they were asked to choose a model that accurately represented these rooms and to identify a position in the model that corresponded to the location of an object within the virtual rooms.

Results

First, children’s use of geometric and featural information varied depending on the geometric shape of the virtual space. Second, when geometric and featural information conflicted in representing locations, children identified the positions of objects based on featural information. Third, children who received perspective-shift training performed better in spatial representation tasks requiring geometric information, such as angle.

Conclusion

This study shows that five-year-old children's use of geometric and featural information in representing virtual space is influenced by the shape of the space, with featural information also playing a significant role. The findings support the adaptive combination theory, which posits that children flexibly combine geometric and featural information in spatial representation. Additionally, the study indicates that perspective-shift training, involving a vertical viewpoint, can enhance children's spatial representation abilities.

Introduction

사람은 항상 공간 속에 존재하며, 시각, 신체 움직임 등을 사용해 공간을 탐색하고 이를 통해 공간에 대한 표상을 형성한다. 공간표상이란, 공간이 상징화되고 내재화된 정신적 반영(Piaget & Inhelder, 1956)으로서, 사람이 자신을 둘러싼 3차원 세계를 해석하고 적응하여 살아가는 데 필수적이다(Lim & Lee, 2018). 또한, 최근에는 공간 이해 능력이 과학기술, 디자인, 수학, 지리학 등 다양한 분야에서 중요한 능력으로 여겨지고 있다(H. Lee & Park, 2007; Yoo, 2017). 공간 이해 능력은 물체 간 역학 관계와 법칙을 탐구하는 물리, 물질의 구조와 변화를 다루는 화학, 형상의 구성과 배치에 따른 심미감을 추구하는 디자인에서 유용하며(H. Lee & Park, 2007), 미술, 그래픽 모델링, 지리학 분야에서는 과정적 기술로서 중요하다(K. W. Lee, Hong, Shin, & Jin, 1997; McArthur & Wellner, 1996; Stanic & Owens, 1990). 소위 STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics)분야로 불리는 과학·기술·공학·수학 분야에서의 성공은 공간 능력과 밀접한 관련이 있다(Höffler, 2010; Newcombe, 2017; Uttal & Cohen, 2012; Uttal et al., 2013). 이에 따라 유아기 공간 능력 향상 프로그램을 검증하거나(Y. L. Cheng & Mix, 2014; Ehrlich, Levine, & Goldin-Meadow, 2006) 공간 능력 예측 요인을 규명하는 연구(Casasola, Wei, Suh, Donskoy, & Ransom, 2020; Fox, Elliott, Bachman, Votruba Drzal, & Libertus, 2024; Jirout & Newcombe, 2015; Pruden, Levine, & Huttenlocher, 2011)가 활발히 수행되고 있다.
Montello (1993)에 따르면, 인간이 표상하는 공간은 형상적(figural) 공간, 전망적(vista) 공간, 환경적(environment) 공간, 지리적(geographic) 공간으로 구분된다. 형상적 공간은 사람 체구보다 작으며, 별도의 이동 없이도 특성을 살펴볼 수 있는 공간이다(예: 컴퓨터 화면). 전망적 공간은 사람 체구와 비슷하거나 그보다 큰 공간이지만, 이동 없이 특성을 파악할 수 있는 공간이다(예: 방, 어린이집 교실). 환경적 공간은 사람을 크게 둘러싸고 있는 공간으로, 공간의 특성을 파악하기 위해 일정 정도의 이동이 필요하다(예: 동네, 건물). 마지막으로, 지리적 공간은 가장 큰 규모의 공간으로, 공간 내 이동 경험만으로는 공간에 대한 파악이 불가능해 지도와 같은 상징적 표상을 통해 파악해야 하는 공간이다(예: 아시아 지역). 이 중에서 전망적 공간에 해당하는 방이나 교실은 유아가 하루 동안 긴 시간을 보내며 시각 및 신체 움직임을 통해 탐색하는 친숙한 크기의 공간이다. 유아의 공간표상에 대한 대다수 선행연구가 전망적 공간에 초점을 맞추었다.
선행연구들은 주로 전망적 공간과 그 공간의 표상물(모형, 지도, 그림, 사진 등)을 제시하고 유아가 공간과 표상물 간의 관계를 파악할 수 있는지를 살펴보았다. 구체적 예로, DeLoache, de Mendoza와 Anderson (1999)은 만 3-7세 유아에게 모형 방에 인형을 숨기는 것을 보여준 후, 실제 방에서 대응되는 위치에 숨겨진 인형을 찾도록 했다. 유아의 공간표상 관련 다수의 연구들이 이와 유사한 방식을 사용해 수행되었고(DeLoache, 1987; DeLoache, Kolstad, & Anderson, 1991; Marzolf & DeLoache, 1994; Uttal, Liu, & DeLoache, 2006; Uttal, Schreiber, & DeLoache, 1995; Vasilyeva, 2002; Vasilyeva & Bowers, 2006), 국내에서도 Min과 Yi (2012)가 만 3-4세 유아를 대상으로 모형 또는 지도를 활용하여 공간에서 인형을 찾을 수 있는지 조사한 바 있다.
이러한 연구들은 유아가 전망적 공간 내 위치를 표상할 수 있는지를 알려주지만, 전망적 공간의 전체적 형상을 표상할 수 있는지, 즉 전망적 공간의 전역적(global) 공간표상 능력에 대해서는 명확히 알려주지 못한다. 유아는 공간 내 위치를 찾기 위해 전역적 공간표상을 사용했을 수도 있지만 단지 국소적 공간표상만을 사용했을 수도 있기 때문이다. 유아교육현장에서 전역적 공간 표상물인 지도, 모형 등이 사용되는 만큼, 유아기에 공간의 전체적 형상에 대한 표상이 어느 정도 가능한지를 살펴보는 것은 의미가 있을 것이다. 나아가, 선행연구들은 유아가 전망적 공간과 그 공간의 표상물 사이의 대응 관계를 이해하고 물체 위치를 표상하는지의 성공 여부에 주로 집중하여, 유아가 공간을 ‘어떻게’ 표상하는지에 대해서는 아직 알려지지 않은 부분이 많다. 가령, 유아가 어떠한 정보를 활용하여 공간을 표상하는지는 아직 이론적 논쟁이 존재한다. 따라서, 본 연구에서는 유아의 일상에서 의미있는 공간인 방과 유사한 규모의 전망적 공간에 대해, 유아가 전역적 표상을 할 수 있는지, 즉 공간 전체를 표상할 수 있는지를 알아보고자 한다. 또한, 유아의 공간표상 성공 여부를 넘어 표상의 과정에서 사용되는 정보의 종류를 상세히 살펴보고자 한다.
유아가 공간표상 시 크기, 길이, 각도 등 기하학적 정보(geometric information)와 색상, 무늬, 질감 등 비기하학적이고 특징적인 정보(featural information; K. Cheng, 1986; K. Cheng & Newcombe, 2005)를 어떻게 활용하는지에 관한 대표적 이론으로 기하학적 모듈 이론과 적응적 조합 이론이 있다. 기하학적 모듈 이론(geometric module theory)에 따르면, 인간에게는 기하학적 정보 처리에 특화된 선천적 모듈이 존재한다(Wang & Spelke, 2002). 따라서 아동은 자신을 둘러싼 공간의 전역적인 기하학적 형태(global geometric shape)를 바탕으로 공간을 표상하며, 벽면의 색과 같은 특징적 정보보다 기하학적 정보를 자동으로 부호화한다(K. Cheng & Newcombe, 2005; S. A. Lee & Spelke, 2010).
