npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041
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Article

Research Paper

New Phys.: Sae Mulli 2022; 72: 296-310

Published online April 29, 2022 https://doi.org/10.3938/NPSM.72.296

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

Trend Analysis on Content Knowledge Problems in the Secondary School Physics Teacher Selection Test

Jeong Pil Cheon1, Munho Kwon2, Ho-Meoyng Choi3*

1Dasun Middle School, Busan 49501, Korea
2Kyungpook National University High School, Daegu 42110, Korea
3Kyungpook National University, Daegu 41566, Korea

Correspondence to:*E-mail: homyoung@knu.ac.kr

Received: January 3, 2022; Revised: February 9, 2022; Accepted: February 11, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

A trend analysis was conducted on content knowledge problems in the Secondary School Physics Teacher Selection Test (SSPTST). The basic completion subjects in the SSPTST comprised classical mechanics, electromagnetism, quantum mechanics, wave and optics, thermal and statistical physics, and modern physics. We analyzed 384 problems during the academic period 2002–2021 based on the “Evaluation Areas and Evaluation Content Elements” developed by the Korean Institute of Curriculum and Evaluation. Furthermore, comparative analyses between the SSPTST and 2015 Revised National Science Curriculum (RNSC) as well as the SSPTST and curricula of Colleges of Education were conducted. The main results are as follows. (1) The most and least frequently tested subjects in the SSPTST are classical mechanics and modern physics, respectively. (2) There are some differences between the proportion of achievement standards for each subject in the 2015 RNSC and problems for the corresponding subject in the SSPTST. (3) The proportion of problems for each subject in the SSPTST is not in line with the number of credits for the corresponding subject offered in teachers’ colleges.

Keywords: Secondary school teacher selection test, Subject content, 2015 revised national science curriculum, College of education

본 연구에서는 중등학교교사 임용후보자 선정경쟁시험(이하 임용시험)의 물리 임용시험 문항 중 교과내용학 문항에 대한 출제 경향을 분석하였다. 임용시험에 포함된 기본이수 과목은 역학, 전자기학, 양자역학, 파동 및 광학, 열 및 통계물리, 그리고 현대물리학이다. 먼저 2002학년도부터 2021학년도까지 임용시험에 출제된 384개 문항을 한국교육과정평가원이 개발한 ‘평가 영역 및 평가 내용 요소’ 기준에 따라 분류하여 출제 경향을 분석하였다. 또한 임용시험과 2015 개정 과학과 교육과정 및 임용시험과 사범대학의 교육과정을 각각 비교분석 하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 임용시험의 교과내용학에서 역학이 가장 많이 출제되었고, 현대물리학이 가장 적게 출제되었다. 둘째, 2015 개정 교육과정의 영역별 성취기준 비율과 임용시험 출제 비율에 차이가 났다. 셋째, 임용시험과 사범대학 교사 양성 교육과정의 영역별 편성 비중이 일치하지 않았다.

Keywords: 중등학교교사 임용후보자 선정경쟁시험, 평가 영역, 2015 개정 교육과정, 사범대학 교사 양성 교육과정

우리나라의 예비 교사는 사범대학을 졸업하거나 교직 이수, 또는 교육대학원 등의 교사 양성 교육과정을 통해 양성되며, 공립 중등학교에 교사로 임용되기 위해서는 임용시험에 응시하여 합격하여야 한다. 따라서 임용시험은 사범대학 또는 교육대학원 등의 교사 양성 교육과정을 거친 예비교사를 적합하게 선발하여 배치한다는 점에서 매우 막중한 기능을 한다고 볼 수 있다.

임용시험은 1992년도부터 시·도 교육청이 연합하여 출제와 채점을 위탁하는 형식으로 운영되었으나, 2002학년도 이후부터 시·도 교육청에서 평가 전문 기관인 한국교육과정평가원(Korea Institute for Curriculum and Evaluation, 이하 평가원)에 위탁하여 운영되고 있다. 임용시험의 형태는 그 역사가 오래된 만큼 시험의 형태 또한 조금씩 바뀌어왔으나, 2022학년도 기준 1차 지필고사를 통해 교육학, 교과내용학, 교과교육학 시험을 통해 임용대상자의 1.5배수인 2차 시험 대상자를 선발한 후, 2차 시험에서 면접, 수업 실연, 실험 등을 통해 교사로서의 자질 등을 평가하여 최종 선발하고 있다.

교사는 학교 현장에서 교육을 운영하는 주체로서, 자신이 지도하는 교과에 대한 내용 및 교육 전문가로서의 자질을 지녀야 하며, 임용시험은 우수한 전문가로서의 자질을 지닌 교사를 선발할 수 있어야 한다. 더욱이 사회가 요구하는 인재상의 변화로 인해 교육과정 부분에서 상당한 변화가 이뤄져 왔으며, 특히 과학과 교육과정의 경우 교과 내용면에서 많은 변화가 있어왔다. 학생들의 학습 부담 경감을 위해 학습량에서 상당한 감축과 함께, 21세기 지식 정보화 사회를 살아가야할 학생들에게 필요한 첨단 과학기술과 실생활 관련 주제를 중심으로 물리학의 기본 개념들을 이해하고 학습할 수 있도록 구성하고 있다[1]. 그러므로 학교 현장에서 교육과정 실천자로서의 역할을 감당해야할 교사 또한 변화하는 교육과정에 따른 교과 내용의 변화에 맞춰 교사 양성과정에서 학습해야할 필요가 있으며, 임용시험 또한 그러한 변화에 발맞추어 시험을 구성함으로써, 그에 적합한 우수한 교사를 선발할 수 있어야 한다. 그러므로 임용시험의 교과내용학 문항 구성에서 시대의 변화를 잘 반영하고 있는지 지속적으로 관심을 가지고 살펴볼 필요가 있다.

