본 연구에서는 다층 혼합회귀분석을 소개하고, 이를 활용하여 학생들의 과학 학습시간 및 학습성과에 따라 학생들을 하위 유형별로 나눌 수 있는지, 그리고 그러한 하위 유형을 결정하는 데 있어서 학생과 학교의 배경 특성 및 교수·학습방법의 활용이 어떤 영향을 미치는지를 PISA 2006의 한국, 일본, 핀란드 자료를 사용하여 살펴보았다. 이를 위해서 본 연구에서는 학생들의 과학 학습시간과 학습성과(과학학업성취도, 과학 학습에 대한 즐거움)를 종속변인으로 하고, 학생의 배경변인과 교수·학습방법(학생들의 과학 무형식학습 참여정도, 교사가 수업을 할 때 과학을 사회현상에 적용하는 정도, 학교에서 정규수업 외에 다양한 과학 활동을 제공하는 정도)을 독립변인으로 사용하여 다층 혼합회귀분석을 실시하였다. 분석 결과 세 나라 모두 비슷한 특성을 지니는 세 가지 하위 유형이 존재하는 것으로 나타났다. 첫 번째 집단은 학습시간이 짧고, 과학에 대한 학업성취도와 즐거움 정도가 가장 낮은 집단으로, 이 집단의 경우 스스로 다양한 과학 활동에 참여하지 못할 뿐만 아니라, 학교로부터 과학학습을 장려하는 활동을 제공받지 못하고 있는 것으로 나타났다. 두 번째 집단은 학습시간과 과학에 대한 즐거움의 정도는 중간이나, 학업 성취도는 가장 높은 집단인 반면, 세 번째 집단은 학습시간이 가장 길고, 과학에 대한 즐거움의 정도가 가장 높으나 학업성취도는 두 번째 집단보다 낮은 집단이다. 세 번째 집단은 두 번째 집단에 비하여 다양한 과학 활동에 참여할 뿐만 아니라 학교에서도 과학 활동을 장려하는 것으로 나타났다.