Measuring the impact of an instructional laboratory on the learning of introductory physics
我们分析了两门大型物理导论课程中参加相关实验课对期末考试成绩的影响。完成每门课程的学生中，大约有三分之一还参加了附带的教学实验室课程。实验室课程是相当传统的，虽然他们专注于支持相关课程中所涵盖的入门物理主题的子集的掌握。使用与实验课程概念相关的相关课程的期末考试问题，比较了参加实验课程和未参加实验课程的学生之间的表现。在每种情况下，参加实验室课程的学生人数与那些没有参加实验室课程的学生在背景和专业方面有所不同。这些差异是通过将他们在实验室相关问题上的表现与不涉及实验室内容的考试问题上的分数标准化来考虑的。当以这种方式进行标准化时，在两门课程中，参加实验室的学生在实验室相关问题上的平均得分在未参加实验室的学生的1%以内，不确定性为2%。这一结果提出了关于实验室在支持掌握物理内容方面的有效性的问题。
2015-08-20 physics.ed-ph
A scaffolded curriculum to foster experimental skills acquisition in an introductory physics lab course
本文介绍了一种 introductory physics lab course 的全面重新设计，通过设定明确学习目标、定制活动与评估、实施 course scaffolding 以及转变 instructors 角色来促进学生主动参与和科学实验技能发展，为教育工作者提供实用见解。
2024-09-24 physics.ed-ph
Exploring University Students' Engagement with Online Video Lectures in a Blended Introductory Mechanics Course
MOOC的出现激发了使用在线视频提供大学课程内容的兴趣。我们研究了学生参与78个在线视频，我们创建并纳入一个学期的混合介绍力学课程在佐治亚理工学院。我们发现，学生们更积极地参与支持实验室活动的视频，而不是呈现讲座内容的视频。特别是，访问实验室视频的学生的百分比在整个学期始终大于80%，而访问讲座视频的学生的百分比下降到不到40%的学期结束。此外，学生更有可能访问整个实验室的视频比讲座视频。我们的研究结果表明，学生可以访问视频的基础上感知的价值：学生似乎认为实验室的视频成功完成实验室必不可少的，而学生似乎认为讲座视频更类似于补充材料。我们发现学生对视频的参与度和课程表现之间几乎没有相关性。此外，对视频内容的检查表明，学生更多地关注完成作业明确需要的具体信息（例如，完成实验室工作所需的动作，或解决特定问题所需的公式/数学表达式），而较少关注被认为更具概念性的内容。研究结果提出了教师修改课程以更好地支持学生学习的方法。
2016-03-10 physics.ed-ph
Initial impacts of the transformation of a large introductory lab course focused on developing experimental skills and expert epistemology
最近，人们越来越重视改善各级实验室教学。在入门阶段，研究结果表明，根据所需学习成果的性质，成功的程度不同。针对这些发现，科罗拉多大学的物理实验室入门课程进行了改造，以提高学生的实验技能和实验物理认识论的发展。我们描述了转型过程的细节和最初的自我报告的学习收益，从第一次实施的转型课程。
2018-07-09 physics.ed-ph
Using Jupyter Notebooks to foster computational skills and professional practice in an introductory physics lab course
本研究在不改变课程结构的前提下，通过开发配有练习和示例的 Jupyter Notebook，将 Python 数据分析整合进一年级物理实验课，有效培养了学生的计算技能，并评估了其优势与挑战。
2024-05-26 physics.ed-ph
Transforming a large introductory lab course: impacts on views about experimental physics
