[논문]대학수학능력시험 화학 I 문항 분석을 위한 3차원 분석틀 개발과 화학 I 문항 분석

박지훈; 박선향; 남정희

doi:10.5012/jkcs.2024.68.1.40

대학수학능력시험 화학 I 문항 분석을 위한 3차원 분석틀 개발과 화학 I 문항 분석
Development of a Three-Dimensional Analytical Framework for Analyzing Chemistry I Questions on the CSAT and Analysis of Chemistry I Questions 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.68 no.1, 2024년, pp.40 - 53

박지훈 (부산대학교 화학교육과) , 박선향 (부산대학교 화학교육과) , 남정희 (부산대학교 화학교육과)

초록
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이 연구는 화학 핵심 개념, 화학 행동 영역, 수학 행동 영역으로 구성된 3차원 분석틀을 이용하여 2019학년도부터 2022학년도까지 4개년도의 대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석하여 영역별 출제 문항 수와 비율을 알아보고 이를 바탕으로 각 영역 간의 관계에 대하여 알아보았다. 연구 결과, 대학수학능력시험 화학 I 문항은 핵심 개별 별로 비교적 고르게 출제되었으나, 고난도 문항은 양적 관계에 편중되었다. 화학 행동 차원의 경우, 문제 인식 및 가설 설정, 탐구 설계 및 수행 영역의 문항 출제 비율이 매우 낮았고, 고난도 문항의 경우 결론 도출 및 평가에 편중되었다. 수학 행동 영역의 경우, 발견적 추론 영역과 연역적 추론 영역에서 출제된 문항 수가 매우 적었고, 고난도 문항은 내적 문제해결력 영역에 편중되었다. 또한, 특정 화학 핵심 개념과 화학의 행동 영역은 특정 수학 행동 영역과 높은 연관성을 보였으며, 이러한 특징은 학생들이 어려워하는 고차원적 수학 행동 영역을 포함하는 문항에서 두드러지게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The study investigates the number and proportion of questions in each area by examining Chemistry I questions from the College Scholastic Ability Test from 2019 to 2022. The analysis was conducted using a three-dimensional framework that included key concepts in chemistry, behavioral domains in chemistry, and behavioral domains in mathematics. The results indicated that Chemistry I questions on the College Scholastic Ability Test had a relatively even distribution of questions across core individual topics, but highly difficult questions were predominantly biased toward stoichiometry. In terms of the behavioral domains in chemistry, there was a remarkably low proportion of questions related to problem recognition and hypothesis establishment, as well as designing research and implementing research. Conversely, highly difficult questions were more inclined towards drawing conclusions and evaluations. Regarding behavioral domains in mathematics, there was a limited number of questions addressing heuristic reasoning and deductive reasoning. On the other hand, high-difficulty questions favored internal problem-solving ability. Additionally, certain key concepts in chemistry and behavioral domains in chemistry exhibited a strong correlation with specific behavioral domains in mathematics. This characteristic was particularly evident in questions that encompassed higher-dimensional behavioral domains in mathematics, which students tend to find challenging.

주제어

표/그림 (20)

표 Table 1. Key concepts and content elements in chemistry (Chemistry I)
표 Table 2. Behavioral domain in chemistry
표 Table 3. Behavioral domain in mathematics
그림 Figure 1. Three-dimensional analysis framework of Chemistry I questions in College Scholastic Ability Test.
표 Table 4. Number of questions per key concept in chemistry
그림 Figure 2. Chemistry 1, question 17 on the 2022 CSAT.²⁹
그림 Figure 3. Chemistry 1, question 18 on the 2022 CSAT.²⁹
표 Table 5. The number of questions by key concepts in chemistry for questions with high rate of wrong answers
표 Table 6. Number of questions per behavioral domain in chemistry
표 Table 7. Number of questions by behavioral domain in chemistry for questions with high rate of wrong answers
표 Table 8. Number of questions per behavioral domain in mathematics
그림 Figure 4. Chemistry 1, question 20 on the 2022 CSAT.²⁹
표 Table 9. Number of questions by behavioral domain in mathematics for questions with high rate of wrong answers
그림 Figure 5. Chemistry 1, question 19 on the 2020 CSAT.³⁶
표 Table 10. Two-dimensional classification of key concepts and behavioral domains in chemistry number (%)
표 Table 11. Two-dimensional classification of key concepts and behavioral domains in chemistry for questions with high rate of wrong answers number (%)
표 Table 12. Two-dimensional classification of key concepts in chemistry and behavioral domains in mathematics number (%)
표 Table 13. Two-dimensional classification of key concepts in chemistry and behavioral domains in mathematics for questions with high rate of wrong answers number (%)
표 Table 14. Two-dimensional classification of behavioral domains in chemistry and behavioral domains in mathematics number (%)
표 Table 15. Two-dimensional classification of behavioral domains in chemistry and behavioral domains in mathematics for questions with high rate of wrong answers number (%)

