TIMSS 2015 중학교 2학년 지구과학 영역에 대한 우리나라 학생들의 성취 특성 및 교육과정 연계성 탐색 Exploration of Features of Korean Eighth Grade Students' Achievement and Curriculum Matching in TIMSS 2015 Earth Science원문보기
4년 주기로 반복되는 TIMSS 연구는 2016년 말에 TIMSS 2015 결과를 발표하였다. TIMSS 2015에서 우리나라 중학교 2학년의 과학 성취도는 이전 주기인 TIMSS 2011의 평균점수와 유사하며, 참여국 중 4위로 TIMSS 2011에 비해 1단계가 낮아졌다. 본 연구에서는 우리나라 중학교 2학년 지구과학 영역을 중심으로 TIMSS 2015 문항과 우리나라 교육과정의 일치도를 분석하고, TIMSS 2015 지구과학 평가틀의 평가주제별로 우리나라 학생들의 정답률과 응답경향을 분석하였다. 교육과정 일치도를 분석함에 있어서 제7차 교육과정부터 2015 개정 교육과정까지를 분석대상으로 삼았다. 연구결과에 따르면, 교육과정에서 다룬 문항일수록 우리나라 학생들의 정답률이 높게 나타나며, 우리나라 학생들의 경우 선택형 문항에 비해 자유롭게 답을 적도록 한 구성형 문항의 정답률이 절반가량으로 떨어지는 것으로 나타났다. 지구과학 평가주제별로는, 지구의 구조와 물리적 특징, 지구의 변화와 역사 등을 포괄하는 '고체 지구' 영역의 경우 교육과정에서 다루어진 선택형 문항의 정답률은 높은 반면에, 실생활과 연계된 문항이나 생물 등 다른 과학영역과 연계된 문항의 경우 정답률이 낮게 나타났다. 지구의 순환을 포괄하는 '대기와 해양' 영역의 경우, 지역별 기후 비교나 지구온난화의 특징 등에 대한 우리나라 학생들의 정답률이 낮게 나타났는데 일부 내용은 중학교 사회과 지리 영역에서 다루는 것으로 나타났다. 태양계와 우주에서의 지구를 포괄하는 '우주' 영역의 경우, 지구의 자전과 공전, 달의 중력 등은 초등학교에서부터 학습한 내용이어서 높은 정답률을 나타내었다. 연구결과를 토대로 우리나라 중학교 지구과학 교육과정 개선 및 교수학습 개선 방안을 초등학교와 중학교교육과정에서 지구과학 내용의 연계성 확보, 학교 평가에서 서술형 문항의 출제 경향 변화의 필요성, 과학탐구 관련 역량 신장의 필요성 등의 측면에서 제안하였다.
4년 주기로 반복되는 TIMSS 연구는 2016년 말에 TIMSS 2015 결과를 발표하였다. TIMSS 2015에서 우리나라 중학교 2학년의 과학 성취도는 이전 주기인 TIMSS 2011의 평균점수와 유사하며, 참여국 중 4위로 TIMSS 2011에 비해 1단계가 낮아졌다. 본 연구에서는 우리나라 중학교 2학년 지구과학 영역을 중심으로 TIMSS 2015 문항과 우리나라 교육과정의 일치도를 분석하고, TIMSS 2015 지구과학 평가틀의 평가주제별로 우리나라 학생들의 정답률과 응답경향을 분석하였다. 교육과정 일치도를 분석함에 있어서 제7차 교육과정부터 2015 개정 교육과정까지를 분석대상으로 삼았다. 연구결과에 따르면, 교육과정에서 다룬 문항일수록 우리나라 학생들의 정답률이 높게 나타나며, 우리나라 학생들의 경우 선택형 문항에 비해 자유롭게 답을 적도록 한 구성형 문항의 정답률이 절반가량으로 떨어지는 것으로 나타났다. 지구과학 평가주제별로는, 지구의 구조와 물리적 특징, 지구의 변화와 역사 등을 포괄하는 '고체 지구' 영역의 경우 교육과정에서 다루어진 선택형 문항의 정답률은 높은 반면에, 실생활과 연계된 문항이나 생물 등 다른 과학영역과 연계된 문항의 경우 정답률이 낮게 나타났다. 지구의 순환을 포괄하는 '대기와 해양' 영역의 경우, 지역별 기후 비교나 지구온난화의 특징 등에 대한 우리나라 학생들의 정답률이 낮게 나타났는데 일부 내용은 중학교 사회과 지리 영역에서 다루는 것으로 나타났다. 태양계와 우주에서의 지구를 포괄하는 '우주' 영역의 경우, 지구의 자전과 공전, 달의 중력 등은 초등학교에서부터 학습한 내용이어서 높은 정답률을 나타내었다. 연구결과를 토대로 우리나라 중학교 지구과학 교육과정 개선 및 교수학습 개선 방안을 초등학교와 중학교교육과정에서 지구과학 내용의 연계성 확보, 학교 평가에서 서술형 문항의 출제 경향 변화의 필요성, 과학탐구 관련 역량 신장의 필요성 등의 측면에서 제안하였다.
