Neutralina: promoting science and gender-equality in Latin-America
本文介绍科学传播形象Neutralina在拉丁美洲推动女性参与科学、对抗假新闻的实践，并展示其受众增长数据与吸引年轻群体的策略。
2024-10-07 physics.ed-ph physics.soc-ph
Integrating Agent-based Programming with Elementary Science: The Role of Sociomathematical Norms
小学教师如何将编程和计算思维与科学课程结合起来？为了回答这个问题，我们提出了一项长期的、基于设计的微观遗传学研究的结果，其中1）使用ViMAP的基于代理的编程与现有的小学科学课程相结合，2）课堂教师讲授课程。我们提出了一个调查的儿童的计算思维和科学建模的共同发展，并表明，集成的编程与科学建模可以支持社会数学规范的发展，设计“数学上好”的计算模型。
2016-09-03 physics.ed-ph
Optics experiments as a tool for developing critical thinking in physics education
Department of Physics, Faculty of Natural Sciences, Matej Bel University in Banska Bystrica（班斯卡比斯特里察马特伊贝尔大学自然科学学院物理系）；Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院物理研究所）
本文通过设计一系列光学实验，旨在培养学生的批判性思维能力，提升物理概念理解，并在不同教育阶段应用。
2025-12-09 physics.ed-ph
Interview validation of the Physics Lab Inventory of Critical thinking (PLIC)
虽然入门物理实验室的一个重要目标是训练学生的科学推理和批判性思维，但目前还没有标准的物理测试来评估这些技能。我们正在开发和验证物理实验室批判性思维量表（PLIC），这是一项旨在探索学生在物理实验室课程中批判性思维能力的评估。该仪器要求学生评论一组实验方法和数据，并使用它们来评估特定的物理模型（弹簧上的质量周期）。目前，我们正在通过对学生的采访来验证封闭式问卷调查，并在这里展示了12次此类采访的结果。我们描述了从这些访谈中出现的一种趋势，学生的推理分为三种主要的行为模式：选择所有选项，提示关键词和批判性分析。我们已经找到了让学生转向最后一种更可取的行为的方法。我们讨论了这些发现可能与其他概念量表的设计相关的方式。
2018-02-07 physics.ed-ph
Sensemaking and Scientific Modeling: Intertwined processes analyzed in the context of physics problem solving
物理教育的研究人员主张在科学课堂上引入建模，并促进学生参与意义建构。这两个过程通过连接到一个人现有的想法来促进新知识的产生。尽管是两个不同的过程，建模通常被描述为物理世界的意义制造。在目前的工作中，我们提供了一个明确的，基于框架的分析建模和意义构建之间的交织分析的两个学生解决物理问题的有声思维访谈。当一个学生完成任务时，另一个学生放弃了他们的方法。案例研究表明，建模和意义建构过程的特定方面共同发生。例如，从问题陈述的“给定”信息的启动构成了学生与他们的心理模型的参与，他们试图解决不一致的理解涉及使用外部表征。我们发现，学生在建模过程中遇到的障碍会抑制学生持续的意义建构。这些结果为未来的研究提出了通过促进建模实践来支持学生在物理中的意义建构的方法。
2023-01-27 physics.ed-ph
A Theoretical Framework for Physics Education Research: Modeling Student Thinking
教育是一个目标导向的领域。但是，如果我们想科学地对待教育，以便我们能够积累、评估和提炼我们所学到的东西，那么我们必须建立一个理论框架，这个框架牢固地植根于客观观察，并通过这个框架可以比较学生思维的不同理论模型。行为科学中的许多已知知识都是可靠的，并且是基于观察的。在本文中，我从神经科学到社会语言学的各个领域中提出了一个过度抽象的理论框架，使我们既能理解我们在课堂上看到的东西，又能比较各种具体的理论方法。我的综合是围绕着对个人认知的分析以及它如何与环境相互作用而组织的。这导致了一个两级系统，一个知识结构级，其中关联模式占主导地位，和控制结构级，其中可以描述的期望和认识论。对于每一个层次，我都为学生的物理思维和学习勾画了一些合理的起始模型，并举例说明理论导向如何影响教学和研究。
