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시청각 학습의 반복 수행에 따른 전두부의 뇌파 활성도 변화
Changes of the Prefrontal EEG(Electroencephalogram) Activities according to the Repetition of Audio-Visual Learning 원문보기

한국과학교육학회지 = Journal of the Korean association for science education, v.21 no.3, 2001년, pp.516 - 528  

김용진 (동마중학교, 서울대학교) ,  장남기 (동마중학교, 서울대학교)

초록
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학습행동에서의 뇌파 측정은 실시간으로 두뇌 기능 상태를 연구하는데 유용한 연구 방법이며, 대뇌의 부위 중 전전두엽은 새로움에 대한 지향반응과 사고 활동에 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 중학교 2학년 학생 20명에게 새로운 시청각 학습자료를 제시하고 4회의 반복학습이 이루어지는 과정에서 전전두부$(Fp_{1},\;Fp_{2})$의 뇌파를 측정하고 고속푸리에 변환(FFT)을 하여 정량적으로 분석하였다. 그 결과는 다음과 같다. 1) 새로운 내용의 첫번째 시청각 학습으로 기준상태에서보다 뇌신경의 속파 리듬인 $\beta_{2}$파(20-30Hz)와 $\beta_{1}$파(13-20Hz)의 활성은 증가하였으며, 서파 리듬인 $\theta$파(4-7Hz)와 $\alpha$ 파(8-13Hz)의 활성은 감소하였다. 2) $\beta_{2}$파와 $\beta_{1}$파의 활성은 1회의 반복학습 이후에 점차로 감소하였으며, $\beta_{2}$파가 $\beta_{1}$파보다 반복학습에 따른 활성도의 변화가 크게 이루어졌다. 3) 반복적인 시청각 학습이 이루어짐에 따라 $\alpha$ 파의 활성도는 기준상태에서보다 낮은 상태에서 완만하게 감소하였으며 $\theta$파의 활성은 2회의 반복학습 후에 감소하였다. 4) $\beta$$\theta$파의 활성이 함께 높은 2차 시청각 학습(1회 반복학습)에서 높은 학업 성취도의 향상을 보였다. 5) 처음 시청각 학습이 이루어질 때에는 전전두엽의 우뇌$(Fp_{2})$가 좌뇌$(Fp_{1})$보다 우세한 기능을 보였지만 반복적인 시청각 학습에서는 좌 우 뇌의 우세성이 구별되지 않았다. 따라서 교과학습과 관련된 인간의 정신행동에 있어서 뇌신경 반응의 습관화 현상이 나타나며, 학습 경험에 의해 두뇌 반구의 우세성이 변화할 수도 있음을 제시한다. 또한 시청각 학습에 있어서 두뇌 기능의 효율적 활용을 통한 학업 성취도 향상을 위해서는 l회의 반복 학습이 적합하다고 할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the educational study, the measure of EEG(brain waves) can be useful method to study the functioning state of brain during learning behaviour. This study investigated the changes of neuronal response according to four times repetition of audio-visual learning. EEG data at the prefrontal$(Fp_...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 10분간 휴식을 취한 후 1차 시청각 학습에서와 같은 과정을 반복하여 2차, 3차, 4차. 5차의 시청각 학습에 대한 뇌파 측정과 성취도 평가를 실시하였다.
  • 전두부에서 3Hz 이하의 8파는 안구 운동 등의 영향을 많이 받으므로 결과 분석에서 제외하였다. 기준상태 및 1차, 2차, 3차, 4차, 5차 시청각 학습에서의 뇌파 파장대별 활성도 변화를 조사하고 각 학습 차수 사이의 평균 활성도 차이에 대한 대응비교 검정을 하였으며 Fpi과 FP2의 « 파 활성도를 대응비교 검정하여 . 우뇌의 우세성을 비교하였다.