实验室课程是大多数本科物理课程的关键组成部分。实验室课程通常旨在实现以下学习成果：培养学生的实验技能，让学生参与真实的科学实践，强化概念，激发学生对物理的兴趣和参与。其中一些结果可以通过科罗拉多州实验物理科学学习态度调查（E-CLASS）来衡量，这是一项基于研究的评估，旨在衡量学生对实验物理的看法。我们在科罗拉多大学博尔德分校使用E-CLASS来衡量课程转型过程中的学习成果，在这个过程中，实验物理学的观点反映在学习目标中。我们收集了600多名学生的反应，每学期从大型介绍实验室课程，无论是之前和之后实施的课程转型。虽然我们没有观察到统计学上的显着差异，在整体教学后的E-CLASS成绩的转换之前和之后，在转换的过程中，学生的反应，三个E-CLASS项目，相关的目标的转换比原来的课程更有利。
2018-07-11 physics.ed-ph
Online Tutoring in Introductory Physics Courses: a Lockdown Experience
新型冠状病毒疫情导致的社交距离对全球教育产生了深远影响，因为学校和大学必须迅速在线组织课程。教师和学生之间以及学生之间的传统互动必须改变，取而代之的是在线联系。在这方面，实验室工作和辅导在同伴教学模式中具有重要作用，需要重新设计。在这里，我们讨论了在都灵理工大学的物理导论课程采用的在线辅导模式，并通过分析学生在学期和夏季和秋季考试的表现来评估其有效性。
2020-11-26 physics.ed-ph
The Initial State of Students Taking an Introductory Physics MOOC
作为大规模开放在线课程（MOOC）更大研究项目的一部分，我们调查了学生背景以及学生参与带有实验室部分的物理MOOC的情况。学生们在课程开始时完成了人口统计调查和力和运动概念评估。虽然该课程仍在积极运行，我们已经跟踪了学生参与了11周课程的前五周。
2013-09-13 physics.ed-ph
Data-driven modeling in the introductory physics laboratory: Scaling analysis and data collapse in the specific heat of water experiment
Osaka Kyoiku University（大阪教育大学）；Ikeda Senior High School Attached to Osaka Kyoiku University（大阪教育大学附属池田高等学校）；Tennoji Senior High School Attached to Osaka Kyoiku University（大阪教育大学附属天王寺高等学校）
本研究重新设计水的比热实验，通过尺度分析与数据坍缩帮助学生从数据构建经验模型，并揭示乘法缩放的局限及模型有效域，整合数据驱动与理论推理。
2026-10-22 physics.ed-ph
Investigating the Design-Science Connection in a multi-week Engineering Design (ED)-based introductory physics laboratory task
该研究通过分析多周工程设计物理实验任务中的小组讨论与报告，揭示学生设计思维与科学思维的关联，提出以“设计-科学联系”替代“设计-科学鸿沟”的概念。
2024-12-12 physics.ed-ph
Peer Evaluation of Video Lab Reports in an Introductory Physics MOOC
当课程注册人数变得非常大（约10^4名学生）时，评估学生的表现变得具有挑战性。作为佐治亚理工学院2013年提供的物理学入门大规模开放在线课程（MOOC）的一部分，学生们提交了力学实验室的视频报告。这些报告的同行评价提供了评价学生实验室工作的主要方法。本文介绍了开发和使用的方法，以指导学生评价对方的视频实验报告。我们还讨论了学生的同伴评价行为是如何随着课程中提供的不同干预措施而改变的。
2014-10-15 physics.ed-ph
Teaching Computation in Introductory Physics using Complex Problems
计算是现代科学和工程工作的一个核心方面，然而，计算教学尚未完全渗透到大学STEM课程。在物理学中，我们已经开始以各种方式将计算融入我们的课程。在这里，我们讨论了一种方法，将计算集成到基于微积分的力学中，其中课程的讲座和实验室是解耦的。在密歇根州立大学，我们开发了一门“讲座”课程，名为“物理学项目与实践”，科学和工程专业的学生四人一组，使用分析和计算技术解决复杂问题。在本文中，我们提供了有关计算指令，活动和评估的详细信息，用于教这些入门级学生如何使用VPython建模运动。
2017-09-16 physics.ed-ph
The Development of an Inquiry-based Curriculum Specifically for the Introductory Algebra-based Physics Course
