工科学生认知动力学中的情感体验

学生行为与认知框架：以物理合作主动学习活动为例

Student Behavior and Epistemological Framing: Examples from Collaborative Active-Learning Activities in Physics

参与者对活动性质的理解问题已经在人类学和社会语言学中用框架和框架的概念得到了解决。例如，学生可以将学习活动框定为意义建构的机会或填写工作表的作业。学生对活动性质的理解影响到她注意到什么，她获得什么知识，以及她认为如何行动。先前的分析主要在与言语行为相关的语言标记中发现了框架的证据。在本文中，我们表明，在学生的行为容易观察到的特征框架有有用的证据。我们应用这种观察方法来探索动态行为，框架，和学生推理的概念实质的背景下，在大学物理入门课程的协作主动学习活动。

用物理中的数学分析问题解决：通过授权的认识论框架

Analyzing Problem Solving Using Math in Physics: Epistemological Framing via Warrants

发展物理学专业知识需要学习有效和高效地使用数学，应用于物理环境。这样做涉及协调各种概念和技能，包括数学处理，计算，将辅助信息与数学混合，以及从数学中读出物理含义，反之亦然。从中级水平的学生解决小组问题的录像观察，我们注意到，学生经常“卡住”使用有限的一组技能或推理，没有注意到，一套不同的工具（他们拥有并知道如何有效地使用）可以快速，轻松地解决他们的问题。我们把学生对某种知识的感知/判断称为认识论框架，这种知识在特定情况下是适当的。虽然认识论框架通常是不明确的（甚至是无意识的），但在小组解决问题的情况下，学生有时会对如何进步产生分歧。在这些分歧中，他们提出明确的理由或论据来支持他们的观点。针对数学在物理问题解决中的应用，我们提出了一个分类系统，物理学生的认股权证。这种分析为他们的认识论框架提供了切实的证据。

“因为数学”：认识论立场还是化解QM中的社会紧张？

'Because math': Epistemological stance or defusing social tension in QM?

在小组合作中，物理专业的学生既需要管理社会冲突，也需要处理概念和认识论的差异。在本文中，我们记录了几个出口，学生使用的工具来管理社会冲突时，解决量子力学教程在临床焦点小组。这些资源包括认知距离，幽默，发挥教程的措辞和前瞻性的后续问题。我们提出了初步分析的情节，学生的工作，通过一个粒子在一个盒子教程。每一集都突出了一种不同的驾驭社会紧张局势的方式：在一种情况下通过共享认识幽默，在另一种情况下重新解释问题。

超越学习者认知的基于缺陷的模型：解释工程专业学生在细粒度认识论和概念动力学方面的意义建构困难

Beyond deficit-based models of learners' cognition: Interpreting engineering students' difficulties with sense-making in terms of fine-grained epistemological and conceptual dynamics

研究人员反对基于缺陷的解释学生在数学意义构建方面的困难，而是指出认识论等因素：学生对知识和学习的信念会阻碍他们激活和整合他们拥有的生产性知识。在这个案例研究的工程专业解决问题（关于内容，从他的介绍性物理课程）在临床采访中，我们表明，“吉姆”有所有的数学和概念知识，他需要解决一个静水压力的问题，我们向他提出。但是他坚持了一个违反常识的错误答案。我们认为，他缺乏数学意义的决策-具体来说，翻译和协调之间的数学和日常/常识推理-部分源于他的认识论观点，即，他对知识和学习本质的看法。他认为数学方程比日常推理更值得信赖，他不认为数学方程表达的意义可以与常识联系起来。由于这些原因，他不认为常识和数学形式主义之间的协调是必要的或似乎可行的。然而，我们避免了一个潜在的“赤字陷阱”-取代认识论赤字的概念/技能赤字-通过将多个，上下文相关的认识论立场到吉姆的认知动态。我们认为，吉姆的认识论的立场包含生产的种子，教师可以建立在支持吉姆的数学意义的决策：他认为常识连接到形式主义（虽然并不总是可追踪的），在某些情况下，这种连接是突出和重视。

为生物学家重塑大学物理学：阐述认识论课程

Reinventing College Physics for Biologists: Explicating an epistemological curriculum

