초록 ▼

우리나라는 1990년대 부터 국제교육 성취도 평가협회(IEA)에서 주관하는 ‘수학 과학성취도 추이변화 국제비교 연구(TIMSS)’에 지속적으로 참여해 왔다. TIMSS 2015의 경우 2013년에 연구를 시작해 2016년 말에 평가결과를 발표하였다. 본 연구에서는 2016년에 발간한 TIMSS 2015 기본 분석 결과를 바탕으로, 국제본부에서 공개한 TIMSS 2015 데이터와 이전 주기의 TIMSS 데이터를 종합하여 우리나라 수학 과학 교육을 이해하고 개선하기 위한심층분석을 실시하였다. 구체적인 심층분석 주제와 분석결과, 정책제언

우리나라는 1990년대 부터 국제교육 성취도 평가협회(IEA)에서 주관하는 ‘수학 과학성취도 추이변화 국제비교 연구(TIMSS)’에 지속적으로 참여해 왔다. TIMSS 2015의 경우 2013년에 연구를 시작해 2016년 말에 평가결과를 발표하였다. 본 연구에서는 2016년에 발간한 TIMSS 2015 기본 분석 결과를 바탕으로, 국제본부에서 공개한 TIMSS 2015 데이터와 이전 주기의 TIMSS 데이터를 종합하여 우리나라 수학 과학 교육을 이해하고 개선하기 위한심층분석을 실시하였다. 구체적인 심층분석 주제와 분석결과, 정책제언을 요약하면 다음과 같다.

❏ TIMSS 2015 심층 분석 개관
본 연구에서는 크게 세 가지 주제의 심층 연구를 수행하였다. 첫째, TIMSS 2015 결과분석연구(상경아외, 2016)에서 학생의 성취도와 관련이높은 것으로 확인된 교육맥락변인들을 검토하고 이러한 교육맥락변인들이 수학 과학 성취도에 미치는 영향을 분석하였다. 둘째, TIMSS 2015에서 처음으로 확보된 우리나라 4학년-8학년 코호트자료를 활용하여 학년이 높아지면서 학생들이성취도 및 교육맥락변인이 어떻게 변화하는지를 분석하였다. 셋째, TIMSS 1995부터 TIMSS 2015까지 TIMSS 연구를 통해 축적된 학교 및 교사설문 자료를 활용하여 지난 20년간 우리나라 수학, 과학 교육환경의 변화를 분석하였다.
또한, 우리나라를 포함하여 TIMSS에서지속적으로 최상위 성취도를 보이는 아시아 5개국을 분석대상으로 선정하여 TIMSS 2015의 결과를 비교 분석하였으며, 분석결과 논의에 앞서 이들 5개국의 교육체제를 개관하였다.

❏ 교육맥락변인이 성취도에 미치는 영향
TIMSS 2015 결과 분석 연구에서 학생들의 수학 과학 성취도와 관련이 있는 것으로 나타난 교육맥락변인들을 중심으로 우리나라를 포함한 성취도 상위5개국의 교육환경을 보다 세부적으로 살펴보았다. 그리고 학생이학교에 소속되어 있는 TIMSS 데이터의 특성을고려하여 2단계 위계선형모형을 적용하여 학생 및 학교수준변인들이 성취도에 미치는 영향을 분석하였다. 학생의 수학 과학 성취도에 영향을 미치는 교육맥락변인들을 분석한 결과는 다음과 같다.

먼저 우리나라 4학년의 경우 학생수준 변인들에서 가정의 학습자원, 취학전문해 수리활동, 부모의 수학 과학에 대한 태도, 부모의 교육 기대 수준, 교과 학습에 대한 흥미가 모두성취도에 정적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 학생수준변인들의 영향은 다른 성취도상위국에서도 유사한 것으로 나타났다. 한편 학교수준 교육맥락변인들의 영향력은 국가별로 다른 양상을 나타냈다. 학교 수준 교육맥락변인들 중에서 우리나라는 재학생의 경제적배경과 학교의 학업적성공강조가 학생들의 성취도에 정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 재학생의 경제적 배경과 학교의 학업적 성공강조변인은 다른 국가들에서도 성취도와 정적인 관련성을 보였지만 영향력의 통계적 유의성 여부에서는 교과 및 국가별로 다소 차이를 보였다.

