대학수학능력시험의 지구과학영역 문항 및 응시자 반응 분석 Analysis of Test Items of Earth Science and the Applicants' Responses on the Items in the College Scholastic Ability Test원문보기
본 연구는 1999 ${\sim}$ 2001학년도의 대학수학능력시험에서 지구과학 II 선택 경향 및 선택과목간의 점수를 비교하고, 지구과학 관련 문항의 탐구과정 및 내용 요소별 분포와 각 문항에 대한 학생의 반응을 분석하여 정답률이 낮은 문항에 대한 오답 유형을 추출하였다. 대학수학능력시험의 자연계 응시자는 1995학년도에 43.14%이었으나 최근 2년 동안에 급격히 줄어들어, 2001학년도에는 29.51%이었고, 2002학년도에는 26.92%로 감소하고 있다. 자연계 응시자의 지구과학 II 선택 비율은 약 22%로 생물 II(약 38%), 화학 II(약 28%)에 이어 3번째이다. 탐구과정별로는 공통과학 및 지구과학 II 모두 자료 해석에 대해서 가장 많이 출제되고 다음으로 결론 도출 및 평가에 대해서 많이 출제되었다. 내용별로는 공통과학에서는 ‘지각의 물질과 지각변동’(20.83%)에서 가장 많이 출제되었고, ‘온실효과’와 ‘우주과학’에 대해서는 출제되지 않았으며, 다른 영역에서는 대체로 고루 출제되었다. 지구과학 II에서는 ‘지각의 물질과 변화’ (22.92%)영역에서 가장 많이 출제되었고, 전반적으로 고르게 출제되었으나 ‘환경과 자원’에서 출제되지 않았고, ‘태양계’에 대해서는 비교적 적게 출제되었다. 문항 난이도 분포를 보면 1999학년도는 예상정답률 40 ${\sim}$ 59%와 60 ${\sim}$ 79%의 문제를 각각 6, 10개 출제하였고, 2000학년도에는 40 ${\sim}$ 59% 1문항, 60 ${\sim}$ 79% 14문항, 80% 이상 1문항 출제하였으나 2001학년도는 16문항 모두를 60 ${\sim}$ 79%에 해당하는 것을 출제하였다. 정답률이 높은 문항은 문제 해결에 지구과학 개념이 요구되지 않고 탐구 과정만 요구되는 문항, 매년 출제되어 학생에게 익숙한 분야, 탐구 능력 없이도 특정 지식만 있으면 해결되는 문항이다. 반면에 정답률이 낮은 문항은 지구와 행성의 운동, 해파에 관한 문항이며, 특히 복합개념이 요구되는 문항의 정답률이 낮다. 학생의 오답 반응 분석 결과 기본 개념에 대한 이해가 미흡한 주요 내용은 공통과학에서는 변환단층 및 부정합에서 지질학적 현상, 혼합층과 수온 약층의 의미, 온대저기압 통과 전후의 날씨 변화이며, 지구과학 II 에서는 달의 위상과 위치변화, 화성암의 구성광물 ${\cdot}$ 화학조성 ${\cdot}$ 조직 변화와 마그마 분화 및 풍화와의 관계, 지진파 주시곡선, 대기순환의 종류와 규모, 해파, 혼합층과 수온 약층, 서안강화 현상, 행성의 위치와 운동, H-R도상에서의 별의 특성과 진화 등이다. 탐구 과정에 대한 학생의 성취도는 비교적 높으므로 이해도가 상대적으로 낮은 영역에 대해 학생의 오답 유형을 참고하여 기본 개념 지도에 보다 관심을 기울일 필요가 있다.