马里兰大学物理教育研究小组（Umd-PERG）进行了一项为期五年的研究项目，以重新思考，观察和改革介绍代数为基础的（大学）物理。这门课是马里兰物理系的大型服务课程之一，主要为生命科学专业服务。在与生物学家协商后，我们重新将课程的重点放在帮助学生学习科学思考上--建立连贯性，从机制的角度思考，并遵循假设的含义。我们设计的课程，以挖掘学生的生产性概念和认识论资源，从学习研究的理论框架的基础上。改革后的班级在时间和教学人员方面保留了传统的结构，但我们修改了现有的最佳实践课程材料，包括同伴教学，互动讲座演示和Tuesday。我们为学生的协作提供了班级控制的空间，这使我们能够直接观察和记录学生的学习。我们还扫描了所有的书面作业和考试，我们管理的前后概念和认识论的调查。改革后的类增强了强大的收益前后的概念测试产生的最佳实践材料，同时获得前所未有的前后收益的认识论调查，而不是传统的损失。

The impact of students' epistemological framing on a task requiring representational consistency

The ability to flexibly transform between different representations (e.g., from mathematical to graphical representations) of the same concept is a hallmark of expertise. Prior research suggests that many introductory physics students show lack of representational consistency, e.g., they may construct two representations of the same concept in the same situation that are inconsistent with one another. In this case study, we asked students to construct two representations for the electric field for a situation involving Gauss's law with spherical symmetry (charge conducting sphere surrounded by…

认识论对学习的影响：物理学导论的案例研究

The impact of epistemology on learning: A case study from introductory physics

我们讨论了一个案例研究的影响，认识论对学习的学生在介绍大学物理课程。对课堂作业录像、书面作业和访谈的分析表明，学生的许多困难本质上是认识论的。我们的主要目标是向教师和课程开发人员展示学生的认识论立场-她对知识和学习的想法-可以对她的物理学习产生直接的因果影响。即使研究型课程材料提供了隐性的认识论支持，这种影响仍然存在。因此，课程材料和教学技术可以通过明确关注学生的认识论而变得更加有效。

认知的复杂性与知识分子-专家的转换

Epistemic Complexity and the Journeyman-Expert Transition

物理学生在解决物理问题时可能会遇到困难，因为他们没有使用他们所拥有的知识，但他们认为这些知识并不相关或适当。在以前的工作中，作者已经证明，其中一些困难可能是认识论的。学生可能会限制他们使用的知识种类。例如，他们可能会使用正式的操作，而忽略物理意义的形成，反之亦然。初学者（新手）和中级（熟练工）学生都表现出这些困难。学习如何转换对问题的认识论视角，以及如何整合不同种类的知识，是学习有效解决物理问题的关键组成部分。在本文中，我们提出了两个案例研究，其中熟练的学生（高年级物理专业）展示了在接近一个复杂的问题的认识论资源之间的切换。我们推测，掌握这些知识技能是学习解决物理学复杂问题的重要组成部分。

热逆温实验对STEM学生阻尼谐振运动学习与应用的影响

Effects of a thermal inversion experiment on STEM students learning and application of damped harmonic motion

本研究提出一种模拟温度逆温下颗粒物动力学的家庭实验，将其建模为阻尼谐振运动。26名STEM一年级学生参与实验并回答定性问题，结果表明该开放式实验有效促进了学生对物理现象的理解及认知论发展。

量子力学中的框架困难

Framing Difficulties in Quantum Mechanics

学生在量子力学学习上的困难，可能是因为他们没有能力解决问题或对物理内容有错误的理解，而不是因为他们没有能力解决问题。使用认识论框架的理论透镜，我们应用先前开发的框架来寻求一个潜在的结构，以跨越量子力学中许多主题的已发表的困难的长列表。映射到错误的认识论框架和资源使用的困难的描述，我们分析了学生的问题解决的描述，找到他们的框架，并比较学生的框架所需的问题陈述的框架（和框架转移）。我们发现三种类型的错误：学生的框架和问题陈述框架之间的不匹配;框架之间的不适当或缺乏转换;和适当的框架内的资源激活不足。