2004-11-16 physics.ed-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
Mapping computational thinking mindsets between educational levels with cognitive network science
计算思维是一种根据数据对世界进行推理的方式。这种思维方式将数字运算引向通过逻辑、模型和模拟发现知识的雄心。在这里，我们展示了如何计算认知科学可以用来重建和分析计算思维的心态（拉丁文的形式）通过复杂的网络结构。作为一个案例研究，我们调查的认知网络与计算思维的关键概念提供：（一）159名高中学生参加了科学课程和（二）59名研究人员在复杂系统和模拟。研究人员重建的形式强调了科学建模的积极心态，语义框架数据和模拟作为发现自然的方式。学生们正确地识别了逻辑推理的不同方面，但将“计算”视为一项令人痛苦、引发焦虑的任务，用数学术语框定，缺乏与现实世界发现的联系。学生们围绕“数据”、“模型”和“模拟”的思维方式批判性地揭示了他们没有意识到数值建模是理解世界的一种方式。我们的研究结果提供了学生计算思维思维缺陷的证据，他们获得的数学技能不是通过编码来发现现实世界的。这种没有联系的知识最终被认为是令人痛苦的数字处理专业知识，没有相关的结果。这里报告的研究人员的良性心态表明，可以通过专门培训学生在发现自然的编码，建模和模拟方面恢复计算思维。我们的方法为量化计算思维和通过思维重建促进其发展开辟了创新途径。
2020-07-18 cs.CY cs.SI 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
Teaching Critical Thinking
基于数据做出决策的能力，具有其固有的不确定性和可变性，是现代世界中一项复杂而重要的技能。这种定量批判性思维的需要发生在许多不同的情况下，虽然这是教育的一个重要目标，但这个目标很少实现。我们认为，培养这种能力的关键因素是反复练习根据数据做出决策，并对这些决策进行反馈。我们展示了一个结构，提供合适的做法，可以应用于任何教学环境，涉及到数据的采集和相关的数据，科学模型。本研究报告的结果，应用该结构在介绍物理实验室课程。在实验条件下，学生被反复指示进行数据集之间的定量比较，以及数据和模型之间的定量比较，这是所有科学学科都通用的方法。这些指示在整个过程中慢慢消失了。在指示被删除后，实验条件下的学生自发提出或做出改变以改进实验方法的可能性是进行传统实验活动的对照组的12倍。他们也有四倍的可能性使用他们的数据来识别和解释物理模型的局限性。在实验条件下的学生也表现出更复杂的推理他们的数据。这些组之间的差异被认为持续到下一年的后续课程。
2015-08-20 physics.ed-ph
Uncovering Hidden Variables: A Physics Classroom Activity on Correlation and Causation
本文提出一项高中物理课堂活动，通过分析冰淇淋销量与溺水死亡的数据，引导学生区分相关性与因果关系并识别隐藏变量，以培养其批判性思维和科学素养。
2025-01-31 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
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
Best Practices for Administering Attitude and Beliefs Surveys
物理教师关心他们的学生学习物理内容。此外，他们通常希望他们的学生将学习一些更深层次的课程，关于批判性和科学性的思考。他们希望，作为采取物理课的结果，学生会来欣赏物理作为一个连贯的和逻辑的方法来理解世界，并认识到他们可以使用的原因和实验来弄清楚世界的东西。物理教育的研究人员已经做了几项调查，以评估像物理学家一样思考的一个重要方面：学生们认为学习物理是为了什么。在这篇文章中，我们介绍了态度和信念调查;并就如何选择，管理和在课堂上评分给出建议。本文是管理概念量表的最佳实践（物理教师，2017年）的伴侣，介绍并回答围绕概念量表的常见问题，这是基于研究的物理内容主题评估。
2019-02-07 physics.ed-ph
Becoming the Change: A Critical Evaluation of the Changing Face of Life Science, as Reflected in the NGSS
