청소년들에게서 전두엽연합령은 어떻게 과학적 추론 및 과학개념 변화의 수행을 매개하는가?

How Do the Prefrontal Lobes Mediate Scientific Reasoning and Conceptual Change in Adolescents ?

청소년들의 과학적 추론이나 과학개념 변화에 영향을 미치는 변인들에 대한 교육학적 또는 심리학적 접근에서 수행 된 연구들은 많지만, 아직 두뇌기능의 성숙적 측면에서 이들 변인에 대한 접근은 국내외적으로 거의 이루어지질 않았다. 이 연구는 청소년들의 과학객 추론 능력과 개념획득 능력이 그들의 전두엽연합령(prefrontal lobes)의 인지적 기능, 예를 들면 설계기능(planning function) 또는 억제기능(inhibiting function)의 성숙에 의해서 주로 매개된다는 가설을 테스트하였다. 이 가설을 테스트하기 위하여 한국의 중등학생들의 과학척 추론 능력, 수업을 통한 개념 변화 능력, 추론능력과 개념변화에 영향을 미치는 것으로 알려져 온 탈잠입능력과 작동기억용량, 그리고 설계능력과 억제능력을 조사하여 그들 사이의 상관성과 회귀계수를 알아보았다. 이 연구의 결과는 전두엽연합령의 셜계능력과 억제능력이 과학적 추론 및 개념변화와 통계적으로 유의하게 관련되어 있음을 보여주었을 뿐만아니라, 더 나아가 과학적 추론과 개념변화에 이미 유의미한 인지변인으로 지지되어온 탈잡입능력과 작동기억용량보다 높은 지수로 관련되어 있음을 보여주었다. 이 연구는 또한 전두엽연합령의 인지적 기능들이 크게 활성과정(representing process)과 억제과정 (inhibiting process)으로 수행되어짐올 보여주었고, 이들 두 인지과정은 과학적 추론과 개념변화과정은 물론 다른 인지활동에도 적용되어질 수 있음을 본 연구는 제시하고 있다.

The present study tested the hypothesis that adolescents' performance on scientific reasoning tasks and their ability to change theoretical concepts during instruction are mediated by prefrontal-cognitive functions, such as planning and inhibiting. Subjects sampled from four Korean secondary schools were administered a test of scientific reasoning ability and tests of the prefrontal lobe functions. A series of lessons on theoretical concepts was also administered. Subjects' performance on the test of scientific reasoning and pre- to posttest gains in the concept test were used as dependent variables. This study found that students' planning and inhibiting abilities were highly correlated with and they significantly predicted their scientific reasoning ability and conceptual gains. Further, principal component analysis showed prefrontal lobe functions were categorized into two main components. Component 1, which was loaded by planning and working memory functions, was termed as the representing process. Component 2, which was loaded primarily by the inhibiting functions, was termed as the inhibiting process. Scientific reasoning and conceptual change were also linked to these two components, indicating that these cognitive processes are mediated by both representing and inhibiting processes.