[논문]TIMSS 2019의 8학년 화학 영역과 우리나라 과학 교육과정의 비교 분석

김현경

doi:10.5012/jkcs.2020.64.6.371

TIMSS 2019의 8학년 화학 영역과 우리나라 과학 교육과정의 비교 분석
The Relationship Analysis of the Korean Science Curriculum with the Chemistry Domains of the 8th Grade TIMSS 2019 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.64 no.6, 2020년, pp.371 - 378

김현경 (전북대학교 과학교육학부 화학교육전공 및 과학교육연구소)

초록
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본 연구의 목적은 TIMSS 2019 중학교 화학 영역의 8개 주제를 우리나라 2009 개정 과학과 교육과정 및 2015 개정 과학과 교육과정에서 다루고 있는지 연계성을 분석하는 것이다. 이를 위해 초등학교 교사 4명과 중학교 교사 4명은 각각 물리, 화학, 생물, 지구과학 전공별로 참여하여 총 8명의 현장교사와 과학교육 전문가 2명이 참여해 우리나라 과학과 교육과정 중 TIMSS 2019 과학 평가틀의 화학 내용이 어느 학년에서 다루고 있는지를 분석하였다. 또한 본 연구는 TIMSS 2019 평가에서 8학년 대상의 246개 문항과 우리나라 과학과 교육과정 내용이 일치하는지 분석하여 8개 주제가 어느 학년에서 다루고 있는지도 분석에 반영하였다. 본 연구의 결과 및 논의는 다음과 같다. 첫째, TIMSS 2019 평가 주제 중에서 우리나라 중학교 교육과정에서 전혀 다루고 있지 않는 주제는 주기율표, 화학 반응에서 물질과 에너지, 화학결합에서 전자의 역할이었다. 따라서, '원소를 규칙에 따라 배열하는 주기율표'에 대한 주제는 우리나라 중학교 교육과정에 조기 도입할 필요가 있다. 둘째, '주변의 발열 반응이나 흡열 반응', 그리고 '반응 속도에 영향을 미치는 요인' 등에 관한 주제도 국제적인 흐름을 고려하여 우리나라 중학교 교육과정에 조기 도입하거나, 수준을 고려하면서 내용 등을 재구성하는 논의가 필요하다. 셋째, 차기 과학과 교육과정에서는 화학 내용과 범위, 특히 초·중학교 및 고등학교 과학과 교육과정에 포함될 개념의 범위와 순서가 연속적으로 연결되는 것 등과 관련된 시사점을 제공하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to analyze the relationship between the eight topics in TIMSS 2019 8th grade chemistry domains and the Korea 2009 Revised Science Curriculum and the 2015 Revised Science Curriculum. For this purpose, four elementary and four secondary teachers participated in physics, chemistry, biology and earth science majors, and two science education experts participated in analyzing in which grades the content elements of the TIMSS 2019 science framework are covered in the Korean science curriculum. The study also analyzed whether the content of the Korean science curriculum matches the 246 items of 8th grade in the TIMSS 2019 assessment and reflects in which grades the eight topics are covered. The results of this study are as follows. First, among the TIMSS 2019 evaluation topics, topics not covered at all in the Korean middle school curriculum were periodic table, matter and energy in chemical reactions, the role of electrons in chemical bonds. Second, the topic of "the periodic table as an organizing principle for the known elements" needs to be introduced in the Korean middle school curriculum, and topics such as "familiar exothermic and endothermic reactions" and "factors affecting the reaction rates" need to be discussed in consideration of the flow of international curricula. Third, the next science curriculum should be structured so that the sequence of chemistry contents and scope, especially core concepts to be included in the elementary, secondary, and higher education curriculum is linked to continuity.