8학년 학생들의 성취도에 영향을 미치는 교육맥락변인들을 살펴보면, 우리나라에서는 학생수준변인중 가정의 학습자원, 교과학습에 대한 흥미, 교과에 대한 가치인식, 학생의 교육 기대 수준 변인과 학교 수준 변인 중 재학생의 경제적 배경, 학교의 학업적 성공강조가 성취도에 정적인 영향을 미치는 것 으로나타났다. 재학생의 경제적 배경이나 학교의 학업적 성공강조변인은 다른 국가들에서도 대체로 학업성취와 정적인 관계를보였다.

❏ 학년 변화에 따른 수학 과학 성취도 및 교육맥락변인의 변화
우리나라의 경우 TIMSS 2011에서 4학년으로 평가에 참여했던 학생들이 4년 뒤인 TIMSS 2015에서8학년으로다시평가에참여함으로써, 우리나라가TIMSS 평가에 참여한 이래 처음으로 동일한 학생모집단에 대한 4학년(초등학교4학년), 8학년(중학교2학년)두시점의 성취도 데이터(코호트자료)가 확보되었다. 이 데이터를 활용해본연구에서는 학년 및 학교급이 변화함에 따라 학생들의 수학과학성취도가 어떻게 변화하는 가를검토하고, 두시점에서 학생들의 성취도에 영향을주는 교육맥락변인들에 어떤 차이가 있는 가를 학교변인과 교실수업변인으로 구분하여 살펴보았다. 학년변화에 따른 성취도 및 교육맥락변인의 변화를분석함에 있어서 TIMSS 2011 4학년평가와 TIMSS 2015 8학년평가에 모두 참여한성취도 상위 5개국(한국, 일본, 싱가포르, 대만, 홍콩)의 코호트자료를 함께 비교 분석하였다.

코호트의 성취도 변화를 인지적 성취와 정의적 성취로 구분하여 살펴본 결과, 수학은 TIMSS 2011 4학년과TIMSS 2015 8학년에서유사한수준의최상위성취도를 유지하지만,과학의 경우에는 TIMSS 2011 4학년에서 TIMSS 2015 8학년으로 가면서 척도평균과의 차이점수가 87점에서56점으로 축소되고 국제순위도 하락하였다. 따라서 4학년에서 8학년으로 학년이 높아지면서 우리나라 학생들의 과학성취도가 하락하는 원인을분석하고이에 대한 대안을 마련할 필요가 있다. 수학과학교과와 관련한 정의적 성취의경우, 수학 과학학습에 대한 흥미, 수학 과학에 대한 자신감, 수학 과학에 대한 가치 인식 모두 학년이 높아짐에따라낮아졌다. 이러한 현상은 다른 성취도 상위국에서도 동일하게 나타났으나,우리나라 학생들의 정의적 성취 하락 정도는 다른 성취도 상위국들과 비교해 비교적 큰편이었다.

학교 변인이수학 과학성취도에 주는 영향을 분석하기 위해 학교의 물적자원과 인적구성원 측면을 살펴보았다. 분석결과에서 주목할점은 4학년에서 8학년으로가면서우리나라 학생들의 수학 과학 수업에 대한 인식이 부정적으로 바뀌는 것에 대한 대책 마련이 요청되며, 교사의경우초등학교와중학교 모두 동료교사와의 교류활동이 증가하지만 수업에 대한 자신감이 하락하는 원인에 대한 추가 분석이 필요하다.