지금까지 임용시험과 관련된 연구를 살펴보면, 초기인 2002 및 2003학년도 임용시험의 결과를 분석한 이양락의 연구를 시작으로[2], 과학교육학 문항 분석[3], 생물 교과내용학 및 교과교육학 문항 분석(김복미 외, 2016)[4], 화학 교과내용학 문항 분석(최병옥 외, 2013)[5] 등이 이루어져 왔으나, 물리학과 관련해서는 교과내용학 중 광학 영역에 대한 분석[6]과 2014학년도까지의 교과교육학 및 교과내용학 문항 평가 내용 요소별 분석[7]이 있을 뿐 최근 임용시험을 고려한 선행연구는 찾아보기 어렵다. 이봉우 외[6]는 2002학년도부터 2017학년도까지 시행된 임용시험 문항 중 광학 영역을 분석하여 임용시험 및 물리 예비 교사 교육에의 시사점에 대해 논의하였으나, 물리학 교과의 내용학을 이루고 있는 기본 이수 과목 중 하나인 광학에 제한되었다,

이에 본 연구에서는 평가원에서 시행한 2002학년도부터 2021학년도까지 20년간의 임용시험 교과내용학 관련 문항에 대해 분석하였다. 6개 교과내용학(역학, 전자기학, 양자역학, 파동 및 광학, 열 및 통계물리, 현대물리학)의 기출 문항을 분석하여 주요 영역별 비중이 어떻게 변화하였는지 분석하였으며, 이를 토대로 중등 교육과정과 대학의 교사 양성 교육과정에서 학습할 수 있는 교과내용학 영역과 비교하여 어떤 연계가 나타나는지 살펴보고, 임용시험이 우리 사회가 요구하는 물리 교사의 선발 및 배치의 역할을 효과적으로 수행할 수 있는 방향과 시사점을 찾고자 하였다.

1. 연구 내용

본 연구는 2002학년도부터 2021학년도까지 평가원에서 주관한 임용시험의 교과내용학 문항과 2015 개정 교육과정에 포함된 물리학 관련 성취기준, 그리고 국내 사범대학 물리교육과 및 과학교육학부 물리교육전공의 교사 양성 교육과정을 분석하였다. 본 연구의 주안점은 다음과 같다.

  • 임용시험 교과내용학의 기본 이수 과목별 출제 비중

  • 2015 개정 교육과정의 물리학 관련 영역과 임용시험의 비교 및 분석

  • 사범대학 물리교육과 및 과학교육학부 물리교육전공의 개설 과목과 임용시험의 비교 및 분석

2. 분석 대상 및 분석 방법

본 연구에서는 임용시험 문항의 특성을 분석하기 위해 평가원과 한국물리학회가 공동으로 개발한 ‘표시과목 「물리」의 교사 자격 기준과 평가 영역 및 평가 내용 요소’를 분류틀로 이용하였다[8]. 이 자료는 임용시험에서 출제 문항의 타당도를 제고하기 위한 기초 자료로서 활용하기 위해 평가원의 주관 하에 개발되었으며, 임용시험에서 출제 범위를 규정하므로 문항을 유형별로 분류하기에 적합하지만, 2008년에 개발되었기에 그 전에 출제된 임용시험 문항은 분석틀과 무관할 수 있다. 물리 과목의 경우 총 7개의 기본 이수 과목으로 구성되어 있으며, 각 이수 과목은 평가 영역 및 평가 내용 요소로 세분화된다. Table 1은 임용시험(Secondary School Physics Teacher Selection Test: SSPTST)에 포함된 물리 내용학 기본 이수 과목과 평가 영역만을 나타낸 것으로, 각 평가 영역은 평가 내용 요소로 더욱 세분화된다. 전산물리의 경우 기본 이수 과목에는 포함되어 있으나 일부 대학에서만 다뤄지고 대학에서 가르치는 공통 내용이 없어, Table 1에서 제시된 바와 같이 추출 제외 과목으로 임용시험에서도 출제되지 않았으므로 분석에서 제외하였다. 본 연구에서는 각 문항을 Table 1의 이수 과목과 평가 영역 및 평가 내용 요소로 분류하여 출제 경향 등을 분석하였다.

Table 1 . Basic completion subject and evaluation area in Secondary School Physics Teacher Selection Test (SSPTST).

Basic completion subjectEvaluation area
Classical mechanics· Description of motion
· Force and motion, Law of conservation of momentum
· Work and energy
· Vibration and wave
· Hydrodynamics
· Rigid body and mechanics of particles system
· Lagrangian mechanics
Electromagnetism· Electrostatics
· Magnetostatics
· Electromagnetic induction
· Electric circuit
· Electromagnetic wave
Quantum mechanics· Basic of quantum mechanics
· Operator
· Schrodinger equation and potential problem
· Orbital angular momentum and spin
· Hydrogen
· The time-independent perturbation theory
Wave and optics· Geometrical optics
· Optical instrument and utilization
· Interference by wave
· Diffraction by wave
· Modern optics
· Laser and utilization
Thermal and statistical physics· Thermodynamic equilibrium
· Thermodynamic laws
· Thermodynamic energy
· Ideal gas and thermodynamic process
· Classical statistics and quantum statistics
Modern physics· Theory of relativity
· Solid state nanophysics
· Nuclear physics
· Particle physics
· Semiconductor


임용시험 문항 분석 및 교육과정에 따른 분석, 사범대학 교육과정 분석을 위해 Table 2에서 제시하고 있는 것처럼 평가원에서 제공하는 임용시험의 기출문제 25회분[9]을 분석하였다. 임용시험을 20년치 분석하였으나 기출문제가 25회분인 이유는 2009학년도부터 2013학년도까지 지필평가가 2회에 걸쳐 진행되었기 때문이다. 또한 국가교육과정정보센터(National Curriculum Information Center)에서 제공하는 과학과 교육과정[10], 국내 사범대학 물리교육과 및 과학교육학부 물리교육전공 사이트 15곳에서 제공하는 교사 양성 교육과정을 수집·분석하였다[11-25].