기하학적 모듈 이론을 지지하는 연구 결과를 살펴보면, Hermer와 Spelke (1994)는 18-24개월 영아가 특징적 정보가 없는 직육면체 모양의 방에서 벽면 길이를 바탕으로 숨겨진 물체의 위치를 찾아냄을 발견하였다. 이는 영아도 공간의 전체적 형상에 대해 부호화할 수 있음을 암시한다. 같은 연구에서, 방의 한쪽 벽면을 색칠한 후 영아가 숨겨진 물체의 위치를 찾아내는지를 살펴본 결과, 색칠된 벽면의 존재는 영아의 수행에 영향을 주지 않았다. 이를 토대로 해당 연구자들은 영아가 기하학적 정보를 효과적으로 처리할 수 있으며, 이에 주로 의존해서 공간에서의 위치를 표상한다고 주장하였다. 또한 Lourenco와 Huttenlocher (2006)는 18-25개월 영아를 이등변 삼각형 형태의 구조물 안에 위치시키고 실험자가 구조물 내 특정 모퉁이에 장난감을 숨기는 것을 지켜보게 했다. 이후 영아의 눈을 가리고 몸을 회전시켜 원래의 방향 감각을 잃게 했다가 장난감의 위치를 찾도록 한 결과, 영아는 물체가 숨겨진 위치를 정확하게 찾아냈다. Li, Hu와 Shao (2022)는 3-5세 유아가 직육면체 혹은 마름모 기둥 형태의 실제 공간을 탐색한 후, 주어진 보기 중에서 탐색 공간과 모양이 같은 모형은 잘 찾았지만, 색칠된 벽면의 위치가 같은 모형은 그보다 찾기 어려워 함을 발견했다. 이러한 결과는 어린 아동이 상대적 길이 및 각도와 같은 공간 내 기하학적 정보를 활용하여 공간을 표상함을 암시한다.
반면, 적응적 조합 이론(adaptive combination theory)에 따르면, 기하학적 정보와 특징적 정보는 결합되어 공간표상에 활용된다(Newcombe & Huttenlocher, 2006). 즉, 공간의 기하학적 형태 위에 놓인 특징적 정보는 기하학적 정보와 함께 하나의 표상에 들어있으며, 아동은 기하학적 정보와 특징적 정보를 동시에 유연하게 사용하여 공간을 표상한다(Newcombe, Ratliff, Shallcross, & Twyman, 2010).
적응적 조합 이론을 지지하는 연구 결과들을 살펴보면, Newcombe 등(2010)은 만 4세 유아에게 벽면의 길이나 각도로는 위치 구분이 불가능한 흰색 원기둥 형태의 공간에서 세 개의 상자 중 물체가 숨겨진 상자를 찾게 하였다. 유아들은 벽에 붉은색 천을 걸어둔 조건에서 물체가 숨겨진 상자를 정확히 찾아냈다. 또한, 벽면이 팔각형 형태인 흰색 방의 한 벽면만 붉은색으로 칠해져 있을 때 3, 5세 유아는 흰색 벽면만으로 이루어진 모퉁이에 물체가 숨겨졌을 때보다 붉은색 벽면으로 이루어진 모퉁이에 물체가 숨겨졌을 때 물체의 위치를 더 잘 찾았다. 즉, 유아가 공간 내 물체의 위치를 표상하는 데 있어서 벽면의 색이라는 특징적 정보를 효과적으로 사용함을 알 수 있다. 또한 Nardini, Atkinson과 Burgess (2008)는 마주 보는 두 벽면의 색이 서로 같은 정육면체 형태의 방에서 모퉁이에 숨겨진 물체를 찾게 한 결과, 18-24개월 영아들이 숨겨진 물체의 정확한 위치 또는 그와 마주 보는 위치에서 물체를 찾는 행동을 보이는 것을 발견하였다. 이는 벽면의 상대적 길이 등의 기하학적 정보를 활용할 수 없는 상황에서 영유아가 벽면의 색이라는 특징적 정보를 효과적 단서로 활용함을 보여준다.
이상의 이론과 연구 결과들을 종합해 볼 때, 유아의 공간표상에서 기하학적 또는 특징적 정보의 활용에 관해 다음과 같은 의문점이 남아있음을 알 수 있다. 첫째, 유아가 3차원의 공간을 표상할 때 기하학적 정보 중 길이와 각도를 동일한 수월성을 가지고 활용하는지를 알 수 없다. 3차원 공간에 대한 인식은 공간 내의 2차원 도형인 바닥, 벽면에 대한 인식과 병행되며(Y. Kim, Choi, & Ko, 2018), 길이와 각도는 공간의 전체적 형상에 영향을 미치는 주요 기하학적 정보이다. 가령, 네 벽면의 형태가 정사각형으로 같더라도 벽면끼리 만나는 모퉁이의 각도가 90도이면 바닥이 정사각형인 정육면체 형태의 방이 되고, 그 외의 각도이면 바닥이 마름모인 마름모 기둥 형태의 방이 된다. 그러나 공간 내에서 공간을 탐색할 때, 모퉁이의 각도 정보를 벽면의 상대적 길이 정보만큼 눈으로 정확히 알기는 어려울 수 있다. 만약 유아가 길이 정보보다 각도 정보를 부호화하는 데 어려움을 겪는다면, 원래의 공간에서 길이 비율을 변경한 모형보다 각도를 변경한 모형을 원래의 공간과 잘 구별하지 못할 것이다. 이에 본 연구에서는 공간에 대한 전역적 표상에서 유아가 길이와 각도라는 기하학적 정보를 서로 다른 정도로 부호화하는지를 알아보고자 한다. 즉, 공간 탐색 후, 공간의 길이 비율을 변경한 모형, 각도를 변경한 모형, 그리고 색칠된 벽면의 위치를 변경한 모형을 공간의 올바른 모형과 나란히 제시하고, 유아가 올바른 모형을 찾아낼 수 있는지를 살펴볼 것이다.
둘째, 유아의 공간표상을 살펴본 선행연구들은 주로 방안에서 특정 물체가 숨겨진 위치를 찾는 과제를 사용해 정보 활용을 살펴보았지만(Gouteux & Spelke, 2001; Learmonth, Newcombe, & Huttenlocher, 2001; Learmonth, Newcombe, Sheridan, & Jones, 2008; Lourenco & Huttenlocher, 2006; Yousif & Lourenco, 2017), 공간 내의 위치 표상 시 기하학적 정보와 특징적 정보가 엇갈리게 제시된 상황에서 유아의 정보 활용을 살펴보지는 않았다. 즉, 위치 찾기 과제에서 기하학적 정보와 특징적 정보에 기반한 위치가 서로 갈등적일 때, 유아가 어느 것에 더 의존하는지는 밝혀지지 않았다. 정보의 갈등이 없을 때는 길이나 각도와 같은 기하학적 정보를 사용하더라도, 정보의 갈등이 있을 때 공간 내 위치를 표상하기 위해서는 근거리에 있는 벽면의 색깔 등의 특징적 정보를 우선적으로 사용할 가능성이 존재한다. 따라서, 본 연구에서는 유아가 공간에 대한 탐색을 한 후, 탐색한 공간 전체의 형상에 대한 전역적 표상과, 탐색 공간 내 특정 위치에 대한 표상을 모두 테스트하고, 위치 표상에서 기하학적 정보와 특징적 정보가 갈등적일 때 어느 정보가 활용되는지를 살펴보고자 한다.
셋째, 공간의 전역적 표상을 향상시킬 수 있는 방안에 대해서는 조사되지 않았다. 하나의 공간에 대해 전체적인 형상을 파악하는 것은 유아에게 어려운 과제일 수 있다. 단순히 방안에서 걷거나 시각으로 탐색하는 과정만으로는 방 바닥의 형태가 직사각형 모양인지 마름모 모양인지 파악하기 쉽지 않을 수 있다. 즉, 공간 내에 있는 관찰자의 정면 시각에서는 방의 두 벽면이 만나는 각도가 직각인지 둔각인지 명확히 판단하기가 어려울 수 있다. 그러나 만약 방을 위에서 수직으로 내려다보는 관점을 경험한다면 방 바닥의 전체적 모양이 직사각형인지 마름모인지를 더 잘 파악할 가능성이 있다. Li 등(2022)이 사용한 과제에서 유아가 모형을 선택하는 단계에서 위에서 아래로 모형을 내려다보는 관점을 취하게 한 것은 바로 이러한 수직 조망의 이점 때문일 수 있다. 즉, 공간의 국소적 표상이 아닌 전역적 표상을 정확히 할 수 있으려면 시각적 조망 수용 능력과 같은 공간 조망 능력이 추가로 요구될 수 있다. 공간 조망 능력(spatial perspective-taking)은 관찰자의 위치에 따라 물체의 모양이 다르게 보인다는 것을 아는 능력과 특정 관찰 위치에서 대상이 어떻게 보이는지를 아는 능력을 포함한다(Flavell, Everett, Croft, & Flavell, 1981; Newcombe, 1989; Piaget & Inhelder, 1956). 공간 조망 능력은 정신적으로 시점을 전환하는 것을 필연적으로 동반하며, 시점에 따라 공간의 형상이 달라짐을 경험하는 것이 공간 조망 능력에 영향을 끼칠 수 있다. 즉, 유아가 동일한 공간을 다른 각도에서 바라보는 경험을 통해 시점에 따라 공간의 형상이 달라짐을 경험하고, 공간 조망 능력이 향상되어 공간표상이 보다 향상될 가능성이 있다. 유아의 전역적 공간표상에 영향을 줄 수 있는 후천적 경험에 관한 연구가 없는 상황에서, 본 연구는 시점전환연습의 효과를 테스트해 보고자 한다.
한편, 현재의 유아들이 살아가는 환경에서는 인간 활동의 영역이 가상의 공간으로 확장되고 있다. 이러한 환경 속에서 유아들이 경험하는 공간의 개념 역시 물리적 제약에서 벗어난 새로운 3차원의 공간으로 점차 확장되고 있다. 유아들은 다양한 매체를 통해 게임, 가상현실, 메타버스 등에 접근이 가능하고, 가상의 공간 속에서 다채로운 경험을 쌓을 수 있다. 실제로 충북교육청에서 2021년 디지털 놀이 기반 환경 구축을 위해 가상현실(Virtual Reality [VR])을 유아교육기관에 지원하는 등 교육·보육기관에서도 새로운 가상현실 기술을 적극적으로 도입하고 있는 추세로(H. Park & Ahn, 2024), 가상의 환경에 대한 유아의 공간적, 시간적 체험이 앞으로 계속 증대될 것으로 보인다. 따라서, 현대의 새로운 삶의 공간이라고 할 수 있는 가상공간을 활용하여 유아의 공간표상을 살펴보는 것이 필요한 시점이라고 볼 수 있다. 공간표상에 대한 대부분의 선행 연구들(Blades & Cooke, 1994; DeLoache, 1987; DeLoache et al., 1991, 1999; Marzolf & DeLoache, 1994; Min & Yi, 2012; Uttal et al., 2006; Vasilyeva, 2002)이 실제 공간과 표상물을 바탕으로 유아의 공간능력의 발달을 살펴보아 온 한편, 확장된 공간의 개념으로서 가상공간을 활용하여 유아의 공간표상에 대해 조사한 연구는 미비한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 가상현실 기술을 활용하여 공간을 구성하고, 유아의 공간표상과 기하학적 정보 및 특징적 정보의 활용을 조사하고자 한다.
이와 같은 선행연구 고찰에 기초하여 설정된 연구문제는 다음과 같다.

