The colours of Newton's Opticks: an advanced project for excellent students
我们详细描述了一个先进的项目，为优秀的高中（或本科）学生设计，具有适当的物理推理能力（而不是一个良好的标准准备），围绕着牛顿的光和颜色理论的著名历史案例。该项目沿着不同的行动路线发展，目的是让参与的学生：1）像牛顿一样思考，逐步建立他所有的知识和推理; 2）像牛顿一样工作，通过执行他最初的棱镜实验的整个系列; 3）像牛顿一样推导光和颜色的本质; 4）像牛顿一样思考，通过建立他所有的知识和推理。4）向公众展示他们的活动结果（包括物理演示），以测试交流学习和发现的能力（包括在YouTube上发布的视频实现）。这样的教学目标是补充的目的，以实现一个历史上知情的活动，考虑到潜在的关键作用，物理学史在促进科学在更深层次上，特别是当没有特别的培训，数学或高等教育是必需的。参与的学生对该项目的高度欢迎，以及未受过教育的人对学生在公共活动中展示的活动的欢迎，证明了这项工作的成功。
2019-12-19 physics.ed-ph physics.hist-ph physics.pop-ph
Newton's 2nd Law and the Physics of Dance
在物理科学教学中，一个重大的挑战在于学生倾向于将科学世界和“真实”世界分开。例如，牛顿第一运动定律指出，运动中的物体保持直线运动，除非受到外力的作用。然而，我们的经验告诉我们，大多数物体只有在有人或某物推动它们时才会保持运动。理解物理学的一个关键是能够从现实中抽象出“定律”，其中也包括摩擦和其他效应。本文介绍了一门为非理科专业学生开设的舞蹈物理课程。本课程的中心主题是通过使每个学生的对象的运动物理的个性化。通过这种方法，我们不仅为学生提供了测量和理解的科学工具，而且还为学生提供了亲身体验力量和运动的机会。这种结合提供了一座将科学与现实联系起来的桥梁。
2007-06-19 physics.ed-ph
What do student responses to the car-truck problems tell us? An investigation into two Force Concept Inventory questions
School of Physical Sciences, The Open University（开放大学物理科学学院）；School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh（爱丁堡大学物理与天文学院）
本研究通过分析六所大学674名学生对修改后的力概念 inventory 的作答，探究学生对两道汽车-卡车问题的回答反映的概念理解，发现学生混淆相关力的概念，部分正确回答掩盖错误概念。
2026-09-02 physics.ed-ph
Modernizing Newton, to work at any speed
对牛顿最初世界观的三个基本思想进行修改，只在上下文中做一些微小的改变，可能会给物理学入门的学生带来两个好处。第一，学生在遇到相对论效应时，认知失调会减少。其次，他们花了大量时间学习的基于地图的牛顿工具可以扩展到高速、非惯性系，甚至（当然是局部的）弯曲时空。
2005-05-10 gr-qc physics.ed-ph
Uma proposta para o uso de RPG no Ensino de Física: A Vingança de Newton
本研究基于建构主义理论开发教学RPG《Newton's Revenge》，让学生扮演科学史人物通过情境化物理挑战学习现代物理，前测后测及学生反馈显示其可提升学习参与度与概念理解，为物理教学提供有效主动教学方法。
2024-11-26 physics.ed-ph
Implementing an intrinsically integrated game on Newtonian mechanics in the classroom: outcomes in terms of conceptual understanding and transfer
本文通过案例研究评估了围绕牛顿力学游戏Newtons Race设计的课堂，发现该课能显著提升概念理解与迁移，且学生多数表述科学正确。
2023-07-04 physics.ed-ph
Smartphone-based measurement of magnetic force and demonstration of Newton third law of motion
Anandapur H.S. School（安南达普尔高级中学）；Karui P.C. High School（卡鲁伊P.C.高中）；Prabhat Kumar College（普拉巴特库马尔学院）；Institute of Astronomy Space and Earth Science（天文、太空与地球科学研究所）
利用智能手机压力传感器和环形磁铁测量磁力，验证牛顿第三定律中作用与反作用力的大小相等、方向相反。
