Uso de um método preditivo para inferir a zona de aprendizagem de alunos de programação em um ambiente de correção automática de código

Pereira, Filipe Dwan; http://lattes.cnpq.br/1043535741108408

Dissertação

Uso de um método preditivo para inferir a zona de aprendizagem de alunos de programação em um ambiente de correção automática de código

Em média, um terço dos alunos no mundo reprova em disciplinas de introdução à programação de computadores (IPC). Assim, muitos estudos vêm sendo conduzidos a fim de inferir o desempenho de estudantes de turmas de IPC. Inicialmente, pesquisadores investigavam a relação das notas dos alunos com fat...

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Autor principal:	Pereira, Filipe Dwan
Outros Autores:	http://lattes.cnpq.br/1043535741108408
Grau:	Dissertação
Idioma:	por
Publicado em:	Universidade Federal do Amazonas 2018
Assuntos:	Alunos de programação Aaprendizagem de máquina Data-driven - Métricas de software Juízes online Learning analytics Programming students Machine learning Learning analytics Genetic programming CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA: CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Acesso em linha:	https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/6425

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spelling	oai:https:--tede.ufam.edu.br-handle-:tede-64252018-06-05T05:03:32Z Uso de um método preditivo para inferir a zona de aprendizagem de alunos de programação em um ambiente de correção automática de código Pereira, Filipe Dwan Oliveira, Elaine Harada Teixeira de http://lattes.cnpq.br/1043535741108408 http://lattes.cnpq.br/6553721651836761 Cristo, Marco Antonio Pinheiro de Isotani, Seiji Alunos de programação Aaprendizagem de máquina Data-driven - Métricas de software Juízes online Learning analytics Programming students Machine learning Learning analytics Genetic programming CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA: CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Em média, um terço dos alunos no mundo reprova em disciplinas de introdução à programação de computadores (IPC). Assim, muitos estudos vêm sendo conduzidos a fim de inferir o desempenho de estudantes de turmas de IPC. Inicialmente, pesquisadores investigavam a relação das notas dos alunos com fatores estáticos como: notas no ensino médio, gênero, idade e outros. Entretanto, o comportamento dos estudantes é dinâmico e, dessa forma, abordagens orientadas aos dados vêm ganhando atenção, uma vez que muitas universidades utilizam ambientes web para turmas de programação como juízes online. Com efeito, muitos pesquisadores vêm extraindo e tratando os dados dos estudantes a partir desses ambientes e usando-os como atributos de algoritmos de aprendizagem de máquina para a construção de modelos preditivos. No entanto, a comunidade científica sugere que tais estudos sejam reproduzidos a fim de investigar se eles são generalizáveis a outras bases de dados educacionais. Neste sentido, neste trabalho apresentou-se um método que emprega um conjunto de atributos correlacionados com as notas dos estudantes, sendo alguns baseados em trabalhos relacionados e outros propostos nesta pesquisa, a fim de realizar a predição do desempenho dos alunos nas avaliações intermediárias e nas médias finais. Tal método foi aplicado a uma base de dados com 486 alunos de IPC. O conjunto de atributos chamado de perfil de programação foi empregado em algoritmos de aprendizagem de máquina e otimizado utilizando duas abordagens: a) ajuste de hiperparâmetros com random search e b) construção do pipeline de aprendizagem de máquina utilizando algoritmos evolutivos. Como resultado, atingiu-se 74,44% de acurácia na tarefa de identificar se os alunos iriam ser reprovados ou aprovados usando os dados das duas semanas de aula em uma base de dados balanceada. Esse resultado foi estatisticamente superior ao baseline. Destaca-se ainda que a partir da oitava semana de aula, o método atingiu acurácias entre 85% e 90,62%. CS1 (first year programming) classes are known to have a high dropout and non-pass rate. Thus, there have been many studies attempting to predict and alleviate CS1 student performance. Knowing about student performance in advance can be useful for many reasons. For example, teachers can apply specific actions to help learners who are struggling, as well as provide more challenging activities to high-achievers. Initial studies used static factors, such as: high school grades, age, gender. However, student behavior is dynamic and, as such, a data-driven approach has been gaining more attention, since many universities are using web-based environments to support CS1 classes. Thereby, many researchers have started extracting student behavior by cleaning data collected from these environments and using them as features in machine learning (ML) models. Recently, the research community has proposed many predictive methods available, even though many of these studies would need to be replicated, to check if they are context-sensitive. Thus, we have collected a set of successful features correlated with the student grade used in related studies, compiling the best ML attributes, as well as adding new features, and applying them on a database representing 486 CS1 students. The set of features was used in ML pipelines which were optimized with two approaches: hyperparameter-tuning with random search and genetic programming. As a result, we achieved an accuracy of 74.44%, using data from the first two weeks to predict student final grade, which outperforms a state-of-the-art research applied to the same dataset. It is also worth noting that from the eighth week of class, the method achieved accuracy between 85% and 90.62%. 2018-06-04T13:02:58Z 2018-03-29 Dissertação PEREIRA, Filipe Dwan. Uso de um método preditivo para inferir a zona de aprendizagem de alunos de programação em um ambiente de correção automática de código. 2018. 118 f. Dissertação (Mestrado em Informática) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2018. https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/6425 por Acesso Aberto http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ application/pdf Universidade Federal do Amazonas Instituto de Computação Brasil UFAM Programa de Pós-graduação em Informática
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