연구문제 1

5세 유아는 가상공간의 전체적 형상을 표상할 수 있는가?
1-1. 5세 유아는 직육면체 형태의 가상공간의 전체적 형상(길이 비율, 색칠된 벽면의 위치)을 표상할 수 있는가?
1-2. 5세 유아는 마름모 기둥 형태의 가상공간의 전체적 형상(각도, 색칠된 벽면의 위치)을 표상할 수 있는가?

연구문제 2

5세 유아는 가상공간 내 위치 표상에서 기하학적 정보와 특징적 정보가 갈등적일 때 어느 것에 더 의존하는가?

연구문제 3

5세 유아의 가상공간의 전체적 형상 표상은 시점전환연습에 의해 향상되는가?

Methods

본 조사에 앞서, 제작된 연구자극 및 도구의 적합성과 소요 시간을 확인하기 위해 본 조사에 포함되지 않는 5세 유아 4명을 대상으로 예비조사를 실시하였다. 제작된 연구자극 및 도구의 타당도 확보를 위해 석사학위 이상을 소지한 아동학 전문가 3인으로부터 각각 도구의 적절성 및 절차를 검토받았다. 또한, 예비조사를 바탕으로 연구자의 지시문을 수정하는 과정을 거쳤다. 구체적으로, 유아가 가상공간 탐색을 위한 도구인 구글 카드보드(Google Cardboard)의 사용법에 대한 안내를 들으며 예비 시행을 하는 과정에서, 유아 본인의 정면을 기준으로 정면과 좌우만을 살피는 모습을 보여, 본 조사에서는 구글 카드보드의 사용법을 소개할 때 위, 아래, 앞, 뒤, 양옆을 모두 둘러 볼 수 있음을 설명하는 지시문을 추가하였다. 예비조사에 참여한 유아 중 모형 선택 과제와 위치 선택 과제에서 지시문을 이해하고 과제를 수행하는 데 어려움을 보인 유아는 없었다. 유아 한 명당 과제 수행 시간은 약 15-20분으로 나타났고, 유아들이 본 연구에서 사용된 과제에 흥미를 갖고 참여함을 확인하였다.

연구대상

본 연구는 기하학적 정보와 특징적 정보를 활용한 유아의 가상공간 표상을 살펴보는 것을 목적으로 하였다. 이에 가상현실 기술로 구현한 가상공간을 유아가 직접 탐색하고, 가상공간을 살펴보기 위한 도구를 직접 사용하는 등 디지털 기술과 자율적이지만 정교하게 상호작용할 수 있어야 한다는 점에서 5세 유아를 연구대상으로 선정하였다. 또한 5세 유아는 앞, 옆, 위, 아래 등 사물을 조망하는 각도 및 방위와 관련지어 공간을 인식하는 관점이 발달하고(Piaget & Inhelder, 1956) 수직 조망을 이해할 수 있는(Spencer, Harrison, & Darvizeh, 1980) 연령이어서 연구대상으로 적합하다고 판단하였다.
본 연구는 전라남도 광양시 및 순천시 소재의 어린이집 4곳과 유치원 1곳, 개별 가정의 유아 82명을 대상으로 하였다. 전체 82명의 자료 중 연구 참여를 완료하지 못한 2명, 과제의 집중도가 낮은 2명의 자료를 제외하고 최종적으로 총 78명의 자료를 분석하였다. 참여 유아의 평균 월령은 67.41 (SD = 3.22)개월이었으며, 참여자는 남아 46명, 여아 32명으로 구성되었다.

연구도구

모형 선택 과제

모형 선택 과제는 유아가 가상의 방에 들어가 해당 공간을 탐색한 후, 탐색 공간을 나타내는 모형을 주어진 보기 중에서 고르는 과제이다. 본 연구에서는 Li 등(2022)이 사용한 모형 선택 과제를 수정하여 사용하였으며, 실제 공간 대신 3D 개발 소프트웨어인 Unity를 활용해 구현한 가상공간을 유아가 탐색하게 하였다.
모형 선택 과제에서 사용된 가상공간은 직육면체 형태의 가상의 방과 마름모 기둥(= 바닥 면이 마름모인 사각기둥) 형태의 가상의 방이었다. 본 연구에서는 공간에 대한 전역적 표상에서 유아가 길이와 각도라는 기하학적 정보를 서로 다른 정도로 부호화하는지를 알아보고자 하였기 때문에 이와 같이서로 다른 형태의 공간을 선정하였다. 먼저, 직육면체 방은 벽면 간에 상대적 길이 및 형태의 차이가 존재하지만 벽면이 이루는 각도가 모두 90도인 반면, 마름모 기둥 방은 각 벽면의 길이가 모두 동일하고 벽면들의 형태가 모두 같지만 바닥 면을 이루는 마름모 모양의 내부 각도에 따라 벽면들이 이루는 각도에 차이가 있다. 따라서, 직육면체 방과 마름모 기둥 방은 각각 길이와 각도라는 서로 다른 기하학적 정보에 따라 공간의 전체적인 형상을 구분할 수 있는 공간이라고 할 수 있다.
모형 선택 과제에서 유아는 직육면체(Figure 1) 또는 마름모 기둥 형태(Figure 2)의 가상의 방을 탐색하고 나서, 제시된 두 개의 모형 중에서 자신이 탐색한 가상의 방을 나타내는 모형을 선택하였다. 여기서 주어진 두 모형 중 하나는 가상의 방과 기하학적 정보와 특징적 정보가 모두 일치하는 정답 모형, 다른 하나는 가상의 방과 기하학적 정보 또는 특징적 정보가 불일치하는 오답 모형이었다. 오답 모형은 벽면의 길이 비율 및 각도의 조작을 통해 공간의 전체적 형상(기하학적 정보)을 변경하거나, 공간의 전체적 형상은 유지하되 색칠된 벽면의 위치(특징적 정보와 기하학적 정보의 결합)를 변경한 모형이었다.

