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문제 정의
- 또한 Figure 2에서 지표로 산출되는 교육맥락 변인들에 대해서는 0에 해당하는 선을 강조하여 표시하였다. 그 이유는 지표로 정의되는 교육맥락 변인의 OECD 평균값은 0이기 때문에, 그림을 보고 OECD 평균과 우리나라에 해당하는 지표 값을 쉽게 비교할 수 있도록 하여, 우리나라 학생들의 특성을 이해하는 데 도움이 되도록 하고자 함이다.
- 본 연구에서는 PISA 2015 결과에 나타난 우리나라 학생들의 과학 성취 특성을 이해하기 위해서 성취수준 및 성별에 따른 다양한 교육맥락변인의 차이 및 경향성을 비교하였으며, 구조방정식 모형을 통해서 과학관련 교수·학습 변인과 학생들의 정의적 성취특성, 그리고 인지적 성취 간의 구조적인 관계를 파악하였다.
- 본 연구에서는 PISA 2015 결과에 나타난 우리나라 학생들의 과학 성취 특성을 이해하기 위해서 성취수준 및 성별에 따른 다양한 교육맥락변인의 차이 및 경향성을 비교하였으며, 구조방정식 모형을 통해서 과학관련 교수·학습 변인과 학생들의 정의적 성취특성, 그리고 인지적 성취 간의 구조적인 관계를 파악하였다. 본 연구의 목적은 PISA에서 수집하는 다양한 교육맥락변인이 성취수준 및 성별 집단의 특성에 따라서 어떻게 다른지 알아내고 이러한 차이점을 분석하여 우리나라 과학교육 개선을 위한 시사점을 얻은 것이다. 본 연구를 통해 밝히고자 하는 연구 문제를 정리하면 다음과 같다.
제안 방법
- PISA 2015에서는 과학이 주영역이기 때문에, 과학 영역과 관련하여 추가적인 설문조사가 실시되었다. 즉, 학생들의 과학에 대한 정의적 특성과 과학교과 관련 교수‧학습에 대한 인식에 대한 설문조사가 추가되었다.
- PISA 결과 자료를 활용한 선행연구는 일반적으로 PISA에서 수집하는 다양한 교육맥락 변인과 읽기, 수학, 과학 등의 인지적 성취 결과 간의 관계를 분석하여 시사점을 얻는 방식으로 진행되었다. 최초 주기인 PISA 2000의 연구에서 Ro & Choi(2001)는 ‘PISA 2000 평가 결과 분석 연구(총론)’ 연구를 수행하여 우리나라 학생의 성취 특성을 분석하여 교과 영역 간 성취 수준의 불균형 문제를 해결하고 낮은 정의적 성취를 함양하기 위한 정책 제언 등을 제시하였다.
- 구체적으로는 교수‧학습 환경과 전략이 정의적 특성에 미치는 영향(a), 정의적 특성이 인지적 성취에 미치는 영향(b), 교수‧학습이 인지적 성취에 미치는 영향(c′)을 살펴보았다. 그리고 이를 토대로 교수‧학습이 정의적 특성을 매개로 인지적 성취에 미치는 매개효과를 검정하였다. 이러한 매개효과는 두 경로계수의 곱(a × b)으로 구할 수 있다.
- 본 연구는 PISA 2015의 주영역인 과학 결과를 토대로 우리나라 학생의 성취수준 집단 및 남녀 집단의 특성을 다양한 교육맥락 변인을 적용하여 분석하였다. 먼저, 이원분산분석을 사용하여 성취수준집단 및 남녀 집단에 따른 학생배경 관련 교육맥락 변인의 특성을 분석한 결과, 학생배경 관련 교육맥락 변인 중에서 ESCS, 학업동기, 과학수업시간, 방과 후 과학학습시간, 부모의 학교 참여는 성취수준이 높을수록 높았다.
- 이 연구에서는 먼저, 잠재변인 간의 인과적인 관계를 설정하지 않은 측정모형을 추정하고, 세 종류의 구조모형을 추정하였다. 세 종류의 구조모형은 전체 학생집단을 대상으로 한 전체 집단 모형, 성별에 따른 두 집단(남학생과 여학생 집단) 성별 모형, 성취수준에 따른 세 집단(성취수준 상, 중, 하 집단) 성취수준 모형을 추정하였다. 그 결과, Table 4에 제시된 것과 같이 세 가지 구조 모형에 대한 모형 적합도를 평가하기 위해서 적합도 지수인 RMSEA, CFI, TLI, SRMR 등을 사용하였으며, 전반적으로 측정모형과 구조모형이 자료에 적합한 것으로 나타났다.
