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문제의 구조화 정도에 따른 중학생의 기술적 문제해결 사고 과정의 뇌파 활성도 분석

Analysis of Electroencephalogram(EEG) Activities of Middle School Students in Technological Problem Solving Thinking Process as Levels of Structured Problem

최유현
한국실과교육연구학회 (The Society Of Korean Practical Arts Education)|2011.11|실과교육연구 (Journal of Korean Practical Arts Education Research)|제17권 제4호|pp. 129-152|DOI 10.17055/jpaer.2011.17.4.129

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뇌파 활성도기술적 문제해결문제의 구조화 정도Level of Structuralization of ProblemsTechnological Problem Solving ThinkingEEG Activities
주제분류교육학

초록

이 연구는 기술적 문제의 구조화 정도를 ‘잘 구조화된(well-structured)‘, ’중간 정도 구조화된(semi structured)’, ’구조화가 잘 안된(ill-structured)' 문제로 구분한 후, 중학생이 기술적 문제를 해결하고자 할 때, 변화하는 뇌파의 활성도를 분석함으로써, 인지적 특성의 변화를 파악하는 연구이다. 이를 위해 구조화 정도에 따라 세 가지 유형의 기술적 문제를 구안하였으며, 학생들의 문제 해결 과정 시 뇌파 측정을 실시하였다. 이 연구의 결과를 토대로 얻어진 결론은 다음과 같다. 첫째, 뇌파 활성의 정도에서 ’구조화가 잘 안된 문제' 집단의 뇌파가 가장 활성화 되었으며, 다음으로 ‘잘 구조화된 문제‘ 집단, ’중간 정도 구조화된 문제‘ 집단 순으로 뇌파 활성 결과가 나타났다. 둘째, 인지 부하 수준에서 ’구조화가 잘 안된 문제' 집단의 뇌파가 가장 높게 나타났으며, 다음으로 ‘잘 구조화된 문제‘, ’중간 정도 구조화된 문제‘ 집단 순으로 인지 부하 수준 결과가 높게 나타났다. 즉, ’구조화가 잘 안된 문제'를 해결하는 집단이 가장 많은 스트레스를 받고 있었다. 셋째, 집중 지표는 대부분 앞서 본 뇌파 활성의 결과와 유사한 결과가 나타났다. 즉, 뇌파 활성이 높을 때 집중지표가 높아지다는 것을 추론할 수 있었으며 ’구조화가 잘 안된 문제'를 풀 때 집중이 가장 많이 됨을 확인할 수 있었다. 넷째, 이완 지표에서는 전반적으로 앞서 확인한 인지 부하의 결과와 상반된 결과가 나타났다. 즉, 인지 부하 값이 높으면, 이완지표가 낮아지다는 것을 연구 결과를 통해 추론할 수 있었다. 다섯째, 전체적으로 기술적 문제를 해결하는 이 연구의 결과에서는 우뇌 부위에서 좌뇌에 비해 활성화 되는 경향을 보이고 있다.

Abstract

This study was to understand the change of cognitive characteristics by analyzing the EEG activities that change when middle school students attempt to solve technological problems that were classified into 'well-structured', 'semi-structured' and 'ill-structured' according to their level of structuralization. For this purpose, the study developed 3 types of technological problems according to the level of structuralization and then presented these devised problems to 6 students in order to measure the EEG of the subjects as they are in the process of solving technological problems. The results of this study were as follows. Firstly, in terms of the level of EEG activities, the result came out as the 'ill-structured problem' group showing the most vitalized EEG, and the 'well-structured problem' group showing the second most vitalized EEG and then the 'semi structured problem' group showing the least vitalized EEG in the measurement of EEG activities. Secondly, in terms of the level of cognitive load, 'ill-structured problem' group showed the highest brain waves while the 'well-structured problem' group showed the second highest and the 'semi structured problem' group showed the lowest result of cognitive load level. In other words, the group that solves the 'ill-structured problem' was under the most stress. Thirdly, the concentration indicator produced a similar result mostly to that of the EEG activities that was observed earlier. So, it can be inferred that the concentration indicator heightens when the EEG activities are high, and it was verified that the concentration becomes most intense when solving 'ill-structured problem'. Fourthly, the relaxation indicator generally presented the contrary result to that of cognitive load that was observed earlier. In other words, it can be inferred from the result of this study that the relaxation indicator gets lower when the cognitive load value is high. Fifthly, in general, the right brain showed the tendency to be vitalized in comparison to the left brain in the result of this study, which solves the technological problems.

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