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문제 정의
- 본 연구에서는 초등과학영재 선발 도구로 사용된 지필문항을 분석하기 위해 교과영역적인 면과 내용적인 면으로 나누어 분석하였다.
- 따라서 영재 선발 문항의 질을 높이고, 과학영재 선발의 타당성을 높이기 위해 지속적인 과학영재 선발문항 분석이 필요하다고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 과학영재교육원의 학생 선발에 사용된 수년간의 지필 검사 문항을 분석하여 영재교육 대상자를 선발하기 위해 적합한 지필 검사 도구를 개발하는데 있어 필요한 기초 자료를 얻고자 한다.
제안 방법
- 과학영재 선발 지필 문항은 객관형 검사와 서술형검사로 이루어져 있었다. 객관형 문항의 경우 문항을 교과 영역과 내용 영역으로 나누어 분석하였다. 영재의 특성 중에서 중요하게 다루어지고 있는 과제집착력이나 창의성 등은 지필 검사로 판단하기에는 한계가 있으므로 지필검사 외에 다른 측정 도구가 있어야한다.
- 고전 검사 이론에 따라 문항의 난이도(item difficulty: P)와 문항의 변별도(discrimination index: DI)를 분석하였다.
- 과학 영재 선발에 사용된 지필 문항들의 교과별 및 내용별 상관계수를 산출하여, 상관관계를 분석하였다.
- 교과 영역은 초등학교 교육과정에 비추어 수학, 에너지, 물질, 생명, 지구 영역에 따라 분류하였다. 과학 영재성을 측정하는 주요 기준으로 과학 지식, 과학탐구능력, 창의성, 과제집착력 등을 제시하고 있으나(권치순, 2005) 본 연구에서는 과제집착력이 지필검사로 판별하기에 적절하지 않기 때문에 영역에서 제외하고, 지식, 과학탐구능력, 창의성 영역에 따라 내용을 분석하였다. 과학탐구능력 영역은 과학탐구과정(우종옥 외, 1996)중에서 문제인식 및 가설설정, 변인통제, 자료변환 및 자료해석, 결론 도출 및 일반화 4단계로 나누어 각 문항에서 평가하고자 하는 능력을 분석하였다.
- 과학 영재성을 측정하는 주요 기준으로 과학 지식, 과학탐구능력, 창의성, 과제집착력 등을 제시하고 있으나(권치순, 2005) 본 연구에서는 과제집착력이 지필검사로 판별하기에 적절하지 않기 때문에 영역에서 제외하고, 지식, 과학탐구능력, 창의성 영역에 따라 내용을 분석하였다. 과학탐구능력 영역은 과학탐구과정(우종옥 외, 1996)중에서 문제인식 및 가설설정, 변인통제, 자료변환 및 자료해석, 결론 도출 및 일반화 4단계로 나누어 각 문항에서 평가하고자 하는 능력을 분석하였다.
- 이에 영재 선발의 도구로서 지필검사의 적합성에 대한 검토와 지필검사 문항 개발의 기초 자료에 대한 연구가 필요하게 되었다. 그래서 본 연구에서는K대학교 초등과학영재교육원에서 과학영재 선발에 사용된 지필 문항의 문항 분석을 하였다. 이 분석은 특정한 하나의 영재교육원의 경험이기에 다른 경우로 일반화하기에는 상당한 제한이 따른다.
- 그리고 지난 3년간(2008∼2010년) 초등과학영재교육원에 지원한 학생들의 점수 자료를 분석하였다.
- 내용 영역으로는 지식, 과학탐구능력으로 나누어 문항을 분석하였다. 지식 영역과 과학탐구능력 영역이 같은 비율로 출제되었다.
- 본 과학영재교육원 선발 시험에 응시한 학생들의 성별에 따른 차이를 분석하였다. 그리고 선발 시험에 응시한 학생들은 다른 영재교육기관에서 영재교육을 받은 학생들과 영재교육을 받지 않은 학생들로 이루어져 있다.
- 본 연구에서 분석된 문항들은 2단계 과정의 지필 검사에 사용된 것으로 객관형 문항과 서술형 문항으로 이루어져 있다. 객관형 문항은 초등교육과정 범위 내에서 1차 지필검사이고, 2차는 창의적인 문제 해결력을 검사하는 서술형 문항을 사용하였다.