量子物理学观点：认识论、本体论与教学论。调查学生和专家对量子力学物理解释的观点，以及对modern physics教学的影响

Perspectives in Quantum Physics: Epistemological, Ontological and Pedagogical. An investigation into student and expert perspectives on the physical interpretation of quantum mechanics, with implications for modern physics instruction

现代物理学教师的一个共同学习目标是让学生认识到经典物理学的实验不确定性和量子力学的基本不确定性之间的差异。我们的研究表明，这个众所周知的困难任务可能会受到入门学生的直观现实主义观点的阻碍，以及他们对光和物质的概念缺乏本体论的灵活性。我们已经开发了一个框架，用于理解和表征学生对量子力学物理解释的观点，并展示了教师在入门课程中处理解释性主题的无数方式对学生思维的差异影响。和专业物理学家一样，学生们对量子现象的解释也各不相同，而这些解释在很大程度上受到他们对所谓测量问题的核心问题的总体立场的影响：波函数是物理真实的，还是仅仅是一种数学工具？波函数的坍缩是一个特殊的规则，还是一个没有任何方程描述的物理跃迁？作为物质的一种形式，电子是否始终作为定域粒子存在？这些问题，这是个人和学术兴趣，我们的学生，在很大程度上只是在我们的入门课程肤浅地解决，往往是担心打开潘多拉的盒子学生的问题，没有一个简单的答案。我们展示了如何改造现代物理课程（最近在科罗拉多大学实施）可能会积极影响学生的不确定性和波粒二象性的观点，使经典和量子现实的问题，我们的课程的中心主题，但也使我们的学生的信念，而不仅仅是那些科学家，一个明确的讨论话题。

认知动力学的情感包容模型：认识论资源与情感的耦合

Toward affect-inclusive models of cognitive dynamics: Coupling epistemological resources and emotions

在学习科学和物理教育研究中，许多关于学生推理和概念变化的重要研究都没有注意到学习者的情感或情绪在其概念推理动力学中的作用。尽管心理学、认知科学和神经科学的证据表明，情绪与认知是紧密结合的，教育研究也证明了情绪与学习成绩之间的联系。少数旨在将情感整合到学习者认知模型中的研究，大多是在粗粒度的情况下进行的。在这篇手稿中，为了将情绪纳入即时认知动态的细粒度模型的长期目标，我们提出了一个案例研究朱迪，一个本科生电气工程和物理专业。我们认为，一个细粒度的方面朱迪的影响，她的烦恼在一个特定的家庭作业的问题，稳定的上下文依赖的认识论的立场，她显示，关于一个不可逾越的鸿沟，她认为存在于真实和理想的电路。

在生物学导论课程中理解学生如何运用物理概念

Understanding How Students Use Physical Ideas in Introductory Biology Courses

马里兰大学（UMD）生物教育和物理教育研究小组正在调查学生对物理学在生物学入门课程中的作用的看法。本文介绍的数据从介绍性课程，解决了生物体生物学的基本原理，并结合了几个主题直接相关的物理学，包括热力学，扩散和流体流动。我们研究了教师如何在这门生物学入门课程中使用数学和物理，并观察了两名学生对这种使用的反应。我们的初步意见是为了开始讨论的认识论问题所产生的科学学科的整合，并激励需要进一步的研究。

物理合作学习中学生行为与推理的动态变化

The Dynamics of Students' Behaviors and Reasoning during Collaborative Physics Tutorial Sessions

我们调查学生的行为（姿势，手势，语音寄存器，视觉焦点）的动态和他们的推理的实质内容在协作工作的探究式物理教程。Scherr将辅导期间的学生活动描述为由急剧转变分开的可观察的行为集群，并认为这些行为模式反映了学生对他们正在做的事情的认识论框架，即，他们对知识的认知。我们使用Russ的框架分析了学生在几个辅导课程中的言语推理，发现某些行为模式与学生解释的科学质量之间存在很强的相关性。我们认为，这是由于一个动态耦合的学生如何表现，他们如何框架的活动，以及他们如何在该活动的原因。这一分析支持了早期关于行为与认识论之间存在动态关系的主张。我们讨论了研究和教学的影响。

运用学科观点提炼“真实世界”的概念

Using disciplinary perspectives to refine conceptions of the "real world"