Table 2 . The subject and method of analysis.

Subject of AnalysisMethod of Analysis
Previous problems of SSPTST· Analyze the trend of problems from 2002 to 2021 school years by classifying them into 6 periods based on the changes in test format.
· Analyze 6 subject contents based on the number of problems and points for each subject.
Curriculum of Secondary Science· Analyze the achievement standards of 2009 and 2015 revised science curricula.
· Analyze the number of achievement standards for Science, Integrated Science, Physics I and Physics II in the science curriculum based on the classification framework.
Teacher Training Curriculum· Classify the curricula of 15 Colleges of Education based on the classification frame, and count the number of credits for each subject.


임용시험의 출제는 시·도 교육청의 위탁을 받은 평가원에 의해 2002학년도부터 실시되어 왔으며, 시기별로 교과내용학과 교과교육학의 비중, 오지선다형, 논술형 등의 출제 유형 변화 등과 같이 출제 형식의 변화가 있었다. 본 연구에서는 2002년부터 2021년까지의 중등 물리 임용시험 교과내용학 문항을 모두 취합하여 분류틀에 따라 기본 이수 과목 및 평가 영역별로 문항 수와 배점 등의 출제 경향을 분석하였다. 본 연구는 물리교육을 전공한 현장 교사 2인과 물리학을 전공한 교과내용학 교수 1인으로 구성된 전문가 집단이 분류 결과에 대한 의견이 일치할 때까지 분류틀에 따라 문항 분석을 정교화하였다.

한 문항 내에 여러 평가 영역이 존재하는 경우 평가 내용 요소별 문항 수 또는 배점을 분석하기 위해 한 문항 내에 존재하는 평가 내용 요소가 차지하는 비중에 따라 문항 수와 문항 점수를 나누어 계산하였다. 분석한 교과내용학 전체 384문항을 다음 4가지 유형으로 구분하였다. 첫 번째 유형은 한 문항 내에서 한 가지 평가 내용 요소만 묻는 경우로 전체 문항의 63%(243개)가 해당하였다. 두 번째 유형은 한 문항 내에서 여러 개의 평가 내용 요소를 직접적으로 묻는 경우로 전체 문항의 23%(90개), 세 번째 유형은 문항에서 직접적으로 묻지는 않으나 문항을 해결하기 위해 여러 개의 평가 내용 요소가 사용되는 경우로 10%(37개), 네 번째 유형은 문항 내에서 묻고 있는 내용이 평가 내용 요소에 해당하지 않아 분류틀에 따른 분석이 어려운 경우로 4%(14개)에 해당하였다.

예를 들어 첫 번째 유형에 해당하는 문항은 Fig. 1과 같이 한 문항 내에 ‘1차원 및 2차원의 운동의 기술: 변위, 속도, 가속도 벡터’라는 한 가지 평가 내용 요소만 언급된다.

Figure 1. Example 1 of the questions for the SSPTST[9].

두 번째 유형에 해당하는 문항은 Fig. 2와 같이 한 문항 안에 세 가지 소문항, 즉 (1) 라그란지안 구하기, (2) 운동방정식 구하기, 그리고 (3) 진동 주기 구하기가 존재하는 경우이다. 이 문항은 기본 이수 과목 ‘역학’에서 두 가지 평가 영역인 라그란지안 역학과 진동 및 파동에 해당하며, 각 평가 영역의 평가 내용 요소는 ‘다양한 역학 문제에서 라그란지안(Lagrangian) 운동방정식 및 풀이’와 ‘단조화 운동의 운동방정식 및 역학적 에너지 보존’에 해당한다. 이 경우, 소문항 (1)과 (2)는 라그란지안 역학에, 소문항 (3)은 진동 및 파동에 해당하는 것으로 분류하였다. 따라서 Fig. 2의 경우 라그란지안 역학 영역이 0.66개(2.66점), 진동 및 파동 영역이 0.33개(1.33점) 해당하는 것으로 분류하였다.

Figure 2. Example 2 of the questions for the SSPTST[9].

Figure 3의 선다형 현대물리 문항은 세 번째 유형에 해당한다. 이 문항의 경우, 직접적으로 구하는 것은 입자의 총에너지 한 가지이지만, 이를 구하기 위해서는 로렌츠 변환을 통한 상대론적 상대속도의 개념을 알고 있어야 한다. 따라서 이 문항을 해결하기 위해 필요한 평가 영역은 상대론이며, 상대론 영역 중 두 가지 평가 내용 요소 ‘상대론적 운동량과 에너지’, ‘로렌츠 변환’이 각각 0.5개(1점)씩 해당하는 것으로 분류하였다.

Figure 3. Example 3 of the questions for the SSPTST[9].