- 서술형 문항의 경우는 문항 난이도와 변별도가 적절한 편이었으며, 객관형 문항에 비해 어렵게 출제된 문항이 많았고, 변별력이 높았던 것으로 분석되었다. 특정 문항들이 선발에 미치는 영향을 알아보기 위해 지필 문항의 교과, 내용, 총점과의 상관계수를 산출하여 상관관계를 분석하였다. 모든 교과의 문항들이 총점과 유의미한 상관을 나타내었으며, 특히 물질이 가장 높은 상관을 보였다.
대상 데이터
- 본 연구는 K대학교 초등과학영재교육원에서 2008학년 2010학년 동안 학생 선발에 사용한 76개 문항을 대상으로 하였다. 연구에 사용된 문항은 초등과학 전공을 지원한 학생들을 선발하는 것으로 지원 대상은 초등학교 4, 5학년 재학생이다.
- 본 연구는 K대학교 초등과학영재교육원에서 2008학년 2010학년 동안 학생 선발에 사용한 76개 문항을 대상으로 하였다. 연구에 사용된 문항은 초등과학 전공을 지원한 학생들을 선발하는 것으로 지원 대상은 초등학교 4, 5학년 재학생이다.
데이터처리
- 그리고 영재 선발에 사용된 지필검사 문항의 피험자의 점수와 지필검사 문항 유형, 문항 영역 등과의 상관을 알아보기 위해 상관계수를 산출하였다.
- 본 과학영재교육원 선발 시험에 응시하기 전에 다른 영재교육기관에서 영재교육을 받은 적이 있는 학생과 영재교육을 받은 적이 없는 학생들 간에 차이가 있는지를 알아보기 위해 t 검증을 사용하여 분석하였다. 본 검증에 사용된 자료는 3차 최종선발단계에 해당하는 학생들의 점수이다.
- 본 과학영재교육원 선발 시험에 응시한 학생들의 성별 간에 차이가 있는지를 알아보기 위해 t 검증을 사용하여 분석하였다.
- 그리고 선발 시험에 응시한 학생들은 다른 영재교육기관에서 영재교육을 받은 학생들과 영재교육을 받지 않은 학생들로 이루어져 있다. 선발 문항이 영재교육 수료 여부에 따라 어떤 차이를 나타내는지를 알아보기 위해 영재교육을 받은 경험이 있는 학생들과 그렇지 못한 학생들을 나누어 t 검증을 실시하였다. 영재교육 수료자는 대학부설 영재교육원이나 시도교육청 영재교육원 등에서 공부한 학생들이 해당되며, 일반 학원 등의 영재교육을 받은 경우는 영재교육 미수료자로 분류하였다.
이론/모형
- 문항 난이도는 일반적으로 Cangelosi(1990)의 기준을 적용하여 0.25 미만은 어려운 문항, 0.25 0.75는 적절한 문항, 0.75 이상은 쉬운 문항으로 판정하였다.
- 문항 변별도에 대한 분석은 Ebel & Frisbie(1991)의 기준을 적용하였다.
성능/효과
- 문항 변별도에 대한 분석은 Ebel & Frisbie(1991)의 기준을 적용하였다. 0.40 이상이면 변별력이 높은 문항, 0.30 0.39 변별도가 상당히 높으나 개선될 여지가 있는 문항, 0.20 0.29 약간 좋은 문항이나 개선될 필요가 있는 문항, 0.10 0.19 변별도가 매우 낮은 문항, 0.10 미만은 변별력이 없는 문항으로 판정하였다.
- 객관형 문항에 대해 연도별로 분석한 전체 평균 난이도는 0.26 0.49로 적절하였으며, 연도별로 분석한 문항 난이도 분포는 대체로 크게 나타났다.
- 객관형 문항은 수학, 에너지, 물질, 생명, 지구의 교과 영역으로 나누어져 있으며, 서술형 문항은 창의성 문항으로 구성되어 있다. 객관형 문항의 경우 수학 45%, 과학(에너지, 물질, 생명, 지구) 55%의 비율로 출제되었으며, 과학 중에는 생명, 물질 등이 많이 출제되었고, 지구가 5문항으로 가장 적었다. 객관형 문항에서 수학이 가장 큰 비율을 차지한 것은 과학영재교육 대상자들이 과학을 하기 위한 기본적인 수학 능력을 확인하기 위한 것으로 생각된다.
- 서술형 문항의 경우 변별도에 문제가 있는 문항이 나타나지 않았으며, 변별도에는 문제가 없는 것으로 분석된다. 객관형 문항의 평균 변별도와 비교해 보면, 객관형 문항에 비해 서술형 문항의 변별력이 우수하였다.