据报道，学生们经常离开入门物理教室，认为物理学与现实世界的联系不如他们进入时那么紧密。在本文中，我们的目标是复杂的叙述，考虑学生的经验，在介绍物理学的生命科学课程，利用学生的学科专业知识，在生物学和化学，因为他们学习物理。在三个学生的案例研究中，我们探讨了物理在他们的生活中的作用，以挑战PER的态度和认识论的措施，旨在评估学生如何连接物理课堂外的生活的典型解释。虽然我们发现我们的生命科学专业的学生很少在日常生活中考虑物理学，但他们与现实世界有着各种各样的联系。我们认为，为了反映学生丰富的学科经验，我们的理解如何学生连接物理课堂外的生活需要细致入微或扩大。

教学方法对学生实验物理知识观的影响

Impact of instructional approach on students' epistemologies about experimental physics

学生在本科物理实验室课程的学习已经在PER社区内获得了越来越多的关注。已经做了大量的工作，以开发课程材料和教学技术，旨在提高学生在实验室学习环境中的学习。这些转变工作的例子包括调查科学学习环境（ISLE），建模教学和综合实验室/讲座环境（例如，工作室物理学）。除了提高学生对物理内容的理解外，实验室课程通常有一个隐含或明确的目标，即提高学生对实验物理性质的理解和欣赏。我们检查了学生对以实验室为中心的认识论评估--科罗拉多州实验物理科学学习态度调查（E-CLASS）--的反应，以探讨使用改造课程或教学法的课程是否相对于使用传统指导实验室的课程表现出更像专家的学生认识论，以及这种趋势如何根据学生专业或性别而变化。本研究的数据来自多个课程和机构对E-CLASS的现有数据集。

认识论对概念知识的中介作用：对访谈数据的限制

Epistemology mediating conceptual knowledge: Constraints on data accessible from interviews

一个学生的认识论立场（无论是作为记忆信息的知识，来自权威的知识，还是作为发明的东西的知识）可能会限制学生以富有成效的方式进行推理，同时也会影响研究人员对学生如何推理特定现象的推断。我们讨论了这两种情况下，在一个单独的学生采访的情况下，在电线的电荷流。在访谈的第一部分，她对记忆知识的关注阻止了研究者了解她对电流的详细推理。在访谈的第二部分，她对建构知识的关注为研究人员提供了她对电荷流物理机制的推理。

本体柔性与量子力学学习

Ontological Flexibility and the Learning of Quantum Mechanics

物理教育研究的一个领域集中在本体论（概念、物质和过程的心理分类）的本质上，以及如何在学习经典物理时利用它们来洞察学生的思维。关于经典语境中的学生本体和专家本体是否应该被认为是稳定的认知结构或动态的认知过程，以及这些不同的观点对教学有什么影响，一直存在一些争论。我们扩展这种讨论的本体论及其在学习和认知的量子物理学的背景下，首先考虑各种类型的认识论和本体论的承诺，专家在他们的量子现象的描述。学生访谈的摘录和对调查问题的回答被用来证明学生的量子本体论的上下文性质，这可以在资源框架内得到最好的理解。教学的影响进行了讨论，包括一个现代物理课程的简要说明，旨在明确参加学生本体论。

类比模型用于向高中生介绍现代物理：关于卢瑟福金箔实验的探究活动

Analogical models to introduce high school students to modern physics: an inquiry-based activity on Rutherford's gold foil experiment

本研究通过类比模型帮助高中生理解原子结构，发现类比推理在物理教育中的价值与局限性。

入门实验中生产性确认框架的动态

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。

Incorporating microlearning videos, online exercises and assessments into introductory physics

We report on the evolution of the largest physics course at the Technical University Berlin during the COVID-19 pandemic, which boosted the development of online learning content, electronic assessments, and, not at least, the reconceptualization of our teaching methods. By shifting to distance education, we created features that can be easily implemented and combined with any physics-type course at a university level. Thereby, we incidentally made introductory physics sustainably accessible to students having difficulties visiting the university. Besides our experiences gained on blended lear…