2026-05-02 physics.ed-ph
Addressing learning difficulties in Newtons 1st and 3rd Laws through problem based inquiry using Easy Java Simulation
我们开发了一个简单的Java仿真（EJS）模型，让学生可视化牛顿第一和第三定律，使用无摩擦常数运动方程和弹簧碰撞方程在影响。使用物理探究教学（PbI）策略，模拟和基于问题的探究工作表旨在加强这两个牛顿概念的学习。我们报告的结果，实验组（N=62名学生）和控制组（N=67）在11个多项选择题前和后测试，由三名教师在学校进行。结果表明，在95%的置信水平，显着改善牛顿第一定律的概念，而不是牛顿第三定律。焦点小组讨论显示，学生确认EJS模型在可视化第一定律方面的有用性，而对第三定律则没有那么多。我们推测计算机模型中的等速运动的设计思想加上PbI工作表确实允许理解和体验第一定律，而传统的纸笔表示法无法做到。我们已经改进了与第三定律相关的作用-反作用接触力可视化的功能，我们希望其他教师会发现模拟对他们的课程有用，并进一步定制它们以造福全人类，成为世界公民。
2013-09-25 physics.comp-ph physics.ed-ph
Analyzing New Planetary Systems at School: Applications of Newton's Law of Universal Gravitation and Kepler's Third Law
Universidad de Santiago de Chile（圣地亚哥智利大学）；Center for Interdisciplinary Research in Astrophysics and Space Sciences, CIRAS（天体物理学与空间科学跨学科研究中心）；Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons, YEMS（年轻系外行星及其卫星千年核心）；Universidad Técnica Federico Santa María（费德里科·圣玛丽亚技术大学）
该研究在智利利用真实系外行星数据开发教学序列，将牛顿万有引力定律和开普勒第三定律应用于课堂，以整合前沿天体物理，深化理解并激发研究问题。
2025-10-27 physics.ed-ph
Addendum to Concepts First Paper: A Student Deficit Model is Untenable in Understanding a Demographic Grade Gap
本附录表明，最好使用课程赤字模型而不是更常见的学生赤字模型来理解人口统计学上的年级差距。来自概念第一课堂的学生参加了与同时提供的其他三个班级相同的期末考试，因此可以比较每个班级不同人口统计组之间的成绩差距。它被发现，学生识别为一个种族/族裔群体的成员在物理学中代表性不足有更高的期末考试成绩比他们的同龄人从相同的概念第一类，而不是通常的情况下，考试成绩低于他们的同龄人，发现在其他三个类。在控制了对微积分和牛顿力学的理解之后，发现第一类概念中的人口统计差距与其他三类的差异超过四个标准误差。此外，值得注意的是，虽然学生的传入的理解是有用的，在解释组内的差异，他们不解释组间的差异，这表明学生赤字模型不解释（组间）的人口学等级差距。
2021-09-19 physics.ed-ph
Using mobile-device sensors to teach students error analysis
理科学生必须处理所有物理测量所固有的误差，并意识到需要将它们表示为最佳估计和不确定性范围。错误通常分为统计性错误和系统性错误。虽然统计错误通常在科学研究的头几年处理，但典型的方法是基于手动执行重复观察。我们的工作提出了一套实验室实验，教导错误和不确定性的基础上记录的数据与传感器在许多移动设备。讨论的主要方面是平均值和标准差的物理意义，以及直方图和分布的解释。波动的正态性进行了定性分析，比较直方图与正态曲线，定量比较间隔中的观测值数量与根据正态分布预期的数量，并进行卡方检验。我们发现，该分布通常遵循正态分布，然而，当传感器被放置在扬声器上播放纯音显着差异与正态分布观察。作为日常情况的应用，我们讨论了不同情况下的波动强度，例如将设备放在桌子上或以不同的方式用手握住它。其他活动的重点是根据加速度计记录的波动量化道路的平滑度。本建议有助于深入了解现代技术和统计错误，并最终激励和鼓励工程和科学学生。
2020-09-14 physics.ed-ph
Quantitatively ranking incorrect responses to multiple-choice questions using item response theory
