생명과학 학습의 지식 이해, 문제 풀이, 융합 사고에 대한 fMRI 기반 두뇌 활성 연구|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 학습자들이 생명과학 교과를 학습하는 과정에서 실제적으로 사용하는 중요한 요소인 지식 이해, 문제 풀이, 융합 사고 활동에 대한 두뇌 활성 특성을 fMRI를 기반으로 규명하는 것이다.
이를 위해 지식 이해, 문제 풀이, 융합 사고에 대한 각각의 과제 영향을 고려하여 서로 관련 없는 주제를 선정한 후 정기적인 세미나를 통해 수정·보완을 거치며 fMRI 측정을 위한 과제의 타당도를 점검하였다. 이렇게 개발된 과제는 충남 소재 고등학생들을 대상으로 예비 투입하여 제한된 시간 안에 적절한 난이도를 가지고 사고를 유발할 수 있는 과제를 최종 선정하였다. fMRI 본 측정은 충북 소재 고등학교 학생들을 대상으로 실시되었으며 획득한 데이터에 대한 두뇌 활성 분석과 기능적 연결성 분석을 통해 각 사고를 수행하는 과정에서의 특이적인 활성 영역과 해당 영역간의 상관 관계를 확인하였다.
그 결과 생명과학 학습에서 공통적으로 전전두엽의 중전두이랑(Middle frontal gyrus, BA6)에서 활성이 나타났으며 이는 학습자의 인지 구조에 파지되어 있는 기존에 학습했던 지식이나 경험을 활용하여 학습이 이루어짐을 의미한다. 또한 중전두이랑을 기반으로 각 학습에서의 고유한 두뇌 활성 영역 및 기능적 연결성을 확인하였다. 지식 이해는 전전두엽(Prefrontal lobe)과 해마옆이랑(Parahippocampal gyrus), 후두엽(Occipital lobe)의 활성 및 기능적 연결성을 기반으로 이루어진다. 논리적인 순서로 관련성 있게 제시된 글과 그림에 의해 해마옆이랑이 관여하고 후두엽에 의해 처리된 시각적 정보들은 전전두엽에 의해 기존에 형성된 인지 구조를 기반으로 생명 현상에 대한 의미를 구성한다. 문제 풀이는 시상(Thalamus)을 통한 전전두엽(Prefrontal lobe)과 후측 두정엽(Posterior parietal lobe), 후두엽(Occipital lobe)의 활성 및 기능적 연결성을 기반으로 보기의 진위를 평가한다. 이는 후두엽을 통해 제시된 문제의 글과 그림에 대한 시각적 정보의 처리가 이루어지고 전전두엽과 후측 두정엽에 의해 문제 풀이에 필요한 정보를 작업 기억에 유지함으로써 보기의 옳고 그름을 평가한다. 또한 융합 사고는 양측의 전전두엽(Prefrontal lobe)과 하두정소엽(Inferior parietal lobule), 측두엽(Temporal lobe)의 활성 및 기능적 연결성을 기반으로 생명과학 지식을 통해 공학적으로 문제를 해결한다. 전전두엽에서 문제 해결을 위해 설정한 목표는 하두정소엽에 의해 다양하고 복잡한 생명 과학 지식과 공학적 지식을 인출하여 측두엽과 함께 논리적 사고를 통해 창의적인 산출물을 현실화하고 평가하는데 관여한다. 즉, 생명과학 학습에서 지식 이해, 문제 풀이, 융합 사고 과정은 각각의 신경학적 특성에 따른 두뇌 수준의 시스템이 존재함을 의미한다. 따라서 각 학습은 두뇌 시스템의 차이에 따른다는 실증적인 신경학적 근거를 제시할 수 있을 것이다. 또한 학습자가 어떤 생명과학 학습을 선택하느냐에 따라 두뇌 발달에 차이가 나타날 가능성이 있으므로 두뇌 가소성에 따라 반복적으로 특정 학습만을 위주로 이루어지는 것은 바람직하지 못한 교수-학습 전략임을 제시하고 있다.

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본 연구의 목적은 학습자들이 생명과학 교과를 학습하는 과정에서 실제적으로 사용하는 중요한 요소인 지식 이해, 문제 풀이, 융합 사고 활동에 대한 두뇌 활성 특성을 fMRI를 기반으로 규명...

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