- 먼저 Table 4는 매개효과 모형의 모형적합도 지수의 결과를 제시한 것이다. 이 연구에서는 먼저, 잠재변인 간의 인과적인 관계를 설정하지 않은 측정모형을 추정하고, 세 종류의 구조모형을 추정하였다. 세 종류의 구조모형은 전체 학생집단을 대상으로 한 전체 집단 모형, 성별에 따른 두 집단(남학생과 여학생 집단) 성별 모형, 성취수준에 따른 세 집단(성취수준 상, 중, 하 집단) 성취수준 모형을 추정하였다.
- PISA 2015의 주영역인 과학 영역에 대하여 교육맥락 변인들과 인지적 성취 간의 관계를 학생 성별 및 성취수준별 집단으로 파악하기 위해서 다집단 구조방정식 모형(multiple group structural equation modeling)을 활용한 매개효과분석 (mediation analysis)을 실시하였다. 즉, 본 연구의 매개효과분석에서는 과학 교과에서, 교수‧학습 환경과 전략이 정의적 특성을 매개로하여 인지적성취에 미치는 영향력을 분석하였다.
- PISA는 인지적 영역에서 읽기, 수학, 과학의 3가지 핵심 소양을 측정하지만 추가로 국제사회가 요구하는 여러 종류의 미래 역량을 주기마다 다르게 선정하여 혁신 평가 영역으로 측정하고 있다. 한편, 본 연구의 대상인 PISA 2015의 특징을 살펴보면 첫째, PISA 2006 이후 9년 만에 과학을 주영역으로 시행한 평가이므로 학생설문에서 과학에 대한 태도와 과학 교수‧학습 관련 설문을 다수 포함하고 있어 과학 교육에 큰 시사점을 줄 수 있으며 둘째, 학생들의 의사소통능력, 문제해결력, 협업 능력 등을 종합적으로 확인할 수 있는 협력적 문제해결력을 혁신적 평가 영역으로 도입하였고, 셋째, 디지털 시대의 매체 환경 변화를 반영하여 기존 지필평가 방식에서 벗어나 전 영역의 시험을 컴퓨터 기반 평가 방식으로 시행하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 분석에 사용된 교육맥락 변인과 각 변인에 대한 산출 방법은 Table 1과 같다. 교육맥락 변인은 선행연구(Ku et al,, 2015a, pp. 71-76; Song et al., 2014, pp. 73-74)와 PISA 2015 결과 보고서(OECD, 2016)에 제시된 OECD PISA 국제본부에서 산출하여 제공하는 표준화된 교육맥락 변인을 참고하여 선정하였다. 이전 주기와 달리 새로 추가된 교육맥락 변인들은 주로 PISA 2015의 주영역인 과학 영역과 관련된 것이다.
데이터처리
- PISA 2015의 주영역인 과학 영역에 대하여 교육맥락 변인들과 인지적 성취 간의 관계를 학생 성별 및 성취수준별 집단으로 파악하기 위해서 다집단 구조방정식 모형(multiple group structural equation modeling)을 활용한 매개효과분석 (mediation analysis)을 실시하였다. 즉, 본 연구의 매개효과분석에서는 과학 교과에서, 교수‧학습 환경과 전략이 정의적 특성을 매개로하여 인지적성취에 미치는 영향력을 분석하였다.
- 교육맥락 변인의 평균을 성별 및 성취수준별로 비교하기 위해서 성(남/녀)별, 과학 영역의 성취수준 집단별(상, 중, 하)로 평균을 산출하고 이원분산 분석을 실시하여 통계적인 유의성을 검정하였다. 이때 성취수준별 집단 기준의 상, 중, 하 구분은 OECD 보고서에서 학생을 수준별로 분류할 때 사용하는 방식에 따랐다.
- 매개효과 분석에서 전체효과(c)는 매개효과(a × b)와 직접효과(c′)의 합과 같다(c = a × b + c′). 그리고 다집단 구조방정식모형을 활용하여, 남녀 학생성별 및 상, 중, 하 성취수준별 집단에 따른 매개효과의 차이를 통계적으로 검정하였다.
- 또한 성별 모형 및 성취수준 모형에서 각 집단별 매개효과의 차이 검정(Wald chi-square difference test)을 실시하였다. 그 결과, 성별 모형에서는 남학생 집단과 여학생 집단 간에 매개효과의 크기가 통계적으로 유의하게 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 즉, 학생들의 과학에 대한 정의적 특성과 과학교과 관련 교수‧학습에 대한 인식에 대한 설문조사가 추가되었다. 학생배경 관련 교육맥락 변인 분석과 마찬가지로 과학 영역 관련 교육맥락 변인들의 평균을 성별 및 성취수준별로 비교하기 위해서 이원분산분석을 실시하였으며, 그 결과를 Table 3에 제시하였다.