- 고전 문항 검사 이론을 바탕으로 분석한 결과는 서술형 문항이 객관형 문항에 비해 평균 문항 난이도가 낮아, 서술형 문항이 더 어렵게 출제된 것으로 조사되었다. 교과별 평균 난이도는 전반적으로 적절한 편이었으며, 그 중에서 지구가 0.
- 과학영재의 특성 준거에 따른 지식, 과학탐구능력, 창의성 및 총점간의 상관이 대체로 높게 나타났으며, 창의성과의 상관이 .862로 가장 높게 나타났다. 창의성의 결정계수가 .
- 32로 분석되었다. 과학탐구능력 영역에서 변별도에 문제가 있는 문항들을 분석해 본 결과, 결론도출 및 일반화가 33.3%(9문항중 3문항)로 비율이 가장 높았으며, 자료변환 및 자료해석은 27.2%(11문항 중 3문항)를 차지하였다.
- 과학탐구능력은 자료변환 및 자료해석 문항이 가장 많았으며, 변인통제 문항이 가장 적었다. 자료변환 및 자료해석과 관련된 문항이 피험자의 과학적 사고력을 측정하기에 적절한 영역으로 많이 출제된 것으로 생각되어지며, 자료의 변환보다는 정성적 또는 정량적인 자료의 해석에 대한 문항이 많이 출제된 것도 이를 뒷받침하는 내용이다.
- 표 4는 객관형 문항의 내용 중 과학탐구능력 및 총점과의 상관계수를 나타낸 것이다. 과학탐구능력의 모든 영역들이 총점과 유의미하게 높은 상관이 있는 것으로 분석되었다. 자료변환 및 자료해석과 총점과의 상관이 .
- 교과별 평균 난이도는 전반적으로 적절한 편이었으며, 그 중에서 지구가 0.57로 가장 쉬웠으며, 물질 0.49, 생명 0.40, 수학과 에너지가 0.29로 가장 어려웠던 것으로 분석되었다. 연도별에 있어 2008년에 0.
- 고전 문항 검사 이론을 바탕으로 분석한 결과는 서술형 문항이 객관형 문항에 비해 평균 문항 난이도가 낮아, 서술형 문항이 더 어렵게 출제된 것으로 조사되었다. 교과별 평균 난이도는 전반적으로 적절한 편이었으며, 그 중에서 지구가 0.57로 가장 쉬웠으며, 수학과 에너지가 0.29로 가장 어려웠던 것으로 분석되었다.
- 33으로 대체로 양호한 편이었다. 교과별 평균 변별도는 수학 0.29, 에너지 0.28, 물질 0.33, 생명 0.30, 지구 0.32로 대부분 교과가 0.30 내외로 변별도가 있는 것으로 나타났다. 교과별로 변별도가 0.
- 30 내외로 변별도가 있는 것으로 나타났다. 교과별로 변별도가 0.20 미만으로 변별도에 문제가 있는 문항들을 분석해 본 결과, 에너지의 경우 42.8%(7문항 중 3문항)로 비율이 가장 높았으며, 물질은 10.0%(10문항 중 1문항)로 가장 낮게 나타났다.
- 43)으로 양호한 편이었다. 그러나 내용별로 각 문항에 따라 난이도에 문제가 있는 문항수를 분석한 결과, 과학탐구능력 영역 변인통제의 경우 75.0%(4문항 중 3문항)로 비율이 가장 높았으며, 결론도출 및 일반화가 44.40%(9문항 중 4문항)로 비율이 가장 낮았다. 문항 난이도 분포는 문항 내용에 따라 차이는 있지만, 대체로 큰 분포를 나타내어 난이도의 편차가 매우 심한 것으로 분석된다.
- 그리고 성별에 따른 과학영재특성 준거의 차이는 창의성과 총점에서 통계적으로 유의미한 차이가 나타났으며, 남학생이 창의성 3점, 총점 2점 더 높은 것으로 분석되었다. 이는 과학영재교육원 선발 시험에 응시한 학생들 중에서 남학생들이 창의성 영역에서 더 우수한 능력을 보이는 것으로 생각되어진다.