주제어

표/그림 (3)

표 Table 1. Curriculum applied to students in grades corresponding to the evaluation for the TIMSS 2019
그림 Figure 1. Test-Curriculum Matching Analysis(TCMA) of TIMSS 2019 science assessment.
표 Table 2. TIMSS 2019 8th Grade Learning Period by Subject in Chemistry

AI 본문요약
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문제 정의

TIMSS는 참여국들의 교육과정을 기반으로 한 성취도 평가로, 초등학교 4학년과 중학교 2 학년 학생들의 수학·과학 성취도를 평가하여 참여 국가의교육과정 및 학교 교육의 효과성에 대한 직접적인 정보를제공해준다.1 또한, TIMSS는 수학·과학에 대한 학생들의성취도와 교사 변인을 포함한 여러 교육 맥락을 국제적인수준에서 비교·분석하여 각국의 교육과정 실행의 적절성을 확인하고 이에 대한 정책 결정과 질 관리를 위한 시사점을 제공하기 위한 목적을 가지고 시행된다.²⁻⁴
TIMSS 2019 교육과정 설문에서 제시된 내용 영역별 하위요소별로 해당 요소가 우리나라 수학·과학 교육과정의 어느학년에서 다루어지고 있는가를 표시하였다. TIMSS 2019 의 시행 대상 학생들에게 적용된 교육과정은 <Table 1>과같다.
따라서 본 연구에서 우리나라 과학과 교육과정의 경우내용 영역별로 교육과정에서 다루는 시기와 개념들 간의연계성을 반영하여 TIMSS 2019 화학 영역의 평가 주제들이 학습 시기별로 적합한지 여부와 우리나라 교육과정에서 어떻게 다루어지고 있는가에 대해서 분석하였다. 이러한 분석의 결과를 토대로 우리나라 중학교 교육과정에 제시된 내용들과 실행되고 있는 내용들 간의 차이점을 면밀히 분석하여 논의하고 앞으로 새로운 교육과정을 구성하는데 방향성을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 TIMSS 2019 교육과정 설문에서 제시된 수학·과학 교육 내용을 기본 틀로 하여, 내용 영역별 학습 시기를 분석하였다. TIMSS 2019 교육과정 설문은 TIMSS 참여국의 교육과정 운영체제를 파악하기 위해 실시하는 것으로, 설문내용은 이전 주기의 내용을 바탕으로 최근의 국제적인 교육과정 체제 및 내용의 변화 흐름에 따라 수정 보완한다.
본 연구에서는 초등학교 교사 4명과 중학교 교사 4명은각각 물리, 화학, 생물, 지구과학 전공별로 참여하여 총 8 명의 현장 교사와 과학교육 전문가 2명이 참여해 우리나라 과학과 교육과정 중 TIMSS 2019 과학 평가틀의 내용요소가 어느 학년에서 다루고 있는지를 분석하였다. 분석과정에서 국제본부에서 제공한 내용 영역별 하위 내용이나 우리나라 교육과정의 성취기준 또한 광범위한 면이 있어서 어느 학년에서 어느 수준으로 다루고 있는지에 관해서는 가르치는 학교 현장 교사나 교육과정 및 교과교육 전문가들마다 견해가 다를 수 있으므로 4~5회 이상의 전문가 논의 절차를 거쳐서 95% 이상의 일치도로 최종 분석 결과를 도출하였다.
이러한 분석의 결과를 토대로 우리나라 중학교 교육과정에 제시된 내용들과 실행되고 있는 내용들 간의 차이점을 면밀히 분석하여 논의하고 앞으로 새로운 교육과정을 구성하는데 방향성을 제시하고자 한다.
이에 본 연구에서는 TIMSS 2019의 8학년 ‘화학’ 영역의 주제별 학습 시기와 우리나라의 2009 개정 및 2015 개정과학과 교육과정과의 관계를 면밀하게 분석하고자 하였다. 이미 선행 연구^{7, 14}에서 초등학교 4학년과 중학교 8학년의 평가틀과 교육과정의 연계성을 분석한 바 있지만 이 연구에서는 우리나라 교육과정이 개정되면서 학습 내용을 줄이려는 노력이 지속되어 왔는데 물리, 화학, 생물, 지구과학 중 가장 내용이 많이 줄어든 것으로 평가되는 화학 영역에 초점을 두어 국제 교육과정을 비교하는 것이 차기 교육과정에 관한 논의가 시작되고 있는 현 시점에서 급선무이기 때문이다.
탐구 활동을 통해 다룬다. 이와 연계하여 2009 개정교육과정의 중학교 3학년 ‘화학 반응에서의 규칙성’ 단원에서 일상생활에서 물리적 변화와 화학적 변화의 예를 구분하는 것을 시작으로 ‘여러가지 화학 반응’ 단원에서 산화·환원 반응의 대표적 예로 부식과 연소 등을 다루어 화학적 변화를 살펴보게 된다.¹⁵ 즉, 우리나라 교육과정에서는 ‘물리적 변화와 화학적 변화’라는 변화적 측면에서 내용을다루기 때문에 ‘물리적 성질과 화학적 성질’을 구분하여물질을 분류할 수 있는 내용이 연계될 수 있는 방안이 요구된다.