성능/효과
- 또한, 성별 집단에서 평균이 통계적으로 유의한 차이가 나타난 변인들은 ESCS, 학교 소속감, 부모의 학교 참여였다. ESCS는 여학생이 남학생 보다 높았으나, 학교 소속감과 부모의 학교 참여는 남학생이 여학생보다 평균이 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 학생들이 응답한 설문 결과에 기반한 것이기 때문에 설문 응답에 있어서 편향이 발생할 수 있기 때문에 해석에 있어서 주의할 필요가 있다.
- ESCS의 경우에 여학생은 모든 성취수준집단에서 남학생보다 높은 것으로 나타났고, 학업동기의 경우에는 성취수준 상, 중 집단에서는 여학생이 높지만, 성취수준 하 집단에서는 남학생이 높아서, 성취수준 및 성별 집단에 따른 상호작용을 확인할 수 있다. 또한 성취수준이 높은 집단이 성취수준 낮은 집단에 비해 ESCS와 학습 동기가 모두 높았다.
- Figure 3은 성취수준별, 성별에 따른 과학 관련 교육맥락 변인의 평균을 그래프로 표시하여 경향성을 확인할 수 있도록 제시한 것이다. 과학 관련 교육맥락 변인 중 과학 학습 심리변인에 속하는 모든 지표(과학의 즐거움, 과학에 대한 흥미, 과학교육에 대한 도구적 동기, 과학에서의 자아 효능감, 과학에 대한 활동 참여)는 성취수준이 높은 집단에서 그 값이 큰 경향성이 나타났다. 또한 자아 효능감과 과학에 대한 인식론적 신념 지표를 제외한 나머지 4개의 지표에서 남학생의 평균이 여학생보다 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다.
- Table 3은 과학 관련 교육맥락 변인이 종속변인이고, 과학 성취수준 집단과 성별 집단이 독립변인일 때, 이원분산분석 결과이다. 과학 관련 교육맥락변인 중 성취수준 집단, 성별 집단, 그리고 성취수준 및 성별 집단의 상호작용이 모두 통계적으로 유의한 변인으로는 과학의 즐거움, 과학에 대한 흥미, 과학교육에 대한 도구적 동기, 과학에 대한 활동참여, 피드백 제공 수업, 수업 분위기였다. 한편, 과학에서의 자아 효능감과 과학에 대한 인식론적 신념의 평균은 성취수준 집단에 대해서는 통계적으로 유의하게 차이가 있었으나, 성별 집단에 대해서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 과학 교과 관련 교육맥락 변인에 대한 이원분산분석 결과, 과학 학습 심리변인에 해당하는 모든변인들, 즉 과학의 즐거움, 과학에 대한 흥미, 과학교육에 대한 도구적 동기, 과학에서의 자아 효능감,과학에 대한 활동 참여는 성취수준이 낮은 집단보다 높은 집단에서 그 값이 더 큰 경향성이 나타났다. 따라서 교실수업을 통해서 성적이 낮은 학생들의 정의적 특성을 향상시킬 수 있는 방향으로 변화될 필요가 있다.
- 과학 교과 교수· 학습 변인 중에서 성취수준 집단별로 통계적으로 유의한 차이가 나타난 변인으로는 피드백 제공 수업과 수업 분위기였으며, 피드백 제공 수업은 성취수준이 낮을수록 더 큰 것으로 나타났으며, 수업 분위기는 성취수준이 높을수록 높은 것으로 나타났다.
- 또한, 성취수준 및 성별 집단의 상호작용은 모든 교육맥락 변인에서 통계적으로 유의하게 평균이 다른 것으로 나타났다. 과학 교과 정의적 특성과 관련된 모든 변인에서 성취수준이 높을수록 그 값이 큰 것으로 나타났다. 또한 과학의 즐거움, 과학에 대한 흥미, 과학의 도구적 동기, 과학 활동에 참여에서 남학생이 여학생보다 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다.
- 과학 교수‧학습과 관련된 6개의 지표 중에서, 피드백 제공 수업과 탐구기반 수업은 성취수준 집단이 상승할수록, 그 평균값이 낮아지는 경향성이 나타났으며, 세 성취수준 집단에서 모두 남학생의 값이 큰 경향이 나타났다. 반면에, 수업 분위기는 세성취수준 집단에서 모두 여학생이 남학생보다 높은것으로 나타나, 여학생들이 남학생보다 전반적으로 수업분위기가 좋다고 응답하는 것을 알 수 있었다.