Figure 4의 광학 선다형 문항은 네 번째 유형에 해당한다. Figure 4에서 선형편광자에 대한 물음이 언급되지만 분류틀에는 해당 평가 내용 요소가 제시되어 있지 않다. 이 경우 교사 양성 교육과정 중 편광을 다루는 영역이 광학이라는 점 그리고 편광 현상이 빛의 파동적 성질이라는 점에서 광학 과목의 평가 영역은 파동에 의한 간섭, 평가 내용 요소는 ‘빛의 파동 모형’에 해당하는 것으로 분류하였다.

Figure 4. Example 4 of the questions for the SSPTST.[9]

그리고 2015 개정 과학과 교육과정의 물리 영역 분석은 중학교 과학, 고등학교 통합과학, 물리학Ⅰ, 물리학Ⅱ 중 각 단원의 성취기준 개수를 합산하였다. 성취기준은 ‘학생들이 교과를 통해 배워야 할 내용과 이를 통해 수업 후 할 수 있거나 할 수 있기를 기대하는 능력을 결합하여 나타낸 수업 활동의 기준’을 의미하는 것으로(교육부, 2015)[26], 성취기준의 개수에 따라 교과서의 단원 수와 학습 내용이 많아지며, 이에 따라 해당 단원의 중요도를 이해할 수 있는 간접적인 기준이 될 수 있다. 임용시험 문항 분석과 마찬가지로 세부 내용을 분류틀에 근거하여 분석하였다. 중학교 과학에서는 ‘여러 가지 힘’, ‘빛과 파동’, ‘전기와 자기’, ‘열과 우리 생활’, ‘운동과 에너지’, ‘에너지 전환과 보존’ 단원을, 고등학교 통합과학에서는 ‘물질의 규칙성과 결합’, ‘자연의 구성 물질’, ‘역학적 시스템’, ‘생태계와 환경’ 그리고 ‘발전과 신재생 에너지’ 중 물리학과 관련된 성취기준만을 분석했다. 물리학Ⅰ과 물리학Ⅱ는 모든 단원의 성취기준을 분석했다.

마지막으로 사범대학 물리교사 양성 교육과정 분석은 각 사범대학에서 개설되는 영역별 이론 및 실험 과목의 학점을 합산한 후 분류틀에 따라 분류하였다. 예를 들어, 역학1, 역학2, 역학실험, 해석역학 등은 모두 역학으로 분류하였다. 그리고 전자기학1, 전자기학2, 전자기학실험, 전자기학연습 등은 전자기학으로 분류하였다. 학사 운영과 관련하여 인원수 부족으로 인한 폐강, 교원의 연구년 등의 이유로 과목의 운영 여부를 정확히 파악하기가 제한되므로 실제 개설 여부는 고려하지 않았다. 개설 과목의 내용이 교과내용학과 관련이 있더라도 교양, 공통과학 관련 과목은 배제하였고 ‘물리학’, ‘일반물리학’, ‘물리토픽연구’ 등과 같이 전반적인 영역에 걸쳐 내용을 다루는 과목은 분석 대상에서 제외하였다. 사범대학 교사 양성 교육과정은 대학별로 사이트에 탑재된 시기가 상이하므로, 2019학년도부터 임용시험과 비교·분석하였다.

1. 임용시험의 교과내용학 출제 경향

2002학년도부터 평가원에서 시행되어온 임용시험을 시험 형식에 따라 1 - 6기로 분류하였으며, 각 기수별 구분은 Table 3과 같다.

Table 3 . Classification according to the test format of SSPTST.

ClassSchool yearCharacteristics
1st2002~2004· SSPTST began under the supervision of KICE
· Average number of questions : subject contents 5 questions, pedagogical content 13.3 questions
2nd2005~2008· Increase in the total number of questions
· Average number of questions : subject contents 8.3 questions, pedagogical content 15.5 questions
3rd2009~2013· Take the written test twice
· First test : 5 multiple-choice 40 questions (subject contents average 28 questions)
· Second test : essay-typed 4 questions (subject contents average 2.5 questions)
· Average number of questions : subject contents 5 questions, pedagogical content 13.3 questions
4th2014~2015· Reduce the written test once
· Writing-type, descriptive-type, essay-type
· Average number of questions : subject contents 6 questions, pedagogical content 16 questions
5th2016~2019· In the case of essay-type questions, it consists only of pedagogical contents
· Average number of questions : subject contents 5 questions, pedagogical content 17 questions
6th2020~2021· Abolition of essay-typed questions
· Average number of questions : subject contents 7 questions, pedagogical content 16 questions


1 - 6기까지 임용시험 문항은 총 549문항, 배점은 총 12,701점으로, 그 중 교과내용학 문항은 384문항(70%), 배점은 1353점(65%)에 달한다. Figure 5는 기수별 교과내용학 문항의 기본 이수 과목별 출제 문항 수 비율(N) 및 배점 비율(P)을 나타낸 것이다. 문항 수를 기준으로 할 경우 역학-전자기학-양자물리-파동 및 광학-열 및 통계물리-현대물리 순으로 나타났으며, 배점을 기준으로 할 경우 역학-전자기학-양자물리-열 및 통계물리-파동 및 광학-현대물리 순으로 나타났다. 즉, 역학과 전자기학 문항의 출제 비중이 높고, 현대물리 문항의 출제 비중이 가장 낮았다. 파동 및 광학과 열 및 통계물리는 문항 수와 배점에서 순위가 다르게 나타났으나, 기입형 및 서술형 등 문제 유형의 차이로 인해 나타난 결과로 그 차이가 크지 않았다. 역학과 전자기학은 물리에서 가장 기본적이고 중요하게 다뤄지는 학문으로, 모든 교육과정에서 가장 주요하게 다뤄지고 있으며, 이러한 결과가 임용시험에서도 반영되고 있는 것으로 확인된다. 그리고 현대물리의 경우 최근 그 비중이 점차 증가하고 있다. 이는 2007 개정 교육과정에서부터 반도체가, 2009 개정 교육과정에서부터 상대론이 도입되면서 중요성이 부각되며 출제 비율이 증가한 것으로 판단된다.