교실수업과 관련된 변인과 특성이 수학과학성취도에 주는 영향을 분석하기 위해 수업 활동 유형별 빈도, 수업에서 컴퓨터 활용, 학생 특성에 의한 수업 제한 등을 점검하였다.
우리나라수학수업의경우에는4학년에서8학년으로가면서개별또는모둠으로 문제를 해결하는활동비율을 높일수 있는 방안마련이 필요하며, 과학의 경우에는 우리나라중학교 과학교실에서 학생들의 직접적인 탐구활동 체험과 수행의 비율을 높일 수 있는 방안 마련이필요하다. 또한, 수학 과학수업시간에 컴퓨터를 활용한 다양한 수업활동을 전개할 수 있도록 지원방안을 마련하고, 중학교수학수업에서 계산기를 활용하는방안을 마련할 필요가 있다. 학생 특성으로 인해 수업에 제한을 받는 정도를 분석한 결과를 살펴보면,수학과 과학 모두 모든 항목에서 4학년보다 8학년에서 학생 특성에 의해 수업 제한을 더 많이받는것으로나타났다. 이는학생뿐만 아니라 교사의 수업측면에서도 해결방안 마련이 필요한 것으로수학 과학교육정책은 물론 학교와 교실차원에서도 심층적 고찰과 후속 연구가 요청된다.

❏ TIMSS 20년간 우리나라 수학 과학 교육환경의 변화
TIMSS 1995부터 TIMSS 2015까지 20년간 축적된 TIMSS 8학년 설문자료를 분석하여 우리나라의일반적인교육환경과더불어수학 과학교육환경의변화를살펴보았다. 그 결과 교수학습자료와 물품 등 일반적인 교육자원 부족으로 인해수업에영향을받는정도는 20년 전에 비해 크게 개선되었으나, 학교 건물과 운동장, 장애 학생을 위한 교육자원의 경우최근3~4주기동안에 상대적으로 여건개선이 정체되어 있는 것으로 나타났다. 또한 학생들이 수업목적으로 사용할 수 있는컴퓨터수는TIMSS 2003 이후로지속적으로줄어 들었으며, 과학실험실은 대부분의 학교에 구축되어있으나 실험보조인력비율은 TIMSS 2007 이후 지속적으로 감소하였다. 이러한 결과는 우리나라 학교 교육환경이 전반적으로 양호한편이지만, 학교건물과운동장, 장애학생을위한교육자원, 학생들이수업목적으로 사용할수있는컴퓨터보유정도, 과학실험보조인력의 적정성등에 대한점검과 개선,이 필요함을 보여준다.

수학및과학교육환경변화를살펴보면, 여교사의비율그리고40세이상의교사비율이 지속적으로 증가하는 경향이 있다. 수학 및 과학 교사들이 전문성 개발 활동에 참여하는 비율과 동료교사들과의 교류활동비율은TIMSS 2011과TIMSS 2015 사이에 급격히 증가하였는데, 이는정책적으로교사의전문성신장을 위해교사간 교류활동을 강조한데서 원인을찾을수있다. TIMSS 수학영역평가 틀과 비교하여 우리나라 교육과정에서 가르치는 주제수는일반적으로80%이상으로높은 일치율을 나타내어, 우리나라수학과교육과정과TIMSS 평가틀과의차이는크지않았다. TIMSS 과학영역평가틀과 비교할때, 우리나라 교육과정에서 가르치는주제의 비율은 과학내용 영역별로 차이가 많았다. 특히일부 평가주제는우리나라중3 이후의 과정에서다루고있어서평가주기에 따라 가르친 비율에 변동이있었다. 이러한분석결과로 부터 지난 20년 간 수학 과학교육환경은 전반적으로개선되고 있음을 알 수 있었다. 특히 최근에는 교사의 동료 교사들과의 교류 활동이 많이 증가하는등새로운변화를확인할수있다. 수학 과학교사들이전문성개발활동에 자주 참여하고수업개선을 위해서 동료교사와 교류도 활발하게 하는 등의 양적인변화가 학생들의 성취도와의 직접적인 관련은 없으므로, 양적인변화이면에 존재하는 질적인 변화에 대한 심층연구가 필요할 것으로 보인다.