- 과학 교수‧학습과 관련된 변인들 중에서 피드백 제공 수업과 탐구기반 수업은 성취수준 집단이 상승할수록, 그 평균값이 낮아지는 경향성이 나타났다. 이러한 결과는 상위권 학생들은 수업시간에 피드백 제공 및 탐구기반 수업이 제대로 진행되지 않는다고 인식하고 있음을 알 수 있다.
- 분석 결과 Table 2에서 상, 중, 하 집단으로 구분된 성취수준 집단별 평균이 통계적으로 유의하게 차이가 나타난 교육맥락 변인들은 ESCS, 학업동기, 결석 및 결과, 학교 소속감, 과학 교과 교수‧학습 시간이었다. 구체적으로 살펴보면 ESCS, 학업 동기, 과학 교과 교수‧학습 시간은 성취수준 상, 중, 하 순서대로 그 값이 컸다. 즉 성취수준이 높을수록 이러한 변인들의 값이 큰 것을 확인할 수 있었다.
- Sohn(2008)은 우리나라 학생들의 PISA 2006의 인지적 성취에 큰 영향을 준 정의적 성취로 분석된 내적 동기 즉, ‘과학에 대한 즐거움’에 영향을 주는 배경변인들을 탐색하였다. 그 결과 교사의 수업 방식, 학부모가 기대하는 자녀의 직업, 학생의 가치 인식, 외적 동기, 자아 신념이 학생들의 내적 동기와 유의한 관련이 있음을 확인하였다. Seo(2011)는 PISA 2006 공개문항을 이용하여 상위 10%에 속하는 우리나라 고등학교 1학년의 과학 성취도와 과학 정의적 영역의 성차를 분석한 결과, 남학생과 여학생의 과학 성취도와 정의적 영역의 대부분 요인에서 유의한 차이를 나타내지 않았으며, 따라서 최우수 여학생에게 과학 영재학교, 과학고등학교의 입학 기회가 평등하게 제공되어야 함을 밝혀내었다.
- 세 종류의 구조모형은 전체 학생집단을 대상으로 한 전체 집단 모형, 성별에 따른 두 집단(남학생과 여학생 집단) 성별 모형, 성취수준에 따른 세 집단(성취수준 상, 중, 하 집단) 성취수준 모형을 추정하였다. 그 결과, Table 4에 제시된 것과 같이 세 가지 구조 모형에 대한 모형 적합도를 평가하기 위해서 적합도 지수인 RMSEA, CFI, TLI, SRMR 등을 사용하였으며, 전반적으로 측정모형과 구조모형이 자료에 적합한 것으로 나타났다.
- Stoet & Geary(2013)는 PISA 2000, 2003, 2006, 2009 자료를 분석하여, 수학과 읽기의 인지적 성취에 나타나는 남학생과 여학생의 성차를 분석하였다. 그 결과, 남학생이 여학생보다 수학은 잘하고, 읽기는 못하는 것으로 나타났으며, 읽기에서의 성차가 수학보다 더 큰 것으로 나타났다. 또한 국가 간 비교 결과, 수학에서의 성차가 큰 국가는 읽기에서의 성차가 작았으며, 읽기에서 성차가 큰 국가는 수학에서의 성차가 작은 것이 발견되었다.
- 또한 성별 모형 및 성취수준 모형에서 각 집단별 매개효과의 차이 검정(Wald chi-square difference test)을 실시하였다. 그 결과, 성별 모형에서는 남학생 집단과 여학생 집단 간에 매개효과의 크기가 통계적으로 유의하게 차이가 없는 것으로 나타났다. 반면에 성취수준 모형에서는 중집단과 상집단, 중집단과 하집단 간에 매개효과가 통계적으로 유의하게 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 또한, 성별 집단으로 비교하였을 때 ESCS는 여학생이 남학생보다 모든 성취수준 집단에서 높았다. 그러나 학교 소속감, 과학수업시간, 방과 후 과학학습시간, 학교 질에 대한 부모인식, 부모의 학교 참여에서는 남학생이 여학생보다 모든 성취수준 집단에서 높았으며, 지각과 결석 및 결과에서도 남학생이 여학생보다 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통해서, 남학생은 여학생에 비해서 전반적으로 학교생활에 대한 만족도는 조금 높으나, 지각과 결석 및 결과에서 나타나듯이 성실성은 낮은 것을 확인할 수 있다.
