본 연구는 현재 시행되고 있는 국가수준 학업성취도 평가의 표본 설계를 보완할 수 있는 방법을 구안하기 위한 것이다. 현행 표본설계에서는 개별 학생의 표집확률이 동일하지 않고, 세부적인 표집 절차에 대한 기준이 구체화되어 있지 않아서 표집 과정에서 발생할 수 있는 오차에 대한 추정이 어렵다. 따라서 본 연구에서는 가능한 한 표집과정에서 오차를 배제하고, 보다 정확한 전집 추정치를 얻기 위하여 현행 표본 설계를 몇 가지 면에서 보완하고자 한다. 우선 표집 1단계의 표집단위인 학교를 표집하기 위하여 현행 성취도 평가의 단순무선표집 방법을 확률비례추출법으로 개선하여, 개별 학생들의 표집 확률이 동일하게 되는 자체 가중 표본(self-weighted sample)이 되도록 하였다. 또한 표본의 대표성을 높이기 위하여 새로운 층화변인을 도입하였고, 불균등한 표집 확률을 보정하기 위한 가중치 및 통계치 추정의 신뢰성을 측정할 수 있기 위한 표집오차의 필요성을 논의하였다. 본 연구의 표본 설계에 따라 2005년도 『교육통계연보』의 학교 정보를 이용하여 우리나라 초6, 중3, 고1 학생의 3%를 표집하기 위한 절차를 소개하였다. 마지막으로 향후 성취도 평가의 표본 설계에서 보완되어야 할 기술적인 측면들을 논의하였다.