신경과학적으로 초등 시기는 전두엽의 발달이 활발하여 계획, 주의 집중, 문제 해결 능력이 점차 향상되는 시기이다(Luria, 1973; Diamond, 2002). 또한 시냅스 가지치기(synaptic pruning)를 통해 효율적인 신경망이 정비되며, 이는 불필요한 연결을 제거하고 자주 사용되는 경로를 강화하는 과정을 의미한다(Huttenlocher & Dabholkar, 1997; Giedd et al., 1999). 따라서 이 시기의 학습 자극은 단편적 정보 전달에 머무르지 않고, 사고의 확장과 창의적 문제 해결을 촉진하도록 설계될 필요가 있다(Immordino-Yang & Damasio, 2007). “사고의 확장과 문제 해결을 촉진한다”는 의미는 단편적 정보의 습득을 지양하고, 기존에 알고 있는 지식을 다른 맥락에 적용할 수 있거나, 문제 해결에 대해서 새로운 상황에 대해서도 스스로 가설을 세우거나 다양한 전략을 시도하도록 하는 것이다.
즉, 교육 설계에서 중요한 것은 뇌가 재조직되고 가지치기되는 시기에 다양한 맥락에서 활용할 수 있는 ‘인지적 유연성’을 길러주는 것이어야 한다.
>> 신체운동적 활동과 시냅스 가지치기
운동은 뇌 가소성(plasticity)을 촉진한다는 것이 신경과학적으로 확인되어 있다. 규칙적 신체 활동은 해마(hippocampus)와 전두엽의 혈류와 신경 성장을 돕고, 시냅스 연결의 강화·불필요한 연결의 정리에 영향을 준다. 따라서 운동은 단순 체력 향상을 넘어서 학습 능력, 주의집중, 기억력 향상과 직접 연결된다.
>> 공부 외에도 시냅스 가지치기에 도움이 되는 활동들은 다양하다.
시냅스 가지치기는 “경험 기반의 선택과 강화” 과정이므로, 다양한 자극이 필요하다.
예를들어, 신체·감각 활동으로 춤, 스포츠, 요가, 태권도 같은 운동 기반 활동이 가능하고, 악기 연주나 미술 같은 정밀한 운동 기술(fine motor skill)이 그러한 자극을 준다. 이들은 운동 피질뿐 아니라 전두엽, 소뇌, 해마 등 광범위한 뇌 영역 활성화 시킨다.
두번째는 사회적 상호작용이다. 협동 놀이, 팀 프로젝트, 토론 활동 등의 사회적 상황은 복잡한 뇌 회로(언어, 감정 조절, 실행 기능)를 동시에 작동시킨다.
세번째는 예술·창의 활동이다. 음악 감상 및 연주는 청각·운동·정서 회로를 강화시킨다. 또한 미술·연극·스토리텔링은 상상력을 강화시킨다.
>> 가지치기는 제거가 되어선 안된다.
신경가소성 연구(Neuroplasticity Studies)와 같은 현대 뇌과학 분야에서 일부 학자들은 가지치기를 제거로 보는 것을 경계해야 한다고 하였다. 왜냐하면 다양한 회로의 공존과 상호작용이 창의성·융합적 사고의 기반이 되기 때문이다. 때문에 뇌의 네트워크 과학(neural network science)의 관점에는 과도한 효율성보다는 적정한冗餘(redundancy, 여분)가 오히려 복잡한 문제 해결에 유리하다고 보았다.
이것은 하워드 가드너에 의해서도 지지되는데, 지능은 단일하지 않기 때문에 다양한 분야가 골고루 조화롭게 발달할때 시너지를 낸다고 설명될수 있다.
즉, 어릴 수록 여러 활동을 적절한 균형과 여유를 가지고 경험하도록 해야 한다.