❏ 정책 제언
본연구에서는TIMSS 2015에서교육맥락변인이성취도에미치는영향, 코호트집단의 학년 변화에 따른 수학 과학 성취도 및 교육맥락변인의 변화, TIMSS 20년간 우리나라 수학 과학교육환경의변화에대한분석결과를토대로, 수학 과학교육환경및지원체제 개선방안, 그리고수학 과학교육과정및교수학습개선방안에대한정책방안을제언하였다.

수학 과학 교육환경 및 지원체제 개선 방안으로는 초등학교 저학년 교육 격차 해소를 위한 교육 지원 강화, 초 중등 학교교육 연계 강화, 그리고 수학 과학 컴퓨터 활용 수업환경개선을 제안하였다. 수학 과학교육과정및교수학습개선방안으로는 수학 및 과학 관련교육정책을개발 평가하기 위해 ‘교육과정-TIMSS 결과-교육연구’를유기적으로 연계한네트워크구축, 수학 과학평가에서학생들의정의적, 인지적성취개선, 시도교육청차원에서 과학탐구 및 실험활동내실화를 위한 지원, 계산기와공학적도구 등과 같은 수학 교육자료 활용 지원을 제안하였다.

(출처 : 연구요약 7p)

Abstract ▼

The Trends in International Mathematics and Science Study (TIMSS) aims to help participating countries to make evidence-based decisions for improving educational policy. For this purpose, TIMSS collects extensive data about students' achievement and the contextual variables that affects learning. Ko

The Trends in International Mathematics and Science Study (TIMSS) aims to help participating countries to make evidence-based decisions for improving educational policy. For this purpose, TIMSS collects extensive data about students' achievement and the contextual variables that affects learning. Korea has consistently participated in TIMSS since TIMSS 1995, based on which Korean students’ math and science achievement has been examined at the international level, and educational policies have been made. TIMSS 2015 has been completed at the end of 2016 by reporting TIMSS 2015 results and releasing international database. In this research, we reanalyzed TIMSS 2015 data released by the IEA to provide useful information for understanding and improving Korean math & science education.

For this purpose, three types of in-depth analysis were conducted. Firstly, we analyzed the effects of educational context variables on students' math & science achievement. Secondly, we analyzed how student achievement changed as TIMSS 2011 fourth grade cohort moved on to the eighth grade. Lastly, we analyzed Korean math& science educational environment across the past two decades using educational context variables gathered from TIMSS 1995 to TIMSS 2015. In addition, we also reviewed educational systems of the five top-performing countries including Korea,Singapore, Japan, Chinese Taipei, and Hong Kong SAR before we compare and analyze TIMSS 2015 results.

In the first part of in-depth analysis, we investigated educational environments of the five highest achieving countries including Korea using context variables which found to affect student math & science achievement. We investigated how various student- and school-level variables affect student achievement in each country using a 2-level hierarchical linear model. Major findings are as follows:

Firstly, for fourth graders of the five countries, student-level variables including Home resources for learning, Early literacy and numeracy activities before beginning primary school, Parental attitude toward mathematics and science, Parents’ educational expectations for their children, and students’ interest in math & science learning have a positive and significant effect on achievement. On the other hand, school-level variables had a different effect depending on each country’s characteristics. For Korean fourth and eighth graders, school-level variables such as Economic background of the student body, and School emphasis on academic success had a positive effect on achievement. The effect of these two variables, however, differ among the other four countries.

In the second part of in-depth analysis, we investigated how Korean students' achievement in math & science changes as they moves from 4th grade to 8th grade,and compared the result with that of the four top-performing countries. Major findingsare as follows:

Regarding students’ achievement, Korean students’ science achievement has decreased by 31 points in differences in scale score gains from TIMSS average (i.e.,500) as TIMSS 2011 fourth graders became eighth grades in TIMSS 2015, while their math achievement has maintained the highest level of achievement. Korean fourth graders’ attitudes toward mathematics including interest in math & science learning, confidence in math & science, and value of math & science have all decreased as they move on to the eighth grade like the other 4 highest achieving countries.