위치 선택 과제

위치 선택 과제는 유아가 가상의 공간을 탐색한 후, 가상공간 내에서 한쪽 구석에 있던 물체의 위치를 모형 안의 동일한 위치에 표시하게 하는 과제이다. 유아의 공간 내 위치 표상에서 기하학적 정보와 특징적 정보가 갈등적일 때 유아가 어떠한 정보에 더 의존하는지 살펴보기 위한 과제로, 위치 선택 과제를 위한 가상공간 또한 3D 개발 소프트웨어인 Unity를 활용하여 가상현실로 구현하였다.
모든 유아는 모형 선택 과제에 이어 위치 선택 과제를 수행하였다. 위치 선택 과제에서는 유아가 Figure 3과 같은 사다리꼴 기둥(= 바닥 면이 사다리꼴인 사각기둥) 형태의 가상의 방을 탐색한 후, 주어진 모형 내에서 가상의 방 안에 물체가 있던 곳과 동일한 위치를 고르도록 하였다. 이때, 모형에는 Figure 4와 같이 가상공간에 나타난 기하학적 정보와 특징적 정보가 갈등적으로 제시되었다. 예를 들어, 가상의 공간에서 사물이 놓인 모퉁이가 예각이면서 노랑 벽과 빨강 벽 사이의 모퉁이였다면, 모형에서는 해당 각도의 모퉁이에서 연두색 벽과 빨강 벽이 만나거나, 다른 각도의 모퉁이에서 노랑 벽과 빨강 벽이 만나도록 하였다.

연구절차

본 연구의 모든 절차는 연구자 소속 대학의 생명윤리위원회(IRB)의 승인을 받은 후 가이드라인을 준수하며 이루어졌다. 전라남도 광양시 및 순천시 소재의 어린이집 4곳과 유치원 1곳, 개별 가정에서 연구참여자를 모집하였다. 기관 모집의 경우 기관 내 조용한 실내 공간에서, 개별 모집의 경우 유아의 집 안의 조용한 공간에서 자료수집이 이루어졌다. 기관 방문과 가정 방문 모두에서 연구자와 유아는 일대일로 연구절차를 진행하였으며, 모든 조사의 과정은 본 논문의 제1저자가 직접 수행하였다.
공간표상 테스트는 (1) 모형 선택 과제, (2) 위치 선택 과제, 두 가지로 구성하였다. 이 두 가지 과제에서 공간의 탐색은 가상현실(VR)을 사용한 가상공간 탐색으로 이루어졌다. 모형 선택 과제와 위치 선택 과제를 위한 가상공간은 3D 개발 소프트웨어인 Unity를 활용하여 제작하였으며, 모든 유아는 스마트폰을 디스플레이 대용으로 삽입하여 활용하는 간이 가상현실(VR) 도구인 구글 카드보드(Google Cardboard)를 통해 가상공간을 탐색하였다.
한편, 본 연구는 시점전환연습의 효과를 측정하고자 하였기 때문에 유아들은 세 조건(시점전환연습 실시, 시점전환연습 미실시, 기초선)에 26명씩 무선할당되었다. 시점전환연습 실시 조건의 유아는 가상공간을 탐색하기 전에 연구자가 제시하는 시점전환연습용 그림 카드를 보며 사물 및 공간을 위에서 아래로 내려다본 모습을 상상하는 연습을 하였고, 시점전환연습 미실시 조건의 유아는 그러한 연습 없이 동일한 그림 카드를 보면서 그림 속 사물의 특징만을 언어적으로 묘사하였다. 기초선 조건의 유아는 어떠한 그림 카드도 제시받지 않은 채 곧바로 가상의 공간을 탐색하며 공간표상 테스트를 수행하였다. 기초선 조건의 유아 조사에는 약 10-15분이 소요되었으며, 시점전환연습 실시 조건과 미실시 조건의 경우 약 5분 정도가 더 소요되어, 평균적으로 약 15-20분 정도의 시간이 소요되었다. 모든 과제 수행을 마무리한 후 연구 참여 유아는 약 10분간의 휴식시간을 가졌다.

자료분석

두 과제에 대한 유아의 응답은 SPSS Statistics 26.0 (IBM Co., Armonk, NY) 프로그램을 사용하여 기술통계, 빈도분석, Wilcoxon 순위합 검정, Mann-Whitney U 검정을 통해 분석하였다. 사용된 통계 분석 방법을 연구문제별로 제시하면 다음과 같다. 첫째, 가상공간에 대한 5세 유아의 전체적 형상 표상을 살펴보기 위해, 즉 유아가 정답 모형을 선택하는 경향이 있었는지 알아보기 위해, 우연수준과 비교하는 단일표본 Wilcoxon 검정을 실시하였다. 둘째, 가상공간에 대한 표상에서 5세 유아가 기하학적 정보와 특징적 정보 중 어느 정보에 더 의존하는지 살펴보기 위해, 위치 선택 과제에서의 유아의 응답 유형별 빈도분석을 실시하고, 기하학적 정보 및 특징적 정보를 중심으로 선택한 응답의 비율을 우연수준과 비교하였다. 셋째, 가상공간에 대한 5세 유아의 표상이 시점전환연습에 따라 유의한 차이가 있는지 살펴보기 위해, 시점전환연습 실시 조건과 미실시 조건을 비교하는 Mann-Whitney U 검정을 실시하였다.

Results

공간의 형태와 오답 모형 유형에 따른 5세 유아의 전역적 공간표상

Table 1은 유아들이 직육면체와 마름모 기둥 형태의 가상공간을 탐색한 후, 가상공간의 길이 또는 각도를 변경하거나 가상공간 내 색칠된 벽면의 위치를 변경한 오답 모형이 제시되었을 때 정답 모형을 고른 비율의 평균과 표준편차, 그리고 우연 수준과의 비교 결과를 나타낸다.
먼저, 가상공간이 직육면체 형태이면서 가상공간의 길이를 변경한 오답 모형이 제시된 경우, 유아의 정답률은 평균 0.67 (SD = 0.31)로 우연수준(0.5)보다 유의하게 높았다(Z = 2.50, p = .013). 즉, 유아는 탐색한 직육면체 형태의 가상공간과 길이 비율이 같은 모형과 그렇지 않은 모형을 구분하여 가상공간의 정답 모형을 고르는 데 성공했다. 다시 말해, 5세 유아는 길이 비율 정보를 활용해 직육면체 형태의 공간을 전역적으로 표상했다.
다음으로, 가상공간이 직육면체 형태이면서 가상공간 내 색칠된 벽면의 위치를 변경한 오답 모형이 제시된 경우, 유아는 평균 0.73 (SD = 0.29)로 가장 높은 정답률을 보였고, 이는 우연수준보다 높았다(Z = 3.21, p = .001). 이러한 결과는 유아가 자신이 탐색한 직육면체 형태의 가상공간과 색칠된 벽의 위치가 같은 모형과 다른 모형을 구분하고, 색칠된 벽의 위치가 같은 모형을 맞게 고를 수 있었음을 의미한다. 즉, 5세 유아는 특징적 정보(색)와 기하학적 정보(길이 비율)를 결합하여 직육면체 형태의 공간을 표상하였다.
한편, 가상공간이 마름모 기둥 형태이면서 그와 각도가 다른 오답 모형이 제시되었을 때 유아의 평균 정답률은 0.52 (SD = 0.46)로 우연수준과 차이가 없었다(Z = 0.22, p = .827). 즉, 유아는 탐색한 마름모 기둥 형태의 가상공간과 각도가 같은 모형과 그렇지 않은 모형을 구분하는 데 실패했다. 다시 말해, 5세 유아는 각도 정보를 활용해 마름모 기둥 형태의 공간을 표상하지 못했다.
또한, 가상공간이 마름모 기둥 형태이면서 가상공간 내 색칠된 벽면의 위치를 변경한 오답 모형이 제시된 경우에도, 유아의 평균 정답률은 0.50 (SD = 0.35)으로 우연에 의해 기대되는 수준과 같았다(Z = 0.00, p = 1.00). 이는 유아가 자신이 탐색한 마름모 기둥 형태의 가상공간과 색칠된 벽의 위치가 같은 모형과 다른 모형을 구분하는 데 실패했음을 의미한다. 즉, 5세 유아는 공간의 형태가 마름모 기둥 형태일 때는 특징적 정보(색)와 기하학적 정보(각도)를 결합하여 공간을 표상하지 못했다.