Figure 5. (Color online) The number(*N) of questions and points(**P) allocated to each subject in SSPTST.

1) 역학 과목 출제 경향 분석

Figure 6은 임용시험에서 출제된 역학 과목의 배점을 기수별로 평가 영역에 따라 각각 분류한 결과를 나타낸 것으로, 초기에는 ‘힘과 운동 및 운동량 보존 법칙’ 영역이 가장 많은 비중을 차지하였으나, 최근에는 전체적으로 특정한 영역에 치우치지 않고 출제되고 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 역학 과목의 전체 7개 영역 중 ‘유체 역학’의 경우 2021학년도까지 단 한 문항이 출제되었다. ‘유체역학’ 영역의 경우 2009 개정 교육과정까지 ‘물리Ⅰ’과목에 파스칼 법칙, 아르키메데스 법칙, 베르누이 법칙과 같은 학습 요소들이 포함되어 있었으나 2015 개정 교육과정에서 모두 제외되었고, 중학교 ‘과학’의 ‘여러 가지 힘’ 단원에서 부력으로만 제시되어 있을 뿐이다. 또한 사범대학 등의 물리 교사 양성 교육과정에서도 대부분 ‘일반물리학’ 수업에서 유체역학을 다룰 뿐, 심화 과정으로 유체역학 과목이 개설된 학교가 거의 없다. 이러한 이유로 임용시험에서도 유체역학과 관련된 문항이 거의 출제되지 않는 것으로 판단된다.

Figure 6. (Color online) Points allocated to the evaluation area for mechanics in SSPTST.

2) 전자기학 출제 경향 분석

Figure 7은 임용시험에서 출제된 전자기학 과목의 배점을 기수별로 평가 영역에 따라 각각 분류한 결과를 나타낸 것으로, ‘정전기학’ 영역이 가장 많은 비중을 차지하였고, ‘전자기파’ 영역이 가장 적게 출제되었다. 가장 많은 비중을 차지하는 ‘전하분포가 만들어 내는 전기장과 전위’에는 일반물리학 수준의 점ㆍ연속전하가 만드는 전기장과 전위, 가우스 법칙 등의 내용부터 전공 교과인 전자기학에서 다루는 영상법(Method of image), 르장드르 다항식(Legendre polynomial)을 포함하는 전위 등의 내용까지 포함되어 있다. 한편 평가 내용 요소 ‘정전기력을 이용하는 기계(복사기, 잉크젯 프린터, 공기청정기 등) 작동 원리’는 단 한 문항도 출제되지 않았다. 이처럼 평가 내용 요소 간 출제 비중에 많은 차이가 나타나는 이유는 각 요소에 해당하는 내용의 중요도라기보다는 내용의 양에 따른 차이 때문이라 판단된다. 임용시험을 준비하는 예비교사들이 참고하는 분류틀의 경우 2008년 공시 이후 지금까지 개정이 이뤄지지 않았다. 그러나 출제 문항들을 살펴보면 한 문항도 출제되지 않은 평가 내용 요소들이 각 영역별로 존재하고 있어 개정에 대한 필요성이 제기된다. 한편 ‘도체, 반도체, 부도체에 대해 미시적인 차이’와 관련하여 2015 개정 교육과정의 물리학Ⅰ에서는 ‘고체의 에너지띠 이론’을 통해 해당 내용을 언급하고 있지만 임용시험에서는 아직 출제된 바 없다.

Figure 7. (Color online) Points allocated to the evaluation area for electromagnetism in SSPTST.

3) 양자물리 출제 경향 분석

Figure 8은 임용시험에서 출제된 양자물리 과목의 배점을 기수별로 평가 영역에 따라 각각 분류한 결과를 나타낸 것으로, 사범대학 교사 양성 교육과정의 양자역학 과목에서 주로 앞부분에 속하는 평가 내용 요소(양자역학의 기본, 슈뢰딩거 방정식과 퍼텐셜 문제)가 뒷부분에 속하는 평가 내용 요소(수소, 시간에 무관한 섭동)보다 더 많이 출제되었다. 이러한 출제 문항 수의 차이가 나타나는 이유는 앞부분에 속하는 평가 내용 요소의 경우 양자역학의 기본 내용에 해당하는 핵심적인 내용이고, 대학의 교사 양성 교육과정에서 양자물리 관련 과목이 대부분 학부 3학년 2학기에서 4학년 2학기 사이에 개설된다는 점에서 뒷부분에 해당하는 내용이 전공 필수 교과가 아닌 경우가 많아, 이러한 점이 출제 시 고려되었기 때문으로 판단된다.

Figure 8. (Color online) Points allocated to the evaluation area for electromagnetism in SSPTST.

