PISA에서는 학생들의 인지적 특성뿐만 아니라 그 성취에 영향을 미치는 정의적 특성에 대한 설문 조사도 실시한다. 주영역의 학습에 대한 설문 조사를 통해 학생들의 학습 동기 및 태도 등을 파악하고 있다. PISA 2012의 수학 학습관련 정의적 특성을 분석한 결과, 우리나라 학생들은 ‘수학 관련 활동 참여’ 지수(0.17)를 제외한 나머지는 OECD 평균(0.0)보다 낮았다. 표에 제시되지 않았지만 수학이 주 영역이었던 PISA 2003과 비교할 때 수학 학습 동기 중 ‘도구적 동기’와 ‘자아 효능감’ 지수는 상승했고, ‘수학 불안감’ 지수는 감소하여 다소 긍정적인 변화가 나타났다. 하지만 높은 학업성취에 비해 낮은 정의적 성취에 대한 다각적인 개선 방안이 마련될 필요가 있다. 특히 여학생의 수학 학습관련 정의적 성취는 남학생보다 낮으므로, 여학생의 정의적 태도를 긍정적으로 변화시킬 수 있는 효과적인 수학 교수·학습 방안 등에 대한 체계적 연구가 요구된다.
PISA 2012의 수학 학습 분석 결과에 따르면 우리나라 학생들은 대부분의 지수들이 OECD 평균보다 낮았다. 특히 높은 학업성취도와 낮은 정의적 성취도의 문제와 여학생의 정의적 성취가 남학생보다 낮은 점은 개선 및 연구의 필요성이 제기되는 지점이다.