제안 방법

2009 개정 교육과정에서도 교육과정이 바뀌면서 4학년에 동일한 ‘혼합물의 분리’ 단원이 반복되어 나왔다. 5학년 ‘용해와 용액’ 단원에서 고체가 액체에 녹는 과정과 이에 영향을 주는 요인에 대하여 다루며, 이 영역에서 용질, 용매, 용액의 정의, 용액의 진하기 그리고용질의 녹는 양 등을 학습한다.¹⁵ 이어서 중학교 2학년 ‘물질의 특성’ 단원과 연계되어 용해도 등을 추가적으로 배운다.
분석하였다. TIMSS 2019 교육과정 설문은 TIMSS 참여국의 교육과정 운영체제를 파악하기 위해 실시하는 것으로, 설문내용은 이전 주기의 내용을 바탕으로 최근의 국제적인 교육과정 체제 및 내용의 변화 흐름에 따라 수정 보완한다.
TIMSS 2019 본검사 평가 대상 학생들에게 적용된 교육과정에 따라 학년을 나누어 4학년(초4)과 8학년(중2) 학생들에게 적용된 교육과정을 중심으로 분석하였다. TIMSS 2019 본검사 평가 대상 학생들(2018년 당시 초등학교 4학년, 중학교 2학년)에게 적용된 교육과정에 따라 해당 내용 요소가 가르쳐지는 학년에 ‘√’로 표시하였다.
분석과정에서 국제본부에서 제공한 내용 영역별 하위 내용이나 우리나라 교육과정의 성취기준 또한 광범위한 면이 있어서 어느 학년에서 어느 수준으로 다루고 있는지에 관해서는 가르치는 학교 현장 교사나 교육과정 및 교과교육 전문가들마다 견해가 다를 수 있으므로 4~5회 이상의 전문가 논의 절차를 거쳐서 95% 이상의 일치도로 최종 분석 결과를 도출하였다. 교육과정 분석 과정에서 교육과정 개정에 따른 내용의 이동, 삭제, 추가로 인한 내용 영역별 하위 주제의 학습 여부에 대한 보정 여부의 확인은 초·중학교 현직 교사들과 수학·과학 교육 전문가들의 검토 및 협의를 거쳐, 실제 학생들이 해당 주제를 학습하는 시기를 파악하여 작성하였다. 이러한 개정 과정에서 내용의 이동, 삭제, 추가가 발생하는데 이러한 부분은 2015 개정 교육과정의 현장 안착에도 도움이 되는 정보를 제공할 것이며 향후 교육과정 개선에도 중요한 시사점을 제공할 것이다.
그러나 TIMSS 2019 교육과정 설문의 학습 내용별 학습 학년을 조사하는 틀이 학년별로 구분되어 있고 우리나라 교과서들이 학년별로 같은 학습 내용을 다루고 있기 때문에 초등학교와 중학교 교육과정을 모두 학년별로 구분하여 분석하였다. 또한, TIMSS에서는 각 참여국별로 Fig.
또한 TIMSS 연구에서 본검사가 시행된 후 각국의 교육과정을 비교 분석하기 위해 각 나라별로 국가교육과정 설문²을 실시하는데 이때 주제별로 평가 대상 학생들이 실제로 학습한 학년을 조사하고 있다. 이러한 과정에서 자체적으로 TIMSS 2019의 과학 분야 중 ‘화학’ 영역에 해당하는 주제별 학습 시기와 우리나라 2009 개정 및 2015 개정 과학과 교육과정 사이의 일치성을 분석하였다. 특히 이 연구에서는 TIMSS 평가 문항과 교육과정의 일치 여부를 분석하는 TCMA(Test-Curriculum Matching Analysis)를 병행하면서 주제별 교육과정의 일치성 분석을 정교화하였다.
이루어졌다. 이와 연계하여 중학교 2학년 ‘물질의 구성’ 단원에서 수용액 속 이온을 찾기 위해 앙금 생성 반응을 학습하였다. 이어서 중학교 3학년 교육과정의 ‘화학반응에서의 규칙성’ 단원에서 일상생활에서 물리적 변화와 화학적 변화의 예를 구분할 수 있고, 반응물과 생성물을 화학 반응식으로 나타내어 반응물의 변화를 다룬다.
이러한 과정에서 자체적으로 TIMSS 2019의 과학 분야 중 ‘화학’ 영역에 해당하는 주제별 학습 시기와 우리나라 2009 개정 및 2015 개정 과학과 교육과정 사이의 일치성을 분석하였다. 특히 이 연구에서는 TIMSS 평가 문항과 교육과정의 일치 여부를 분석하는 TCMA(Test-Curriculum Matching Analysis)를 병행하면서 주제별 교육과정의 일치성 분석을 정교화하였다.