본 연구는 1999 ${\sim}$ 2001학년도의 대학수학능력시험에서 지구과학 II 선택 경향 및 선택과목간의 점수를 비교하고, 지구과학 관련 문항의 탐구과정 및 내용 요소별 분포와 각 문항에 대한 학생의 반응을 분석하여 정답률이 낮은 문항에 대한 오답 유형을 추출하였다. 대학수학능력시험의 자연계 응시자는 1995학년도에 43.14%이었으나 최근 2년 동안에 급격히 줄어들어, 2001학년도에는 29.51%이었고, 2002학년도에는 26.92%로 감소하고 있다. 자연계 응시자의 지구과학 II 선택 비율은 약 22%로 생물 II(약 38%), 화학 II(약 28%)에 이어 3번째이다. 탐구과정별로는 공통과학 및 지구과학 II 모두 자료 해석에 대해서 가장 많이 출제되고 다음으로 결론 도출 및 평가에 대해서 많이 출제되었다. 내용별로는 공통과학에서는 ‘지각의 물질과 지각변동’(20.83%)에서 가장 많이 출제되었고, ‘온실효과’와 ‘우주과학’에 대해서는 출제되지 않았으며, 다른 영역에서는 대체로 고루 출제되었다. 지구과학 II에서는 ‘지각의 물질과 변화’ (22.92%)영역에서 가장 많이 출제되었고, 전반적으로 고르게 출제되었으나 ‘환경과 자원’에서 출제되지 않았고, ‘태양계’에 대해서는 비교적 적게 출제되었다. 문항 난이도 분포를 보면 1999학년도는 예상정답률 40 ${\sim}$ 59%와 60 ${\sim}$ 79%의 문제를 각각 6, 10개 출제하였고, 2000학년도에는 40 ${\sim}$ 59% 1문항, 60 ${\sim}$ 79% 14문항, 80% 이상 1문항 출제하였으나 2001학년도는 16문항 모두를 60 ${\sim}$ 79%에 해당하는 것을 출제하였다. 정답률이 높은 문항은 문제 해결에 지구과학 개념이 요구되지 않고 탐구 과정만 요구되는 문항, 매년 출제되어 학생에게 익숙한 분야, 탐구 능력 없이도 특정 지식만 있으면 해결되는 문항이다. 반면에 정답률이 낮은 문항은 지구와 행성의 운동, 해파에 관한 문항이며, 특히 복합개념이 요구되는 문항의 정답률이 낮다. 학생의 오답 반응 분석 결과 기본 개념에 대한 이해가 미흡한 주요 내용은 공통과학에서는 변환단층 및 부정합에서 지질학적 현상, 혼합층과 수온 약층의 의미, 온대저기압 통과 전후의 날씨 변화이며, 지구과학 II 에서는 달의 위상과 위치변화, 화성암의 구성광물 ${\cdot}$ 화학조성 ${\cdot}$ 조직 변화와 마그마 분화 및 풍화와의 관계, 지진파 주시곡선, 대기순환의 종류와 규모, 해파, 혼합층과 수온 약층, 서안강화 현상, 행성의 위치와 운동, H-R도상에서의 별의 특성과 진화 등이다. 탐구 과정에 대한 학생의 성취도는 비교적 높으므로 이해도가 상대적으로 낮은 영역에 대해 학생의 오답 유형을 참고하여 기본 개념 지도에 보다 관심을 기울일 필요가 있다.
This study investigated the trends in the number of applicants and mean score and applicants’ responses on the test items of Earth Science in the College Scholastic Ability Test (CSAT) implemented for 3 years (1999-2001). The percentage of applicants of science track were 43.14% in 1995, but reduced...
This study investigated the trends in the number of applicants and mean score and applicants’ responses on the test items of Earth Science in the College Scholastic Ability Test (CSAT) implemented for 3 years (1999-2001). The percentage of applicants of science track were 43.14% in 1995, but reduced through 29.5% in 2001 to 26.92% in 2002 CSAT For elective subject, about 22% of science track students applied to Earth Science II which ranked third to Biology II and Chemistry II. In 1999, test items were developed to have the expected difficulty 40 ${\sim}$ 59% (6 items) to 60 ${\sim}$ 79% (10 items). But in 2001 every 16 items were developed to have difficulty 60 ${\sim}$ 79%, which was caused by the policy of so called ‘easy CSAT’. Thus the mean score of ‘Earth Science II’ was increased from 50.26 in 1999 through 64.47 in 2000, to 67.58 in 2001. Applicants were generally very good at solving test items focusing on process skills only and familar items but poor at solving test items related to the motion of the earth and planets and sea wave, especially items calling two or more concepts. Thus special measures to cope with the decrease in applicants of science track should be provided. And it is recommended to develop test items with wider range of difficulty and to reduce test items calling process skills only. And special consideration should be given to teaching the content area with poor achievement and high actual difficulty compared to the expected.