- 즉, ESCS와 같은 사회, 경제, 문화적 배경에 관한 설문에서 여학생이 남학생보다 좀 더 관대하게 보고하거나, 또는 부모의 학교 참여에 있어서, 남학생이 여학생보다 좀 더 관대하게 보고할 수 있다. 그리고 모든 학생 배경 관련 교육맥락 변인에서 성취수준 및 성별 집단의 상호작용은 통계적으로 유의한 차이를 보였다.
- 부모가 인지하는 학교의 질은 학생의 성취수준이 높을수록 큰 것으로 나타났으며, 전반적으로 남학생 부모가 여학생 부모보다 자신의 아이들이 다니는 학교의 질을 더 좋게 평가하는 것으로 나타났다. 그리고 부모의 학교 참여는 성취수준이 높을수록 높았으며, 남학생 학부모가 여학생 학부모보다 더 적극적으로 학교 활동에 참여하는 것으로 확인되었다.
- 그리고 성취수준 상 집단은 성취수준 하 집단보다 지각과 결석 및 결과가 적은 것으로 나타났다. 또한 지각 변인과 결석 및 결과 변인에서는 성취수준 상 집단에서는 남녀학생의 평균이 유사하지만, 중 집단과 하 집단에서는 남학생의 평균값이 여학생보다 커서, 남학생이 여학생보다 지각, 결석 및 결과를 더 자주 하는 것으로 나타났다.
- 과학 교과 정의적 특성과 관련된 모든 변인에서 성취수준이 높을수록 그 값이 큰 것으로 나타났다. 또한 과학의 즐거움, 과학에 대한 흥미, 과학의 도구적 동기, 과학 활동에 참여에서 남학생이 여학생보다 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다. 반면에, 과학에 대한 인식론적 신념에 있어서는 여학생이 남학생보다 더 높은 것으로 나타났다.
- 그 결과, 남학생이 여학생보다 수학은 잘하고, 읽기는 못하는 것으로 나타났으며, 읽기에서의 성차가 수학보다 더 큰 것으로 나타났다. 또한 국가 간 비교 결과, 수학에서의 성차가 큰 국가는 읽기에서의 성차가 작았으며, 읽기에서 성차가 큰 국가는 수학에서의 성차가 작은 것이 발견되었다. 따라서 읽기와 수학에서 상반되게 나타나는 성차를 고려한 교육 정책의 필요성을 강조하였다.
- 따라서 교실수업을 통해서 성적이 낮은 학생들의 정의적 특성을 향상시킬 수 있는 방향으로 변화될 필요가 있다. 또한 본 연구에서는 과학에 대한 인식론적 신념을 제외하고는 과학의 즐거움, 과학에 대한 흥미, 과학의 도구적 동기, 과학 활동의 참여에서 모두 남학생이 여학생보다 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다. Seo(2011)는 과학 교과에서 최우수 여학생이 최우수 남학생에 비해서 과학영재교육에서 소외되고 있다고 지적하였으며, 이는 최우수 집단만의 문제가 아닐 수도 있을 것이다.
- ESCS의 경우에 여학생은 모든 성취수준집단에서 남학생보다 높은 것으로 나타났고, 학업동기의 경우에는 성취수준 상, 중 집단에서는 여학생이 높지만, 성취수준 하 집단에서는 남학생이 높아서, 성취수준 및 성별 집단에 따른 상호작용을 확인할 수 있다. 또한 성취수준이 높은 집단이 성취수준 낮은 집단에 비해 ESCS와 학습 동기가 모두 높았다.
- 과학 관련 교육맥락 변인 중 과학 학습 심리변인에 속하는 모든 지표(과학의 즐거움, 과학에 대한 흥미, 과학교육에 대한 도구적 동기, 과학에서의 자아 효능감, 과학에 대한 활동 참여)는 성취수준이 높은 집단에서 그 값이 큰 경향성이 나타났다. 또한 자아 효능감과 과학에 대한 인식론적 신념 지표를 제외한 나머지 4개의 지표에서 남학생의 평균이 여학생보다 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다.
- 그리고 성취수준 상 집단은 성취수준 하 집단보다 지각과 결석 및 결과가 적은 것으로 나타났다. 또한 지각 변인과 결석 및 결과 변인에서는 성취수준 상 집단에서는 남녀학생의 평균이 유사하지만, 중 집단과 하 집단에서는 남학생의 평균값이 여학생보다 커서, 남학생이 여학생보다 지각, 결석 및 결과를 더 자주 하는 것으로 나타났다. 학교 소속감의 경우에는 남학생이 느끼는 소속감이 여학생이 느끼는 소속감에 비해 큰 차이로 높은 것을 확인할 수 있었으며, 소속감의 크기는 성취수준 중 집단이 가장 높고, 그 다음 상 집단이며, 하 집단은 급격하게 낮은 것을 확인할 수 있었다.