我们讨论了一个探究式的课程，已专门为介绍代数为基础的物理课程，考虑到学生的需求，背景，学习风格和职业目标，在该类开发。该课程旨在以实验室为基础的环境中教授，但部分材料可以在其他环境中使用。作为教师，我们发现自己借鉴了为微积分课程和其他人群开发的材料（例如，为职前教师开发的材料），其中部分是合适的，但不是我们想教的完整课程，专门为学生开发的介绍代数为基础的物理课程。因此，我们修改和改编了现有材料的一部分，并将其与我们自己的新单元和我们自己的格式相结合，创建了一门专门针对这些学生的课程。
2007-02-28 physics.ed-ph
The Local Sky as an Introductory Solar System Astronomy Laboratory Using Smart-Telescopes
Community College of Rhode Island（罗德岛社区学院）
本文介绍了一套使用Seestar S50智能望远镜的8个入门级太阳系天文学实验室序列，适用于多类课程，可通过实时观测或预制图像集开展，帮助学生掌握天文测量与推理等技能。
2026-08-07 astro-ph.IM physics.ed-ph
Breaking Barriers: Investigating Gender Dynamics in Introductory Physics Lab Classes
本文通过三所院校的问卷与定性反馈考察物理入门实验课中的性别差异，发现系统性参与障碍证据有限但局部存在，并揭示女性在男性主导小组中的互动困境。
2025-06-06 physics.ed-ph
A Novel Approach to Encourage Students Independent Thinking in the Physics Laboratory
物理实验课程的目标包括培养概念理解和几个重要的认知，心理运动，态度和情感能力的发展。在大多数印度学院和大学（可能在世界各地的许多其他地方），以食谱模式进行一系列实验的通常做法很少帮助学生实现物理实验室课程的目标，并培养成为成功的实验物理学家所需的能力和技能。本文介绍了作者几年来在物理实验室中设计和实施的一种鼓励学生独立思考的教学方法。这种教学方法鼓励学生积极参与，独立思考，并提供了一个机会，学习如何在传统的物理实验室课程科学思考，而没有重大的课程和内容的变化。本文采用问题解决与引导设计相结合的教学模式，即引导问题解决教学法。在这种方法中，一个实验是作为一个实验问题与深思熟虑的程序指令。在一个典型的实验室会议期间，首先由导师在前二十分钟分别向每组几个学生进行介绍性演示，作为问题的前奏，剩余的实验室时间可供学生独立解决实验问题。本文还通过描述一个常见的实验问题和演示电磁阻尼的实验安排的一些细节，这是作者正在使用的学生和教师在介绍大学水平的培训的方法。
2013-11-25 physics.ed-ph
Introductory physics students' recognition of strong peers: Gender and racial/ethnic bias differ by course level and context
本文通过分析三门远程物理入门课程中的同伴提名数据，探究性别与种族/民族偏见在同伴认可中的表现，发现课程层次与教学情境（讲授或实验）对偏见模式有重要影响，为理解远程教学环境中的同伴认知形成提供了关键证据。
2022-12-01 physics.ed-ph
Taking introductory physics in studio, lecture, or online format: what difference does it make in subsequent courses, and for whom?
该研究比较在线、传统讲座和工作室三种入门物理教学形式，发现课程形式不影响后续课程成绩，但工作室形式提升学生的准备感，且女生对物理的兴趣显著低于男生。
2023-05-24 physics.ed-ph
Comparing introductory and beyond-introductory students' reasoning about uncertainty
通过调查10所大学的学生，本研究对比了入门与进阶学生在物理实验中对不确定性的推理差异，发现进阶学生在部分问题上表现更接近专家，呼吁进一步研究其认知发展。
2023-10-24 physics.ed-ph
Lab Manual of Introductory Physics-I for Virtual Teaching