대상 데이터

이에 본 연구에서는 본 검사가 시행된 2018년을 기준으로당시 초등학교 4학년과 중학교 2학년 학생들에게 적용된교육과정과 TIMSS 2019 평가의 246개 문항 일치도를 Fig. 1 과 같이 분석하였다. TCMA 분석틀에 제시된 모든 교육내용을 다루고 있으면, TCMA 분석틀에서 ‘Yes’라고 표시하고 전혀 다루지 않은 경우는 ‘No’라고 표시하였다.

이론/모형

그러나 TIMSS 2019 교육과정 설문의 학습 내용별 학습 학년을 조사하는 틀이 학년별로 구분되어 있고 우리나라 교과서들이 학년별로 같은 학습 내용을 다루고 있기 때문에 초등학교와 중학교 교육과정을 모두 학년별로 구분하여 분석하였다. 또한, TIMSS에서는 각 참여국별로 Fig. 1과 같은 분석틀로 각각의 평가 문항과 교육과정의 일치 여부를 분석하는 TCMA(Test-Curriculum Matching Analysis)를 한다. TCMA는 TIMSS에 참여한 모든 국가가 작성하기 때문에 TCMA를 통해 문항 내용별 국제 비교가 가능하며 참여국 간의 교육과정 일치 여부를 비교할 수 있다.

성능/효과

7, 14 분석 결과로는 우선, TIMSS 2019 초등학교 4학년 평가 틀과 교육과정의 연계성을 분석한 결과, 2015 개정 과학과 교육과정에서 통합 단원의 신설함으로써 새로운 성취기준이 추가됨으로 인하여 이전 교육과정에서는 다루지 않았던 TIMSS 4학년 과학 평가틀의 일부 평가 목표가 우리나라 교육과정에도 포함되는 변화를 찾아볼 수 있었다.⁷ 특히, 우리나라의 경우 TIMSS 2019가 시행된 최근에 교육과정이 개정됨을 고려할 때, TIMSS 2019 과학 평가 틀과 이 평가의 대상이 배운 2009 개정 및 현행 2015 개정 과학과 교육과정에 제시된 과학 영역의 주제별 내용을 비교분석할 필요가 있다.
TIMSS 2019에 참여한 초등학교 4학년과 중학교 2학년 학생들이 배운 과학 교육과정을 분석해 본 결과 학생들은 고등학교 1학년의 통합과학을 배우기까지 TIMSS 내용의 하위 요소에 해당하는 주제들을 모두 배우게 되는 것으로 나타났다. 그러나 평가 시기가 초등학교 4학년과 중학교 2학년이므로, TIMSS 평가를 치르기 전까지 배우지 않는내용들이 발견되었다.
분석과정에서 국제본부에서 제공한 내용 영역별 하위 내용이나 우리나라 교육과정의 성취기준 또한 광범위한 면이 있어서 어느 학년에서 어느 수준으로 다루고 있는지에 관해서는 가르치는 학교 현장 교사나 교육과정 및 교과교육 전문가들마다 견해가 다를 수 있으므로 4~5회 이상의 전문가 논의 절차를 거쳐서 95% 이상의 일치도로 최종 분석 결과를 도출하였다. 교육과정 분석 과정에서 교육과정 개정에 따른 내용의 이동, 삭제, 추가로 인한 내용 영역별 하위 주제의 학습 여부에 대한 보정 여부의 확인은 초·중학교 현직 교사들과 수학·과학 교육 전문가들의 검토 및 협의를 거쳐, 실제 학생들이 해당 주제를 학습하는 시기를 파악하여 작성하였다.
이와같은 TCMA 분석을 통해 TIMSS 2019 교육과정 설문 중에서 수학·과학 내용별 학습 학년의 분석 내용을 더 정확하게 분석할 수 있다. 즉, TIMSS 2019 교육과정 설문 중에서 과학 내용별 학습 학년 분석틀에서 주제별로 다루는내용이 우리나라 교육과정에서 다루는 것처럼 보이더라도, TIMSS 평가 문항을 해결하기 어려운 경우는 TCMA 분석에서 No로 표시하고 이러한 주제에 해당하는 것은내용별 학습 학년 분석틀에서도 다루지 않는 것으로 분석하였다.