This study investigated the trends in the number of applicants and mean score and applicants’ responses on the test items of Earth Science in the College Scholastic Ability Test (CSAT) implemented for 3 years (1999-2001). The percentage of applicants of science track were 43.14% in 1995, but reduced through 29.5% in 2001 to 26.92% in 2002 CSAT For elective subject, about 22% of science track students applied to Earth Science II which ranked third to Biology II and Chemistry II. In 1999, test items were developed to have the expected difficulty 40 ${\sim}$ 59% (6 items) to 60 ${\sim}$ 79% (10 items). But in 2001 every 16 items were developed to have difficulty 60 ${\sim}$ 79%, which was caused by the policy of so called ‘easy CSAT’. Thus the mean score of ‘Earth Science II’ was increased from 50.26 in 1999 through 64.47 in 2000, to 67.58 in 2001. Applicants were generally very good at solving test items focusing on process skills only and familar items but poor at solving test items related to the motion of the earth and planets and sea wave, especially items calling two or more concepts. Thus special measures to cope with the decrease in applicants of science track should be provided. And it is recommended to develop test items with wider range of difficulty and to reduce test items calling process skills only. And special consideration should be given to teaching the content area with poor achievement and high actual difficulty compared to the expected.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 대학수학능력시험의 자연계응시자 수의 변화 및 지구과학 II 응시자의 경향을 분석하고, 공통 문항에서 지구과학 관련 문항과 지구과학 II 문항에 대한 학생 반응 분석을 통하여 학생들의 오답 유형을 탐색하고 지구과학 교수-학습에 시사점을 제시하고자 한다.
여기서는 대학수학능력시험에서 학생의 정답률이 75% 이상인 문항과 정답률이 50% 이하로 낮은 문항을 분석하여 교수-학습에 시사점을 찾고자 하였다. 먼저 정답률이 75% 이상으로 높은 문항을 살펴보면 다음과 같다.
여기서는 지구과학 관련 주요 문항에 대한 학생의 오답 반응을 공통과학의 주요 영역인 태양복사 에너지, 지각의 물질과 지각 변동, 지질 연대, 해양, 일기와 기후, 태양계 탐사와 별, 환경으로 구분하고, 지구과학 Ⅱ에 대해서는 우리의 지구, 지각의 물질과 변화, 지구의 역사, 대기의 순환과 일기의 변화, 해양과 해수의 순환, 태양계, 벼과 우주로 구분하여 제시하고자 한다. 먼저 공통과학 관련 문항을 살펴보면 다음과 같다.
제안 방법
검사지 분석에서는 각 학년도 문항의 탐구 과정별 분포와 내용 분포를 분석하였다. 과학에서 탐구과정은 연구자마다 다양하게 분류하지만, 본 연구에서 사용한 분석 기준 중 탐구 과정 분류는 대학수학능력시험의 출제진이 문항카드에 제시한 것을 이용하였다.
내용은 교육과정에 제시된 영역을 기준으로 설정하였다. 공통과학은 태양에너지, 지각의 물질과 지각변동, 지질연대, 해양, 일기와 기후, 태양계 탐사와 별, 온실효과, 역전층, 우주과학의 9가지로 구분하였다.
그리고 정답률은 상위 50% 학생이 75%가 되도록 하는 것이었다. 따라서 교육과정과 정답률이 달라 함께 분석하기보다는 우선 제6차 교육과정에 따라 출제된 문항만 분석하기로 하였다.
또한 홀수형 문제지를 대상으로 3개 학년도의 대학수학능력시험에서 특별히 정답률이 낮거나 높은 문항, 그리고 출제진의 예상 정답률과 실제 정답률이 낮은 문항에 대한 문항의 특성을 분석하고, 학생의 오답 반응을 분석하여 대표적인 오답유형을 추출하였다.
과학에서 탐구과정은 연구자마다 다양하게 분류하지만, 본 연구에서 사용한 분석 기준 중 탐구 과정 분류는 대학수학능력시험의 출제진이 문항카드에 제시한 것을 이용하였다. 즉, 탐구는 문제인식 및 가설설정, 탐구 설계 및 수행, 자료 분석 및 해석, 결론 도출 및 평가의 4단계로 구분하였다. 내용은 교육과정에 제시된 영역을 기준으로 설정하였다.