The result of TIMSS 2015 was announced at the end of 2016. In this research, we conducted test-curriculum matching analysis for 8th grade earth science and analyzed Korean students' percentage of correct answers and responses for TIMSS earth science test items. According to the results, Korean stude...
The result of TIMSS 2015 was announced at the end of 2016. In this research, we conducted test-curriculum matching analysis for 8th grade earth science and analyzed Korean students' percentage of correct answers and responses for TIMSS earth science test items. According to the results, Korean students showed high percentage of correct answers when the item topics are covered in the 2009 revised science curriculum, and Korean students revealed their weakness in constructed response items since the percentage for correct answers on constructed response items is half that of multiple choice items. Depending on the earth science topic, for 'solid earth' area, which includes earth's structure and physical features, as well as earth's processes and history, students showed high percentage of correct answers for multiple choice items. Students, however, showed low percentage of correct answers for items that require applying knowledge to everyday situations and connecting with other areas of science such as biology. For 'atmosphere and ocean' areas, which include earth's processes and cycles, students showed low percentage of scores for climate comparison between regions, features of global warming, etc. For the area of 'universe', students showed high percentage of scores for the earth's rotation and revolution, the moon's gravity, and so on because they have learned these topics since primary school. Discussed in the conclusion are ways to secure content connection between the primary and middle school earth science curriculums, ways to develop students' science-inquiry related competencies, and so on to improve middle school earth science curriculum as well as teaching and learning.
The result of TIMSS 2015 was announced at the end of 2016. In this research, we conducted test-curriculum matching analysis for 8th grade earth science and analyzed Korean students' percentage of correct answers and responses for TIMSS earth science test items. According to the results, Korean students showed high percentage of correct answers when the item topics are covered in the 2009 revised science curriculum, and Korean students revealed their weakness in constructed response items since the percentage for correct answers on constructed response items is half that of multiple choice items. Depending on the earth science topic, for 'solid earth' area, which includes earth's structure and physical features, as well as earth's processes and history, students showed high percentage of correct answers for multiple choice items. Students, however, showed low percentage of correct answers for items that require applying knowledge to everyday situations and connecting with other areas of science such as biology. For 'atmosphere and ocean' areas, which include earth's processes and cycles, students showed low percentage of scores for climate comparison between regions, features of global warming, etc. For the area of 'universe', students showed high percentage of scores for the earth's rotation and revolution, the moon's gravity, and so on because they have learned these topics since primary school. Discussed in the conclusion are ways to secure content connection between the primary and middle school earth science curriculums, ways to develop students' science-inquiry related competencies, and so on to improve middle school earth science curriculum as well as teaching and learning.
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문제 정의
이러한 국제 수준의 학업성취도 평가 중 하나인 수학⋅과학 성취도 국제비교 연구(Trends in International Mathematics and Science Study: 이하 TIMSS)는 학생들의 수학⋅과학 성취도와 이에 영향을 주는 교육맥락 변인을 파악하여 각국의 교육 정책 수립 및 교육의 질 개선에 유용한 정보를 제공하는 것을 목적으로 한다(Mullis & Martin, 2013).