一组虚拟实验设计用于介绍物理I（分析和一般）类，其中包括运动学，牛顿定律，能量，动量和旋转动力学。虚拟实验是基于视频分析和仿真。只有开放教育资源（OER）用于实验。虚拟实验旨在模拟物理实验室实验。所有计算和数据分析（分析和图形）均使用Microsoft excel完成。在课堂上，学生们得到了精心制作的Excel表格，并使用Excel进行了逐步计算。特别强调学生的学习成果，如理解，应用，分析和评估。学生的学习成果进行了研究，每个实验和学期末书面考试（基于实验）的详细实验报告。实验室课程完全通过网络增强，并使用学习管理系统（LMS）进行管理。记录每堂实验课并添加到LMS中。利用视频会议技术建立虚拟实验室，并采用同步和异步两种远程教学方式对实验室进行了测试。
2020-12-26 physics.ed-ph
Conceptual and Epistemological discussions on Quantum Mechanics in a Virtual Laboratory
我们在这里主张在量子物理学的入门教学中采用一种更概念化或定性的方法，这种方法是建立在认识论和本体论讨论的基础上的，因此是一种有价值的工具，主要是在学校教师的初始和持续形成中。我们说明了我们的观点与分析的波动和微粒现象的单光子在一个虚拟的马赫-曾德尔干涉仪-一个实验装置类似于双缝设备，但更简单-使用的关键思想最知名的量子形式主义的解释，包括多世界的解释。
2005-07-08 physics.ed-ph
Quantitative comparisons to promote inquiry in the introductory physics lab
在最近的一份报告中，美国物理教师协会制定了一套更新的本科物理实验室课程的建议。1本文件侧重于六大主题：构建知识，建模，设计实验，开发技术和实践实验室技能，分析和可视化数据，以及交流物理。这些主题都结合在一起，作为一套科学测量，分析和实验的实用技能。除了教学生如何使用这些技能外，重要的是让学生知道何时使用它们，以便他们能够自主使用它们。这需要，特别是在分析技能的情况下，高水平的调查行为，以反映数据和测量，学生很少在实验室实验中做。在本文中，我们描述了一个简单的框架，用于构建与实验室工作相关的批判性思维和探究行为，其重点是数据集之间比较的迭代周期。我们描述的框架，并展示了它的使用在介绍物理实验室课程的例子。
2015-06-09 physics.ed-ph
A Set of Virtual Experiments of Fluids, Waves, Thermodynamics, Optics, and Modern Physics for Virtual Teaching of Introductory Physics
这是第三个系列的实验室手册的虚拟教学介绍物理课。这包括流体，波，热力学，光学，干涉，光电效应，原子光谱和辐射的概念。其中一些实验室可以在物理I和物理II中使用，这取决于物理I和II课程的教学大纲。本实验室手册和我们以前的物理I（arXiv.2012.09151）和物理II（arXiv.2012.13278）实验室手册中的虚拟实验是为2.45小时长的实验室课程（基于代数和微积分）设计的。然而，这三个系列中的所有虚拟实验室都可以很容易地简化，以根据需要与概念类型或短期物理实验室课程保持一致。所有的虚拟实验都是基于开放教育资源（OER）类型的模拟。虚拟实验旨在模拟物理实验室实验。学生的学习成果（理解、应用、分析和评估）通过每个实验的详细实验室报告和基于实验的学期末书面考试进行研究。特别强调研究学生的计算数据分析技能的发展。
2021-05-26 physics.ed-ph
Dynamics of Productive Confirmation Framing in an Introductory Lab
本文探讨了在入门物理实验中，学生的验证性期望如何通过“故障排除”模式支持生产性学科参与，促进认知能动性和学科实践。
2024-04-22 physics.ed-ph
Consideration of learning orientations as an application of achievement goals in evaluating life science majors in introductory physics
在考虑为自己的机构进行生命科学导论物理课程转型时，生命科学专业的成就目标是确保教学转型有效的必要考虑因素。然而，成就目标很少是物理教育研究课题，如元认知明确考虑。我们调查了一个样本人口的218名学生在第一学期介绍代数为基础的物理课程，从14个实验室部分在6个学期的课程部分，以确定成就目标对生命科学专业的物理态度的影响。学习方向，分别属于掌握目标和绩效目标，除了学习方向，不报告的绩效目标，记录从学生在特定的背景下学习的问题解决框架，在课堂练习。学生的学习取向，定义在学生的自我报告的情况下，在特定的背景下的问题解决相关的研究为基础的课程实施，进行比较，在一个完善的态度调查工具的物理问题解决项目的前后结果，以建立类别的有效性。此外，掌握相关的和性能相关的方向似乎延伸到整体前后态度的转变，但不力和运动的概念或整体课程成绩，在物理学入门课程的范围内。健康科学专业的整体课程表现似乎也存在差异，但在生物学专业的学习方向方面则不然;然而，健康科学专业的学生在研究中的所有测量结果都不如生物学专业的学生，无论学习方向如何。