대상 데이터
본 연구의 분석대상은 1995학년도 이후 계열별 응시자, 제6차 교육과정에 따라 출제된 1999학년 ~ 2001학년도의 대학수학능력시험의 자연계열 응시자의 선택과목 선택 경향 및 대학수학능력시험 과학탐구의 지구과학 관련 문항과 각 문항에 대한 학생의 반응이다. 1999학년도 이후의 문항만 분석 대상으로 삼은 이유는 다음과 같다.
이론/모형
내용 분포를 분석하였다. 과학에서 탐구과정은 연구자마다 다양하게 분류하지만, 본 연구에서 사용한 분석 기준 중 탐구 과정 분류는 대학수학능력시험의 출제진이 문항카드에 제시한 것을 이용하였다. 즉, 탐구는 문제인식 및 가설설정, 탐구 설계 및 수행, 자료 분석 및 해석, 결론 도출 및 평가의 4단계로 구분하였다.
성능/효과
1%이었다. 1999학년도의 75번 문항인 세 지점에서 관측한 지진기록 주시곡선을 해석하는 문제에서, 35.48%의 학생이 주시곡선에서 P파와 S파의 도달 시간을 구분하지 못하였으며, 20.48%는 FS시가 진앙으로부터 관측 지점까지의 거리가 멀어짐에 따라 증가하는 것을 파악하지 못하며, 42.68%는 P파와 S파의 도달 시간은 진앙으로부터의 거리가 멀어지면 증가한다는 사실을 그림에서 파악하지 못하였다. 이는 주식 곡선에 대한 이해가 상대적으로 부족함을 나타낸다.
별과 우주 영역에서 1999학년도의 67번, 시차 실험 방법에 관한 문항에서 시차는 관찰자와 물체 사이의 거리에 따라 나타나는 것을 모르는 즉, 시차는 배경 물체와 관찰 물체 사이의 거리에 관계되는 것으로 이해하는 학생이 18.15%이다. 색지수와 절대등급의 H-R도를 읽고 제시된 절대등급 구하는 공식을 이용해서 등급을 구하는 1999학년도 72번 문항의 정답률은 55.
이들 문항을 탐구 과정별로 분석하면, 자료해석(41.67%)과 결론 도출 및 평가(33.33%)에 관한 것이 압도적으로 많이 출제되었다(Table 3).
72%로 매우 낮았다. 특히, 천해파의 속도는 Tgh 임을 밝혔는데도, 수심이 같은 곳에서 파장이 다른 천해파의 속도가 다르다고 한 항목을 포함한 답지 반응률이 50.0%나 되었다. 1999학년도 70번 대양의 수온분포 수직 구조 그림을 제시한 설명에서 심해층 해수원을 모르는 학생이 20.
후속연구
그리고 과학 내적으로는 현재 자연계 응시자의 30% 미만인 여학생의 비율을 높이기 위해서 교육과정과 교과서의 내용 구성, 진로 지도 등 여학생을 위한 방안이 마련되어야 할 것이다.
다음으로 교차 지원에 대한 대응책이 마련되어야 할 것이다. 앞으로 대학 지원자의 감소로 경쟁력이 떨어지는 대학은 정원을 채우기도 어렵게 될 것이기 때문에 교차지원을 허용하지 않으면 정원 미달 사태가 심각해질 것이다.
현재와 같은 감소 추세가 지속된다면, 제7차 교육과정에서 과학과목 선택 비율은 급격히 낮아지게 될 것이고, 과학 분야 교사 수급도 큰 문제로 대두될 가능성이 높다. 따라서 과학 교육 분야뿐만 아니라 수학, 및 과학기술 전 분야가 연대하여 자연계 분야 지원자 감소의 문제점을 부각시키고 이에 대한 대책을 마련하여야 할 것이다. 미국에서는 수학 및 과학 성취도가 낮아지고 학생들이 수학과 과학 과목 선택을 기피할 때 국가 차원에서, 국가의 위기 (The Nation at Risk)'라는 보고서 (NCEE, 1983) 를 통해 국민의 경각심을 불러일으키고 국가 수준의 대책을 꾸준히 마련해오고 있다.
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