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 이 연구에서는 화학 문항에 포함된 수학적 요소를 구체적으로 분석하고, 이것이 화학 핵심 개념 및 행동 영역과 어떠한 관계가 있는지 알아보고자 한다. 이를 위해 화학 핵심 개념, 화학 행동 영역, 수학 행동 영역으로 구성된 3차원 문항 분석틀을 개발하고, 이를 이용하여 대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석한 뒤 화학 I 평가 문항 출제 방향에 대해 살펴보고자 한다.
이를 위해 화학 핵심 개념, 화학 행동 영역, 수학 행동 영역으로 구성된 3차원 문항 분석틀을 개발하고, 이를 이용하여 대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석한 뒤 화학 I 평가 문항 출제 방향에 대해 살펴보고자 한다. 또한, 이를 바탕으로 대학수학능력시험 본래의 평가 취지와 목표에 부합하는 문항이 출제될 수 있도록 방향을 제시하고자 한다.

제안 방법

개발된 3차원 분석틀을 이용하여 대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석하기 위하여 2009 개정 교육과정이 적용된 2019학년도, 2020학년도 대학수학능력시험 화학 I과 2015 개정 교육과정이 적용된 2021학년도, 2022학년도 대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석 대상으로 하였다. 대학수학능력시험 화학 I 문항은 20문항으로 4개년도(2019, 2020, 2021, 2022) 시험에 대한 총 80문항을 분석하였다.
이 연구에서는 대학수학능력시험 화학 I 문항 분석을 위해 화학 핵심 개념, 화학 행동 및 수학 행동 영역으로 구성된 3차원 문항 분석틀을 개발하였고, 이를 이용하여 2019학년도에서 2022학년도까지의 4개년도 대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석한 후, 각 문항에 포함된 핵심 개념, 행동 영역 및 영역 간의 관계를 분석하였다. 이 연구를 통해 얻은 결과는 다음과 같다.
따라서 이 연구에서는 화학 문항에 포함된 수학적 요소를 구체적으로 분석하고, 이것이 화학 핵심 개념 및 행동 영역과 어떠한 관계가 있는지 알아보고자 한다. 이를 위해 화학 핵심 개념, 화학 행동 영역, 수학 행동 영역으로 구성된 3차원 문항 분석틀을 개발하고, 이를 이용하여 대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석한 뒤 화학 I 평가 문항 출제 방향에 대해 살펴보고자 한다. 또한, 이를 바탕으로 대학수학능력시험 본래의 평가 취지와 목표에 부합하는 문항이 출제될 수 있도록 방향을 제시하고자 한다.
3차원 문항 분석틀. 최종적으로 개발된 3차원 문항 분석틀은 화학 핵심 개념, 화학 행동 영역, 수학 행동 영역을 각 축으로 하는 3차원 구조 이루어졌다. 각 차원을 구성하는 요소들은 Fig.
대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석하기 위하여 2009 개정 교육과정이 적용된 2019학년도, 2020학년도 대학수학능력시험 화학 I과 2015 개정 교육과정이 적용된 2021학년도, 2022학년도 대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석 대상으로 하였다. 해당 문항의 분석을 위하여 화학 핵심 개념 영역, 화학 행동 영역, 수학 행동 영역으로 구성된 3차원 분석틀을 아래와 같은 절차에 의하여 개발하였다.