将远程、云可访问的量子实验纳入本科课程的可行性与挑战

Affordances and Challenges of Incorporating a Remote, Cloud-accessible Quantum Experiment into Undergraduate Courses

本文研究将Infleqtion公司云量子实验平台Oqtant纳入本科教学的可行性与挑战，通过教师和学生的反馈，论证远程量子实验可扩展实验教育机会，尤其惠及资源有限院校。

将学科实践转化为反应性教学的进步特征

Incorporating Disciplinary Practices Into Characterizations of Progress in Responsive Teaching

回应式教学，即教师在密切关注学生思想实质的基础上调整教学，通常具有两个维度的特征：教师关注和回应学生思想的细节水平，以及教师对他们所听到的内容所采取的立场-评估正确性与解释意义。我们建议，在响应式教学的进展的表征还应考虑教师的注意和响应的做法，在学生的思维学科中心。为了说明这种进步是什么样子的，我们提出了一个案例研究的中学科学教师谁实施了“相同”的教训，自由落体的运动在随后的两年。我们认为，他的主要转变，反应源于一个转变，他优先注意到和前景的纪律处分的做法。他从关注因果因素或变量转向关注因果故事或解释，这在科学上更有成效。我们探讨如何参与专业发展社区，制度约束，并在个人认识论的转变可能有助于这种转变的性质和稳定性的反应。

点击即得的反馈：入门物理学生在自创提示词与工程化提示词生成的AI反馈中所看重的特征

Feedback That Clicks: Introductory Physics Students' Valued Features in AI Feedback Generated From Self-Crafted and Engineered Prompts

本研究调查入门物理学生使用AI反馈时的提示词复杂度和偏好，发现学生偏好结合提示词工程与有效反馈原则的结构化提示词生成的反馈，并识别出12个关键特征。

物理语言、数学语言：学科文化与动态认识论

Language of physics, language of math: Disciplinary culture and dynamic epistemology

数学是许多科学研究的重要组成部分。特别是物理学，从高中开始就将数学广泛地融入到教学中。尽管对物理和数学的学习进行了大量研究，但如何有效地将数学纳入物理中以达到大多数学生的问题仍然没有解决。在这篇论文中，我们认为一个基本的问题没有得到充分的探索：事实上，在科学中，我们不仅仅使用数学，我们用它来表达意义的方式与数学家不同。在这篇反思性的文章中，我们探索数学作为一种语言，并通过认知语言学的镜头考虑物理学中的数学语言。我们首先提供了一些例子，说明在物理学中使用数学与通常在数学课上使用数学的不同之处。然后，我们将探讨认知语义学中的基本概念，以展示人类如何用语言表达意义。关键因素是具身认知和语境中的解释作用。然后，我们展示了如何在物理教育研究中常用的理论框架，资源，是一致的，并通过连接体现现象学原语和语境解释的动态意义，使概念资源，认识论资源和影响的认知语义学的想法扩展。我们提出了这些想法与说明性的案例研究的学生工作的物理问题与数学，并展示了学生的推理与数学在物理学的动态性质。最后，我们对教学的影响进行了一些思考。

使用Astrobites将当前研究扩展到正规高等教育环境

Incorporating Current Research into Formal Higher Education Settings using Astrobites

许多本科和研究生阶段的物理科学课程的主要目标是让学生做好从事科学研究的准备，或者让学生为利用与研究科学家使用的技能类似的技能的职业做好准备。即使对于那些可能不打算从事具有这些特征的职业的学生来说，接触现代研究应用的背景也可以成为教学和学习的宝贵工具。然而，学生参与研究的一个持续障碍是熟悉学术研究人员用来相互交流研究方法和发现的技术语言，格式和背景：该领域的文献。Astrobites是一个由研究生撰写的在线网络资源，自2010年成立以来，已经发布了1,300多篇天体物理学文献的简短和可访问的摘要。本文提出了三种方法，介绍在正规高等教育设置的方法和结果，从现代研究的各个层次的学生。对于每种方法，我们提供了一个样本课程计划，整合了Astrobites的内容和原则，包括教师的分步说明，建议将课程调整到本科和研究生范围内的不同班级水平，样本学生讲义和评分规则。

