A Comparison of Bias Mitigation Techniques for Educational Classification Tasks Using Supervised Machine Learning
Notice bibliographique
Résumé
Machine learning (ML) has become integral in educational decision-making through technologies such as learning analytics and educational data mining. However, the adoption of machine learning-driven tools without scrutiny risks perpetuating biases. Despite ongoing efforts to tackle fairness issues, their application to educational datasets remains limited. To address the mentioned gap in the literature, this research evaluates the effectiveness of four bias mitigation techniques in an educational dataset aiming at predicting students’ dropout rate. The overarching research question is: “How effective are the techniques of reweighting, resampling, and Reject Option-based Classification (ROC) pivoting in mitigating the predictive bias associated with high school dropout rates in the HSLS:09 dataset?" The effectiveness of these techniques was assessed based on performance metrics including false positive rate (FPR), accuracy, and F1 score. The study focused on the biological sex of students as the protected attribute. The reweighting technique was found to be ineffective, showing results identical to the baseline condition. Both uniform and preferential resampling techniques significantly reduced predictive bias, especially in the FPR metric but at the cost of reduced accuracy and F1 scores. The ROC pivot technique marginally reduced predictive bias while maintaining the original performance of the classifier, emerging as the optimal method for the HSLS:09 dataset. This research extends the understanding of bias mitigation in educational contexts, demonstrating practical applications of various techniques and providing insights for educators and policymakers. By focusing on an educational dataset, it contributes novel insights beyond the commonly studied datasets, highlighting the importance of context-specific approaches in bias mitigation.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,015 | 0,039 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,003 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».