This paper presents a detective scaffolding framework -- a three-phase instructional sequence (Hypothesis Activation -> Evidence Structuring -> Causal Integration) in which engineering students investigate a realistic industrial defect scenario using staged in-class polls as designed evidence probes. Unlike conventional uses of student response systems for engagement, the framework positions each poll as an Evidence-Centred Design instrument targeting a specific reasoning capability. In the primary implementation, 80 Year~3 polymer engineering students progressed from prior-knowledge-driven misconception (71% attributing defects to temperature) to complete root-cause convergence (100\% identifying humidity; Fisher's exact test, $p < .001$) across four sequenced prompts within a single 90-minute lecture slot. A dual-accuracy analysis revealed that at one intermediate stage, textbook-correct and analytically valid responses diverged, illustrating why conventional scoring can misrepresent reasoning quality. In a transferability study, 26 Year~12 students with no engineering background achieved identical root-cause identification rates across two adapted scenarios, with significant gains in data-analysis confidence and AI explanation ability. The results suggest that the pedagogical structure, rather than disciplinary content, drives the convergence effect, implying portability across disciplines and educational levels.


翻译:论文摘要:本文提出一种侦探式脚手架框架——包含三个阶段的教学序列(假设激活→证据结构化→因果整合),其中工科学生通过分阶段课堂投票作为设计好的证据探针,调查真实的工业缺陷场景。与传统将学生响应系统用于课堂互动不同,该框架将每次投票定位为针对特定推理能力的"以证据为中心"的设计工具。主要实施中,80名三年级高分子工程专业学生在单一90分钟教学时段内,通过四个连续提问,从先验知识驱动的错误概念(71%将缺陷归因于温度)过渡到完全根因收敛(100%识别湿度;Fisher精确检验,p<0.001)。双重准确性分析显示,在中间阶段,教科书正确与解析有效的回答出现分歧,揭示了传统评分可能歪曲推理质量的原因。在迁移性研究中,26名无工程背景的12年级学生通过两个改编场景实现相同的根因识别率,并在数据分析信心和AI解释能力方面取得显著提升。结果表明,促成收敛效应的是教学结构而非学科内容,暗示该框架具有跨学科和教育层级的可移植性。

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《工程》是中国工程院(CAE)于2015年推出的国际开放存取期刊。其目的是提供一个高水平的平台,传播和分享工程研发的前沿进展、当前主要研究成果和关键成果;报告工程科学的进展,讨论工程发展的热点、兴趣领域、挑战和前景,在工程中考虑人与环境的福祉和伦理道德,鼓励具有深远经济和社会意义的工程突破和创新,使之达到国际先进水平,成为新的生产力,从而改变世界,造福人类,创造新的未来。 期刊链接:https://www.sciencedirect.com/journal/engineering
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