5세 유아의 공간 내 위치 표상(위치 선택 과제)

공간 내 위치 표상에서 기하학적 정보와 특징적 정보가 갈등적일 때 유아가 어느 정보에 더 의존하는지를 살펴보기 위해, 가상공간에서 물체가 놓여있던 모퉁이를 찾는 시행을 총 4회 제공하였다. 그 결과, Table 2에 보이는 바와 같이 특징적 정보를 기준으로 위치를 선택한 유아의 비율은 모든 시행에서 50% 이상으로, 기하학적 정보를 기준으로 위치를 선택한 유아와, 그 외의 위치를 선택한 유아의 비율보다 높았다.
또한, Table 3은 네 번의 시행 중에서 유아가 기하학적 정보를 기준으로 위치를 선택한 시행의 비율과 특징적 정보를 기준으로 위치를 선택한 시행의 비율을 각각 우연 수준(0.25)과 비교한 결과를 나타낸다. 기하학적 정보를 기준으로 위치를 선택한 시행의 비율은 0.24 (SD = 0.32)로 우연 수준과 차이가 없었으나(Z = -0.46, p = .645), 특징적 정보를 기준으로 위치를 선택한 시행의 비율은 0.61 (SD = 0.36)로 우연 수준보다 유의하게 높았다(Z = 6.26, p < .001). 이는 기하학적 형태(모퉁이의 각도, 벽의 길이)가 나타내는 위치와, 벽면의 색이 가리키는 위치가 서로 다를 때, 5세 유아는 특징적 정보인 벽면의 색이 같은 위치를 더 많이 선택하였음을 의미한다. 즉, 모퉁이의 모양과 벽면의 색 중에서 어느 하나의 정보만을 기준으로 선택해야 하는 상황에서, 유아는 벽면의 색을 기준으로 삼았다.

시점전환연습이 5세 유아의 전역적 공간표상에 미치는 효과

본 연구의 세 번째 목표는 시점전환연습을 통해 5세 유아의 전역적 공간표상이 향상될 수 있는지를 살펴보는 것이었다. Table 4는 시점전환연습 실시 집단과 미실시 집단의 모형 선택 과제 점수 평균과 표준편차, 우연수준과의 비교 결과를 나타낸다.
먼저, 가상공간이 직육면체 형태이면서 가상공간의 길이 비율을 변경한 오답 모형이 제시된 경우, 시점전환연습 실시 집단의 유아들은 우연수준보다 유의하게 높은 정답률을 보인 반면(Z = 2.24, p = .025), 시점전환연습 미실시 집단의 유아들은 우연수준의 정답률을 보였다(Z = 0.78, p = .439). 즉 시점전환연습을 실시한 유아들만 길이 비율 정보를 활용해 직육면체 형태의 가상공간의 전체적 형상을 성공적으로 표상하였다.
한편, 가상공간이 직육면체 형태이면서 가상공간 내 색칠된 벽면의 위치를 변경한 경우, 즉 유아가 기하학적 정보에만 의존해서는 정답을 맞힐 수 없고 기하학적 정보와 특징적 정보를 결합해야만 정답을 맞힐 수 있는 경우는, 시점전환연습 실시 집단과 미실시 집단의 유아 모두 우연수준보다 유의하게 높은 정답률을 보였다(Z = 3.58, p < .001; Z = 3.87, p < .001). 즉, 가상공간이 직육면체 형태일 때, 5세 유아는 시점전환연습과 상관없이 기하학적 정보와 특징적 정보를 결합해 공간의 전체적 형상을 성공적으로 표상했다.
다음으로, 가상공간이 마름모 기둥 형태이면서 그와 각도가 다른 모형을 오답모형으로 제시한 경우, 시점전환연습 실시 집단 유아는 우연수준보다 높은 정답률을 보인 반면(Z = 3.41, p = .001), 미실시 집단 유아는 우연수준의 정답률을 보였다(Z = 0.26, p = .796). 즉 시점전환연습을 실시한 유아들만 각도 정보를 활용해 마름모 형태의 가상공간의 전체적 형상을 성공적으로 표상하였다.
한편, 가상공간이 마름모 기둥 형태이면서 오답 모형이 가상공간 내 색칠된 벽면의 위치를 변경한 모형인 경우, 시점전환연습 실시 집단과 미실시 집단의 정답률은 모두 우연수준으로 나타났다(Z = 1.29, p = .197; Z = -1.51, p = .132). 이는 마름모 기둥 형태인 가상공간에 대해 5세 유아는 시점전환연습과 상관없이 기하학적 정보와 특징적 정보를 결합하여 표상하지 못했음을 의미한다.
다음으로, Mann Whitney’s U 검정으로 시점전환연습 실시 집단과 미실시 집단 간 모형 선택 과제 점수 차이를 살펴보았다. 그 결과, Table 5와 같이 가상공간이 직육면체 형태인 경우에는 오답 모형 유형과 상관없이 시점전환연습의 효과가 유의하지 않았다. 반면, 가상공간이 마름모 기둥 형태인 경우에는 오답 모형 유형에 따라 시점전환연습의 효과가 달랐다. 즉, 오답 모형이 가상공간의 각도를 변경한 모형인 경우, 시점전환연습 실시 집단 유아의 정답률이 미실시 집단 유아의 정답률보다 유의하게 높아(Z = -2.82, p = .005), 시점전환연습이 마름모 기둥 형태인 가상공간의 전체적 형상(각도)을 표상하는 데 있어서 효과가 있는 것으로 나타났다. 한편, 가상공간이 마름모 기둥 형태이더라도 오답 모형이 가상공간 내 색칠된 벽면의 위치를 변경한 경우에는 집단 간 차이가 유의하지 않아 시점전환연습의 효과가 없는 것으로 나타났다.