4) 파동 및 광학 출제 경향 분석

Figure 9는 임용시험에서 출제된 파동 및 광학 과목의 배점을 기수별로 평가 영역에 따라 각각 분류한 결과를 나타낸 것으로, ‘파동에 의한 간섭’ 영역이 가장 많은 비중을 차지하였고, ‘레이저와 그 이용’ 영역이 가장 적게 출제되었다. 중등 교육과정과 일반물리학 및 광학 등에서는 파동의 특성을 나타내는 대표적인 성질로 간섭과 함께 회절이 매우 중요하게 다뤄지고 있는 것에 반해 ‘파동에 의한 회절’ 영역의 경우 출제 문항 수와 배점 등에서 간섭에 비해 상당히 적은 비중으로 다뤄지고 있다.

Figure 9. (Color online) Points allocated to the evaluation area for wave and optics in SSPTST.

5) 열 및 통계물리 출제 경향 분석

Figure 10은 임용시험에서 출제된 열 및 통계물리 과목의 배점을 기수별로 평가 영역에 따라 각각 분류한 결과를 나타낸 것으로, ‘열역학 법칙’ 영역이 가장 많은 비중을 차지하였고, ‘열역학적 에너지’ 영역이 가장 적게 출제되었다. 열 및 통계물리 과목의 경우 임용시험에서 출제되는 비율이 높지 않아 전체 5개 영역이 고루 출제되기 어렵다는 것을 감안하더라도 최근 임용시험에서는 평가 내용 요소 중 ‘열역학 법칙’과 ‘고전통계와 양자통계’의 비중이 굉장히 높다. 그러나 ‘고전통계와 양자통계’의 경우 지금까지 중등 교육과정에서 한 번도 다뤄진 적이 없다는 점을 감안하면, 임용시험은 중등 교육과정과 상당한 괴리를 보인다고 할 수 있다.

Figure 10. (Color online) Points allocated to the evaluation area for thermal and statistical physics in SSPTST.

6) 현대물리 출제 경향 분석

Figure 11은 임용시험에서 출제된 현대물리 과목의 배점을 기수별로 평가 영역에 따라 각각 분류한 결과를 나타낸 것이다. 가장 많이 출제된 영역은 ‘상대론’으로, 현대물리 과목의 나머지 4개 영역에서 출제된 모든 문항 수를 합친 것보다 많은 비중을 차지한다. 한편 평가 영역 중 ‘고체 나노 물리’ 문항은 지금까지 단 한 번도 출제되지 않았는데, 이는 평가 영역으로 지정은 되어있으나, 사범대학의 물리 교사 양성 교육과정에 해당 영역과 관련하여 개설된 강의 또는 수업이 이뤄지지 않기 때문으로 판단된다.

Figure 11. (Color online) Points allocated to the evaluation area for modern physics in SSPTST.

2. 개정 과학과 교육과정과 임용시험의 비교 및 분석

임용시험은 학교 현장에서 교육과정을 실행할 교사를 선발하는 성격을 가지고 있으므로 교육과정과 분리하여 생각할 수 없다. 이에 임용시험이 개정 과학과 교육과정을 얼마나 반영하고 있는지를 분석하였다.

Table 4는 2015 개정 과학과 교육과정의 중학교 과학, 고등학교 통합과학, 물리학Ⅰ, 물리학Ⅱ 성취기준 80개를 임용시험 6개 기본 이수 과목으로 분류한 결과이다. 성취기준 수에 따른 과목별 비중은 역학(30.0%) - 전자기학(25.0%) - 파동 및 광학(16.3%) – 현대물리(13.7%) – 열 및 통계물리(8.7%) – 양자물리(6.3%) 순으로 많았다.

Table 4 . Number of achievement standards of 2015 revised national curriculum for 6 physics content subjects.

SubjectClassical mechanicsElectromagnetismQuantum mechanicsWave and opticsThermal and statistical physicsModern physicsTotal
Middle school science8 (38.1%)6 (28.6%)0 (0%)4 (19.0%)3 (14.3%)0 (0%)21
Integrated science2 (22.2%)2 (22.2%)0 (0%)0 (0%)1 (11.1%)4 (44.4%)9
Physics I6 (26.1%)4 (17.4%)2 (8.7%)5 (21.7%)2 (8.7%)4 (17.4%)23
Physics II8 (29.6%)8 (29.6%)3 (11.1%)4 (14.8%)1 (3.7%)3 (11.1%)27
Total24 (30%)20 (25%)5 (6.3%)13 (16.3%)7 (8.7%)11 (13.7%)80


Figure 12는 2009 개정 교육과정이 적용된 2012학년도부터 2018학년도까지의 교과내용학 문항 143개를 2009 개정 교육과정을 토대로 분석한 결과이다. 왼쪽 막대그래프는 과목별 임용시험 출제 비율을 나타낸 것이고, 오른쪽 막대그래프는 ‘표시과목 「물리」의 교사 자격 기준과 평가 영역 및 평가 내용 요소’ 중에서 2009 개정 교육과정에 해당하는 평가 내용 요소를 추출하고, 이들 중에서 출제된 문항의 비율을 나타낸 것이다. 먼저 과목별 임용시험 출제 비율은 역학과 전자기학(각 22.8%) - 양자물리(22.1%) - 파동 및 광학(13.7%) - 열 및 통계물리(11.8%) - 현대물리(6.8%) 순으로 나타났다. 반면에 2009 개정 교육과정에 해당하는 평가 내용 요소를 출제한 문항 비율은 전자기학(17.9%) - 역학(16.3%) - 파동 및 광학(12.7%) - 열 및 통계물리(7.2%) - 양자물리(5.6%) 현대물리(3.7%)순으로 나타났다. 즉, 2009 개정 교육과정에서 다루는 내용의 비율과 임용시험 출제 비율의 차이를 보면 양자물리(16.5%) - 역학(6.5%) - 전자기학(4.9%) - 열 및 통계물리(4.6%) - 현대물리(3.1%) - 파동 및 광학(1.0%) 순으로, 임용시험 문항 중 파동 및 광학이 ‘표시과목 「물리」의 교사 자격 기준과 평가 영역 및 평가 내용 요소’ 중 2009 개정 교육과정에 해당하는 평가 내용 요소를 가장 많이 포함하고 있고 양자물리가 가장 적게 포함 한다는 것을 알 수 있다.

