영아기는 출생 시부터 18~24개월까지의 발달 단계이다. 피아제의 발달단계는 감각 운동 단계, 전 조작 단계, 구체적 조작 단계, 형식적 조작 단계이다. 출생부터 시작해서 영아기 동안 계속되는 발달단계가 감각 운동 단계이다. 감각 운동이라는 단어가 암시하듯이, 이 단계의 영아는 그가 사는 세상에 대한 정보를 얻기 위해서 감각 능력과 운동 능력을 사용한다. 영아는 눈, 입, 손가락을 사용하여 환경을 활발하게 탐색함으로써 도식을 구성하기 시작한다. 도식은 세상이 작용하는 방식에 대한 이론이나 모형이라고 생각하면 될 것이다. 이론을 갖는 것의 중요한 장점은 새로운 상황에서 일어날 일을 예측하고 통제하기 위해서 그것을 사용할 수 있다는 것이다. 만일 영아가 동물 인형을 잡아당겨서 그것이 가까이 온다는 것을 학습한다면, 그러한 관찰은 물리적 대상이 어떻게 작용하는가에 대한 영아의 이론에 통합되어서 영아는 후에 딸랑이나 공과 같은 다른 물건을 가까이하고 싶을 때 그 이론을 사용할 수 있다. 피아제는 이 과정을 동화라고 불렀다. 동화는 영아가 새로운 상황에 자신의 도식을 적용할 때 일어난다. 물론 영아가 집고양이의 꼬리를 잡아당긴다면 고양이는 반대 방향으로 달아날 것이다. 세상에 대한 영아의 이론은 때때로 부당성이 증명되어서, 영아는 때때로 새로운 경험에 비추어 자신의 도식을 조정해야 한다. 피아제는 이 과정을 조절이라고 불렀다. 조절은 영아가 새로운 정보에 비추어 자신의 도식을 수정할 때 일어난다. 피아제는 인지 발달을 영아가 세상에 대한 이해를 쌓아 감에 따라 자신의 도식을 발달시키고, 적용하고, 조정하는 진행 과정이라고 믿었다. 피아제는 영아가 물리적 세계에 대한 아주 기본적인 이해를 가지고 있지 않으므로 획득해야만 한다고 제안했다. 피아제에 따르면, 영아는 대상 영속성 이론을 가지고 있지 않기 때문에 놀라지 않을 것이다. 대상 영속성은 대상이 눈에 보이지 않을 때라도 그것은 계속 존재한다는 인식이다. 피아제는 영아가 출생 후 몇 달 동안 대상이 눈에 보이지 않는 순간 그것이 존재하지 않는 것처럼 행동하는 것을 발견했다. 보이지 않는 대상을 추적하려면 영아가 갖지 못한 운동 기술이 필요하다는 것이 밝혀졌으며, 최근 연구는 영아가 다른 방식으로 검사 될 때 피아제가 알았던 것보다 훨씬 일찍 대상 영속성의 감각을 보여 준다는 것을 제시한다. 예를 들어, 한 연구에서 영아에게 위로 올라갔다 내려가는 들어 올리는 다리의 축소모형을 보여 주었다. 아기가 이것에 익숙해진 후, 한 상자가 다리 뒤에 놓이는 것을 보았는데, 그 상자는 다리가 움직이는 경로에 있었으나 아기가 볼 수 없는 곳에 있었다. 그 후 일부 영아는 가능한 사건을 보았다. 즉 다리가 움직이기 시작한 후, 마치 영아가 볼 수 없는 상자에 의해 방해받은 것처럼 갑자기 정지했다. 다른 영아는 불가능한 사건을 보았다. 즉 다리가 움직이기 시작한 후, 마치 상자에 의해 방해받지 않은 것처럼 계속해서 움직였다. 4개월 된 영아는 가능한 사건보다 불가능한 사건에 대해 더 오랫동안 응시했다. 이것은 영아가 그것에 대해 당혹해했다는 것을 암시한다. 물론 사건을 불가능하게 만든 유일한 것은 보이지 않는 상자의 존재였다. 영아가 불가능한 사건에 대해 당혹해했다는 사실은 영아가 상자를 볼 수 없을 때도 상자가 존재한다는 것을 알았다는 것을 암시한다. 이러한 연구들은 영아가 대상 영속성에 대해서 약간의 이해를 한다는 것을 암시한다. 영아는 세상을 단지 볼 수 있는 부분에 의해서만 생각하지 않고 대상이 눈에 보이지 않을 때도 계속해서 존재한다는 것을 어느 수준에서 아는 것이 확실하다. 비록 영아가 얼마나 많이 아는지 혹은 언제 어떻게 그것을 알게 되는지는 아직 분명하지 않다.