2018-05-04 physics.ed-ph
Unveiling Gender Dynamics in Introductory Physics Labs
SUNY Farmingdale State College（纽约州立大学法明戴尔州立学院）
本研究揭示了初等物理实验室中性别差异在任务偏好和舒适度上的显著影响，指出需改进教学策略以促进公平参与。
2026-01-12 physics.ed-ph
Gravitational Wave Detection in the Introductory Lab
伟大的物理学突破很少包括在物理学或天文学入门课程中。广义相对论和二元黑洞聚并没有什么不同，只能在非常有限的意义上包括在入门课程中。然而，我们可以设计直接涉及GW150914探测的活动，这是2015年9月14日探测到的引力波信号的名称，从而让学生直接参与这一令人兴奋的发现。这些活动自然不包括建造探测器或探测引力波。相反，我们将其设计为包括对来自GW 150914的数据的分析，其中包括一些针对入门课程学生的有趣分析活动。同样的活动可以作为实验练习或计算项目分配给相同的学生群体。这里使用的分析工具很简单，并且可供目标学生群体使用。它不包括LIGO用来仔细分析探测到的信号的复杂分析工具。然而，这些简单的工具足以让学生获得重要的结果。
2018-12-06 gr-qc physics.ed-ph
MATLAB codes for teaching quantum physics: Part 1
在量子入门课程中，我们要向学生传达的思想中，有一个由狄拉克倡导的关键思想，即函数对应于列向量（ket），微分算子对应于作用于这些向量的矩阵（ket-bras）。MATLAB（matrix-laboratory）编程环境在向学生传达这些概念方面特别有用，因为它面向在解决量子物理学入门问题时有用的矩阵操作类型。在这篇文章中，我们分享了WPI开发的MATLAB代码，专注于1D问题，与Griffiths的介绍性文本一起使用。
2007-04-12 physics.comp-ph physics.ed-ph
Model-Based Reasoning in the Upper-Division Physics Laboratory: Framework and Initial Results
我们回顾和扩展现有的框架建模，开发一个新的框架，描述了基于模型的推理在上师物理实验室。构建和使用模型是核心科学实践，在K-12和高等教育中获得了极大的关注。虽然建模是一个广泛适用的过程，但在物理教育中，它已优先应用于广泛适用原理的迭代开发（例如，牛顿运动定律（Newton's laws of motion in introduction mechanics）新框架的一个重要特征是，测量工具（除了正在研究的物理系统）进行建模的过程。有声思维访谈被用来完善的框架，并证明其实用性，通过记录的例子，基于模型的推理在实验室。当应用于有声思维访谈时，该框架捕捉和区分学生的基于模型的推理，并有助于确定未来的研究领域。访谈显示了学生如何有效地将建模的相似方面应用于物理系统和测量工具：构建，预测，数据解释，模型限制的识别和修订。最后，我们记录了学生在构建实验系统模型时明确阐述假设的挑战，以及由于学生先前概念理解不足而在模型构建中面临的进一步挑战。建模的角度重新构建了测量工具和仪器的许多看似任意的技术细节，作为真实和引人入胜的科学意义的机会。
2015-02-23 physics.ed-ph
A simple, low-cost, data-logging pendulum built from a computer mouse
从高中到本科，涉及钟摆的课程和家庭作业问题通常是物理入门课和实验室课程的重要组成部分。虽然用于摆实验的实验室设备在市场上有售，但往往价格昂贵，靠固定预算的教师可能负担不起，特别是在发展中国家。我们提出了一种低成本，易于建立的旋转传感器摆使用现有的硬件在球型计算机鼠标。我们演示了如何使用该装置来测量一个简单的物理摆的频率和阻尼系数。这种易于构造的实验室设备使所有学生都可以亲身体验最重要的简单物理系统之一。
2009-01-27 physics.class-ph physics.ed-ph
How about that Bayes: Bayesian techniques and the simple pendulum
物理学越来越多地使用贝叶斯技术进行系统的数据分析和模型与数据的比较。本文介绍了如何实施这些方法来回答相关的教学实验室的问题。它演示了贝叶斯方法的统计建模和模型选择在一步一步的工作流程。单摆提供了一个演示与精度通常看到在入门实验室。这是用来提供现实的，定量的指导模型之间的小角度近似和更复杂的公式偏好。这扩展了单摆文献的重点超越比较个人的理想化评估不同的近似值，并提供了可操作的，数据驱动的指导教学实验室设计。
