Assessing Scientific Practices in Physics Paper-based Assessments
呼吁将大学物理导论课程纳入科学实践，需要评估这些转变的有效程度。这种评估应该能够衡量学生将概念上重要的概念与科学家从事的实践相结合的能力。为了设计能够衡量这些能力的评估任务，我们利用了以证据为中心的设计和三维学习评估方案，重点是“使用数学”的科学实践。“我们进行了一对一的视频记录有声思维访谈，以探索学生如何解释这些任务。在本文中，我们阐述了我们的设计过程和学生的反应分析使用ACER（激活-构建-执行-反射）框架。我们的评估任务考察了学生将概念与数学结合起来的能力，而书面解决方案则证明了他们在大部分时间将概念与数学结合起来的能力。这项工作扩展了我们对在入门级将科学实践纳入纸质评估的理解。
2021-06-24 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
A Case Study: Novel Group Interactions through Introductory Computational Physics
随着能够快速渲染三维模拟的高级编程语言的出现，将计算机作为课堂学习工具变得更加普遍。虽然工作已经开始研究的模式，在实施和评估计算在介绍物理学，需要更多的洞察力，以了解观察到的影响，混合计算与物理在一组设置。在一个新采用的格式介绍微积分为基础的力学，称为项目和实践在物理学中，学生组工作的短期建模项目-利用一种新颖的探究为基础的方法-发展他们的理解物理内容和实践。对参与计算的群体的观测数据的初步分析，加上同步的计算机屏幕播放，揭示了一种独特的群体互动，这种互动是由计算物理特有的实践--问题调试--提供的。
2015-11-17 physics.ed-ph
Attending to experimental physics practices and lifelong learning skills in an introductory laboratory course
我们设计了一个介绍性的实验室课程，让一年级的本科生参与两种互补的迭代类型：（1）通过建模系统，设计实验，分析数据，改进模型和设计的循环来迭代改进实验;（2）通过反思进步，征求反馈，改变学习习惯和思维习惯的循环来迭代改进自我。该课程包括三项主要活动：热膨胀活动，时间跨度为上半学期;期末研究项目，时间跨度为下半学期;指导学生反思，时间跨度为整个课程期间。我们描述了我们的课程设计和报告的学生工作，展示了学生在多种情况下的迭代改进的例子。
2017-01-26 physics.ed-ph
Active Learning reduces academic risk of students with non-formal reasoning skills. Evidence from an introductory physics massive course in a Chilean public university
我们提出的主动学习的试点计划，在智利公立大学的物理学导论实施的调查结果。该模型是基于研究，因为它认为适当的选择和活动的设计，与学生的推理能力的水平一致的文献综述。科学推理的水平与学生的成功呈正相关。通过与传统讲座后的对照组学生相比，我们观察到尚未掌握正式科学推理的学生的失败率显着降低。学生的这种配置文件是大多数，我们的结论是，实施主动学习是特别适合在发展中国家的背景下，高等教育的第一年。它符合学生的个人资料和典型的教室规模的特殊性，导致学习的改善和学术风险的减少，以及财务稳健。
2019-09-03 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
Exploring pedagogical content knowledge of physics teaching assistants using the Energy and Momentum Conceptual Survey
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；University of Cincinnati（辛辛那提大学）
本研究通过能量与动量概念调查问卷，考察70名物理研究生助教对入门学生概念困难的识别能力，发现其预测与实际学生思维存在显著差距，并常高估新手式错误，对教学设计具有重要启示。
2026-09-24 physics.ed-ph
Sustaining Educational Reforms in Introductory Physics