- 특정 문항들이 선발에 미치는 영향을 알아보기 위해 지필 문항의 교과, 내용, 총점과의 상관계수를 산출하여 상관관계를 분석하였다. 모든 교과의 문항들이 총점과 유의미한 상관을 나타내었으며, 특히 물질이 가장 높은 상관을 보였다. 문항 내용 중 과학탐구능력의 모든 영역이 총점과 유의미하게 높은 상관이 있는 것으로 나타났으며, 자료변환 및 자료해석과 총점간의 상관이 .
- 표 8은 영재교육원 수료여부에 따라 과학탐구능력 영역별로 차이가 있는지를 t 검증한 결과이다. 모든 영역에서 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났지만, 창의성의 경우 영재교육을 수료한 학생들이 3.6점 더 높은 것으로 분석되었다. 선발시험 응시 전의 영재교육 여부에 유의미한 차이가 없는 것으로 보아, 선발시험 응시 전의 영재교육이 선발시험에 영향을 주지 않은 것으로 생각된다.
- 418로 가장 높게 나타났다. 문제인식 및 가설설정과 자료변환 및 자료해석은 다른 모든 영역과 유의미한 상관이 있는 것으로 나타났다. 결론도출 및 일반화의 경우는 다른 영역과의 상관이 대부분 가장 낮은 것으로 분석되었는데, 이는 결론도출 및 일반화 영역 문항들이 다른 영역의 문항들은 어느 정도 다른 능력을 측정하고 있다고 볼 수 있다.
- 모든 교과의 문항들이 총점과 유의미한 상관을 나타내었으며, 특히 물질이 가장 높은 상관을 보였다. 문항 내용 중 과학탐구능력의 모든 영역이 총점과 유의미하게 높은 상관이 있는 것으로 나타났으며, 자료변환 및 자료해석과 총점간의 상관이 .661로 가장 높게 분석되었다.
- 문항 내용별 평균 난이도는 지식 0.30, 과학탐구능력 0.43(문제인식 및 가설설정 0.43, 변인통제 0.45, 자료변환 및 자료해석 0.35, 결론도출 및 일반화 0.43)으로 양호한 편이었다. 그러나 내용별로 각 문항에 따라 난이도에 문제가 있는 문항수를 분석한 결과, 과학탐구능력 영역 변인통제의 경우 75.
- 이는 과학영재교육원 선발 시험에 응시한 학생들 중에서 남학생들이 창의성 영역에서 더 우수한 능력을 보이는 것으로 생각되어진다. 본 과학영재교육원 선발 시험에 응시하기 전에 다른 영재교육원에서 영재교육을 받은 적이 있는 학생과 영재교육을 받은 적이 없는 학생들의 차이를 t 검증으로 분석한 결과, 모든 영역에서 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 분석되었다.
- 본 과학영재교육원 선발 시험에 응시한 학생들의 성별 간 차이를 t 검증으로 분석한 결과, 과학탐구능력의 경우 자료변환 및 자료해석에서 남학생의 평균이 1점더 높아 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 과학영재교육 프로그램 적용에 있어 성별에 따라 적용방법을 고려해야 필요가 있다고 생각한다.
- 서술형 문항의 경우는 문항 난이도와 변별도가 적절한 편이었으며, 객관형 문항에 비해 어렵게 출제된 문항이 많았고, 변별력이 높았던 것으로 분석되었다. 특정 문항들이 선발에 미치는 영향을 알아보기 위해 지필 문항의 교과, 내용, 총점과의 상관계수를 산출하여 상관관계를 분석하였다.
- 성별에 따라 남녀의 수가 차이가 있었지만 자료변환 및 자료해석 문항에서 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 분석되었다. 자료변환 및 자료해석 영역의 경우 남학생의 평균이 1점 정도 더 높은 것으로 나타났으며, 변인통제를 제외한 다른 영역에서도 통계적으로 유의미하지는 않지만 남학생이 1점 더 높은 것으로 나타났다.
- 문제에 제시된 도표나 그림을 보고 해석 또는 결론을 이끌어 내는 문항들에서 학생들이 제시된 자료를 해석하는 능력이 부족한 것으로 생각된다. 이러한 점에서 과학영재교육 대상자들에 대해 도표 등의 실험 자료를 해석하고 결론을 이끌어 낼 수 있는 능력을 신장시킬 수 있는 과학영재교육 프로그램이 필요하다는 것을 알 수 있었다. 그리고 선행지식이 요구되는 개념이나 단어를 사용한 문항들에서 선행지식에 대한 거부감으로 문제 자체의 의미를 이해하지 못하는 문항들도 있었으며, 교육과정 수준을 넘어서는 선행지식을 위주로 한 문항 구성보다는 피험자들의 수준을 고려한 심화된 지식을 근거로 한 문항 구성이 필요하다고 생각한다.
