Semi-parametric mixed-effects models for assessing public education systems

This thesis regards the development of semi-parametric mixed-effects models and their application to administrative educational databases for the analysis of student, class, school and university performances. The research aims go in two directions: the former is to develop novel statistical models and methods that represent a novelty and an improvement both in the statistical and in the educational literature; the latter is to investigate statistical methods that have the potential of being applied to educational data for addressing new and interesting research questions in the context of learning analytics. Being the hierarchical structure (e.g. students are nested within classes, that are in turn nested within schools. . . ) the main characteristic of educational data, mixed-effects models, that are able to take into account the nested nature of the data, constitute the cross-sectional methodological core of the entire work. Our proposed approach consists in relaxing the parametric assumptions, both on fixed and random effects, of mixed-effects models in order to develop innovative and advanced statistical methods with the aim of improving the research about school or university effectiveness and of addressing new and unexplored issues in the educational research context.

La tesi riguarda lo sviluppo di modelli a effetti misti semi-parametrici e la loro applicazione a dataset amministrativi educativi per l'analisi delle performance di studenti, classi, scuole e università. Gli obiettivi della ricerca sono due: il primo è di sviluppare modelli e metodi statistici innovativi che rappresentino un valore aggiunto sia nella letteratura statistica che in quella del campo dell'educazione; il secondo è di identificare metodi statistici che abbiano il potenziale, se applicati a dati educativi, di rispondere a nuove e interessanti domande di ricerca nel contesto del learning analytics. Dato che la principale caratteristica dei dati educativi è la loro struttura gerarchica (per esempio, gli studenti sono annidati nelle classi, che a loro volta sono annidate nelle scuole), il cuore metodologico di tutto il lavoro si basa sui modelli a effetti misti, che sono in grado di modellizzare la natura annidata dei dati. In particolare, ci proponiamo di rilassare le assunzioni parametriche di questi modelli, sia sugli effetti fissi, che su quelli casuali. I metodi semi-parametrici così sviluppati, oltre ad essere metodologicamente innovativi, rappresentano un importante contributo alla ricerca sull'efficacia educativa di scuole e università e permettono di affrontare nuove tematiche nel contesto dell'apprendimento scolastico e universitario.