虽然它是众所周知的课程实践可以提高学生的概念理解的措施上的表现，这些做法的持续和教师在实施这些做法的作用是不太好理解。我们提出了一个研究的手过的Tuesday在入门物理从最初的采用者到其他教师在科罗拉多大学，包括传统的教师不参与物理教育研究。该研究探讨了在八个第一学期，七个第二学期的课程，为15个教师超过12个学期，包括大约4000名学生的概念学习的实施Tuesday的影响。这是可能的，以证明一贯高，统计上难以区分，学生的学习收益为不同的教师，但是，这样的结果是不规范的，似乎依赖于各种因素。学生的表现因教师的背景而异-参与或了解物理教育研究的教师，总是比了解较少的教师获得更高的学生学习收益。学生在这些课程中的表现也因所使用的课程而异-所有使用基于研究的导师和学习助理的学期都比依赖非研究材料和不雇用学习助理的学期有更高的学生学习收益。
2008-05-02 physics.ed-ph
Implementing Elements of The Physics Suite at a Large Metropolitan Research University
物理教育的一个关键问题是教学方法的有效性。在中佛罗里达大学（UCF）进行了为期两年的研究的课程是使用物理套件的特定元素。在UCF的介绍性物理课程的选择部分已经利用互动讲座演示作为类的讲座组成部分的一部分。本课程的实验室部分已经实施了实时物理课程，再次选择部分。其余部分继续采用传统的教学方法。使用学期前和学期后的概念量表测试，学生调查，学生访谈，并成功完成课程的标准，数据表明提高学生的学习。
2011-03-18 physics.ed-ph
Developing a Magnetism Conceptual Survey and Assessing Gender Differences in Student Understanding of Magnetism
我们讨论了一个以研究为基础的概念性多项选择调查的发展与磁性。我们还讨论了使用的调查，调查性别差异的学生的困难与概念的磁性。我们发现，虽然在预测试中不存在性别差异，但当调查作为传统微积分入门物理课程的后测试进行时，女学生的表现明显差于男学生（常规和荣誉版本的结果相似）课程）。在代数基础课程中，男女生的前测和后测成绩均无统计学差异。
2016-02-16 physics.ed-ph
Assessing Expertise in Quantum Mechanics using Categorization Task
我们讨论了两门量子力学荣誉课程的6位物理学教授和22位本科生对20个量子力学问题的分类。教授和学生被要求根据解决方案的相似性对问题进行分类。我们还与教授们进行了个别讨论，他们对问题进行了分类。教师的分类整体评分优于学生的三名教师谁评估所有的分类。但是，与被要求对入门力学问题进行分类时所创建的类别的一致性相比，教师创建的类别更加多样化。
2016-02-20 physics.ed-ph
Assessing Student Learning in Middle-Division Classical Mechanics/Math Methods
可靠和有效的评估介绍物理学一直在推动课程和教学改革，导致改善学生的学习。作为努力的一部分，以系统地提高我们的讲师级经典力学和数学方法课程（CM 1）在CU博尔德，我们正在开发一个工具，以评估学生学习CM 1的概念在上师。科罗拉多经典力学/数学方法仪器（CCMI）建立在教师共识的学习目标和学生困难的系统观察。结果是一个9个问题的开放式后测试，探讨学生学习的前半部分的两个学期的经典力学/数学方法序列。在本文中，我们描述了这个仪器的设计和开发，其验证，并在类中取得的测量在CU博尔德。
2013-06-12 physics.ed-ph
The challenge of engaging all students via self-paced interactive e-learning tutorials for introductory physics
随着基于研究的自主节奏电子学习工具越来越多，教育工作者遇到的一个关键问题是实施策略以确保所有学生按预期参与其中。在这里，我们讨论了基于研究的电子学习教程作为自主学习工具在大招生砖和迫击炮介绍物理课程的有效性。这些互动教程是通过物理教育的研究开发的，并被发现是有效的一对一的实施，为不同群体的入门物理学生。教师鼓励在自定进度的学习环境中使用这些自定进度的工具，告诉学生这些工具有助于解决指定的家庭作业问题，并且教程问题中的基本物理原理与课堂测验中的物理原理相似（我们称之为配对问题）。我们发现，许多学生，谁挣扎在这些自适应电子学习教程被分配作为自学工具的课程，表现不佳的配对问题。相比之下，大多数学生志愿者在一对一的实施大大受益于教程，并表现良好的配对问题。这表明，许多参加物理入门课程的学生没有有效地参与课外自定进度的教程，可能只是表面上使用它们。研究结果表明，许多需要通过自定进度的学习工具进行课外辅导的学生可能难以激励自己，并且可能缺乏自我调节和时间管理技能，无法有效地使用专门设计的工具来帮助他们按照自己的节奏学习。最后，我们提出了一个理论框架，以帮助学生与不同的事先准备有效地参与自学工具。
2016-06-02 physics.ed-ph