- 이러한 결과는 상위권 학생들은 수업시간에 피드백 제공 및 탐구기반 수업이 제대로 진행되지 않는다고 인식하고 있음을 알 수 있다. 또한, OECD평균과 비교하였을 때, 과학교수의 적절성, 피드백 제공 수업, 탐구기반 수업 변인은 OECD 평균인 0보다 더 낮은 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 PISA에서 제시하고 있는 교수·학습에 비해서 우리나라의 교수·학습이 더 열악한 것을 의미할 수 있다.
- 또한, 다집단 구조방정식 모형을 적용하여, 적절하게 제공된 과학 관련 교수‧학습 환경과 전략이 과학 정의적 특성을 매개로 과학 인지적 성취에 긍정적인 영향력을 미치는 것을 확인할 수 있다. 남녀 학생들 간에는 이러한 매개효과의 차이가 통계적으로 유의하지 않았으나, 성취수준 집단에 따라서는 통계적으로 유의한 차이가 나타났다.
- 특히 과학에 학생들의 관심과 흥미를 향상시킬 수 있는 보다 다양한 교육프로그램을 개발하고 보급할 필요가 있다. 또한, 성별 집단으로 비교하였을 때 ESCS는 여학생이 남학생보다 모든 성취수준 집단에서 높았다. 그러나 학교 소속감, 과학수업시간, 방과 후 과학학습시간, 학교 질에 대한 부모인식, 부모의 학교 참여에서는 남학생이 여학생보다 모든 성취수준 집단에서 높았으며, 지각과 결석 및 결과에서도 남학생이 여학생보다 높은 것으로 나타났다.
- 반면, 탐구 기반 수업의 경우 성별 집단에 대해 통계적으로 유의한 평균 차이가 나타났으나, 성취수준 집단에 대해서는 통계적으로 유의한 평균 차이가 나타나지 않았다. 또한, 성취수준 및 성별 집단의 상호작용은 모든 교육맥락 변인에서 통계적으로 유의하게 평균이 다른 것으로 나타났다. 과학 교과 정의적 특성과 관련된 모든 변인에서 성취수준이 높을수록 그 값이 큰 것으로 나타났다.
- 본 연구는 PISA 2015의 주영역인 과학 결과를 토대로 우리나라 학생의 성취수준 집단 및 남녀 집단의 특성을 다양한 교육맥락 변인을 적용하여 분석하였다. 먼저, 이원분산분석을 사용하여 성취수준집단 및 남녀 집단에 따른 학생배경 관련 교육맥락 변인의 특성을 분석한 결과, 학생배경 관련 교육맥락 변인 중에서 ESCS, 학업동기, 과학수업시간, 방과 후 과학학습시간, 부모의 학교 참여는 성취수준이 높을수록 높았다. 반면에, 지각, 결석 및 결과는 성취수준이 낮을수록 높은 경향이 나타났다.
- 그 결과, 성별 모형에서는 남학생 집단과 여학생 집단 간에 매개효과의 크기가 통계적으로 유의하게 차이가 없는 것으로 나타났다. 반면에 성취수준 모형에서는 중집단과 상집단, 중집단과 하집단 간에 매개효과가 통계적으로 유의하게 차이가 있는 것으로 나타났다. 즉, 성취수준 중집단에서 교수·학습이 정의적 특성을 매개로 과학점수에 미치는 영향력이 상 또는 하 집단보다 큰것을 확인할 수 있었다.
- 과학 교수‧학습과 관련된 6개의 지표 중에서, 피드백 제공 수업과 탐구기반 수업은 성취수준 집단이 상승할수록, 그 평균값이 낮아지는 경향성이 나타났으며, 세 성취수준 집단에서 모두 남학생의 값이 큰 경향이 나타났다. 반면에, 수업 분위기는 세성취수준 집단에서 모두 여학생이 남학생보다 높은것으로 나타나, 여학생들이 남학생보다 전반적으로 수업분위기가 좋다고 응답하는 것을 알 수 있었다. 또한, 과학 교과의 정의적 특성은 전반적으로 OECD 평균과 비슷한 수준을 나타냈는데 이를 PISA 2006 결과와 비교하면 과학의 즐거움, 흥미, 도구적 동기, 자아 효능감이 PISA 2015에서 크게향상된 것이다(Ku et al.