  • n & Ornstein, 1972). 따라서 전전두엽의 좌뇌에 해당하는 Fpi 과 우뇌에 해당하는 Fpz에서 <»파의 평균 활성도 차이를 통계적으로 비교 검정하였다 (Table 5). 그 결과 시청각 학습 이전의 기준상태에서는 Fpi과 Fpz의 a파 활성도 사이에 유의한 차이가 없었으나(p = .
  • 또한, 전전두엽을 감싸는 전두부(前頭部)는 전극을 부착하기 용이하여 학습 활동 중에 자연스럽게 뇌파를 측정하기에 좋은 부위이다. 따라서, 본 연구에서는 새로운 시청각 자료를 이용하여 반복적으로 시청각학습을 수행하는 동안 전전두엽 부위에 해당하는 뇌 신경 리듬의 활성 변화를 정량적으로 분석하였다. 본연구의 구체적 연구 문제는 다음과 같다.
  • 학습행동에서의 뇌파 측정은 실시간으로 두뇌 기능 상태를 연구하는데 유용한 연구 방법이며, 대뇌의 부 위 중 전전두엽은 새로움에 대한 지향반응과 사고 활 동에 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 중학교 2학 년 학생 20명에게 새로운 시청각 학습자료를 제시하고 4회의 반복학습이 이루어지는 과정에서 전전두부 (Fpi, Fpz)의 뇌파를 측정하고 고속푸리에 변환 (FFT)올 하여 정량적으로 분석하였다. 그 결과는 다음과 같다.
  • 선행연구(김용진 2000) 방법에 따라 미국의 IBVA 2-cnannel EEG system을 이용하여 피험자 좌 , 우뇌의 전전두엽에서 방출되는 뇌전위를 Fpi(좌뇌), Fpz(우뇌) 부위에서 측정하고 고속 푸리에 변환 (FFT) 프로그램을 이용하여 정량적으로 분석하였다. 분석에 사용된 뇌파의 파장대 영역은 内: 20-3아五, %: 14-19HZ, a: 8-13Hz, 站 4-7Hz로 설정하였으며.
  • 수업 종료 후 조용한 시간에 연구대상 학교 교실의 중앙에 수업 중의 자세로 의자에 앉아 약 15°상방으로 4m 전방에 위치해 있는 29’모니터의 화면을 보도록 하였다. 비디오에 연결된 모니터 소리의 세기는 모든 피험자에게 명확하게 들리도록 설정하고 일정하게 유지하였다.
  • 시청각 학습내용에 대하여 연구자와 생물 전공 교사 2명의 협의로 주관식 평가 문제 2문항을 개발하였으며, 피험자가 학습올 마치고 5분 후에 학습 내용에 대한 주관식 평가 문제에 답하도록 하였다. 10분간 휴식을 취한 후 1차 시청각 학습에서와 같은 과정을 반복하여 2차, 3차, 4차.
  • 시청각 학습용 비디오 자료를 시청하기 이전에 눈을 감고 안정을 취한 상태에서 생각을 적게 하도록 요구하고 자연스럽게 호흡을 하는 1분 동안의 뇌파를 측정하여 기준상태의 뇌파로 사용하였다.
  • 기준상태 및 1차, 2차, 3차, 4차, 5차 시청각 학습에서의 뇌파 파장대별 활성도 변화를 조사하고 각 학습 차수 사이의 평균 활성도 차이에 대한 대응비교 검정을 하였으며 Fpi과 FP2의 « 파 활성도를 대응비교 검정하여 좌 . 우뇌의 우세성을 비교하였다.
  • 하였다. 이 중에서 체세포 분열 과정의 단계 에 대한 내용을 시청하는 3분 동안의 뇌파를 피험자가 의식하지 않도록 자연스럽게 측정하였다.
  • 피험자인 중학교 2학년 학생들이 과거에 학습했거나 시청한 적이 없는 교과 내용의 선정을 위해 한국교육방송원(1998)에서 위성 교육 방송용으로 처음 제작한 중학교 3학년 과학(생물) 교과의 체세포 분열' 단원에 해당하는 내용을 10분간 주의 깊게 시청하여 학습하도록 하였다. 이 중에서 체세포 분열 과정의 단계 에 대한 내용을 시청하는 3분 동안의 뇌파를 피험자가 의식하지 않도록 자연스럽게 측정하였다.

대상 데이터

  • 본 연구는 서울특별시 소재의 중학교 2학년(만 13- 14세)에 재학중인 학생 20명(남자 12명, 여자 8명)을대상으로 연구 취지를 설명하고 부모와 피험자의 허락을 받아 실시하였다. 피험자들은 모두 뇌 손상이나 질병 치료를 받은 적이 없는 오른손잡이며, 학업 성적이 보통 이상으로 학습 능력에 장애가 없는 학생들임을 담임교사들로부터 확인하였다.
  • 분석하였다. 분석에 사용된 뇌파의 파장대 영역은 内: 20-3아五, %: 14-19HZ, a: 8-13Hz, 站 4-7Hz로 설정하였으며. 전두부에서 3Hz 이하의 8파는 안구 운동 등의 영향을 많이 받으므로 결과 분석에서 제외하였다.
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