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인지 진단 이론을 활용한 중학교 2학년 옴의 법칙 형성 평가 결과 분석

Analysis of Formative Assessment Result of Ohm's Law in Second Grade Middle School Using Cognitive Diagnostic Theory

유준희|민태호
한국현장과학교육학회 (The Korean Society for School Science)|2023.10|현장과학교육 (School Science Journal)|제17권 제4호|pp. 453-470|DOI 10.15737/ssj.17.4.202310.453

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형성 평가Formative Assessment인지 진단 이론인지 요소능력 추정치옴의 법칙Cognitive Diagnostic TheoryCognitive AttributesAbility EstimatesOhm’s Law

초록

본 연구에서는 옴의 법칙 단원의 형성 평가 응답 데이터에 인지 진단 이론을 적용하여 학생들이 숙달하지 못한 인지 요소가 구체적으로 무엇인지 알아보고, 옴의 법칙에 대한 능력 추정치와 인지 요소별 숙달 여부는 어떤 관계가 있는지 확인하고자 하였다. 형성 평가는 중학교 2학년 학생 306명을 대상으로 수행되었다. 인지 요소별 숙달 확률은 DINA 모형으로 분석했으며, 선형회귀와 상관분석을 통해 능력 추정치와 각 인지 요소 사이의 관계를 확인했다. ‘현상에 포함된 과학 원리 설명하기’, ‘과학적 원리를 실제 생활에 적용하기’, ‘탐구 문제에 대한 결론이나 해결방안 제시하기’ 등 3개 인지 요소는 숙달 확률이 평균 이상인 인지 요소였고, ‘탐구 문제를 발견하고 가설 설정하기’, ‘(문제 해결을 위한) 탐구 방법을 설계하고 수행하기’, ‘수집된 자료를 분석하고 해석하기’ 등 3개 인지 요소는 숙달 확률이 평균 이하인 인지 요소로 나타났다. 능력 추정치에 대한 비표준화 계수와 상관계수가 높은 인지 요소는 ‘수집된 자료를 분석하고 해석하기’와 ‘현상에 포함된 과학 원리 설명하기’ 순서였으며, 능력 추정치가 같은 피험자들이라도 숙달하지 못한 인지 요소는 서로 다를 수 있음을 확인하였다. 연구의 결과를 통해 옴의 법칙 성취기준 도달을 위한 학습 지원 방안을 제안하였다.

Abstract

In this study, cognitive diagnostic theory was applied to the formative assessment response data related to Ohm's law to identify which cognitive attributes were not mastered, and to examine the relationship between ability estimates and the mastery of individual cognitive attributes. The formative assessment was conducted on 306 2nd grade middle school students in Korea. Mastery probabilities for each cognitive attribute were analyzed with DINA model, and the relationship between ability estimates and each cognitive attribute was examined through linear regression and correlation analysis. ‘Illustrating scientific principles involved in phenomena’, ‘Applying scientific principles to real life’, ‘Proposing a conclusion or solution to an inquiry problem’ were cognitive attributes with mastery probabilities above the mean, while ‘Discovering research problems and establishing hypotheses’, ‘Designing and implementing inquiry process (to solve problems)’, and ‘Analyzing and interpreting collected data’ were below the mean. Cognitive attributes with high weights and correlation coefficients for ability estimates were in order of ‘Analyzing and interpreting collected data’ and ‘Illustrating scientific principles involved in phenomena’, and it was observed that even among students with the same ability estimates, the cognitive attributes that they failed to master could be different. Learning support strategies to reach the achievement standard of Ohm's law were proposed.

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