후속연구

TIMSS 과학 평가틀의 각 평가 목표가 우리나라 과학과 교육과정에서 다루어지는지 여부와 다루어지는 학년을 파악하는 것은 국제비교 연구를 통하여 우리나라 교육과정의 내용과 수준을 점검하는 기본 자료가 될 수 있을 것이다.7 TIMSS의 평가틀 및 평가 문항은 참여국의 추천을 거쳐서 선정된 수학·과학 교육 전문가로 구성된 TIMSS 수학·과학 문항검토위원회에서 논의되며 참여국의 교육내용을 중심으로 개정된다.
우리나라 교육과정은 나선형 교육과정으로 어려운 개념들이 고학년군에 올라가 있게 되므로, 무조건 고학년의내용을 저학년으로 이동시키는 것은 어려울 수 있다. 그러나 내용의 수준을 낮추거나 내용을 일부 다루는 것만으로도 전 세계적으로 공통된 합의를 통해 만들어진 TIMSS 평가틀과의 차이를 해소할 수 있을 것으로 기대된다. 특히 화학에서 ‘주기율표’는 화학의 언어로써 알파벳에 해당하는 기초이므로 중학교에서 도입할 필요가 있다.
특히 화학에서 ‘주기율표’는 화학의 언어로써 알파벳에 해당하는 기초이므로 중학교에서 도입할 필요가 있다. 그리고 ‘화학 반응에서의 열 출입’이나 ‘화학 반응 속도’를 국제적인 흐름에 발맞춰 중학교 2학년 수준과 범위를 고려하여 내용을 구성해서 조기 도입하는 방안을 적극 검토할필요가 있다. 또한 ‘화학 결합에서의 전자의 역할’을 중학교에서 다루기 어렵더라도 기존에 있는 중학교 2학년 ‘물질의 구성’ 단원에서 화학 결합은 전자들과 관련된다는내용을 교수학습 방법을 달리하여 함께 다루어주는 것에대해 논의할 필요도 있다.
셋째, 우리나라 과학과 교육과정을 초등학교 3학년부터 시작하는 것이 아니라 수학과나 다른 나라처럼 초등학교 1학년 때 부터 시작하는 것이 필요하다고 생각한다. 이에 따라 차기 과학과 교육과정에서는 화학 내용과 범위, 특히 초·중학교 및 고등학교 과학과 교육과정에 포함될 개념의 범위와 순서가 유치원 누리과정과 연계하여 연속적으로 연결되도록 구성되어야 한다.
이와 더불어 중학교 2학년의 ‘물질의 구성’ 단원에서 주기성에 대한 언급 없이 이온의 형성 과정과 양이온 및 음이온의 종류를 학습하는데 어려움이 있을 수 있다. 앞으로 중학교에서 이온 개념을 이해함에 있어 원자번호 20번까지의 원소들에 한하여 주기율표와 같은 족에 위치하면 비슷한 성질을 보인다는 내용과 함께 화학의 언어, 화학에서 가장 기초적이면서 중요하게 다루는 주기율표를 가르치는 방안을 마련할 필요가 있다.
교육과정 분석 과정에서 교육과정 개정에 따른 내용의 이동, 삭제, 추가로 인한 내용 영역별 하위 주제의 학습 여부에 대한 보정 여부의 확인은 초·중학교 현직 교사들과 수학·과학 교육 전문가들의 검토 및 협의를 거쳐, 실제 학생들이 해당 주제를 학습하는 시기를 파악하여 작성하였다. 이러한 개정 과정에서 내용의 이동, 삭제, 추가가 발생하는데 이러한 부분은 2015 개정 교육과정의 현장 안착에도 도움이 되는 정보를 제공할 것이며 향후 교육과정 개선에도 중요한 시사점을 제공할 것이다.

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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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