田纳西州是26个自愿为各州提供领导和指导以采用下一代科学标准（NGSS）的主要州合作伙伴之一。正如《田纳西州STEM教育愿景》（2009年）所述，“田纳西州认识到科学的重要性，并致力于通过参与NGSS的开发、最终采用和实施来实现这一理解。“本研究将田纳西州科学标准与高中生物学/生命科学NGSS相关联，并研究了对一套动态标准的需求，这些标准教授这些科学领域所需的技术技能和批判性思维。NGSS解决了过时的科学困境，并提出了由尖端科学研究和文献支持的标准。科学家和教育工作者之间的伙伴关系允许必要的信息交流，以实现在K-12教学的科学研究的变化。专业发展机会，包括与科学家的直接合作伙伴关系，培养持续的理解和技能，需要教科学。
2014-01-21 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
The use of a simple digital weather station (not only) in teaching physics
Department of Physics, Faculty of Natural Sciences, Matej Bel University in Banska Bystrica（班斯卡比斯特里察马特伊贝尔大学自然科学学院物理系）
本文介绍了一种简单数字天气站在物理教学中的应用，通过动手实践培养学生科学素养和批判性思维能力。
2025-12-08 physics.ed-ph
Teaching Quantum Interpretations: Revisiting the goals and practices of introductory quantum physics courses
大多数量子物理学入门教师都会同意，将学生从经典思维过渡到量子思维是一个重要的学习目标，但可能不同意是否或如何实现这一目标。虽然（也许是因为）物理学家长期以来一直在争论量子理论的物理解释，但许多教师选择避免强调解释性主题;或者他们在课堂上讨论科学家的观点，但不充分关注学生的解释。在这种综合和扩展以前的工作，我们证明：（1）教师在他们的方法来教学解释的主题不同;（2）不同的教学方法对学生的思维有不同的影响;（3）当学生的解释去无人看管，他们往往会发展自己的（有时科学上不可取的）观点。我们在这里介绍一个新的现代物理课程，明确出席学生的解释，并提供基于证据的论点，这样做可以帮助他们发展更一致的量子现象的解释，更复杂的不确定性的观点，并在量子物理学更大的兴趣。
2015-01-31 physics.ed-ph
How do physics students evaluate artificial intelligence responses on comprehension questions? A study on the perceived scientific accuracy and linguistic quality
本研究通过102名物理学生对ChatGPT回答的评估，发现其语言质量与样本解答相近，但科学准确性评分较低，且差异随学生自评知识水平增加而增大，提示需谨慎评估AI回答并开展批判性思维训练。
2023-05-12 physics.ed-ph
TupperSats: Thinking Inside the Box for Space Systems Engineering
作为都柏林大学空间科学与技术硕士课程的一部分，学生团队在一个学期的课程中，设计，建造，发射（在气象气球上），在标准化平台上操作和回收自己的有效载荷。每个“TupperSat”必须由家用塑料存储容器制成，重量必须小于1公斤，能够确定位置，高度，内部和外部温度和气压，并能够使用内部通信系统广播这些信息。学生还必须设计和建造科学有效载荷或新技术演示，以在TupperSat上飞行。值得注意的例子包括地球观测植被传感器，粒子样本返回，伽马射线探测器和气囊着陆系统。讲师扮演客户和发布权威的角色。为学生提供了许多标准组件，包括Raspberry Pi单板计算机，5000 mAH电池，高海拔兼容GPS单元，温度和压力传感器，以及专门为基于LoRa标准的课程开发的小型低功耗无线电收发器模块。团队获得100欧元（115美元）的预算，用于购买额外的材料和建造有效载荷。学生通过完全沉浸在典型的空间项目开发周期中来学习空间工业实践。TupperSat的设计和有效载荷概念由学生团队在初步设计审查中提出;计划在关键设计审查之前得到很好的发展，团队必须在获得发射许可之前通过飞行准备审查。良好的项目管理是至关重要的，以满足最后期限，并确保在学期结束时推出。随着学生参与的增加，该模块已被修改，以允许更雄心勃勃和更具挑战性的项目，进一步激励学生。
2020-10-07 astro-ph.IM physics.ed-ph