영아기 다음의 긴 기간을 아동기라고 부르는데 약 18~24개월에 시작해서 11~14세 사이에 시작하는 청소년기 전까지 지속되는 발달의 단계이다. 이 단계 동안 아동이 학습하는 가장 중요한 것 중 하나는 심리학자들이 구체적 조작이라고 부르는 것이다. 영아는 물리적 사물에 대해서 배우지만, 아동은 그 사물들이 어떻게 조작될 수 있는지 혹은 변형될 수 있는지를 배운다. 피아제에 따르면, 아동기는 2단계로 구성된다. 첫 단계는 전 조작 단계인데, 약 2세에 시작해서 약 6세에 끝나는 발달의 단계로서, 그동안 아동은 구체적 조작을 수행할 수 없다. 다음은 구체적 조작 단계인데, 약 6세에 시작해서 약 11세에 끝나는 발달의 단계로서, 그동안 아동은 구체적 조작을 수행할 수 있다. 한 연구에서 피아제는 아동에게 한 줄의 컵을 보여 주고 각 컵에 달걀을 하나씩 넣으라고 하였다. 전 조작 아동은 이것을 할 수 있었고, 그다음에 달걀과 컵의 수가 같다는 데 쉽게 동의했다. 그 후 피아제는 달걀을 꺼내서 컵보다 간격을 띄어서 긴 줄로 늘어놓았다. 전 조작 아동은 달걀의 줄이 컵의 줄보다 더 길기 때문에 틀림없이 달걀이 더 많다고 지적하면서, 이제 컵보다 달걀이 더 많다고 틀리게 주장하였다. 이와 반대로, 구체적 조작 아동은 달걀을 더 긴 줄로 펼쳐 놓았을 때도 달걀의 수는 변하지 않는다고 옳게 보고하였다. 그들은 펼쳐 놓기와 같은 조작이 한 세트의 대상의 외관을 변화시킬 때, 양은 그 세트의 변하지 않는 속성이라는 것을 이해하였다. 피아제는 이러한 통찰을 보존이라고 불렀다. 보존은 대상의 외관이 변하더라도 그 대상의 양적 속성은 변하지 않는다는 개념이다. 중심화는 대상의 다른 속성들을 제외하고 한 가지 속성에만 초점을 맞추는 경향성이다. 아동은 달걀의 줄의 길이에 초점을 맞추고 달걀 사이의 간격을 동시에 고려할 수 없다. 피아제는 또한 아동이 가역성에 대해서 생각하지 못한다고 제안했다. 아동은 달걀의 줄을 길게 만든 조작을 되돌릴 수 있다는 사실, 즉 달걀을 다시 가깝게 놓아서 줄을 더 짧게 할 수 있다는 사실을 고려하지 않는다. 그러나 이러한 오류는 더욱 기본적인 문제를 나타내는 것일 수 있다. 전 조작 아동이 보존 개념을 완전히 이해하지 못하는 한 가지 이유는 자신이 마음을 가지고 있고 이러한 마음은 세상에 대한 정신적 표상을 담고 있다는 사실을 완전히 이해하지 못하는 것이다.
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