School resources and composition, frequencies of various instructional activities, the availability of computers for math & science instruction are investigated to analyze how school variables affect the change in math & science achievement. According the results,Korean students' views on engaging teaching in math & science lessons changed more negatively as they move on to the eighth grade. In addition, the availability of computers for math & science instruction in Korea was the lowest level among the five countries, which requires measures to increase the availability of computers for various math & science instructional activities, and needs in-depth investigations and further studies of classroom teaching.

In the third part of in-depth analysis, we analyzed how Korean general educational environments as well as math & science educational environments has evolved over the past 20 years, from TIMSS 1995 to TIMSS 2015. According to the result, Korean school educational environments are generally in good condition, while educational resources such as school buildings and schoolyard, and resources for handicapped students need improvement. In addition, the availability of computers for math & science instruction, changes in teacher composition, the teacher’s professional development activities and collaborations with their colleagues over the past 20 years are also analyzed. Regarding the number of TIMSS assessment topics intended to be taught by the end of eighth grade, there is high consistency between Korean math curriculum and TIMSS assessment topics. In sum, educational environments for math & science education have improved across the past two decades. Since math & science teachers’active participation in professional development and collaboration with colleagues has not shown any direct relationship with students’ achievement, in-depth research is required to investigate qualitative changes in math & science classroom teaching.

Based on the research results, we suggested policy recommendations in two areas: ways to improve math and science educational environments and support system, as well as ways to improve math and science curriculum and teaching & learning.
Regarding ways to improve math and science educational environments and support system, we suggested how to reinforce educational support to reduce achievement gap in early elementary school, ways to strengthen the connection between elementary and secondary education, and ways to improve instructional environment for using computers in math & science teaching and learning. Regarding ways to improve math and science curriculum and teaching & learning, we suggested how to construct a network of ‘curriculum—TIMSS results—educational research’, ways to improve students’ affective as well as cognitive achievement by improving math and science assessment. ways to ensure and support science inquiry and experimental activities at the local office of education, and ways to support math educational materials such as calculators, engineering tools, etc.

(출처 : ABSTRACT 265p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구협력진 ... 3
• 머리말 ... 5
• 연구요약 ... 7
• 목차 ... 13
• 표목차 ... 15
• 그림목차 ... 20
• Ⅰ 서론 ... 21
• 1. 연구의 필요성 및 목적 ... 23
• 2. 연구 내용 및 방법 ... 24
• 3. TIMSS 2015 성취도 상위 5개국 교육체제 ... 28
• Ⅱ 교육맥락변인이 성취도에 미치는 영향 ... 43
• 1. 국가별 교육 환경 ... 45
• 2. 분석 모형 및 방법 ... 72
• 3. 수학 성취도에 대한 교육맥락변인의 영향 ... 80
• 4. 과학 성취도에 대한 교육맥락변인의 영향 ... 90
• 5. 시사점 ... 99
• Ⅲ 학년 변화에 따른 수학･과학 성취도 및 교육맥락변인의 변화 ... 103
• 1. 수학･과학 성취도 변화 ... 105
• 2. 학교 및 학교구성원 특성 변화 ... 116
• 3. 교실수업 특성 변화 ... 140
• 4. 시사점 ... 155
• Ⅳ TIMSS 20년간 우리나라 수학･과학 교육환경의 변화 ... 161
• 1. 학교 환경 변화 ... 164
• 2. 수학 교육환경 변화 ... 171
• 3. 과학 교육환경 변화 ... 185
• 4. 시사점 ... 195
• Ⅴ 결론 및 정책 제언 ... 199
• 1. 요약 및 결론 ... 201
• 2. 정책 제언 ... 210
• 참 고 문 헌 ... 257
• ABSTRACT ... 265
• 끝페이지 ... 268