Figure 12. Comparison between the 2012 - 2018 SSPTST and the 2009 Revised Curriculum.

Figure 13은 2015 개정 교육과정이 적용된 2019학년도부터 2021학년도까지의 시험을 2015 개정 교육과정을 토대로 분석한 결과이다. 먼저 과목별 임용시험 출제 비율은 전자기학(24.5%) - 역학(23.5%) - 양자물리(16.3%) - 파동 및 광학(13.3%) - 열 및 통계물리(12.2%) - 현대물리(10.2%) 순이다. 2012 - 2018학년도 출제 경향과 비교할 때, 출제 순위에는 큰 변화가 없으나 양자물리의 출제 비율이 다소 감소(22.1% → 16.3%)했고 현대물리의 출제 비율이 다소 증가(6.8% → 10.2%) 했음을 알 수 있다. 한편, 2015 개정 교육과정에서 다루는 내용의 비율과 임용시험 출제 비율의 차이를 보면 양자물리(16.3%) - 역학(8.2%) - 열 및 통계물리(6.1%) - 현대물리(5.1%) - 파동 및 광학(4.1%) - 전자기학(0%) 순으로, ‘표시과목 「물리」의 교사 자격 기준과 평가 영역 및 평가 내용 요소’ 중에서 2015 개정 교육과정에 해당하는 요소를 가장 많이 포함하는 영역은 전자기학이고, 가장 적은 것은 2009 개정 교육과정과 마찬가지로 양자물리이다.

Figure 13. Comparison between the 2019 - 2021 SSPTST and the 2015 Revised Curriculum.

3. 사범대학 물리교사 양성 교육과정과 임용시험과의 비교 및 분석

Table 5는 물리교사를 양성하는 사범대학 물리교육과 및 과학교육학부 물리교육전공 15곳의 교사 양성 교육과정 중 임용시험 관련 교과내용학 6개 과목의 편성 학점(credit)을 나타낸 것이다. 조사 대상인 15개 대학의 6개 교과내용학 합계 평균은 44.07학점으로 나타났으나, 대학별로 최소 27학점(A, E대학)부터 최대 62학점(I대학)까지 편성 교육과정에 큰 차이를 보였다. 영역별로 살펴보면, 열 및 통계물리가 4.80학점으로 가장 적었고, 현대물리가 12.13학점으로 가장 많았다. 본 연구의 경우, 현대물리 영역의 학점이 전체에서 27.5% 정도로 가장 많은 비중을 차지하는 이유는 현대물리학1, 2와 현대물리학 실험 이외에 고체물리학, 반도체물리학, 응집물리및지도, 우주론, 핵및입자물리교육 등도 모두 현대물리 영역에 포함시켜 분석하였기 때문이다.

Table 5 . The number of credits for SSPTST related subjects offered in physics teacher education curricula in 15 colleges of education.

CollegeClassical mechanicsElectromagnetismQuantum mechanicsWave and opticsThermal and statistical physicsModern physicsTotal
A66633327
B67666637
C666331236
D666661242
E66333627
F676961650
G996631548
H119686848
I13168581262
J666661848
K886361748
L666961245
M811363637
N6126332151
O71061041855
Average (percent-age)7.33 (16.6%)7.81 (18.9%)5.73 (13.0%)5.73 (13.0%)4.80 (10.9%)12.13 (27.5%)44.07


Table 5에서 확인할 수 있는 것처럼 편성 학점을 기준으로 분류한 물리교사 양성 교육과정의 영역별 비중은 현대물리(27.5%) – 전자기학(18.9%) – 역학(16.6%) – 양자물리와 파동 및 광학(13.0%) – 열 및 통계물리(10.9%) 순으로 나타났다. 이는 Fig. 13의 2019학년도부터 2021학년도까지의 임용시험의 출제 비중이 전자기학(24.5%) - 역학(23.5%) - 양자물리(16.3%) - 파동 및 광학(13.3%) - 열 및 통계물리(12.2%) - 현대물리(10.2%) 순이었던 것과 비교하면 임용시험의 출제 비중과 사범대학의 교사 양성 교육과정 편성 비중에 다소 차이가 존재함을 알 수 있다. 그러나 연구 방법에서 밝힌 것처럼 Table 5의 교사 양성 교육과정 편성 과목들의 실제 개설 여부는 확인되지 않았으며, 학과 홈페이지에서 제공하는 교육과정 편성 비중만을 분석하였다는 점에서 제한점을 가진다.

본 연구는 임용시험 출제 기준 자료로 활용되는 ‘표시과목 「물리」의 교사 자격 기준과 평가 영역 및 평가 내용 요소’를 기준으로 2002학년도부터 2021학년도까지 시행된 임용시험 교과내용학의 영역별 출제 비중, 2015 개정 교육과정의 물리학 관련 영역 및 사범대학 물리교육과 및 과학교육학부 물리교육전공의 개설 과목을 분석하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다.

