PofoliaPofolia ile paylaşıldı

Applied System Innovation· 2026Q1

Ortaöğretimde Erken Akademik Performans Tahmini: Basit Makine Öğrenmesi Modelleri Yeterli mi?

Early Academic Performance Prediction in Secondary Education: Are Simple Machine Learning Models Enough?

Víctor D. Díaz Suárez, Marina Praena-Delgado, María de los Ángeles Buenavista-Ruiz, Carmen Román-León ve diğerleri

Kısa özet

Doğrusal regresyon modelleri, istikrarlı sınıf dinamiklerinin yarattığı doğrusal bir zamansal yapı nedeniyle, ortaöğretimde nihai notları tahmin etmede karmaşık Rastgele Orman modelleriyle eşleşmekte veya onları geride bırakmaktadır (R²=0.857'ye karşılık R²=0.740).

Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.

Ana noktalar

  • Doğrusal regresyon modelleri, ortaöğretimde nihai not tahmini için Rastgele Orman modelleriyle tutarlı bir şekilde eşleşmekte veya onları geride bırakmaktadır (R²=0.857'ye karşılık R²=0.740).
  • Temel notlar, öğretim sürekliliği ve grup kompozisyonu gibi istikrarlı sınıf dinamikleri, daha basit modelleri destekleyen doğrusal bir zamansal yapı oluşturur.
  • Rastgele Orman sınıflandırıcıları, geçen sınıflar için yüksek F1 skorları (0.972) elde eder ve risk altındaki sınıfların tespiti için XGBoost'tan daha iyi performans gösterir (F1=0.69'a karşılık 0.57).
  • 2019/2020 sınıfı, acil durum değerlendirmeleri nedeniyle anormal sonuçlar göstermiştir; bu durum normal koşullar altındaki genelleme hesabını çürütmez.

Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.

Özet (abstract)

Most predictive approaches in educational data mining rely on complex models whose opacity limits practical adoption by classroom teachers, creating a gap between model sophistication and classroom usability. This gap is particularly acute at the class-group level, where institutional gradebook data are routinely aggregated for teacher-level planning but rarely modelled with an explicit account of when model complexity is actually justified. This paper addresses that gap: its novelty is to provide a structural explanation, grounded in group-level academic dynamics, for why linear models are highly competitive, rather than merely adequate, for this type of data, and to test this account empirically. An eight-year longitudinal dataset (2013/2014–2020/2021) from a Spanish secondary school—1070 class-group records across 32 subjects—was used to compare linear regression and Random Forest for final grade prediction, a Random Forest classifier against an XGBoost classifier for academic risk detection, and SHAP (SHapley Additive exPlanations)-based explainability, validated through Leave-One-Course-Out (LOCO) cross-validation. Within this dataset, linear regression consistently matches or outperforms Random Forest in both scenarios (R2 = 0.857 with two assessments; R2 = 0.740 with one), explained by stable cohort dynamics—baseline grades, teaching continuity, group composition—that produce a linear temporal structure (Spearman ρ > 0.81) leaving little predictive return for ensemble complexity in this setting. For the passing class, the Random Forest classifier achieves F1 = 0.972 with high inter-cohort stability (LOCO F1 ∈ [0.944, 0.984]); for the minority at-risk class, it outperforms XGBoost (F1 = 0.69 vs. 0.57), a gap consistent with the benefit of explicit class-imbalance handling, though fully disentangling this from a possible ensemble-family effect is left for future work. The 2019/2020 cohort is statistically anomalous (Mann–Whitney U, p < 0.001), reflecting an exogenous shift in the grade-generating process under emergency evaluation rather than evidence against the linearity account under normal conditions. Simple, transparent models operating on routinely collected gradebook data deliver actionable early-warning signals within the digital competence of most practising teachers; group-level prediction additionally protects student identity by ensuring no individual is labelled at-risk, combining predictive utility with ethical design.

Yazarların özeti; kaynağından alınmıştır. Applied System Innovation, 2026 · DOI ↗

ÇıkarımlarPremium
Makaleye SorÜcretsiz hesapla

Ücretsiz hesapla devam et

Makaleye Sor ile bu makaleye günde 3 soru ücretsiz; makaleyi kaydet, kaynakçasını al, ilgi alanına göre her gün yeni özetler. Çıkarımlar Premium.

Web'de ücretsiz devam et

Google ya da Apple hesabınla giriş; kart istemez. Bu makaleye geri dönersin.

Telefonda:

Alan: Bilgisayar Bilimi Uygulamaları

Computer Science ApplicationsComputer Science