From Research to Resources: Assessing Student Understanding and Skills in Quantum Computing
本研究在R1机构采用多案例研究法，对比分析了有无基于研究的迷你教程对入门量子计算课程中学生理解与技能的影响，揭示了学生在量子计算概念上的普遍优势与困难，并探讨了迷你教程的有效性及改进方向。
2025-07-13 physics.ed-ph
Assessing the quality of a student-generated question repository
我们目前的研究结果，分类和评估质量的问题和学生撰写的解释，在过去两年中，在物理导论课程的总结性评估的一部分产生的问题库。映射问题质量的水平上的认知领域的布鲁姆的分类，我们发现，学生产生的问题质量高。超过四分之三的问题属于简单回忆之外的类别，与不同学科领域学生创作内容的类似研究形成对比。同样，学生对问题的解释质量也很高，大约60%的解释被归类为高质量或优秀质量。总体而言，75%的问题符合综合质量标准，我们假设这部分是由于我们在要求学生撰写问题之前为他们提供的课堂脚手架活动。
2013-08-16 physics.ed-ph
Assessing Learning Outcomes in Middle-Division Classical Mechanics: The Colorado Classical Mechanics/Math Methods Instrument
可靠和有效的评估介绍物理学一直在推动课程和教学改革，导致改善学生的学习。作为努力的一部分，以系统地提高我们的讲师级经典力学和数学方法课程（CM 1）在CU博尔德，我们已经开发了一个工具来评估学生学习CM 1的概念在上师。科罗拉多经典力学/数学方法仪器（CCMI）建立在教师共识的学习目标和学生困难的系统观察。结果是一个9个问题的开放式后测试，探讨学生学习的前半部分的两个学期的经典力学/数学方法序列。在本文中，我们描述了这个仪器的设计和开发，它的验证，并在类在CU博尔德和其他地方的测量。
2016-06-10 physics.ed-ph
Network analysis of students' drawn representations of an introductory lab
本研究用基于绘画的调查与网络分析考察 N=74 名学生对入门物理实验实践共同体的感知，揭示元素关联及性别、第一代大学生和种族群体间的大效应量差异。
2025-07-25 physics.ed-ph
Survey of physics reasoning on uncertainty concepts in experiments: an assessment of measurement uncertainty for introductory physics labs
本文基于证据中心设计开发了面向入门物理实验课的测量不确定性评估工具SPRUCE，用于前测-后测识别学生优势与困难，并展示了教师反馈示例及其解释方式。
2023-08-10 physics.ed-ph
What are we assessing? An analysis of the most common concept inventories in physics
评估学生的学习是教育实践的基石。标准化评估在大学物理教学、课程和教育空间的发展中发挥了重要作用。然而，使用这些评估来评估学生的学习只有在他们继续与我们的学习目标保持一致时才是富有成效的。最近，有人呼吁将科学过程（“科学实践”）提升到与物理学概念（“核心思想”和“交叉概念”）同等重要的水平。我们使用最近开发的3D-ESTA调查如何以及最常用的标准化评估在介绍物理（即概念量表）符合这种现代理解物理教育的学习目标。我们发现，概念量表上的许多问题确实引出了学生对核心思想理解的证据，但没有潜力引出科学实践或交叉概念的证据。此外，我们发现，使用这些工具评估的个人科学实践和跨领域概念仅限于少数几个。我们讨论的影响，这些研究结果在过去和未来的设计和测试课程和教学。
2017-11-08 physics.ed-ph
A Aplicação de uma Nova Metodologia de Ensino de Física: O Aprendizado Colaborativo
在本文中，我们描述了在巴西的微积分为基础的介绍力学类，一类是教本科物理专业和职前物理教师实施协作活动的过程和困难。
2012-10-02 physics.ed-ph
Assessing the impact of representational and contextual problem features on student use of right-hand rules