2022-07-20 physics.data-an physics.ed-ph
Computing the gravitational acceleration withing the World Pendulum Alliance: an application of the remote laboratory methodology implemented by UNAD
在本文中，我们使用指定的世界摆联盟内的单摆计算重力加速度：一个由8个国家的14个机构组成的网络，每个机构都提供了一个单摆，可以通过互联网远程访问。作为远程实验室经验的教学选项，我们展示了如何访问它们和测量钟摆的周期$N$振荡。我们讨论了重复和样本的作用，以尽量减少实验的不确定性，并通过使用的平均值的周期，我们计算的引力加速度本地。此外，我们提出了由于系统的转动惯量的修正。最后，考虑到每个钟摆的地理位置，我们报告重力的纬度，经度和高度的依赖性，通过讨论对地球形状的影响。我们希望这个工具将有助于介绍和大学物理课程，由于其远程访问功能和它的关系的基本概念。
2022-05-17 physics.ed-ph physics.geo-ph
The path and the multi-teaching issues in the coupled pendulum and mass-spring experiments
物理实验导论课程的主要任务是培养学生对物理现象的动手能力、概念能力和统计能力。摆实验需要非常简单的仪器，是我们第一年实验课程的理想起点，因为它们在物理内容和数据处理方面都很丰富。这些实验允许许多变化，例如，摆锤可以有不同的形状，线可以绑在钩在他们的边缘或通过他们的质心，他们可以挂在简单或双股线。在这些变化中，他们强调了从理想化方案到实际实验资产的理论与实践之间的差异，例如，当摆锤不能被认为是理想化的质点时，这种差异就变得明显了。此外，它们需要仔细观察细节，例如使用的线程类型及其刚度或bob初始倾斜度，这会导致不同的行为。他们的数学模型需要实验数据分析中广泛的基本主题：算术和加权平均值，标准差，中心极限定理的应用，数据分布，以及理论与实践之间的显着差异。在摆锤之后立即设置质量弹簧实验，突出了共振问题，在另一种情况下修正了理论与实践之间的差距，并为进一步实践数据分析技术提供了另一个机会。
2009-01-08 physics.ed-ph
Combining surveys and sensors to explore student behaviour
学生的积极性对成功的学习路径至关重要，小组活动是现代大学物理教育的重要组成部分。为了研究赫尔辛基大学物理学导论学生的群体动力学，我们连续七周收集了七个实验室课程部分的网络数据，每个实验室课程部分大约有20名学生。这些数据是通过SocioPatterns平台收集的，并补充了学生的主要科目、学习年份和性别。我们还收集了力学基线测试来衡量物理知识和科罗拉多州学习态度关于科学调查来衡量态度。我们开发的指标，通过使用教学助理的连接作为一个常数来研究实验室会议的小网络。在网络中，我们发现了稳定的人口统计学上的同质和异质群体。虽然有些学生一直与他们的网络联系松散，但我们无法确定风险因素。根据我们的研究结果，物理实验室课程是同样成功地建立强连接的群体，无论学生的人口统计数据的部分或形成的小团体。因此，社会模式与调查补充提供了一个机会，看看学生的社交网络的动态。
2020-03-10 cs.SI physics.ed-ph physics.soc-ph
It's Not the Tool, It's the Task: A Framework for Cognitively Activated AI Augmentation in Physics Instruction
Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU Munich), Faculty of Physics/Chair of Physics Education Research（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学物理学院/物理学教育研究讲席）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Heidelberg University of Education, Institute of Physics（海德堡师范大学物理研究所）
本文提出一种认知激活的AI增强框架，旨在通过结构化学习活动避免AI导致的教育问题，强调AI作为学习伙伴而非答案生成工具。
2026-08-17 physics.data-an physics.ed-ph