이를 토대로 우리나라 중학교 지구과학 교육과정 개정에 주는 시사점을 도출하고자 한다. 즉, 본 연구의 목적은 TIMSS 2015 결과 중, 중학교 2학년 지구과학 영역에서 우리나라 학생들의 성취도 분석을 통해 학생들의 성취도에 영향을 준 교육과정 관련 변인을 파악함으로써 중학교 지구과학 교육과정 개선 및 교수학습 개선에 주는 시사점을 도출하려는 것이다.
이에 본 연구에서는 우리나라 중학교 2학년 지구과학 영역을 중심으로 TIMSS 2015 문항과 우리나라 교육과정의 일치도를 분석하고, TIMSS 2015 지구과학 평가틀의 평가주제별로 우리나라 학생들의 정답률과 응답경향을 분석하고자 한다. 교육과정 일치도를 분석함에 있어서 제7차 교육과정부터 2015 개정 교육과정까지를 분석대상으로 삼았다.
또한, 중학교 현장교사 6명과 초등학교 현장교사 4명이 참여하여 제7차 교육과정, 2007개정 교육과정, 2009 개정 교육과정 및 2015 개정 교육과정에 걸쳐서 TIMSS 2015에서 출제된 지구과학 영역의 평가주제를 어떻게 다루는지를 분석하고 이에 비추어 우리나라 학생들의 정답률과 응답경향을 분석하였다. 즉, TIMSS 2015에서 출제된 중학교 지구과학 문항의 주제들과 우리나라 교육과정과의 내용 일치도를 분석하고, 이를 학생들의 문항별 정답률과 관련지어 그 결과를 해석하고 우리나라 중학교 지구과학 교육과정 개정에 주는 시사점을 도출하고자 한다.
이를 토대로 우리나라 중학교 지구과학 교육과정 개정에 주는 시사점을 도출하고자 한다. 즉, 본 연구의 목적은 TIMSS 2015 결과 중, 중학교 2학년 지구과학 영역에서 우리나라 학생들의 성취도 분석을 통해 학생들의 성취도에 영향을 준 교육과정 관련 변인을 파악함으로써 중학교 지구과학 교육과정 개선 및 교수학습 개선에 주는 시사점을 도출하려는 것이다.
제안 방법
TIMSS 2015의 평가틀은 TIMSS 2011에서 사용된 평가틀을 유지하면서 성취수준 등을 부분적으로 수정⋅보완하였다.
지하수 특성은 직접 다루지는 않으며 7학년 지구 내부의 층상 구조를 배울 때 깊이에 따른 압력과 온도의 변화를 다루면서 지하수의 특성을 간접적으로 다룰 수도 있다. 강물이 흐르는 방향의 경우 과학과 2007 개정, 2009 개정 등에서 직접적으로 관련 내용을 다루지는 않고, 사회과에서 등고선을 다룰 때 배운다고 교사들은 분석하였다. 요컨대 지구의 구조와 물리적 특징의 경우, 우리나라 중학교교육과정에서 대부분의 문항주제를 다루고 있지만,기권과 관련된 일부 내용은 중학교 3학년 과정에서 다루는 것으로 나타났다.
과학교사들은 TIMSS 문항은 “난이도가 높지는 않지만, 여러 교과 영역의 개념들이 혼재된 융합형 문항과 실제상황과 관련된 적용 및 응용 문항이 많아서” 우리나라 과학과 교육과정과 학교평가 문항 등의 변화가 필요하다고 분석하였다.
