[논문]초등학생의 성별에 따른 차별기능문항 분석: 수학 과학 성취도 국제비교연구(TIMSS) 2007 수학영역을 중심으로

이승배; 김석우

doi:10.13000/jfmse.2017.29.3.757

초등학생의 성별에 따른 차별기능문항 분석: 수학 과학 성취도 국제비교연구(TIMSS) 2007 수학영역을 중심으로
Detecting Differential Item Functioning based on Gender: Field of Mathematics in the TIMSS 2007 원문보기

水産海洋敎育硏究 = Journal of fisheries and marine sciences education, v.29 no.3 = no.87, 2017년, pp.757 - 766

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated not only the existence of differently functioned item due to gender but also domain. In this study, the randomly selected data of TIMSS 2007, which consist of 681 male and 646 women, were analyzed. To detect differently functioned items, this study employed Raju method. For Raju method, three-parameter logistic model was selected. Signed and unsigned area between two item characteristic curve were measured within the real ability range. An item which was detected commonly SA and UA area in Raju method was defined as a differently functioned item. As a result of this study, six items among twenty seven items of mathematics in the TIMSS 2007 were differently functioned item. Five items among those six items, were in favor of boys and one item was in favor of girls. Number, Geometric Shapes and Measures, and Applying were in favor of boys. but Data Display, Reasoning were in favor of girls. The conclusion of this study was summarized as existing differently functioned items in TIMSS 2007 and difference between favorable domain based gender. Finally, it is desirable to consider the differently functioned items by relating those item content for improving the test reliability of TIMSS 2007.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 TIMSS 2007 수학영역(4학년)에서 남학생과 여학생 집단에게 유리 또는 불리한 차별기능문항을 추출하고 추출된 차별기능문항이 측정하고자 하는 내용영역 및 인지영역에 대한 성별에 따른 차이 분석을 목적으로 한다.
본 연구는 TIMSS 2007 수학영역(4학년)에서 남학생과 여학생 집단에게 유리 또는 불리한 차별기능문항을 추출하고 추출된 차별기능문항이 측정하고자 하는 내용영역 및 인지영역에 대한 성별에 따른 차이 분석을 목적으로 하였다. 영어로 제작된 전체 70문항 중 27문항을 한국어로 번역한 도구를 사용하여 얻은 결과이므로 본래의 검사를 정확하게 반영한다고 할 수는 없으나 국제비교연구에서 사용되는 검사를 사용했다는 점에서 본 연구에서 사용한 검사도구가 신뢰롭고 타당하다고 할 수 있으며 연구의 결과가 주는 시사점은 크다고 할 수 있다.
본 연구는 TIMSS 2007 수학영역에 대하여 성별에 따른 차별기능문항 추출과 추출된 차별기능 문항이 측정하고자 하는 내용영역 및 인지영역에 대한 성별에 따른 차이 분석을 목적으로 하였으며 두 가지의 제한점을 지니고 있다.
본 연구는 TIMSS 2007 수학영역에서 차별기능 문항을 추출하기 위하여 정답 문항은 1점, 오답 이거나 무응답인 문항은 0점으로 점수화시켜 자료를 분석하였다.

제안 방법

BILOG-MG 컴퓨터프로그램으로 여자집단과 남자집단의 각각에서 문항과 능력모수치를 추정하였다.
TIMSS 는 4년마다 시행되는 국제 비교연구로 가장 최근에 시행된 것은 2015년이다. 그러나 본 연구에서 TIMSS 2007의 문항을 사용한 것은 2007년 당시 우리나라의 초등학교 4학년은 국제비교연구에 참여하지 않아 TIMSS 2007 검사도구에 대한 검증이 이루어지지 않아 전체 문항의 27개 문항을 추출하여 사용하였다. 차별기능을 추출하는 방법은 문항반응이론에 근거한 차별기능문항 추출방법중 가장 타당한 Raju(1988)의 문항특성곡선(item characteristic curve) 간의 면적 계산방법을 사용하고 문항이 측정하고자 하는 내용영역 및 피험자의 인지영역은 국제 교육성취도 평가 협회(International Association for the Evaluation of Educational Achievement)의 분류를 따른다.
차별기능문항 지수로서 두 문항특성곡선사이의 넓이를 추정하기 위해 EQUATE 컴퓨터 프로그램을 사용하여 두 집단에서 각각 산출한 문항 모수 치를 동등화하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 자료는 TIMSS 2007 4학년 수학영역 70문항 중 임의로 27문항을 한국어로 번역하여 K광역시 11개 초등학교 4학년 1327명에게 실시하여 얻은 결과이다. 본 검사 결과의 차별기능문항을 추출하기 위하여 분석에 사용된 성별에 따른 피험자 수는 [Table 1]과 같다.

데이터처리

따라서 Kim과 Cohen(1991a)의 제한된 능력범위에서의 면적 계산을 공식으로 사용하였다. 면적 계산을 위해 사용한 Kim과 Cohen(1991a)의 공식을 수학적 연산방식으로 컴퓨터 프로그램화한 IRTDIF 컴퓨터 프로그램을 사용하여 문항특성곡선의 면적을 계산하여 산출하였다.
본 연구에서 분석한 TIMSS 2007 수학영역의 원자료는 EXCEL 컴퓨터 프로그램을 사용하여 입력한 파일을 사용하고, 기술통계치는 SPSS 21.0 프로그램을 사용하여 산출하였다.

