생물학자와 고등학생의 지식 이해와 생성 과정에서 나타나는 두뇌 활성 분석 : fNIRS 활용

국문 초록 (Abstract)

지식기반사회에서는 새로운 지식을 생성하는 능력의 개발이 요구되며, 학습자의 생명과학 지식 생성 능력 향상을 위해서는 지식 이해와 지식 생성 능력이 뛰어난 생물학자의 두뇌 활성과 비교하여 공통점과 차이점을 객관적으로 설명할 수 있는 연구가 필요하다. 지식 이해는 획득한 정보들을 조직적으로 저장하는 과정이며, 지식 생성은 인지 구조에 조직적으로 저장되어 있던 기존 지식으로부터 제기된 문제 현상을 설명하는 데 필요한 지식을 인출하고, 재구성하는 과정으로 지식 이해 능력과 지식 생성 능력은 밀접한 관련이 있다. 이 연구의 목적은 생물학자와 고등학생이 지식 이해와 지식 생성 과제를 수행하는 과정에서 나타나는 두뇌 활성을 분석하고 집단별 특징을 비교하는 것이다. 이를 위해 생명 현상에 대한 인과적 지식을 제시하는 지식 이해 과제와 생명 현상에 대한 인과적 질문을 제시하는 지식 생성 과제를 개발하고, 전문가 7명으로부터 내용 타당도 검증을 받았다. 생물학자 12명과 고등학생 82명을 대상으로 fNIRS 기기를 이용하여 두뇌 활성을 측정하고, GLM 분석을 통해 집단별 통계 분석 결과를 얻었다. 지식 이해와 지식 생성 과정에서의 두뇌 활성을 눈 뜨고 휴식 상태와 대조하여 분석한 결과 생물학자와 고등학생 집단은 공통으로 작업 기억에 표상된 정보 통합과 효율적인 의사 결정에 관여하는 좌측 FP가 활성화되었다. 두 집단 간 유의미한 차이를 비교한 결과 생물학자 집단은 방향성 탐색에 관여하는 우측 FP와 작업 기억의 범위를 넘어선 추론 사고에 관여하는 우측 DLPFC의 활성이 높게 나타났고, 고등학생 집단은 시각 기억과 의미론적 기억의 목표지향적 접근하는 좌측 VLPFC 영역의 활성이 높게 나타났다. 지식 이해 과정보다 지식 생성 과정에서 작업 기억에 표상된 정보 조작에 관여하는 좌측 DLPFC와 주관적 가치 판단에 관여하는 양측 OFC의 활성이 두 집단에서 공통으로 높게 나타났다. 생물학자 집단은 고등학생 집단보다 양측 DLPFC의 활성이 더 높게 나타났으며, 이는 작업 기억에서 통합해야 하는 정보의 복잡성과 일관성을 유지하는 언어적 사고의 활성이 높음을 의미한다. 위 연구 결과를 통해 학습자의 지식 이해와 지식 생성 능력을 높이는 학습 자료 및 교육 프로그램 개발을 위한 신경학적 근거를 제시할 수 있으며, 인지 기능 검사 도구로서 fNIRS 활용 가능성을 제시할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 1
• 2. 연구 문제 4
• 3. 용어 정의 4
• II. 이론적 배경 6
• 1. 지식 이해 6
• 2. 지식 생성 8
• 3. 기능적 근적외선 분광법(fNIRS) 11
• III. 연구 방법 15
• 1. 연구 절차 15
• 2. 연구 대상 16
• 3. 과제 개발 17
• 4. 자료 수집 23
• 5. 자료 분석 30
• IV. 연구 결과 및 논의 34
• 1. 지식 이해 과정에서 두뇌 활성 비교 34
• 2. 지식 생성 과정에서 두뇌 활성 비교 40
• 3. 지식 이해와 지식 생성 과정에서 두뇌 활성 차이 비교 44
• V. 결론 및 함의 50
• 1. 결론 50
• 2. 함의 52
• 참고문헌 54
• ABSTRACT 61
• 부록 64