研究性评价工具在物理教学和物理教育研究中无处不在。绝大多数涉及学生对RBAI问题的回答的分析都集中在学生是否选择了正确的答案，并使用正确性来衡量成长。这种方法往往低估了丰富的信息，可以通过检查学生的具体选择不正确的答案。在本研究中，我们的目标是通过定量确定各种不正确反应的相对正确性来揭示一些有价值的信息。为了实现这一点，我们提出了一个假设，使我们能够定义相对正确性：学生谁有一个牛顿物理学的理解很高的可能会回答更多的问题正确，也更有可能选择更好的不正确的反应，比学生谁有一个低的理解。使用项目反应理论的分析符合这一假设，博克的名义反应模型允许我们对每个不正确的反应进行唯一的排名。我们目前的结果，从7,000多名学生的反应，力和运动的概念评估。
2019-06-03 physics.ed-ph
Interpreting Recoil For Undergraduate Students
在本文中，我概述了一些问题，在学生的理解的解释反冲运动时，介绍给他们的背景下，牛顿第三定律。我建议从微观的角度来解释反冲的起源，这强调了导致反冲的确切机制。这种机制因系统而异。本文给出了几个可以在课堂环境中轻松实现的例子。这种对反冲起源的深刻理解有助于学生避免现象学方法可能产生的一些误解，并激发他们对其他物理现象的根本起源的思考。
2011-07-19 physics.class-ph physics.ed-ph
Polarising questions in the Force Concept Inventory
力概念量表（FCI）是一种成熟的物理教育评价工具，用于评价学生对基本力学原理的理解。虽然它可以用来分析教学的有效性，如果部署为前和后测试，我们利用FCI在这里作为前测试，提取洞察到一年级学生的牛顿力学的（错误）概念，因为他们进入大学。在这项初步研究中，我们测试了2021年在约翰内斯堡大学入学的353名学生，他们学习了六门物理学入门课程。我们专注于他们对六个“两极分化”问题的反应，正确和最正确的答案的存在可以清楚地证明持续的误解。
2021-11-11 physics.ed-ph
A class where qualitative discussions, coming weeks before computationally complicated practice, helps students' problem solving abilities
心理学家早就知道，一个领域的专家不仅比新手知道更多的个人事实/技能，而且还将这些事实/技能组织成一个心理层次结构，将个人事实（在层次结构的底部）与更大的更具包容性的想法（在层次结构的顶部）联系在一起。在2012年春季季度，加州大学戴维斯分校提供了4个部分（约180名学生）的第一季度的介绍物理，物理9A，涵盖牛顿力学。其中一个部分是“治疗”组，在前6周介绍了整个10周季度的想法，主要是定性的，然后是4周，学生学习使用这些想法来解决物理学家奖励的代数复杂问题。其他三个部门照常组织。治疗组和其他部分之一由作者授课，除了内容的组织外，其他部分都是相同的（相同的家庭作业，讨论，讲座和实验室）。在控制了GPA和力量概念量表的前测成绩后，发现治疗组在期末考试中的得分高于对照组，置信度超过99%。
2012-10-11 physics.ed-ph
Bead moving on a uniformly rotating rod studied from an inertial reference frame: Common misconceptions and possible ways to address them
从惯性系分析旋转系统的问题，而不调用虚拟力，是新生在力学入门课程中很难理解的。我在中级力学课上（有物理专业的学生，也有工程和其他科学专业的学生）练习的一个问题是，一个珠子在一个在水平面上均匀旋转的杆上自由滑动。解决这个问题的动机有两个方面：（i）通过确定力的分量并将其等同于相应的质量乘以加速度来训练学生建立牛顿运动方程;（ii）使学生熟悉我们在课程开始时介绍的极坐标中的加速度表达式。在引导他们通过预测珠子最终径向向外运动的解决方案（除了一个非常特殊的初始条件）之后，一个典型的问题是：数学都很好，先生，但是如果没有径向力，最初在杆上某个点静止的珠子是如何径向向外移动的？这篇文章是关于我多年来试图回答这个问题的方法，并帮助学生更好地理解这个问题的物理学。
2020-08-06 physics.ed-ph
Discovering Misconceptions and Misunderstandings From Administrations of Research-Designed Multiple Choice Instruments
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；West Virginia University（西弗吉尼亚大学）
利用多维项目反应模型分析约34,000份力概念量表数据，识别出22个稳健维度，按历史时期分类误解，并提出计算学生和班级误解分数的方法，揭示教学后误解的修复模式。
2026-06-08 physics.ed-ph