Discussion

본 연구는 가상공간을 활용하여 5세 유아의 전역적 공간표상 및 공간 내 위치 표상에서 기하학적 정보와 특징적 정보의 활용을 알아보고자 하였다. 구체적으로, 유아가 공간의 전체적 형상을 표상하는 능력이 공간의 형태(직육면체, 마름모 기둥)에 따라 다른지, 그리고 공간의 전체적 형상을 표상할 때 길이 비율, 각도 등 기하학적 정보를 활용하는지, 기하학적 정보와 특징적 정보를 결합하여 활용하는지를 살펴보았다. 또한, 공간 내의 위치 표상에서 기하학적 정보와 특징적 정보가 갈등적일 때 유아가 어느 종류의 공간정보에 더 의존하는지 살펴보았다. 마지막으로는, 유아의 공간의 전역적 표상이 시점을 전환하는 연습에 따라 향상될 수 있는지를 살펴보았다. 본 연구의 결과를 요약하고 결론을 도출하면 다음과 같다.
첫째, 시점전환연습을 하지 않은 상태(기초선)에서 5세 유아는 직육면체 형태의 공간에 대해 전체적인 공간의 형상을 길이 비율이라는 기하학적 정보와 색칠된 벽면이라는 특징적 정보를 활용해 성공적으로 표상하였다. 이들은 직육면체 형태 공간에서 길이 비율과 특징적 정보의 결합을 표상하였다. 반면 마름모 기둥 형태의 공간에 대해서는 전체적인 공간의 형상을 표상하지 못하였다. 각도라는 기하학적 정보도 활용하지 못하였고, 특징적 정보와 각도의 결합도 활용하지 못하였다. 즉, 5세 유아는 기하학적 정보를 활용하고, 기하학적 정보와 특징적 정보를 결합하여 공간을 전역적으로 표상할 수 있지만, 이러한 능력은 공간의 기하학적 형태에 따라 다르게 나타난다.
둘째, 위치 선택 과제에서 5세 유아는 가상공간 내의 표적 위치와 기하학적 정보가 동일한 위치보다, 특징적 정보가 동 일한 위치를 더 많이 선택하였다. 이는 기하학적 정보와 특징적 정보가 충돌하는 갈등적 상황에서, 5세 유아는 주로 특징적 정보를 활용하여 공간 내 물체의 위치를 선택함을 의미한다.
마지막으로, 시점전환연습의 효과는 벽면이 만나서 이루는 모퉁이의 각도라는 기하학적 정보를 활용해야 하는 마름모 기둥 형태의 공간을 전역적으로 표상하는 데 도움을 주는 것으로 나타났다. 그러나, 벽면의 길이 비율을 활용할 수 있는 직육면체 형태의 공간을 표상하거나, 색칠된 벽면의 위치를 활용해 마름모 기둥 형태의 공간을 표상하는 데에는 시점전환연습의 효과가 뚜렷하게 나타나지 않았다. 이는 시점전환연습이 각도라는 기하학적 정보를 부호화해야 공간의 전체적인 형상을 성공적으로 표상할 수 있는 상황에서 효과가 있음을 보여준다.
이러한 결과는 공간에 대한 5세 유아의 표상 능력이 공간의 형태에 의해 영향을 받음을 보여준다. 즉 공간을 표상하기 위해 필요한 기하학적 정보가 길이 비율의 차이일 때보다 각도일 때 더 어려움을 겪음을 보여주어, 유아에게 모든 종류의 기하학적 정보가 똑같이 쉽게 부호화되는 것이 아닐 가능성을 뒷받침한다. 특히 본 연구에서 사용된 직육면체 형태의 가상 공간은 공간 내 각 벽면이 이루는 길이감의 대비가 두드러짐에 따라, 길이라고 하는 기하학적 정보가 유용하게 활용되었을 수 있다. 아동은 계량적(metric) 특성에 민감성을 보이며 이를 부호화할 수 있으므로(Vasilyeva & Lourenco, 2010), 계량적 속성에 해당하는 길이 정보가 유용한 정보로 사용되었을 수 있음을 보여준다. 이는 영아기부터 상대적인 길이의 변화에 민감하게 반응한다(Dillon, Izard, & Spelke, 2020)는 결과와도 맥을 같이 한다고 볼 수 있다.
반면, 마름모 기둥 형태의 가상공간에서 유아가 공간의 전체적인 형상을 표상하지 못하고 기하학적 정보와 특징적 정보를 결합하지 못한 점은 유아의 공간에 대한 표상에서 각도라고 하는 기하학적 정보가 쉽게 활용되지 못할 가능성을 암시한다. 직육면체 형태의 방과 달리 마름모 기둥 형태의 방에서는 네 개의 각 벽면의 길이가 모두 동일하기 때문에 상대적인 벽면의 길이 차이와 그로 인해 생겨나는 벽면의 비율 및 형태의 차이가 없다. 따라서, 마름모 기둥 형태의 가상공간에서는 각 벽면이 이루는 모퉁이의 각도를 주요한 정보로서 활용하는 과정이 필요하다. 그러나, 영아기에 상대적인 길이의 변화에 민감하게 반응하지만 각도의 변화에는 둔감하고(Dillon et al., 2020), 각도에 대한 민감도보다 길이에 대한 민감도가 더 일찍 발달하므로(Izard & Spelke, 2009) 유아가 공간에 대한 표상에서 길이 정보를 유용하게 활용한 것과는 대조적으로 각도 정보를 효과적으로 활용하지 못하였을 수 있다. 이와 같은 결과는 공간에 대한 표상에서 유아가 기하학적 정보를 활용하는 것이 가능하나 세부적인 정보의 종류(길이, 각) 및 그에 따른 공간의 형상에 따라 공간표상이 달라짐을 시사하며, 특히 모형 선택 과제에서 정답과 오답을 가려내기 위해 필요한 기하학적 정보가 길이가 아닌 각도의 차이일 때 유아의 공간표상이 방해를 받을 수 있음을 보여준다. 요컨대, 각도는 시선에 따라 왜곡될 수 있는 정보인 만큼 공간을 바라보는 관점에 따라 충분히 활용하기 어려운 정보가 될 수 있다는 것이다.
또한, 이 연구의 결과는 공간 내의 위치 표상에서 기하학적 정보와 특징적 정보가 갈등을 일으킬 때, 5세 유아는 특징적 정보에 의존함을 보여준다. 기하학적 정보와 특징적 정보가 충돌하는 갈등적 상황에서 유아가 특징적 정보에 우선하여 공간 내 물체의 위치를 표상하는 경향성은 앞서 직육면체 형태의 가상공간에 대한 탐색 이후 가상공간과 모형 간 특징적 정보가 불일치하는 모형이 제시되었을 때 유아가 가상공간에 대해 성공적으로 표상해낸 결과, 즉 특징적 정보를 유용한 정보로 활용하며 기하학적 정보와 함께 결합하여 표상하였음을 보여준 본 연구의 결과와 함께 그 의미를 살펴볼 수 있다. 요컨대, 유아가 가상공간에 대한 표상에서 기하학적 정보뿐만 아니라 특징적 정보도 유용하게 사용할 수 있다는 가능성을 확인하였던 점에 이어서, 유아가 색상이라고 하는 특징적 정보를 중요하게 여기며 기하학적 정보와 특징적 정보 중 어느 한 정보를 선택해야 하는 특정 상황에 놓였을 때 특징적 정보를 더 우선시하는 경향을 보였음을 확인할 수 있다. 즉 색상과 같은 특징적 정보가 유아의 공간표상에 있어서 유용하게 활용되는 중요한 정보임을 보여준다(Learmonth et al., 2008; Lourenco & Cabrera, 2015; Nardini et al., 2008; Newcombe et al., 2010).
마지막으로, 본 연구는 공간에 대해 수직으로 조망하는 시점전환연습에 따라서 유아의 공간표상 능력이 향상될 수 있음을 확인하였다. 정면에서는 뚜렷하게 구분되지 않는 각도의 차이를 시점전환연습이 두드러지게 만들며, 결과적으로 공간 내 나타난 각도 정보를 활용하여 공간의 전체적인 형상을 식별하는 것을 도울 수 있음을 보여준다. 이와 같은 결과는 앞서 모형 선택 과제에서 정답과 오답을 가려내기 위해 필요한 기하학적 정보가 길이가 아닌 각도의 차이일 때 유아의 공간표상이 방해를 받는 것으로 보인다는 논의와 맥을 같이한다. 구체적으로, 유아가 탐색한 가상공간이 마름모 기둥 형태의 방인 경우, 시점전환연습을 실시한 유아들만 해당 공간의 전체적 형상을 표상할 수 있었다. 즉 시점전환연습 이후 가상공간을 탐색한 유아는 마름모 기둥 형태의 방 안의 전체적인 벽면과 바닥 면의 각도를 성공적으로 표상하였다. 이는 유아가 공간의 기하학적 정보를 활용하여 공간의 전체적인 형상을 표상할 수 있음을 보여주는 결과이며, 시점전환연습이 각도라고 하는 기하학적 정보의 활용을 일정 수준 이상 도울 수 있음을 암시한다. 요컨대, 공간 내 각도 정보에 대한 처리가 요구되는 상황에서 시점을 전환하는 연습이 효과가 있음을 처음으로 보여준다. 이는 의자 위에 선 채로 사물을 내려다보는 것 등을 통해 조망에 관한 개념을 습득하는 것이 가능하다는 선행연구(H. Kim, 2005)와도 연결해 볼 수 있으며, 그림 카드를 보며 물체와 방을 위에서 아래로 내려다보는 관점을 반복해서 취하는 연습을 하는 작업이 유아로 하여금 공간에 대한 조망 개념을 향상시킨 것으로 추론해 볼 수 있다. 특히, 마름모는 도형의 특성상 모든 변의 길이가 동일하기 때문에 마름모 기둥 형태로 이루어진 가상공간의 경우 공간 내 벽면의 상대적인 길이 차이가 존재하지 않을 뿐 아니라, 정면에서 살펴보았을 때는 각변의 모양까지도 모두 동일하다. 즉 공간을 바라보는 데 있어서 정면 시점만을 유지할 경우, 모형 선택 과제의 수행에 어려움을 겪게 되며 위에서 아래로 내려다보는 관점을 취해야지만 마름모 형태가 지닌 각도의 차이를 발견하여 전체적인 공간의 형상을 다르게 조망할 수 있게 되는 것이다.
종합적으로, 본 연구의 결과는 공간표상에서 유아가 기하학적 정보를 정확하게 부호화할 수 있으며, 유아가 공간을 탐색하는 과정에서 제시되는 상황에 따라 기하학적 정보와 특징적 정보의 활용이 달라지는 양상을 보여준다. 기하학적 정보와 특징적 정보의 결합이 언제나 높은 수준으로 이루어지는 것이 아니라, 유아에게 주어지는 기하학적 정보가 무엇이냐에 따라서 달라지는 모습을 확인할 수 있었다. 또한, 공간 내 위치 표상에서 기하학적 정보와 특징적 정보가 갈등적일 때는 오히려 특징적 정보에 의존해서 위치를 표상하는 모습을 확인하였다. 이는 공간표상 시 유아가 기하학적 정보와 특징적 정보를 결합하여 사용할 수 있으며, 상황에 따라 정보를 유연하게 활용한다는 적응적 조합 이론을 지지하는 결과로 볼 수 있다. 또한, 이 연구는 가상현실 기술을 통해 공간을 구성하고 유아의 공간 탐색 및 표상을 조사하는 새로운 방법을 시도하였다는 방법론적 의의가 있다. 나아가, 유아에게 어려울 수 있는 공간의 전체적 형상의 표상을 위해 시점전환연습이 효과가 있음을 보임으로써, 공간이해능력에 대한 외부의 개입이 가능함을 확인할 수 있었다. 이러한 연구의 결과는 5세 유아의 공간표상에 대해 보다 깊이 이해하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
이러한 의의에도 불구하고 본 연구는 공간 탐색을 위한 가상공간에 대한 유아의 인식 차이와 개인 특성을 고려하지 못하였다는 한계를 지닌다. 가상현실 기술을 활용한 가상의 공간에 쉽게 적응하는 유아가 있는 한편, 현실에 기반한 실제 물리 공간에 보다 적응적인 유아가 있을 수 있다. 실제 공간과 가상공간 간의 대비를 크게 인식하는 유아가 있을 수 있는 한편, 그러한 두 공간 간의 차이를 적게 느끼는 유아가 있을 수 있다. 즉 본 연구는 그러한 실제성의 차이를 받아들이는 개인차 및 개인 성향에 대해 살펴보지 못하였다는 한계를 지니므로 추후 이를 보완할 필요가 있다.