첫째, 임용시험의 교과내용학 출제 비중에서 큰 차이가 나타났다. 2002 - 2021학년도 임용시험 문항 중 교과내용학에 해당하는 384문항에 대해 분류틀의 기본 이수 과목별로 출제 빈도를 분석한 결과, 문항 수를 기준으로 할 경우 역학-전자기학-양자물리-파동 및 광학-열 및 통계물리-현대물리 순으로 나타났으며, 배점을 기준으로 할 경우 역학-전자기학-양자물리-열 및 통계물리-파동 및 광학-현대물리 순으로 나타났다. 그리고 임용시험 출제 형식의 변화에 따라 기수별로 분석한 결과에서도 역학과 전자기학 과목이 임용시험에서 지속적으로 가장 많은 비중을 차지해 왔음을 확인하였다. 물리에서 ‘역학’과 ‘전자기학’이 매우 기본적이고 핵심적인 과목으로 다뤄지고 있으므로, 임용시험에서도 높은 비중으로 출제되고 있다. 그리고 분류틀의 평가 영역 내 평가 내용 요소별로 더욱 상세하게 분석한 결과 과목 내 영역별로 출제 비중에서 균등하지 않음을 보였다. 임용시험의 경우 문항의 수가 많지 않으므로 과목 내에서 핵심적인 평가 내용 요소가 지속적으로 출제될 수는 있으나, 한 번도 출제되지 않은 평가 내용 요소가 많다는 것은 시험의 출제가 특정 평가 내용 요소에 집중되고 있음을 의미한다.

둘째, 임용시험에서 출제되는 과목별 비율과 개정 교육과정에 해당하는 평가 내용 요소를 출제한 문항 비율에서 차이를 보였다. 개정 교육과정에서는 가장 작은 비중을 차지하고 있는 과목인 양자물리가 임용시험에서는 역학과 전자기학 다음으로 가장 큰 비중을 차지하고 있었다. 2015 개정 교육과정의 중학교 과학, 고등학교 통합과학, 물리학Ⅰ, 물리학Ⅱ 성취기준 전체 80개를 분류틀에 근거하여 분류한 결과, 역학(30%) - 전자기학(25%) - 파동 및 광학(16.3%) - 현대물리(13.7%) - 열 및 통계물리(8.7%) - 양자물리(6.3%) 순인 것에 반해, 임용시험 문항의 출제 빈도는 역학과 전자기학 다음으로 양자물리가 세 번째로 높았다.

셋째, 15개 대학의 물리교사 양성 교육과정에 편성된 영역별 강의 비중(학점)은 현대물리(27.5%) – 전자기학(18.9%) – 역학(16.6%) – 양자물리와 파동 및 광학(13.0%) – 열 및 통계물리(10.9%) 순으로, 임용시험 교과내용학의 영역별 출제 비중과 다소 차이를 보였다.

이러한 결과를 토대로 임용시험에의 시사점을 제안하고자 한다.

첫째, 임용시험 출제 시 개정 교육과정에 해당하는 평가 내용 요소를 가능하면 많이 포함할 수 있도록 영역 및 평가 내용 요소별 출제 비중에 대한 세심한 고려가 필요하다. 하지만 예비 교사가 갖추어야 할 전공 지식을 개정 교육과정에 해당하는 평가 내용 요소로 제한하는 것은 바람직하지 않다. 예를 들면 임용시험 출제 문항과 개정 교육과정에서 다루고 있는 평가 내용 요소 사이의 편차를 줄이기 어려운 양자물리학의 경우, 개정 교육과정에 해당하는 평가 내용 요소만을 포함하는 임용시험 출제 방향은 자칫 사범대 교육과정의 파행적 운영을 가져올 수도 있으므로 주의할 필요가 있다.

둘째, 임용시험의 분류틀 개편이 필요하다. 『표시과목 「물리」의 교사 자격 기준과 평가 영역 및 평가 내용 요소』는 2008년에 고시된 이후로 아직까지 사용되고 있다. 하지만 2008년 이후 출제된 기출 문항들 중에서 분류틀에 따른 평가 내용 요소로 분류하기 어려운 기출 문항(예: 전기 영상법, 편광 등)과 단 한 번도 출제되지 않은 평가 내용 요소(예: MRI, PET, CT의 원리 및 응용, 빅뱅이론과 우주론 등)가 있던 것을 확인할 수 있었다. 이처럼 현재의 평가 내용 요소로 분류가 어렵거나 단 한 번도 출제되지 않은 평가 내용 요소에 대한 전반적 개정이 필요하다.

셋째, 임용시험을 출제할 때 중등 교육과정 및 교사 양성 교육과정에 대한 고려가 필요하다. 지속적으로 변화하는 교육과정에 맞춰 출제 비율을 각 교육과정의 구성 비율과 완벽히 일치할 수는 없으나, 중등학교에서 교육과정을 실천해야 할 교사를 선발하는 과정임을 고려할 때 이러한 변화를 어느 정도 반영할 필요성이 있다. 임용시험의 출제 문항은 예비교사들로 하여금 자신들이 어떤 과목에 대해 어떻게 공부해야 하는지를 나타내는 하나의 지침과도 같다. 그러므로 임용시험은 중등 교육과정과 교사 양성 교육과정의 변화에 더욱 민감하게 반영하여 출제될 필요성이 있다. 이러한 노력은 중등 교육과정과 교사 양성 교육과정이 연결되어 학교 현장에서 필요로 하는 교사를 선발하는 결과를 낳으리라 생각한다.

이 논문은 2020년 정부 (교육과학기술부) 재원으로 한국연구재단의 지원 사업(NRF-2020R1F1A1067990)으로 수행된 연구입니다.

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