- 하지만 영재성이 다양한 영역과 상황에서 나타난다는 측면(이군현, 1988)에서 일부 과학탐구능력에 집중되어 출제된 문항들이 다양한 과학탐구능력을 측정하지 못하고 있음을 알 수 있다. 이에 비해 서술형 문항은 창의적 문제 해결력을 평가하는 창의성 문항으로 전체 76문항 중 16문항(21.1%)으로 분석되었다.
- 성별에 따라 남녀의 수가 차이가 있었지만 자료변환 및 자료해석 문항에서 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 분석되었다. 자료변환 및 자료해석 영역의 경우 남학생의 평균이 1점 정도 더 높은 것으로 나타났으며, 변인통제를 제외한 다른 영역에서도 통계적으로 유의미하지는 않지만 남학생이 1점 더 높은 것으로 나타났다. 과학영재선발에 있는 과학탐구능력은 중요한 부분을 차지하며, 과학탐구능력 영역에 따라 남녀간에 차이가 있다는 것은 과학영재교육 대상자들에게 과학영재교육 프로그램의 내용 및 방법적인 면에서 성별을 고려한 영재교육의 필요성에 대한 의미를 주는 것으로 생각된다.
- 창의성과 총점에서 통계적으로 유의미한 차이가 나타났으며, 특히 남학생의 평균이 창의성 3점, 총점 2점 더 높은 것으로 분석되었다. 이는 과학영재교육원 선발 시험에 응시한 학생들 중에서 남학생들이 창의성 영역에서 더 우수한 능력을 보이는 것으로 생각되어진다.
- 31로 적절한 편이었다. 특히 과학탐구능력 중에서 문제인식 및 가설설정 문항이 0.34로 변별력이 가장 높았던 것으로 나타났으며, 변인통제 0.29, 자료변환 및 자료해석 0.30, 결론도출 및 일반화 0.32로 분석되었다. 과학탐구능력 영역에서 변별도에 문제가 있는 문항들을 분석해 본 결과, 결론도출 및 일반화가 33.
- 49로 가장 쉬웠던 것으로 나타났다. 특히 교과별로 너무 쉽거나 너무 어려운 문항으로 문항 난이도에 문제가 있는 문항을 분석해 본 결과, 생명의 경우 72.7%(11문항 중 8문항)로 비율이 가장 높았으며, 지구가 20.0%(5문항중 1문항)로 비율이 가장 낮게 분석되었다.
- 다른 교과간의 상관은 대부분 매우 낮게 나타나거나 유의미한 상관이 나타나지 않았다. 특히 수학의 경우는 모든 교과와 유의미한 상관이 있는 것으로 분석되었으며, 수학, 에너지, 물질 간의 상관이 다른 교과에 비해 유의미한 것으로 나타났다. 교과별과 총점과의 상관 결과와 유사한 의미를 나타내는 것으로 생각된다.
후속연구
- 따라서, 새로운 전형 방식인 관찰추천제에서도 과학적 내용이 반영된 창의적 문제해결 결과보고서와 같은 서술형 문항의 가치를 살리는 방안이 강구되어야 한다고 본다. 그리고 문항 분석 자료를 통해, 영재교육 대상자로 선발된 학생들의 특성을 사전에 파악하여, 선발된 학생들의 특성에 따른 영재교육 프로그램 개발 및 투입이 이루어져야 할 것이다.
- 또한, 영재성을 지닌 학생의 적절한 선발을 위해 적합한 영역의 측정과 선발 과정에서 다양한 판별 방법이 필요하며, 선발의 적절성을 위해 선발 문항 분석뿐만 아니라, 영재교육 프로그램 투입에 따른 영재학생들의 변화에 대한 연구도 이루어져야 할 것이다.
- 그리고 표 5에서 창의성과 총점간의 상관관계가 가장 높았던 것을 고려한다면, 지필검사에서 남학생들이 좋은 성적을 획득하였으며, 최종 선발 가능성도 높았다고 생각된다. 성별이 과학영재특성에 차이가 있는 이유가 남녀의 고유 특성인지, 다른 영향에 기인하는지는 더 많은 연구가 필요하며, 본 연구의 남녀수가 다른 점도 고려해 볼 점이라고 생각된다.
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