Notes

This article is a part of the first author’s master’s thesis submitted in 2023, and was presented at the 2024 Annual Spring Conference of the Korean Association of Child Studies.

Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Ethics Statement

All procedures of this research were reviewed by IRB (IRB No. 2305/004-007).

Figure 1
Figure 1
A top-down view of the virtual space created with Unity software (rectangular prism).
kjcs-45-4-493f1.jpg
Figure 2
Figure 2
A top-down view of the virtual space created with Unity software (rhombus prism).
kjcs-45-4-493f2.jpg
Figure 3
Figure 3
A top-down view of the virtual space created with Unity software (trapezoidal prism).
kjcs-45-4-493f3.jpg
Figure 4
Figure 4
A location selection task where the geometric cue (angle) and featural cue (wall colors) confl ict.
kjcs-45-4-493f4.jpg
Table 1
Children’s Model Selection Accuracy by Virtual Space Shapes and Incorrect Model Types
Virtual space shape Incorrect model type M (SD) Z
Rectangular prism Geometric change (length change) 0.67 (0.31) 2.50*
Feature position change 0.73 (0.29) 3.21**
Total 0.70 (0.25) 3.26**
Rhombus prism Geometric change (angle change) 0.52 (0.46) 0.22
Feature position change 0.50 (0.35) 0.00
Total 0.51 (0.32) 0.19

Note. n baseline = 26.

* p < .05.

** p < .01.

Table 2
The Number of Children Using Geometric vs. Featural Information in Location Selection Tasks
Response Type Trial 1 Trial 2 Trial 3 Trial 4
Geometric information 22 (28.2%) 16 (20.5%) 18 (23.1%) 20 (25.6%)
Featural information 41 (52.6%) 50 (64.1%) 49 (62.8%) 49 (62.9%)
Others 15 (19.2%) 12 (15.4%) 11 (14.1%) 9 (11.5%)

Note. N = 78.

Table 3
Proportions of Selections Based on Geometric vs. Featural Information in Location Selection Tasks
M (SD) Z
Geometric information based selections 0.24 (0.32) -0.46
Featural information based selections 0.61 (0.36) 6.26***

Note. N = 78.

Table 4
Model Selection Task Scores: Comparison of Perspective-Shift Training Group vs. Non-Training Group
Virtual space shape Incorrect model type Perspective-shift training M (SD) Z
Rectangular prism Geometric change (length change) Training 0.69 (0.40) 2.24*
Non-training 0.56 (0.38) 0.78
Feature position change Training 0.81 (0.32) 3.58***
Non-training 0.79 (0.25) 3.87***
Total Training 0.75 (0.21) 3.80***
Non-training 0.67 (0.20) 3.38**
Rhombus prism Geometric change (length change) Training 0.81 (0.35) 3.41**
Non-training 0.52 (0.39) 0.26
Feature position change Training 0.60 (0.38) 1.29
Non-training 0.40 (0.32) -1.51
Total Training 0.70 (0.27) 3.41**
Non-training 0.46 (0.24) -0.88

Note. n training = 26, n non-training = 26.

* p < .05.

** p < .01.

*** p < .001.

Table 5
Model Selection Task Scores Differences: Perspective-Shift Training Group vs. Non-Training Group
Virtual space shape Incorrect model type Perspective-shift training Mean rank Sum of ranks Mann-Whitney U Z
Rectangular prism Geometric change (length change) Training 29.13 757.50 269.50 -1.35
Non-training 23.87 620.50 269.50 -1.35
Feature position change Training 27.58 717.00 310.00 -0.61
Non-training 25.42 661.00 310.00 -0.61
Total Training 29.12 757.00 270.00 -1.34
Non-training 23.88 621.00 270.00 -1.34
Rhombus prism Geometric change (length change) Training 31.90 829.50 197.50 -2.28**
Non-training 21.10 548.50 197.50 -2.28**
Feature position change Training 30.25 786.50 240.50 -1.94
Non-training 22.75 591.50 240.50 -1.94
Total Training 32.88 855.00 172.00 -3.15**
Non-training 20.12 523.00 172.00 -3.15**

Note. n training = 26, n non-training = 26.

** p < .01.

References

Blades, M., & Cooke, Z. (1994). Young children’s ability to understand a model as a spatial representation. The Journal of Genetic Psychology, 155(2), 201-218 doi:10.1080/00221325.1994.9914772.
crossref pmid
Casasola, M., Wei, W. S., Suh, D. D., Donskoy, P., & Ransom, A. (2020). Children’s exposure to spatial language promotes their spatial thinking. Journal of Experimental Psychology: General, 149(6), 1116-1136 doi:10.1037/xge0000699.
crossref pmid
Cheng, K. (1986). A purely geometric module in the rat’s spatial representation. Cognition, 23(2), 149-178 doi:10.1016/0010-0277(86)90041-7.
crossref pmid
Cheng, K., & Newcombe, N. S. (2005). Is there a geometric module for spatial orientation? Squaring theory and evidence. Psychonomic Bulletin & Review, 12(1), 1-23 doi:10.3758/BF03196346.
crossref pmid pdf
Cheng, Y. L., & Mix, K. S. (2014). Spatial training improves children’s mathematics ability. Journal of Cognition and Development, 15(1), 2-11 doi:10.1080/15248372.2012.725186.
crossref
DeLoache, J. S. (1987). Rapid change in the symbolic functioning of very young children. Science, 238(4833), 1556-1557 doi:10.1126/science.2446392.
crossref pmid
DeLoache, J. S., de Mendoza, O. A. P., & Anderson, K. N. (1999). Multiple factors in early symbol use: Instructions, similarity, and age in understanding a symbol-referent relation. Cognitive Development, 14(2), 299-312 doi:10.1016/S0885-2014(99)00006-4.
crossref
DeLoache, J. S., Kolstad, V., & Anderson, K. N. (1991). Physical similarity and young children’s understanding of scale models. Child Development, 62(1), 111-126 doi:10.1111/j.1467-8624.1991.tb01518.x.
crossref pmid
Dillon, M. R., Izard, V., & Spelke, E. S. (2020). Infants’ sensitivity to shape changes in 2D visual forms. Infancy, 25(5), 618-639 doi:10.1111/infa.12343.
crossref pmid pdf
Ehrlich, S. B., Levine, S. C., & Goldin-Meadow, S. (2006). The importance of gesture in children’s spatial reasoning. Developmental Psychology, 42(6), 1259-1268 doi:10.1037/0012-1649.42.6.1259.
crossref pmid
Flavell, J. H., Everett, B. A., Croft, K., & Flavell, E. R. (1981). Young childrens knowledge about visual perception: Further evidence for the level 1-level 2 distinction. Developmental Psychology, 17(1), 99-103 doi:10.1037/0012-1649.17.1.99.
crossref
Fox, D. S., Elliott, L., Bachman, H. J., Votruba‐Drzal, E., & Libertus, M. E. (2024). Diversity of spatial activities and parents’ spatial talk complexity predict preschoolers’ gains in spatial skills. Child Development, 95(3), 734-749 doi:10.1111/cdev.14024.
crossref pmid
Gouteux, S., & Spelke, E. S. (2001). Children’s use of geometry and landmarks to reorient in an open space. Cognition, 81(2), 119-148 doi:10.1016/S0010-0277(01)00128-7.
crossref pmid
Hermer, L., & Spelke, E. S. (1994). A geometric process for spatial reorientation in young children. Nature, 370(6484), 57-59 doi:10.1038/370057a0.
crossref pmid pdf
Höffler, T. N. (2010). Spatial ability: Its influence on learning with visualizations—a meta-analytic review. Educational Psychology Review, 22(3), 245-269 doi:10.1007/s10648-010-9126-7.
crossref pdf
Izard, V., & Spelke, E. S. (2009). Development of sensitivity to geometry in visual forms. Human Evolution, 23(3), 213-248 Retrieved from https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3045057/.
pmid pmc
Jirout, J. J., & Newcombe, N. S. (2015). Building blocks for developing spatial skills: Evidence from a large, representative US sample. Psychological Science, 26(3), 302-310 doi:10.1177/0956797614563338.
crossref pmid pdf
Learmonth, A. E., Newcombe, N. S., & Huttenlocher, J. (2001). Toddlers’ use of metric information and landmarks to reorient. Journal of Experimental Child Psychology, 80(3), 225-244 doi:10.1006/jecp.2001.2635.
crossref pmid
Learmonth, A. E., Newcombe, N. S., Sheridan, N., & Jones, M. (2008). Why size counts: Children’s spatial reorientation in large and small enclosures. Developmental Science, 11(3), 414-426 doi:10.1111/j.1467-7687.2008.00686.x.
crossref pmid
Lee, S. A., & Spelke, E. S. (2010). Two systems of spatial representation underlying navigation. Experimental Brain Research, 206(2), 179-188 doi:10.1007/s00221-010-2349-5.
crossref pmid pmc pdf
Li, W., Hu, Q., & Shao, Y. (2022). Separation of geometric and featural information in children’s spatial representation: Evidence from a model selection task. Journal of Experimental Child Psychology, 213:105272 doi:10.1016/j.jecp.2021.105272.
crossref pmid
Lourenco, S. F., & Cabrera, J. (2015). The potentiation of geometry by features in human children: Evidence against modularity in the domain of navigation. Journal of Experimental Child Psychology, 140:184-196 doi:10.1016/j.jecp.2015.07.007.
crossref
Lourenco, S. F., & Huttenlocher, J. (2006). How do young children determine location? Evidence from disorientation tasks. Cognition, 100(3), 511-529 doi:10.1016/j.cognition.2005.07.004.
crossref
Marzolf, D. P., & DeLoache, J. S. (1994). Transfer in young children’s understanding of spatial representations. Child Development, 65(1), 1-15 doi:10.1111/j.1467-8624.1994.tb00730.x.
crossref pmid
McArthur, J. M., & Wellner, K. L. (1996). Reexamining spatial ability within a piagetian framework. Journal of Research in Science Teaching: The Official Journal of the National Association for Research in Science Teaching, 33(10), 1065-1082 doi:10.1002/(SICI)1098-2736(199612)33:10<1065::AID-TEA2>3.0.CO;2-Q.
crossref
Montello, D. R. (1993). Scale and multiple psychologies of space. In A. U. Frank, & I. Campari (Eds.), Spatial information theory: A theoretical basis for GIS. (pp. 312-321). Berlin, Germany: Springer-Verlag.

