Makine öğrenimi ve istatistiksel yöntemler kullanarak öğrencilerin programlama dersindeki kazanım bilgileri ile başarı tahmini

Mevcut eğitim sisteminde öğrencilerin başarı durumları sınavlarla tespit edilmekte ve sınavdan aldığı puanlara göre kazanımlardaki eksiklikleri belirlenerek bu eksiklikler telafi edilmeye çalışılmaktadır. Ancak tespit edilen eksikliklerin daha sonraki sınavlarda ölçülecek kazanım hedeflerindeki performansına nasıl etki edeceği üzerinde durulmamaktadır. Mevcut duruma göre çözüm aranmakta, gelecek hakkında ise öğrencinin performansını arttıracak planlamalar yapılmamaktadır. Yapılan bu çalışmada veri seti olarak, 2021-2022 eğitim öğretim yılı 1. döneminde, İstanbul ili Ataşehir ilçesinde bulunan Dr. Nureddin Erk-Perihan Erk Mesleki ve Teknik Anadolu Lisesi, Bilişim Teknolojileri alanındaki 10 ve 11'inci sınıfta okuyan 87 öğrencinin Nesne Tabanlı Programlama dersinde uygulanan 3 sınavdaki puan dağılımları kullanılmıştır. Sınavda sorulan sorular ders bilgi formundaki kazanım başlıklarıyla eşleştirilmiş, her öğrencinin kazanım başlıklarına göre performans oranları tablo haline getirilmiştir. Ancak eldeki veriler kısıtlı olduğundan ve daha anlamlı sonuçlar elde edebilmek için toplanan gerçek veriler kullanılarak sentetik veriler üretilmiştir. Sentetik verinin gerçeğe yakınlık derecesi detaylı sonuç raporu ile teyit edilmiştir. Öğrencilerin mevcut verilerinden, sonraki sınavlardaki birden çok sayıda kazanım performansı tahmin edileceğinden, çok çıkışlı regresyonu destekleyen doğrusal regresyon, k-en yakın komşu ve karar ağacı algoritmaları kullanılmıştır. Kullanılan algoritmaların başarı değerlendirmesi için k katmanlı çapraz doğrulama uygulanmıştır. Performans ölçümleri için MAE, MSE, R2 ve standart sapma hesaplanmıştır. Aşırı uyum sorunu çözümü için KNN ve karar ağacı algoritmalarında en iyi parametre değerleri bulunarak performans iyileştirilmiştir. Sonuçlara göre en iyi performans değerleri KNN algoritması ile elde edilmiştir. Gerçek veri sayısı arttırılarak ve sınavlarda ölçülen kazanımlardaki puan dağılımları birbirine yaklaştırılarak daha iyi sonuçlar elde edilebilir. Bu çalışmanın devamı olarak öğrencinin sonraki sınavlardaki başarısızlıklarını önlemek için internet ortamında bir sistem tasarlanabilir. Üretilen performans tahminlerine göre geliştirilen bu sistem öğrenciye yönlendirmelerde ve tavsiyelerde bulunulabilir. Oyunlaştırma yöntemleri kullanılarak öğrencinin ilgisini çekerek eğlenerek öğrenmesi sağlanabilir.