A domain-driven data mining methodology for the discovery of knowledge about the learning process in basic education

Abstract

No presente trabalho foi desenvolvida uma metodologia de mineração de dados para identificar padrões relacionados à aprendizagem de Matemática e às características do ambiente escolar, incluindo professores, diretores e escolas em que os alunos estão inseridos. Mais especificamente, buscaram-se aspectos que poderiam influenciar no desempenho obtido em Matemática pelos estudantes do 9 ano do ensino fundamental, residentes no Estado do Rio de Janeiro. Foram utilizados os dados da Prova Brasil, avaliação desenvolvida pelo Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira (INEP) e que tem como objetivo avaliar, por intermédio da aplicação de testes e questionários contextuais, a qualidade do ensino básico. Como contribuição do presente trabalho pode-se citar o uso integrado de diferentes abordagens visando à obtenção de padrões relevantes relacionados ao processo ensino-aprendizagem. Essas abordagens foram suportadas pelo conhecimento de especialistas do domínio educacional. Nesse sentido, destacam-se, entre as tarefas relacionadas à descoberta de conhecimento, a proposição de uso de uma metodologia de redução de dimensionalidade dos dados integrado ao uso de medidas de interesse técnicas em conjunto com medidas de interesse da temática educacional. Tal integração permitiu uma análise sob uma perspectiva mais ampla, abordando-se ações, assim como a viabilidade para a solução das questões educacionais. Os resultados apresentaram importantes fatores que podem comprometer positiva e negativamente o desempenho dos discentes. Por fim, a metodologia desenvolvida para a extração de conhecimento relacionado ao processo de aprendizagem de Matemática, pode apoiar outras pesquisas, fornecendo aspectos capazes de fomentar e enriquecer a discussão entre os tomadores de decisões.In the present work, a data mining methodology was developed to identify patterns related to learning of Mathematics and to the characteristics of the school environment, including teachers, principals, and schools where the students are enrolled. More specifically, we looked for aspects that could influence the performance obtained in Mathematics by the students of the 9th year of elementary school who reside in the state of Rio de Janeiro. Data from the Prova Brasil were used, an evaluation developed by the Anísio Teixeira National Institute for Education Research and Studies (INEP), which aims to assess, through the conduction of tests and contextual questionnaires, the quality of basic education. As contribution of the present work we can mention the integrated use of different approaches in order to obtain relevant patterns related to the teaching-learning process. These approaches have been supported by the knowledge of educational experts. In this sense, among the tasks related to the discovery of knowledge, the proposal to use a data dimensionality reduction methodology integrated with the use of measures of technical interest together with measures of educational interest. Such integration allowed an analysis under a broader perspective, addressing actions, as well as the feasibility to solve educational issues. The results presented important factors that can positively and negatively affect students' performance. Finally, the developed methodology for the extraction of knowledge related to the learning process of Mathematics can support other research, providing aspects capable of fomenting and enriching the discussion among decision makers