Nardini, M., Atkinson, J., & Burgess, N. (2008). Children reorient using the left/right sense of coloured landmarks at 18-24 months. Cognition, 106(1), 519-527 doi:10.1016/j.cognition.2007.02.007.
crossref pmid
Newcombe, N. S. (1989). The development of spatial perspective taking. Advances in Child Development and Behavior, 22:203-247 doi:10.1016/S0065-2407(08)60415-2.
crossref pmid
Newcombe, N. S. (2017). Harnessing spatial thinking to support stem learning (OECD Education Working Papers No. 161). Retrieved from OECD iLibrary website: https://doi.org/10.1787/7d5dcae6-en.

Newcombe, N. S., Huttenlocher, J. (2006). Development of Spatial Cognition. In D. Kuhn, R. S. Siegler, W. Damon, & R. M. Lerner (Eds.), Handbook of child psychology: Cognition, perception, and language(6th ed, pp. 734-776). New Jersey, NJ: John Wiley & Sons.

Newcombe, N. S., Ratliff, K. R., Shallcross, W. L., & Twyman, A. D. (2010). Young children’s use of features to reorient is more than just associative: Further evidence against a modular view of spatial processing. Developmental Science, 13(1), 213-220 doi:10.1111/j.1467-7687.2009.00877.x.
crossref pmid
Piaget, J., Inhelder, B. (1956). The child’s conception of space. London: Routledge & Kegan Paul.

Pruden, S. M., Levine, S. C., & Huttenlocher, J. (2011). Children’s spatial thinking: Does talk about the spatial world matter. Developmental Science, 14(6), 1417-1430 doi:10.1111/j.1467-7687.2011.01088.x.
crossref pmid pmc
Spencer, C., Harrison, N., & Darvizeh, Z. (1980). The development of iconic mapping ability in young children. International Journal of Early Childhood, 12(2), 57-64 doi:10.1007/BF03176865.
crossref pdf
Stanic, G. M., & Owens, D. T. (1990). Research into practice: Spatial abilities. The Arithmetic Teacher, 37(6), 48-51 doi:10.5951/AT.37.6.0048.
crossref
Uttal, D. H., Cohen, C. A. (2012). Spatial thinking and STEM education: When, why, and how?. In B. H. Ross (Ed.), The psychology of learning and motivation. (pp. 147-181). Amsterdam: Elsevier Academic Press.

Uttal, D. H., Liu, L. L., DeLoache, J. S. (2006). Concreteness and symbolic development. In L. Balter, & C. S. Tamis-LeMonda (Eds.), Child psychology: A handbook of contemporary issues(2nd ed, pp. 167-184). London: Psychology Press.

Uttal, D. H., Meadow, N. G., Tipton, E., Hand, L. L., Alden, A. R., Warren, C., & Newcombe, N. S. (2013). The malleability of spatial skills: A meta-analysis of training studies. Psychological Bulletin, 139(2), 352-402 doi:10.1037/a0028446.
crossref pmid
Uttal, D. H., Schreiber, J. C., & DeLoache, J. S. (1995). Waiting to use a symbol: The effects of delay on children’s use of models. Child Development, 66(6), 1875-1889 doi:10.1111/j.1467-8624.1995.tb00971.x.
crossref pmid
Vasilyeva, M. (2002). Solving spatial tasks with unaligned layouts: The difficulty of dealing with conflicting information. Journal of Experimental Child Psychology, 83(4), 291-303 doi:10.1016/S0022-0965(02)00151-0.
crossref pmid
Vasilyeva, M., & Bowers, E. (2006). Children’s use of geometric information in mapping tasks. Journal of Experimental Child Psychology, 95(4), 255-277 doi:10.1016/j.jecp.2006.05.001.
crossref pmid
Vasilyeva, M., Lourenco, S. F. (2010). Spatial development. In W. F. Overton, & R. M. Lerner (Eds.), The handbook of lifespan development, Vol. 1. cognition, biology, and methods. (pp. 720-753). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons.

Wang, R. F., & Spelke, E. S. (2002). Human spatial representation: Insights from animals. Trends in Cognitive Sciences, 6(9), 376-382 doi:10.1016/S1364-6613(02)01961-7.
crossref pmid
Yousif, S. R., & Lourenco, S. F. (2017). Are all geometric cues created equal? Children’s use of distance and length for reorientation. Cognitive Development, 43:159-169 doi:10.1016/j.cogdev.2017.04.001.
crossref
Kim, H. (2005). The influence of the map application activity in the children’s spatial perspective-taking ability. (Master’s thesis). Retrieved from https://www.riss.kr/link?id=T9808869.

Kim, Y., Choi, J., & Ko, E. (2018). Relationship between motion geometric ability and spatial ability of young children. Korean Journal of Early Childhood Education, 38(5), 31-48 doi:10.18023/kjece.2018.38.5.002.
crossref
Lee, H., & Park, S. (2007). The consideration for a spatial ability enhancement of the young children. Journal of Early Childhood Education & Educare Welfare, 11(1), 67-92.

Lee, K. W., Hong, H., Shin, E., Jin, M. (1997). Theories and practice of early childhood mathematics education. Seoul: Changjisa.

Lim, J., & Lee, K. H. (2018). The representation activity program development for spatial ability of young children. The Journal of Learner-Centered Curriculum and Instruction, 18(8), 299-319 doi:10.22251/jlcci.2018.18.8.299.
crossref
Min, M., & Yi, S. (2012). Spatial representation on the part of young children according to task conditions. Korean Journal of Child Studies, 33(5), 53-70 doi:10.5723/KJCS.2012.33.5.53.
crossref
Park, H., & Ahn, J. (2024). Exploring the changes and meanings in young children’s play experience using VR: An action research for the implementation of a digital play-based curriculum. Early Childhood Education Research & Review, 28(4), 135-163 doi:10.32349/ECERR.2024.8.28.4.135.
crossref
Yoo, Y. (2017). Mothers’ and preschoolers’ uses of spatial language and preschoolers’ spatial ability. (Master’s thesis). Retrieved from https://www.riss.kr/link?id=T14390334.

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