대상 데이터

화학 핵심 개념 차원. 2019학년도부터 2022학년도까지 4개년도의 대학수학능력시험 화학 I 문항을 앞서 제시한 3차원 문항 분석틀의 화학 핵심 개념에 따라 분석하였다. 연도별로 화학 핵심 개념별 출제 문항 수와 비율을 분석한 결과를 Table 4에 제시하였다.
수학 행동 영역. 3차원 분석 틀 중 수학 행동 영역 차원의 개발을 위하여 교직 경력 22년의 수학교육 석사 1명, 교직 경력 2년의 수학교육 학사 1명의 수학 교사 2명과 화학 행동 영역 개발에 참여한 과학교육 박사 2명, 석사 2명, 석사과정 1명으로 구성된 과학 교사 5명 총 7명의 교사가 참여하였다.
수학 행동 영역 차원. 4개년도(2019, 2020, 2021, 2022) 대학수학능력시험 화학 I 문항을 수학 행동 영역에 따라 분석하여 연도별로 수학 행동 영역별 출제 문항 수와 비율을 분석한 결과를 Table 8에 제시하였다.
화학 행동 영역 차원. 4개년도(2019, 2020, 2021, 2022) 대학수학능력시험 화학 I 문항을 화학 행동 영역에 따라 분석하여 연도별로 화학 행동 영역별 출제 문항 수와 비율을 분석한 결과를 Table 6에 제시하였다.
개발된 3차원 분석틀을 이용하여 대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석하기 위하여 2009 개정 교육과정이 적용된 2019학년도, 2020학년도 대학수학능력시험 화학 I과 2015 개정 교육과정이 적용된 2021학년도, 2022학년도 대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석 대상으로 하였다. 대학수학능력시험 화학 I 문항은 20문항으로 4개년도(2019, 2020, 2021, 2022) 시험에 대한 총 80문항을 분석하였다.
대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석하기 위하여 2009 개정 교육과정이 적용된 2019학년도, 2020학년도 대학수학능력시험 화학 I과 2015 개정 교육과정이 적용된 2021학년도, 2022학년도 대학수학능력시험 화학 I 문항을 분석 대상으로 하였다. 해당 문항의 분석을 위하여 화학 핵심 개념 영역, 화학 행동 영역, 수학 행동 영역으로 구성된 3차원 분석틀을 아래와 같은 절차에 의하여 개발하였다.
화학 핵심 개념과 수학 행동 영역 간 관계. 화학 핵심 개념과 수학 행동 영역 간의 관계를 알아보기 위해 2019학년도부터 2022학년도까지 4개년도 대학수학능력시험 화학 I 문항의 화학 핵심 개념과 수학 행동 영역에 따른 출제 문항 수와 비율을 분석한 결과를 Table 12에 제시하였다.
화학 핵심 개념과 화학 행동 영역 간 관계. 화학 핵심 개념과 화학 행동 영역 간의 관계를 알아보기 위해 2019학년도부터 2022학년도까지 4개년도 대학수학능력시험 화학 I 문항의 화학 핵심 개념과 화학 행동 영역에 따른 출제 문항 수와 비율을 분석한 결과를 Table 10에 제시하였다.
화학 행동 영역과 수학 행동 영역 간 관계. 화학 행동 영역과 수학 행동 영역 간의 관계를 알아보기 위해 2019학년도부터 2022학년도까지 4개년도 대학수학능력시험 화학 I 문항의 화학 행동 영역과 수학 행동 영역에 따른 출제 문항 수와 비율을 분석한 결과를 Table 14에 제시하였다.

이론/모형

이 연구에서는 한국교육과정평가원에서 대학수학능력 시험에 대한 문항별 정답률 정보를 제공하지 않으므로 한국교육방송공사에서 제공하는 오답률 정보를 이용하였다. 한국교육방송공사에서 제공하는 오답률은 2023년 기준 13만 건의 결과를 바탕으로 산출되었으며, 이는 실제 대학수학능력시험 응시생 43만 명과 비교할 때 적은 숫자라고 할 수 없으나 실제 정답률과 유사하다고 단정할 수 없으므로, 이 점은 이 연구 결과의 해석에 제한점으로 작용할 수 있다.