教师和学生的课堂真实性研究

Authentic Research in the Classroom for Teachers and Students

随着研究级机器人望远镜（和专业档案）的出现，再加上学校互联网的广泛使用，在课堂上获得高质量的数据变得比以往任何时候都容易得多。机器人望远镜（和档案）已经彻底改变了在高中教室里可能完成的事情。特别是在美国新科学标准的背景下，学校需要转向更多基于项目的学习，并纳入更多真实的科学探究，因此对此类课程的需求预计只会增长。这一贡献突出了一些程序，在课堂上，通过教师和/或学生纳入真实的研究。我还指出了这些项目中一些反复出现的主题，并建议将漏斗作为一种思考将天文数据交到教师、学生和公众手中的项目“生态系统”的方式。

让学生为量子信息革命做好准备：量子信息科学与工程领域的跨学科教学、课程开发与学业指导

Preparing students for the quantum information revolution: Interdisciplinary teaching, curriculum development, and advising in quantum information science and engineering

本研究通过访谈高校QISE教育工作者，梳理了跨学科QISE教育的教学策略与学业指导要点，为适配量子信息革命的人才培养提供参考。

学生对改进后的力概念调查表的响应：牛顿力学测验

Student responses to a modified Force Concept Inventory: The Newtonian Mechanics Quiz

本文开发了FCI的改进版NMQ，通过融入多形式后续问题及对应新颖分析，深入探查学生对牛顿定律的概念理解，解决FCI响应选项有限等问题。

Physicality, Modeling and Making in a Computational Physics Class

Computation is intertwined with essentially all aspects of physics research and is invaluable for physicists' careers. Despite its disciplinary importance, integration of computation into physics education remains a challenge and, moreover, has tended to be constructed narrowly as a route to solving physics problems. Here, we broaden Physics Education Research's conception of computation by constructing an epistemic \emph{metamodel} -- a model of modeling -- incorporating insights on computational modeling from the philosophy of science and prior work. The metamodel is formulated in terms of p…

毛伊岛社区学院的数字图像探索

Digital image exploration at Maui Community College

我们设计了一个为期两天的实验室探索数字图像的基本概念，在毛伊岛社区学院的介绍工程课程。我们的目标是让学生了解空间与亮度分辨率，标准文件格式，图像权衡和工程设计周期。我们使用开放式调查，问题生成和工程设计挑战来帮助我们的学生实现这些学习目标。我们还尝试将夏威夷语言和文化意识融入我们的活动中。我们提出了我们的方法，学生的反应，并对我们的设计成功的反思。2008年重新设计的这一活动的重点是更好地纳入真实的工程过程技能，并使用一个量规的学生的海报演示总结性评估。包含本课中使用的所有文档和演示文稿的单个文件可在线获得。

触觉增强物理模拟：科里奥利效应

Haptics-Augmented Physics Simulation: Coriolis Effect

抽象物理概念的教学可以通过在课堂上结合视觉和触觉感官形式，使用正确的观点来提高。我们已经开发了虚拟现实模拟，以帮助学生学习科里奥利效应，一个明显的偏转对象在运动时，从一个旋转的参考系内观察。24名物理系本科生参与了这项研究。学生们能够通过Novint Falcon设备上的反馈感受到力。评估结果显示，与传统教学方法相比，学习体验和更好的内容保留有所改善。我们证明，大规模部署的视觉-触觉可重构应用程序现在是可能的，在科学实验室设置是可行的。

通过可访问摘要提升天文学本科生的研究文献技能：基于Astrobites阅读作业的探索性案例研究

Improving Undergraduate Astronomy Students' Skills with Research Literature via Accessible Summaries: An Exploratory Case Study with Astrobites-based Reading Assignments

本研究通过Astrobites可访问摘要的阅读作业，发现能显著提升本科生处理术语和识别论文要点的能力，并增强其在天文学领域的信心。

从访谈到方程：工程学生参与度的多阶段系统动力学模型

From Interviews to Equations: A Multi-Phase System Dynamics Model of Engineering Student Engagement

本研究提出将访谈等定性数据转化为系统动力学模型定量参数的方法，通过Vensim模型模拟机械工程学生参与度，发现社区凝聚力能促进动机等软因素增长，为教育干预提供可操作性见解。