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마지막으로 다층 성장모형은 일반적으로 동일한 학생의 세 시점 이상의 평가 결과를 바탕으로 시간에 따른 학생들의 학업성취 변화를 파악할 수 있는 모형이다. 위에서 제시된 모형들은 두 시점 자료로부터 학업성취 변화를 측정하기 때문에, 세 시점 이상의 종단 자료에 적용할 경우에 하나의 지표로 제시할 수 없다는 한계점을 갖고 있지만, 다층 성장모형은 다시점 종단 자료에 적용하여 학생의 성장을 단일 지표로 제시할 수 있다. 1 수준 모형에서는 시간에 따른 학생들의 학업성취 점수를 모형화하고, 2 수준 모형에서는 학생들의 학업성취 변화에 영향을 미치는 학생 변인들을 통제하며, 3 수준 모형에서는 학생들의 학업성취 변화에 영향을 미치는 학교 변인들을 통제한다. 이 모형은 측정 시점이 세 시점 이상인 자료에 적용 가능하며, 학생 및 학교의 학업 성장에 대한 정보를 제공할 수 있다. 그렇지만, 다층 성장모형을 포함한 일반적인 성장모형은 모든 학생들이나 학교들이 같은 형태의 성장 궤적을 갖는다는 강한 가정에 기초한다.
다층 성장모형은 학생의 세 시점 이상 평가결과로 학업성취 변화를 파악한다. 하지만 두 시점 자료로 성취도 변화를 측정하기에 하나의 지표로 제시할 수 없고 단일 지표로만 제시할 수 있다. 또한 모든 학생이나 학교가 같은 형태의 성장 궤적을 갖는다는 가정에 기초하고 있다.