성능/효과

화학 행동 영역-수학 행동 영역 영역별 출제 문항 수와 비율을 높은 비율부터 살펴보면, 이해에 해당하는 문항 중 수학 행동 요소를 포함하지 않은 ‘이해-수학 행동 영역 미포함’으로 분류되는 문항이 13개(16.3%)였으며, 결론 도출 및 평가에 해당하는 문항 중 내적 문제해결력의 수학 행동 요소를 포함하는 ‘결론 도출 및 평가-내적 문제해결력’은 전체 80문항 중 각 13문항(16.3%)이 출제되어 가장 높은 비율을 나타냈다

후속연구

이 연구에서 나타난 바와 같이 특정 내용 영역 및 탐구 과정, 수학 요소에 대한 편중된 문제는 학교 교육에 큰 영향을 줄 것이라고 본다. 따라서 대학수학능력시험 출제 시 이러한 연구 결과를 바탕으로 화학 행동 영역의 평가 요소를 포함하는 다양한 형태의 문항을 개발한다면 대학수학능력시험 문항에 대하여 지속해서 지적됐던 문제를 어느 정도 해결할 수 있을 것으로 생각한다.
이러한 결과를 바탕으로 볼 때, 현재 출제되고 있는 대학수학능력시험의 화학 문항은 내용과 탐구 사고력이 결합된 탐구 과정 중심 문항과 개념에 대한 이해 능력과 적용 능력을 평가한다는 시험의 취지를 충실하게 반영하는데 한계가 있다고 볼 수 있다. 따라서 이 연구에서 얻은 결과를 바탕으로 대학수학능력시험의 화학 문항 출제 방향에 대하여 제언하면 다음과 같다.

참고문헌 (38)