学生在入门物理学的斗争与向量代数和这些挑战往往与上下文和代表性的问题的特点。关于交叉产品方向的问题的表现特别差，一些研究表明，这可能主要是由于误用右手规则。然而，很少有研究有详细探讨学生使用右手规则的决议。本研究回顾了几个学科的文献，包括空间认知，以确定十个上下文和代表性的问题功能，最有可能影响性能的问题，需要右手规则。两个定量措施的性能（正确性和响应时间）和两个定性措施（所使用的方法和类型的错误）被用来探讨这些问题的特点对学生的表现的影响。定量结果与文献的预期一致，但揭示了某些特征（如所需的推理类型和使用右手法则的物理笨拙）比其他特征（如向量是否放在一起或分开）具有更大的影响。通过定性分析获得了更多的见解，包括确定文献中以前没有讨论过的困难来源，并揭示使用补充方法（如物理旋转纸张）可以减轻与某些功能相关的错误。
2015-12-02 physics.ed-ph
Factors Contributing to Attitudinal Gains in Introductory Astronomy Courses
大多数学生不会将天文学入门作为他们专业的一部分;对许多人来说，这是他们将学习的最后一门科学课程。因此，它有很大的潜力，以塑造学生的态度，以干领域为他们的余生。因此，我们认为，它是不太重要的，在评估天文学入门课程的有效性，探索传统的课程学习收益比探索的影响，各种课程组成部分对这种态度。我们描述了我们对期末调查的分析结果，这些调查是在2014-2015年共有749名学生返回的，这些学生来自10个机构，这些机构至少使用了我们于2009年在北卡罗来纳大学教堂山分校首次实施的天文学入门讲座和实验室课程的一部分。调查的目的是衡量每个学生的态度，并探讨相关的态度与他们的利用率，并与满意度，各种课程的组成部分，以及其他措施，他们的学术背景和他们的自我评估的表现在课程中。我们发现，学生的态度是显着的正相关，他们希望收到的成绩，以及他们的评级的课程的整体效果。在较小的程度上，我们发现学生的态度与他们的数学背景呈正相关，无论他们打算主修还是从事STEM职业，以及他们对教师有效性的评价。我们发现，学生的态度是负相关的工作量，他们认为这门课程涉及，令人惊讶的是，他们的家庭机构的规模和声誉。我们还发现，对于接触过他们的学生子集，学生的态度与他们对课程讲座部分的帮助性以及利用UNC-CH天网机器人望远镜网络的望远镜实验室的看法呈正相关。
2019-10-25 astro-ph.IM physics.ed-ph
Assessing Physics Students' Scientific Argumentation using Natural Language Processing
Purdue University（普渡大学）
针对大班授课中科学论证能力评估难的问题，本研究结合NLP与ML（主题建模）分析物理导论课四学期学生论证演变，发现结构化支架可推动学生从程序表面论证转向物理原理论证，验证了NLP/ML的评估潜力。
2025-11-13 physics.ed-ph
Students' Perceptions to a Large Language Model's Generated Feedback and Scores of Argumentation Essays
本研究针对基础物理课程中学生依赖低效解题策略的问题，探究AI生成反馈在提升学生科学论证能力中的潜力，为大规模物理课程提供个性化反馈解决方案。
2025-08-20 physics.ed-ph
Project-Based Learning in Introductory Quantum Computing Courses: A Case Study on Quantum Algorithms for Medical Imaging
本文通过 HHL 量子算法用于 CT 图像重建并与经典 ART 比较的课程项目案例，证明项目式学习能提升量子计算入门课程的概念理解与综合研究能力。
2025-08-29 eess.IV physics.ed-ph quant-ph
Development and Uses of Upper-division Conceptual Assessment
使用经过验证的概念评估以及更多的标准课程考试已经成为许多物理系入门课程的标准做法。这些评估为某些学习目标提供了更标准的衡量标准，允许对教师，学期和机构之间的学生学习进行比较。科罗拉多大学博尔德分校的研究人员已经开发了几个类似的评估，旨在针对高级经典力学、静电学、量子力学和电动力学等更高级的物理内容。在这里，我们综合了现有的研究，我们的上级部门的评估，并讨论了一些障碍和挑战与开发，验证和实施这些评估，以及我们用来克服这些障碍的一些策略。
2014-10-14 physics.ed-ph
Pondering zeros: analysis of a decade of blanks and missed quizzes
在评估学生作业时，评分员经常会发现一些学生会在评估中留下一个或多个问题。由于没有作业显示，评分员无法评估学生对特定问题的理解，因此奖励“零”分。这种做法惩罚了学生留下空白问题的行为，但这个零并不一定是对学生理解特定主题的准确评估。虽然有些人可能会认为这种做法是“公平的”，因为学生们知道他们不能为他们不尝试的问题获得积分，但我们分享的证据表明，这种做法对不同的学生群体产生了不平等的影响。我们分析了加州大学戴维斯分校10年的物理入门课程数据库，以表明不同群体的学生（按性别，种族/民族，第一代等）。以不同的速度跳过问题和整个考试。我们还分享了一些评分和教学实践的影响。