- 본 연구를 통한 다양한 교육맥락 변인을 분석한 결과, 과학교육에서는 성별 및 성취수준별 특성을 고려한 맞춤형 과학교수전략사용이 필요가 있음을 확인할 수 있었다. 특히 PISA 2015에서 이전 주기에 남학생의 성취도가 하락하고 하위성취수준의 학생의 비율이 높아졌으므로 이들 집단에 대한 맞춤식 교수 전략을 개발해야 한다.
- 부모가 인지하는 학교의 질은 학생의 성취수준이 높을수록 큰 것으로 나타났으며, 전반적으로 남학생 부모가 여학생 부모보다 자신의 아이들이 다니는 학교의 질을 더 좋게 평가하는 것으로 나타났다. 그리고 부모의 학교 참여는 성취수준이 높을수록 높았으며, 남학생 학부모가 여학생 학부모보다 더 적극적으로 학교 활동에 참여하는 것으로 확인되었다.
- 과학 교과 교수· 학습 변인 중에서 성취수준 집단별로 통계적으로 유의한 차이가 나타난 변인으로는 피드백 제공 수업과 수업 분위기였으며, 피드백 제공 수업은 성취수준이 낮을수록 더 큰 것으로 나타났으며, 수업 분위기는 성취수준이 높을수록 높은 것으로 나타났다. 성차에 있어서도 피드백 제공 수업과 수업 분위기는 통계적으로 유의하였으며, 피드백 제공수업은 남학생이 그리고 수업 분위기는 여학생이 더 높은 것으로 나타났다. 또한 탐구기반 수업에서도 통계적으로 유의하게 성차가 나타났는데, 남학생이 여학생보다 큰 값을 가졌다.
- 그러나 학교 소속감, 과학수업시간, 방과 후 과학학습시간, 학교 질에 대한 부모인식, 부모의 학교 참여에서는 남학생이 여학생보다 모든 성취수준 집단에서 높았으며, 지각과 결석 및 결과에서도 남학생이 여학생보다 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통해서, 남학생은 여학생에 비해서 전반적으로 학교생활에 대한 만족도는 조금 높으나, 지각과 결석 및 결과에서 나타나듯이 성실성은 낮은 것을 확인할 수 있다. PISA결과에서 나타난 남학생과 여학생의 학력 차이가 조금씩 확대되는 가장 큰 이유가 지각, 결석 및 결과와 같은 요인이 크게 작용하였을 수 있다.
- 전반적으로는 적절한 교수‧학습 환경과 전략의 제공이 학생들의 과학에 대한 정의적 특성에 긍정적인 영향을 주었는데, 특히, 하집단에 미치는 영향력이 가장 컸으며, 중집단, 상집단 순으로 나타났다. 이러한 결과는 성적이 낮은 학생들도 얼마든지 수업을 통해서 과학에 대한 친밀도 및 흥미가 향상될 수 있다는 사실을 의미한다.
- 정의적 특성이 높으면 학생들의 인지적 성취를 높이는 효과가 있는데 이 효과는 성취수준 중집단에서 가장 크고 성취수준 상 집단, 하 집단 순으로 효과가 감소하였고, 하 집단에서는 정의적 특성의 제고가 학생들의 인지적 성취에 유의한 변화를 일으키지 않는 것으로 나타났다. 하 집단에서 교수‧학습이 정의적 특성의 향상에 기여한 반면, 정의적 특성은 인지적 성취에 통계적으로 유의하게 영향을 미치지 못했다.
- 학교 소속감의 경우에는 남학생이 느끼는 소속감이 여학생이 느끼는 소속감에 비해 큰 차이로 높은 것을 확인할 수 있었으며, 소속감의 크기는 성취수준 중 집단이 가장 높고, 그 다음 상 집단이며, 하 집단은 급격하게 낮은 것을 확인할 수 있었다. 주당 과학 수업시간(정규 수업 시간)은 성취수준 상, 중, 하 집단 순으로 많았으며, 남학생이 여학생보다 조금 높은것으로 나타났고, 성취수준 상 집단에서 그 차이가 가장 컸다. 다만, 주당 과학 수업 시간은 표집학교가 일반계 고등학교, 직업계 고등학교, 중학교에 따라 달라질 수 있고, 또한 일반계 고등학교에서도 특목고, 자사고, 일반고에서 차이날 수 있는데, PISA 자료에는 이러한 학교 유형에 정보가 없어서 자세한 분석은 실시할 수 없었다.
