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让推理过程可见:结构化推理任务中面向自适应支架的配置感知诊断建模

Making Reasoning Visible: Configuration-Aware Diagnostic Modeling for Adaptive Scaffolding in Structured Reasoning Tasks

Trystan Geoffre · Zheng Yuan · Thierry Geoffre

中文摘要

对学习者潜在多步推理过程建模,是自适应辅导系统的核心难题;现有系统往往仅依据对错作答,未必了解学生的思考方式。该研究以语法推理为场景,通过分析交互式学习游戏中的动作序列,使学生的逐步解题过程可见。诊断框架计算五个可解释策略维度(如系统性纠错、随机猜测),依据任务结构与行为模式估计协调需求,并将推理划分为四种状态。对234名学生完成42道形态句法练习所产生的36,234次交互进行分析发现,推理策略主要随情境变化,而非源于稳定特质(组内相关系数=0.14);学生也高度持续处于无效状态,其中由高协调需求而非单纯知识缺口导致的失败,有74.6%在未干预情况下再次失败。早期预警模型能准确预测验证集成功情况,仅使用策略模式时AUC=0.826,加入序列上下文后为0.902,并避免循环依赖当前错误次数。结果表明,显化潜在推理过程有助于更早、更精准地提供支架,依据学生的思考方式而非单纯成败作出响应。尽管研究以语言学习为例,该框架仍为诊断其他领域复杂结构化推理提供了可推广、可解释的架构。

关键要点

  1. 01现有自适应辅导多依赖对错结果,难以刻画学生的潜在多步推理过程。
  2. 02框架从交互动作序列提取五个可解释策略维度,估计协调需求并划分四种推理状态。
  3. 03推理策略主要随任务情境变化,而非稳定特质;组内相关系数为0.14。
  4. 04高协调需求引发的失败中,74.6%在未干预情况下再次失败,显示持续无效状态。
  5. 05早期预警模型AUC达0.826,引入序列上下文后提升至0.902。

解读

尚无解读。

原始英文摘要

arXiv:2610.35609v1 Announce Type: new Abstract: Modeling the latent, multi-step reasoning processes of learners is a core challenge for adaptive tutoring systems, which often rely on simple right/wrong answers rather than understanding how students think. Instantiated here for grammatical reasoning, this study introduces a diagnostic framework that makes students' step-by-step problem-solving visible by analyzing their action sequences in an interactive learning game. The framework computes five interpretable strategy dimensions (e.g., systematic error correction, random guessing), estimates coordination demand from task structure and behavioral patterns, and classifies reasoning into four distinct states. Analyzing 36,234 interactions from 234 students working on 42 morphosyntactic exercises, we found that reasoning strategies vary primarily by context rather than stable traits (intraclass correlation = 0.14), and students show high persistence in unproductive states; specifically, 74.6% of failures driven by high coordination demand (rather than simple knowledge gaps) are followed by another failure without intervention. Our early warning model predicts validation success with strong accuracy (AUC = 0.826 using strategy patterns alone; 0.902 with additional sequential context) while avoiding circular reliance on current error counts. These findings demonstrate that making latent reasoning processes visible enables earlier, more targeted scaffolding that responds to how students are thinking rather than simply whether they succeed. While demonstrated in language learning, the framework provides a generalizable, interpretable architecture for diagnosing complex, structured reasoning in any domain.

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