2018-07-25 physics.ed-ph
Quantum counting, and a relevant sign
Doral Academy Preparatory High School（多拉尔学院预备高中）；University of Miami（迈阿密大学）
本文探讨了量子计数算法，结合Grover搜索和量子相位估计，并指出在实现Grover算法时一个原本无关的符号变得重要。
2025-05-16 physics.ed-ph quant-ph
Applying a STEM Ways of Thinking Framework for Student-generated Engineering Design-based Physics Problems
研究应用 WoT4EDP 框架分析14组学生在物理实验室中自主生成工程设计问题的讨论与报告，揭示其思维特征及教学支持需求。
2025-03-13 physics.ed-ph
Measuring and modeling physics students' conceptual knowledge structures through term association times
传统的以问题为基础的考试不是评估物理学生概念知识的“结构”或向学生和教师提供诊断性详细反馈的有效工具。我们提出了自由术语条目任务，候选人的评估工具，探索概念之间的联系，在学生的理解一个主题。在这个任务中，学生被给予一个一般的主题区域，并要求在给定的时间内回答尽可能多的主题区域的术语;每个术语输入事件之间的“思考时间”与响应术语一起记录。这项任务是给两个不同的物理导论班的学生做的。反应术语的思考时间被发现与两个概念之间的关联强度相关。此外，从任务的思考时间集显示不同的，有特色的模式，这可能被证明是有价值的学生评估。我们提出了一个定量的动力学模型，称为矩阵行走模型，它是能够匹配的观测数据的许多方面。数据的一个特殊特征--一个明显的“尖峰”叠加在大多数思维时间集的对数正态分布上--并没有被拟合。尖峰，在数据中观察到的其他模式，以及提出的现象学模型都可以从认知理论的基础中受益。
2007-02-14 physics.ed-ph
Dangerous Questions in Astronomy Education
本文基于2024年AstroEdUNC会议，从背景、内容、技能、参与、课堂之外和教育研究六个主题系统审视天文学教育的目标与实施，并提出未来研究与教学实践的具体建议。
2025-07-02 astro-ph.IM physics.ed-ph
Undergrad classroom cooperation and academic performance: Beneficial for real-world-like problems but detrimental for algebra-based problems
几十年来，学者们一直在研究教育背景下的合作及其成果。然而，我们对不同的教学策略如何影响合作与学习之间的关系缺乏全面的了解。在这里，我们研究了不同的教学策略如何导致不同的社会配置和他们的个人学业成绩的差异，在实验中与82名一年级学生从物理导论课程。令人惊讶的是，我们发现，积极寻找多个同行的信息的学生不太可能在结构良好（基于代数）的问题上取得良好的表现，而对于结构不良（类似现实世界）的问题，这种效果取决于学习环境的特点。此外，我们观察到，在病态和结构良好的问题上的良好表现对不同的社会网络配置做出了反应。在一个高度聚集的网络（其中包含冗余信息），学生表现出良好的结构问题比结构不良的问题。相比之下，学生访问网络结构洞（使访问更多样化的信息）执行不良结构的问题比良好的结构问题。最后，结构不良的问题可以促进创造性思维，只要教师指导解决过程，并激励学生参与这些问题所带来的适当的认知需求。我们的研究结果表明，教学和教学策略在合作学习中起着重要的作用，因此，实施合作学习方法的教育工作者必须伴随着适当的教学策略。
2020-03-11 cs.SI physics.ed-ph physics.soc-ph
Teaching control with Basic Maths: Introduction to Process Control course as a novel educational approach for undergraduate engineering programs
本研究提出一种无需高级数学基础的本科控制理论入门教学新方法，配套教学工具与实验设备，经UFSC多年实践验证可提升学生学习动力与后续控制课程通过率。
2023-10-09 cs.SY eess.SY math.OC