이론/모형

셋째 단계(PHASE Ⅲ)에서는 능력모수를 추정한다. 능력모수를 추정하는 방법으로는 최대우도 (Maximum Likelihood Estimation: ML), 베이지안 최대사후추정(Bayesian Maximum a Posterior Estimation: MAP), 베이지안 기대사후추정(Bayesian Expected a Posterior Estimation: EAP)의 세 가지 방법이 있는데 본 연구에서는 베이지안 기대사후추정법을 선택하여 실행하였다.
둘째, Raju의 방법을 사용하기 위해 Kim과 Cohen(1991a)의 제한된 능력범위에서의 넓이 계산 방법을 적용하였는데, IRTDIF(Kim & Cohen, 1991b) 컴퓨터 프로그램에서는 Kim과 Cohen의 공식(1991a)에 의한 SA(Signed Area)와 UA (Unsigned Area)에 대하여 유의도 검증이 이루어지지 않았다.
차별기능문항을 추출하기 위해서는 문항추측도가 동일해야하지만 모든 문항에 대해 추측도가 같다고 가정하고 특정한 값을 문항추측도로 고정시킬 수 없다. 따라서 Kim과 Cohen(1991a)의 제한된 능력범위에서의 면적 계산을 공식으로 사용하였다. 면적 계산을 위해 사용한 Kim과 Cohen(1991a)의 공식을 수학적 연산방식으로 컴퓨터 프로그램화한 IRTDIF 컴퓨터 프로그램을 사용하여 문항특성곡선의 면적을 계산하여 산출하였다.
문항반응이론에 근거한 차별기능문항 추출 방법들 중 두 문항특성곡선간의 넓이를 계산하는 방법은 Rudner(1977)에 의하여 최초로 도입되었다. 그러나 Rudner의 두 문항특성곡선간의 면적 측정방법은 능력척도를 여러 개의 같은 간격으로 세분하여 계산하므로 그 절차가 복잡하다는 단점이 있다.
본 연구에서 차별기능문항의 추출 근거로 사용한 차별기능문항 지수는 문항반응이론을 토대로한 Raju 방법의 SA(Signed area)와 UA(Unsigned area) 지수이다.
그러나 본 연구에서 TIMSS 2007의 문항을 사용한 것은 2007년 당시 우리나라의 초등학교 4학년은 국제비교연구에 참여하지 않아 TIMSS 2007 검사도구에 대한 검증이 이루어지지 않아 전체 문항의 27개 문항을 추출하여 사용하였다. 차별기능을 추출하는 방법은 문항반응이론에 근거한 차별기능문항 추출방법중 가장 타당한 Raju(1988)의 문항특성곡선(item characteristic curve) 간의 면적 계산방법을 사용하고 문항이 측정하고자 하는 내용영역 및 피험자의 인지영역은 국제 교육성취도 평가 협회(International Association for the Evaluation of Educational Achievement)의 분류를 따른다.

성능/효과

영어로 제작된 전체 70문항 중 27문항을 한국어로 번역한 도구를 사용하여 얻은 결과이므로 본래의 검사를 정확하게 반영한다고 할 수는 없으나 국제비교연구에서 사용되는 검사를 사용했다는 점에서 본 연구에서 사용한 검사도구가 신뢰롭고 타당하다고 할 수 있으며 연구의 결과가 주는 시사점은 크다고 할 수 있다. 결과에서 보듯이 TIMSS 2007 4학년 수학영역에서 6문항의 차별기능문항이 추출되었다.
그러므로 본 연구에서 추출된 차별기능문항의 원인은 문항 자체의 결함보다는 남·여의 심리적인 특성의 차, 혹은 실제 교수·학습 과정이나 학습 기회에서의 차이 등을 의미하는 것일 수도 있다.
3을 넘는 지수는 차별기능문항으로 판정하였다. 그리고 산출된 SA지수가 음수이면 연구집단으로 설정한 여학생집단에게 유리하고, 지수가 양수이면 참조집단으로 설정한 남학생집단에게 유리한 문항으로 판정하였다.
본 연구는 TIMSS 2007 수학영역(4학년)에서 남학생과 여학생 집단에게 유리 또는 불리한 차별기능문항을 추출하고 추출된 차별기능문항이 측정하고자 하는 내용영역 및 인지영역에 대한 성별에 따른 차이 분석을 목적으로 하였다. 영어로 제작된 전체 70문항 중 27문항을 한국어로 번역한 도구를 사용하여 얻은 결과이므로 본래의 검사를 정확하게 반영한다고 할 수는 없으나 국제비교연구에서 사용되는 검사를 사용했다는 점에서 본 연구에서 사용한 검사도구가 신뢰롭고 타당하다고 할 수 있으며 연구의 결과가 주는 시사점은 크다고 할 수 있다. 결과에서 보듯이 TIMSS 2007 4학년 수학영역에서 6문항의 차별기능문항이 추출되었다.
3을 초과하면 차별기능문항으로 판정한다고 하였는데 [Table 4]에 따르면 TIMSS 2007 수학영역에서 성별에 따른 차별기능문항이 존재하는 것으로 나타났다. 추출된 차별기능문항 6문항중 5문항은 남학생에게, 1문항은 여학생에게 유리한 것으로 나타났다. 측정하고자 한 내용영역에 따른 분류를 적용하면 수 4문항, 도형 1문항, 자료분석 1문항이며, 인지영역에 따른 분류를 적용하면 이해 3문항, 적용 2문항, 추론 1문항으로 나타났다.
추출된 차별기능문항 6문항중 5문항은 남학생에게, 1문항은 여학생에게 유리한 것으로 나타났다. 측정하고자 한 내용영역에 따른 분류를 적용하면 수 4문항, 도형 1문항, 자료분석 1문항이며, 인지영역에 따른 분류를 적용하면 이해 3문항, 적용 2문항, 추론 1문항으로 나타났다. 남학생이 유리한 영역은 수, 도형, 적용영역이고, 여학생이 유리한 것으로 나타난 영역은 자료해석, 추론영역이다.