OECD. Education at a Glance 2021; OECD Publishing:？Paris, 2021.
Ministry of Education. 2022 College Entrance Examination Implementation Plan; 2022.
Yoon, M. H. 44% of High School Seniors Say？CSAT Is the Fairest. Chosun Ilbo [Online], Sep 2, 2019.？https://www.chosun. com/site/data/html_dir/2019/09/02/2019090200722.html (accessed Jun 6,？2023).
Kwon, S. H.; Do, J. W.; Min, Y. K.; Yang, H. J.; Lee, K.？J.; Lee, S. C.; Lee, J. W.; Lee, H. Y.; Kim, S. Y. KEDI？POLL 2022. KEDI, 2022, Research materials RR 2022-15.
Kim, S. Y.; Koo, C. H.; Lee, H.; Park, J. Study on Reporting and Analyzing Scores of CSAT. KICE, 1998, Research？materials RRE 98-5.
Lee, C. H.; Shin, I. Y.; Lee, Y. C.; Kim, D. Y. College？Scholastic Ability Test in Science Section Development？Manual. KICE, 2004, Research materials CAT 2004-22-6.
Lee, J. S.; Park, J. S.; Lee, J. J.; Nam, M. H.; Kim, H. W.;？Kim, J. G.; Baek, S. G. A Study on the Improvement of？College Scholastic Ability Test. KICE, 2004, Research materials RR 2004-15.
Kim, S. C.; Kwon, J. S. Journal of the Korean Association for Science Education 1994, 14, 214.
Ministry of Education. 2015 Revised Science National？Curriculum. Ministry of Education, 2015.
Kim, H. K. Journal of the Korean Chemical Society 2010,？54, 818.
Kim, H. K. Journal of the Korean Association for Science Education 2011, 31, 1158.
Kim, H. K.; Bae, S. W.; Park, J. S. Journal of the Korean？Chemical Society 2017, 61, 378.
Noh, T. H.; Kang, H. S.; Jeon, K. M. Journal of the Korean？Association for Science Education 2005, 25, 79.
Kim, S. K. Korean Journal of Teacher Education 2019,？35, 1.
Yoo, E. H. Analysis of Science Inquiries Chemistry II？Presented in the 2001-2005 College Scholastic Ability？Test. M.S. Thesis, Sungshin Women's University, Seoul,？Korea, 2005.
Her, S, O. Analysis on Chemistry II Items in the College？Scholastic Ability Test by using 3-dimensional Analysis Frame.？M.S. Thesis, Gyeongsang National University, Jinju, Korea, 2005.
Kim, S. B. Analysis of Chemistry II for the College Scholastic Ability Test According to the 7th Curriculum. M.S.？Thesis, Korea University, Seoul, Korea, 2008.
Yoon, Y. S. An Analysis on Chemistry II Items in the College Scholastic Ability Test by Using 3-dimensional Analysis？Framework. M.S. Thesis, Sookmyung Women's University, Seoul, Korea, 2011.
Park, J. H. Analysis of Chemistry II Problems in CSAT？from 2007 to 2009 Based on Bloom's Revised Taxonomy.？M.S. Thesis, Chungnam National University, Daejeon,？Korea, 2009.
Choi, H. K. A Study on the Correlation Between Learning？Contents and Achievement in the Middle and High School？Chemistry and Mathematics. M.S. Thesis, Ewha Womans？University, Seoul, Korea, 2015.
Choi, B. S. Comparative Analysis of Questions in ib dp？Chemistry sl,hl and Chemistry I,II of csat. M.S. Thesis,？Jeju National University, Jeju, Korea, 2020.
Hong, M. Y.; Jeon, K. M.; Lee, Y. R.; Yi, B. H. Journal？of the Korean Association for Science Education 2002,？22, 378.
Hong, M. Y.; Jeon, K. M.; Lee, Y. R.; Yi, B. H. Journal？of the Korean Association for Science Education 2002,？22, 204.
Ministry of Education, Science, and Technology. 2009？Science Education Curriculum. Ministry of Education, Science,？and Technology, 2009.
Park, S. H.; Park, M. H.; Lee, B. J. College Scholastic？Ability Test in Mathematics Section Development Manual.？KICE, 2004. Research materials CAT 2004-22-3.
Son, H. C.; Ko, H, K. Journal of the Korean School？Mathematics 2007, 10, 535.
Sung, T. J. Modern Educational Evaluation; Hakjisa: Seoul,？2005.
Educational Broadcasting System. Percentage of incorrect？answers of 2019-2022 CSAT chemistry 1: https://www.ebsi.co.kr/ebs/xip/xipa/retrievePastGrdCutWrongAnswerRate.ebs?tab1？(accessed Jun 6, 2023).
KICE. 2022 College Scholastic Ability Test Chemistry I; 2021.
Kim, H. J.; Kim, D. Y.; Lee, C. H.; Dong, H. K.; Lee, J.？B.; Lee, S. Y. School Science Journal 2016, 10, 83.
Cho, S. M.; Ku, M. W.; Kim, H. J.; Lee, S. Y.; Lee, I, W.？OECD Programme for International Students Assessment:？An analysis of PISA 2018 Results. KICE 2019, Research？materials RRE 2019-11.
Lee, C. H.; Kwon, O. M. The Journal of Educational？Research in Mathematics 1994, 4, 81.
Na, J. Y.; Jeong, S. Y. The Mathematical Education 1998,？37, 15.
Ko, H. K.; Yi, H. S. Journal of the Korean School Mathematics 2007, 10, 113.
Kim, E. J.; Kwon, H. J. Journal of the Korean School？Mathematics 2012, 15, 511.
KICE. 2020 College Scholastic Ability Test Chemistry I; 2019.
Kim, H, J.; Kwon, Y. R.; Lee, M. A. The Journal of Curriculum and Evaluation 2014, 17, 165.
Suh, B. E.; Kim, H. K.; Kim, J. Y.; Kim, J. J.; Kim, H.？J.; Chae, J. L. Journal of the Korean School Mathematics？2008, 11, 677.

저자의 다른 논문 :

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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