이에 본 연구에서는 TIMSS 2015 지구과학 영역의 평가주제와 2015 개정 교육과정의 지구과학 내용 구성에서 출발하여, TIMSS 2015에서 사용된 지구과학 영역의 전체 문항들을 평가주제별로 재분류하였다. 또한, 중학교 현장교사 6명과 초등학교 현장교사 4명이 참여하여 제7차 교육과정, 2007개정 교육과정, 2009 개정 교육과정 및 2015 개정 교육과정에 걸쳐서 TIMSS 2015에서 출제된 지구과학 영역의 평가주제를 어떻게 다루는지를 분석하고 이에 비추어 우리나라 학생들의 정답률과 응답경향을 분석하였다. 즉, TIMSS 2015에서 출제된 중학교 지구과학 문항의 주제들과 우리나라 교육과정과의 내용 일치도를 분석하고, 이를 학생들의 문항별 정답률과 관련지어 그 결과를 해석하고 우리나라 중학교 지구과학 교육과정 개정에 주는 시사점을 도출하고자 한다.
본 연구에서는 TIMSS 2015 결과 중에서, 우리나라 중학교 2학년 지구과학 영역을 중심으로 TIMSS 2015 문항과 우리나라 교육과정의 일치도를 분석하고, TIMSS 2015 지구과학 평가주제별로 우리나라 학생들의 정답률과 응답경향을 분석하였다. 연구결과에 따르면, 교육과정에서 다룬 문항일수록 우리나라 학생들의 정답률이 높게 나타났으며, 우리나라 학생들의 경우 선택형 문항에 비해 자유롭게 답을 적도록 한 구성형 문항의 정답률이 절반 정도로 떨어지는 것으로 나타났다.
이렇게 추출된 영역과 핵심개념을 초중고의 모든 지구과학 교과와 영역에 배치하는 것이 아니라 핵심개념의 수준과 위계를 고려하여 학교급별 지구과학 내용을 구성하였다. 예컨대 고체지구 영역의 판구조론은 학교급별로 Table 4와 같이 개념을 순차적으로 다룰 수 있도록 배치하였다(KOFAC, 2015).
Table 6에서 볼 수 있듯이, TIMSS 2015에서 중학교 2학년으로 참여한 학생들은 과학과 2007 개정 교육과정과 2009 개정 교육과정으로 학습하였다. 이에 본 연구에서는 TIMSS 2015 지구과학 영역의 평가주제와 2015 개정 교육과정의 지구과학 내용 구성에서 출발하여, TIMSS 2015에서 사용된 지구과학 영역의 전체 문항들을 평가주제별로 재분류하였다. 또한, 중학교 현장교사 6명과 초등학교 현장교사 4명이 참여하여 제7차 교육과정, 2007개정 교육과정, 2009 개정 교육과정 및 2015 개정 교육과정에 걸쳐서 TIMSS 2015에서 출제된 지구과학 영역의 평가주제를 어떻게 다루는지를 분석하고 이에 비추어 우리나라 학생들의 정답률과 응답경향을 분석하였다.
교육과정 일치도를 분석함에 있어서 제7차 교육과정부터 2015 개정 교육과정까지를 분석대상으로 삼았다. 특히 2015 개정 교육과정의 지구과학 구성 영역과 핵심개념을 TIMSS 2015 지구과학 평가주제와 연계하여 분석하였다.
대상 데이터
내용영역은 참여국의 교육과정에 근거하여 학년 및 교과에 따라 다르게 구성한다. TIMSS 2015의 중학교 2학년 과학의 내용영역은 생물, 화학, 물리, 지구과학의 4개 영역으로 구성되었다. 중2 과학 내용영역의 경우 전체 문항 중, 생물 영역의 문항이 36%로 가장 많은 비중을 차지하고 있으며, 이어서 물리 영역의 문항이 24%이고, 지구과학 영역은 21%, 화학 영역은 19%를 차지한다.
이에 본 연구에서는 우리나라 중학교 2학년 지구과학 영역을 중심으로 TIMSS 2015 문항과 우리나라 교육과정의 일치도를 분석하고, TIMSS 2015 지구과학 평가틀의 평가주제별로 우리나라 학생들의 정답률과 응답경향을 분석하고자 한다. 교육과정 일치도를 분석함에 있어서 제7차 교육과정부터 2015 개정 교육과정까지를 분석대상으로 삼았다. 특히 2015 개정 교육과정의 지구과학 구성 영역과 핵심개념을 TIMSS 2015 지구과학 평가주제와 연계하여 분석하였다.
