본 연구는 간호대학생을 대상으로 문제중심학습법(PBL)을 적용하여 메타인지, 비판적 사고, 임상의사결정능력, 임상추론역량의 효과를 확인하기 위해 수행된 단일군 전⋅후설계 유사실험연구이다. 연구 대상자는 G시 소재 일개 대학의 안전간호 교과를 수강 신청한 4학년 간호대학생 56명을 대상으로 하였으며, 자료 분석은 SPSS/WIN 23.0 프로그램을 이용하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 문제중심학습법(PBL)의 적용 전·후를 비교했을 때 메타인지, 비판적 사고, 임상의사결정능력, 임상추론역량 모두에서 유의하게 향상되었다(p<.001). 둘째, 임상추론역량은 메타인지, 비판적 사고, 임상의사결정능력과 유의한 정적 상관관계를 나타내었다. 이는 문제중심학습법이 비판적 사고, 임상의사결정능력, 임상추론역량 향상에 효과적임을 시사한다. 따라서 간호교육과정에서 학습자가 스스로 자료수집과 문제분석, 문제 해결을 통해 핵심역량을 강화하기 위한 문제중심학습 시나리오 개발과 체계적인 문제중심학습법의 설계와 반복적인 적용이 필요하다.