- 즉, 성취수준 중집단에서 교수·학습이 정의적 특성을 매개로 과학점수에 미치는 영향력이 상 또는 하 집단보다 큰것을 확인할 수 있었다.
- 특히 ‘과학에 대한 인식론적 신념’ 지표의 향상은 중·상위수준의 성취 수준 향상에 정적인 영향을 나타내는 것으로 나타났으며, 남학생의 성취 제고에도 큰 역할을 할 수 있을 것이다.
- 또한 지각 변인과 결석 및 결과 변인에서는 성취수준 상 집단에서는 남녀학생의 평균이 유사하지만, 중 집단과 하 집단에서는 남학생의 평균값이 여학생보다 커서, 남학생이 여학생보다 지각, 결석 및 결과를 더 자주 하는 것으로 나타났다. 학교 소속감의 경우에는 남학생이 느끼는 소속감이 여학생이 느끼는 소속감에 비해 큰 차이로 높은 것을 확인할 수 있었으며, 소속감의 크기는 성취수준 중 집단이 가장 높고, 그 다음 상 집단이며, 하 집단은 급격하게 낮은 것을 확인할 수 있었다. 주당 과학 수업시간(정규 수업 시간)은 성취수준 상, 중, 하 집단 순으로 많았으며, 남학생이 여학생보다 조금 높은것으로 나타났고, 성취수준 상 집단에서 그 차이가 가장 컸다.
- 학생의 성취수준에 따라 집단을 구분하여 구조 모형을 분석한 결과, 교수·학습 환경과 전략이 정의적 특성에 영향을 미치는 정도는 성취수준 하 집단(0.65)에서 가장 컸으며, 중집단(0.55)을 거쳐, 상집단(0.45)에서 가장 낮은 것으로 나타났다.
- 한편 과학관련 교수·학습 변인들은 수업 분위기를 제외하고는 모두 OECD 평균 보다 크게 낮은 것으로 나타났다.
- 과학 관련 교육맥락변인 중 성취수준 집단, 성별 집단, 그리고 성취수준 및 성별 집단의 상호작용이 모두 통계적으로 유의한 변인으로는 과학의 즐거움, 과학에 대한 흥미, 과학교육에 대한 도구적 동기, 과학에 대한 활동참여, 피드백 제공 수업, 수업 분위기였다. 한편, 과학에서의 자아 효능감과 과학에 대한 인식론적 신념의 평균은 성취수준 집단에 대해서는 통계적으로 유의하게 차이가 있었으나, 성별 집단에 대해서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 반면, 탐구 기반 수업의 경우 성별 집단에 대해 통계적으로 유의한 평균 차이가 나타났으나, 성취수준 집단에 대해서는 통계적으로 유의한 평균 차이가 나타나지 않았다.
후속연구
- 하 집단에서 교수‧학습이 정의적 특성의 향상에 기여한 반면, 정의적 특성은 인지적 성취에 통계적으로 유의하게 영향을 미치지 못했다. 따라서 하 집단에 속한 학생들도 과학 영역 정의적 특성의 고취를 통해서 과학 성취도가 향상될 수 있도록 하는 방안을 마련할 필요가 있을 것이다.
- 따라서 보다 다양한 교수‧학습 방법을 통해서 학생들이 교과 영역에 흥미와 긍정적인 태도를 함양할 수 있도록 노력해야 한다. 반면, 적절한 교수‧학습 환경과 전략의 제공은 과학 인지적 성취에는 오히려 부정적인 영향력을 미치는 것으로 나타나서, 이에 대안 추가적인 연구를 통해서 과학 교수‧학습 환경과 전략에서 긍정적 요소는 강화하고, 부정적 요소는 약화시켜서 전체적으로 교수‧학습 환경과 전략에서의 변화가 학생들의 정의적 특성 및 인지적 성취를 제고할 수 있도록 해야 할 것이다.
- 이를 위해 과학교사 연수에서 학생의 요구와 수준에 맞추어 어떻게 수업을 설계하고 어떤 교수 전략을 사용하는 지에 대한 교수‧학습 프로그램 개발이 필요하다. 본 연구결과로 보아 이러한 맞춤식 교수 전략의 사용이 남학생과 중간 성취수준 학생의 경우에 특히 효과를 거둘 수 있을 것으로 예측된다.
- 본 연구에서 과학에 대한 정의적 특성 중 ‘과학의 즐거움’ 지표와 ‘과학에 대한 인식론적 신념’지표에서의 향상이 과학의 인지적 성취를 향상시키는 원인으로 확인되었으므로 이를 향상 시키기 위한 정책 방안 마련이 필요하다.
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