성능/효과
TIMSS 2015 결과는 TIMSS 2011 이후 4년 만에 우리나라 학생들의 수학⋅과학 성취 특성의 변화를 점검하고, TIMSS 1995 이후 약 20년간의 장기적인 성취도 변화추이를 확인할 수 있다는 점에서 큰 의의를 가진다.
끝으로, 학교 과학교육을 통해 체계적이고 명시적으로 변인통제, 실험설계 등과 같은 과학탐구 관련 역량을 길러줄 필요가 있다. TIMSS 평가에서 우리나라 학생들은 과학실험에서 종속변인을 찾고, 변인을 통제하고, 실험을 설계하는 등과 같은 능력을 요구하는 문항에 대해 상대적으로 낮은 정답률을 나타내었다. 이는 학교 과학수업이나 탐구활동에서 관련된 탐구역량이나 요소를 소극적으로 지도한 데서 비롯된 것으로 보인다.
Table 2에서 볼 수 있듯이 TIMSS 2015 중학교 2학년 과학 문항들 중 지구과학 영역은 21%를 차지하며, 하위문항을 포함하여 전체 220개 문항들 중, 45개 문항이 출제되었다.
우리나라의 중학교 과학 교사들은 지구과학 영역의 경우 약 64%의 학생들에게 가르쳤다고 응답하였고, 이는 국제평균과 유사하다. 과학성취도 상위 10개국의 응답결과를 살펴보면, 싱가포르나 대만은 평가주제를 학습한 학생 비율이 상대적으로 매우 낮음에도 불구하고 지구과학 영역의 정답률과 평균점수는 다른 국가들보다 더 높게 나타났다. 상위 10개국 중 지구과학 평가주제를 학교교육과정을 통해 가장 많이 가르친 국가는 일본과 영국인 것으로 나타났다.
먼저 TIMSS 2015에 나타난 우리나라 학생들의 과학 성취도를 살펴보면, 초등학교 4학년과 중학교 2학년 학생들의 과학 성취도 평균은 이전 주기인 TIMSS 2011과 유사한 수준이지만, 국제 순위는 초등학교 4학년의 경우 과학 2위, 중학교 2학년의 경우 과학 4위로 모두 TIMSS 2011에 비해 1단계씩 낮아졌다. 성취수준별로는 초등학교 4학년 과학에서 수월 수준 학생 비율이 29%, 기초수준 학생 비율은 4%로 TIMSS 2011과 동일하다.
본 연구에서는 TIMSS 2015 결과 중에서, 우리나라 중학교 2학년 지구과학 영역을 중심으로 TIMSS 2015 문항과 우리나라 교육과정의 일치도를 분석하고, TIMSS 2015 지구과학 평가주제별로 우리나라 학생들의 정답률과 응답경향을 분석하였다. 연구결과에 따르면, 교육과정에서 다룬 문항일수록 우리나라 학생들의 정답률이 높게 나타났으며, 우리나라 학생들의 경우 선택형 문항에 비해 자유롭게 답을 적도록 한 구성형 문항의 정답률이 절반 정도로 떨어지는 것으로 나타났다. 지구과학 평가주제별로는, 지구의 구조와 물리적 특징, 지구의 변화와 역사 등을 포괄하는 ‘고체 지구’ 영역의 경우 교육과정에서 다룬 선택형 문항의 정답률은 높은 반면에, 실생활과 연계된 문항이나 생물 등 다른 과학영역과 연계된 문항의 경우 정답률이 낮게 나타났다.