후속연구

본 연구에 따른 후속연구를 제언하자면 통계적 방법에 의해 추출된 차별기능문항에 대하여 내용 전문가와 교육과정 전문가, 평가 전문가 등의 심층적인 내용 분석이 필요하며, 이러한 분석을 기초로 차별기능문항의 원인을 제거하여 특정 집단에 유리 또는 불리하지 않은 공정한 검사도구를 제작할 수 있는 기초자료를 제공할 필요가 있다.
첫째, TIMSS 2007 수학영역 70문항과 그 중 한국어로 번역하여 본 연구에서 사용한 27문항의 내용타당도에 대한 검증이 이루어지지 못하였다. 둘째, Raju의 방법을 사용하기 위해 Kim과 Cohen(1991a)의 제한된 능력범위에서의 넓이 계산 방법을 적용하였는데, IRTDIF(Kim & Cohen, 1991b) 컴퓨터 프로그램에서는 Kim과 Cohen의 공식(1991a)에 의한 SA(Signed Area)와 UA (Unsigned Area)에 대하여 유의도 검증이 이루어지지 않았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	차별적으로 기능하는 문항이 생기는 이유는?	차별적으로 기능하는 문항이란 인간의 잠재적 특성을 측정하는 검사 문항들이 능력이 같음에도 불구하고 집단의 특성 때문에 어떤 집단에서는 쉬운 문항으로 다른 집단에서는 어려운 문항으로 기능하는 것을 말한다(Kim Sukwoo, 1991; Kim Sukwoo-Park Haejin, 1994). 차별적으로 기능하는 문항은 검사의 측정학적 특성상의 문제일 수도 있지만, 교육기회의 균등 또는 문화적 환경과 보충학습 기회의 제공 등과 같은 문제 때문일 수도 있다(Linn & Harnisch, 1981; Doolittle, 1984; Lehman, 1986; Doolittle & Cleary, 1987; Muthen, Kao & Burstein, 1988; Kim Sukwoo, 1991; Kim Sukwoo & Park Haejin, 1994; Kim Shin-young, 2001). 따라서 성차에 관한 연구에서 성별 집단에 따라 문항이 차별적으로 기능하는지 아닌지를 파악하는 것은 매우 중요하다.
	차별적으로 기능하는 문항이란?	검사가 측정하고자 하는 바를 어느 특정 집단으로 치우침 없이 제대로 측정하고 있는가를 확인하는 것은 편파성 연구로, 이는 문항이 남성과 여성 집단 중 어느 특정집단에게 특히 어렵거나 쉽게 여겨진다면 그 문항은 편파적인 문항 또는 차별적으로 기능하는 문항이라고 할 수 있다. 차별적으로 기능하는 문항이란 인간의 잠재적 특성을 측정하는 검사 문항들이 능력이 같음에도 불구하고 집단의 특성 때문에 어떤 집단에서는 쉬운 문항으로 다른 집단에서는 어려운 문항으로 기능하는 것을 말한다(Kim Sukwoo, 1991; Kim Sukwoo-Park Haejin, 1994).
	성별에 따라 교과별 성취도 차이가 나타나는 이유에는 어떤 주장들이 있는가?	성별에 따른 영역별 성취도의 차이가 나타나는 이유에 대한 연구는 다양하게 이루어져 왔다. 우선 교과별 성취도에 있어서 성차에 대한 생물학적 접근은 남성이 논리적인 연산과 관련된 좌뇌가 발달하고 여성이 언어와 관련된 우뇌가 발달하여 여성이 남성에 비하여 언어와 외국어 영역에서 높은 성취도를 보인다는 것이다. 또 다른 관점에서 수업 시간에 교사로부터 남학생과 여학생이 다른 대우를 받기 때문이라는 주장도 있다. 또한 시험 문제가 어느 한 집단에게 유리하게 출제되었다는 주장이 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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