신재생 에너지 중 태양에너지, 담수화 공장, 원자력 발전소 등의 주제에 대한 우리나라 학생들의 정답률은 선택형 문항의 경우 70-80%, 구성형 문항의 경우 40-50%의 정답률을 나타내었다. 요컨대 지구의 자원, 자원 활용과 보존 등의 경우, 우리나라 중학교 과학과 교육과정에서는 환경오염의 영향, 신재생에너지 활용의 장단점 등의 내용을 직접적으로 다루지는 않고 간접적으로 다루거나 상식 차원에서 다루고 있는 것으로 나타났다.
내용영역별 평균 정답률로부터 우리나라 학생들이 어려움을 겪은 영역을 확인할 수 있다. 우리나라 학생들의 정답률을 살펴보면, 생명과학 영역에서는 66%, 물상과학에서는 67%, 지구과학에서는 66%의 정답률을 나타내었으며, 세 영역에 대해 고른 정답률을 나타내어 특별히 어려워하는 영역은 없는 것으로 나타났다.
우리나라 학생들의 정답률을 살펴보면, 지구과학, 물리, 생물 영역에서 56∼57%의 정답률을 나타내었고, 화학 영역에서는 52%로 과학 내용영역 중 가장 낮은 정답률을 나타내었다.
지구과학 평가주제별로는, 지구의 구조와 물리적 특징, 지구의 변화와 역사 등을 포괄하는 ‘고체 지구’ 영역의 경우 교육과정에서 다룬 선택형 문항의 정답률은 높은 반면에, 실생활과 연계된 문항이나 생물 등 다른 과학영역과 연계된 문항의 경우 정답률이 낮게 나타났다.
태양계 행성과 위성의 공전, 지구와 달의 중력, 달의 인력과 지구, 달의 위상변화, 지구 자전 및 공전, 행성들의 자전 및 공전주기 등과 같은 주제에 대한 우리나라 학생들의 정답률은 선택형 문항인 경우 60-80%, 구성형 문항의 경우 20-4%의 정답률을 나타내었다. 지구 자전 및 공전과 관련된 내용은 초등학교 과학과 교육과정의 계절의 변화 단원에서 다룬다.
태양계와 우주에서의 지구를 포괄하는 ‘우주’ 영역의 경우, 지구의 자전과 공전, 달의 중력 등은 초등학교에서부터 학습한 내용이어서 높은 정답률을 나타내었으나, 우리나라 중학생들은 자기 주장의 근거를 설명하는 구성형 문항에서 취약한 것으로 드러났다.
후속연구
첫째, 초등학교와 중학교교육과정에서 지구과학 내용의 연계성을 확보하고 수준을 차별화할 필요가 있다. 우리나라 중학교 지구과학 영역 교육과정 내용을 살펴보면, 제7차 교육과정부터 2015 개정 교육과정에 이르기까지 단원의 순서가 바뀌는 정도로 거의 비슷한 내용을 유지하고 있음을 알 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
학업성취도평가의 목적은?
국가 단위에서 교육정책의 실행 실태나 정책의 효과를 파악하기 위해 국내외 학업성취도평가를 통해 학교 교육의 현황을 파악하는 것은 중요하고 의미 있는 일이다. 국내 학업성취도 평가와 더불어 다양한 국제 학업성취도 평가를 통해 각국의 국가 교육 경쟁력을 세계 여러 나라와 비교⋅분석하여 해당 국가의 교육경쟁력 확보를 위한 기초자료를 마련하기도 한다.
TIMSS란?
TIMSS는 평가틀 및 문항개발, 예비검사, 본검사, 결과 분석의 순서로 4년 주기로 수행되는 연구이다. 2016년 11월말에 TIMSS 2015 결과 발표가 있었다.
TIMSS 2015에서 우리나 학생들의 과학영역 정답률은?
내용영역별 평균 정답률로부터 우리나라 학생들이 어려움을 겪은 영역을 확인할 수 있다. 우리나라 학생들의 정답률을 살펴보면, 생명과학 영역에서는 66%, 물상과학에서는 67%, 지구과학에서는 66%의 정답률을 나타내었으며, 세 영역에 대해 고른 정답률을 나타내어 특별히 어려워하는 영역은 없는 것으로 나타났다.
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