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
Using the Energy and Momentum Conceptual Survey to investigate progression in student understanding from introductory to advanced levels
本文利用EMCS调查追踪学生从入门到高级物理课程的概念理解进展，发现传统讲授式教学对困难概念改善有限，高年级学生仍存在常见替代概念。
2023-11-28 physics.ed-ph
Transforming the content, pedagogy and structure of an introductory physics course for life sciences majors
在本文中，我们描述了我们如何将我们的大招生介绍性物理序列的生命科学的学生讲座/工作室的格式，并与真实的生物应用物理概念对齐。我们已经改革了教学法，包括研究验证的互动参与的做法，并实现了我们的目标，提高学习收益，可持续性和我们的课程改革的适应性。与传统教学相比，讲座/工作室形式的核心积极参与导致可比或增强的学习收益（通过验证的概念调查衡量）。如果再加上适当的教员准备，这种形式是可持续的，不需要比传统的教授这种课程的模式更多的财政或人力资源。我们已经开发了一套完整的积极参与的教学材料，并提供给我们机构以外的物理教育社区采用。
2017-09-15 physics.ed-ph
Lessons in Particle Physics
基本粒子入门课程讲义。
2011-12-13 physics.ed-ph
Investigating introductory and advanced students' difficulties with change in internal energy, work and heat transfer using a validated instrument
该研究利用经过验证的STPFaSL-Long工具对1000多名入门和高级物理学生进行调查，发现两类学生在传统讲授式教学后仍普遍存在内能、功和热传递方面的概念困难，为改进热力学教学和课程设计提供了实证依据。
2024-08-01 physics.ed-ph
Effective Note-taking and its Impact on Learning Undergraduate Introductory Physics Courses
Fayetteville State University（费耶特维尔州立大学）
研究通过对比实验发现，有效笔记记录策略能提高学生物理课程成绩并降低不及格率。
2025-11-17 physics.ed-ph
Using graphical and pictorial representations to teach introductory astronomy students about the detection of extrasolar planets via gravitational microlensing
太阳系外行星的探测和研究是现代天体物理学中一个令人兴奋和蓬勃发展的领域，也是天文学入门课程中越来越受欢迎的话题。一种探测方法依赖于寻找其光线被太阳系外行星引力微透镜化的恒星。为了促进教师的能力，把这个有趣的混合广义相对论和太阳系外行星探测到介绍天文学课堂，我们已经开发了一个新的讲座，“探测太阳系外行星与引力微透镜。“在本文中，我们描述了这个新的讲座的天体物理现象的表示，我们选择和创建的基础上，从理论上考虑他们的教学启示，用于帮助入门天文学学生发展更多的专家般的推理能力。
2016-03-22 astro-ph.GA physics.ed-ph
Socratic Dialogs and Clicker use in an Upper-Division Mechanics Course
在非入门物理课程中有效使用互动参与的一般问题仍然是开放的。我们提出了一个为期三年的研究，比较不同的方法来讲课在中级力学课程在科罗拉多州矿业学院。在第一年，讲座是相当传统的。在第二年的讲座进行了修改，包括教师和学生之间的苏格拉底对话。在第三年，教师使用个人反应系统和类似同伴教学的教学法。所有其他的课程材料几乎与传统的讲座课程相同。我们目前的结果，从一个新的概念调查，考试和课程评估。我们观察到学生的考试成绩变化不大，因为演讲技巧的变化，虽然学生一致认为点击器是“课程中最好的部分”，他们“学到的最多”。“事实上，当在这门课程中使用点击器时，学生比使用相同方法的CSM入门课程的学生更有可能参与进来。
2015-05-19 physics.ed-ph
Creating a More Equitable Introductory Physics Classroom Through Invitational Phrasing in Question Solicitation
本研究采用 Students-as-Partners 模型探讨在物理导论课中引入邀请性措辞的问题征集话术对提问参与度的影响，发现新话术未改变提问总数，但显著提高了传统性别代表性不足学生的提问数量。
2023-11-18 physics.ed-ph
Implementing and assessing computational modeling in introductory mechanics
学习物理学入门课程的学生很少接触计算建模。在佐治亚理工学院的一个学期的大型讲座介绍基于微积分的力学课程中，学生们学会了使用VPython编程环境解决物理问题。在本学期，1357名学生在这门课程解决了一套十四个计算建模家庭作业的问题，使用在线商业课程管理系统。他们的熟练程度与计算建模进行了评估，在监考环境中使用一种新的中心力问题。大部分学生（60.4%）成功完成了评估。对学生提交的错误程序的分析表明，一小部分学生的错误解释了为什么大多数程序失败。我们讨论了计算建模作业和评估的设计和实施，从评估的结果和在STEM入门课程的计算建模教学的影响。
2012-07-03 physics.ed-ph
Do evidence-based active-engagement courses reduce the gender gap in introductory physics?
本研究比较了EBAE与LB教学法在入门物理课程中对男女学生表现及性别差距的影响，发现EBAE策略能提升整体成绩，但未能消除性别差距。
2025-04-03 physics.ed-ph
Community structure in introductory physics course networks
学生与学生的互动是许多主动学习环境的基础，但最常使用定性方法进行研究。网络分析工具提供了一个定量的补充，这张照片，使研究人员能够描述整个教室的社会互动系统。从介绍物理课程的过去的结果表明，在大型讲座部分和小型工作室教室环境之间的社会结构的形成急剧分化。扩展这些结果，本研究的重点是在一个大型公立大学的微积分为基础的入门物理课程，大量通勤和非传统的学生群体。社区检测网络的方法被用来表征前和后的课程合作结构在几个部分，并考虑小和大班之间的差异。这些结果进行了比较，从早期的研究结果的预期，并评论的影响，指导和进一步的研究。
2015-07-16 physics.ed-ph
An Investigation into the Correlations between Students' Written Responses to Lecture-Tutorial Questions and their Understandings of Key Astrophysics Concepts
本文报道了学生对天文学入门概念的理解与他们对有针对性的讲课问题的书面回答的正确性和一致性之间的相关性。我们评估了454名大学水平的普通教育天文学入门学生在2010年，2011年和2012年春季授课的课程的正确性和一致性。我们假设，学生谁一贯提供高水平的正确性和一致性的反应将优于学生谁没有对天文学内容知识的多项措施。我们将学生的正确性和一致性分数与他们在光和光谱学概念量表（LSCI）上的归一化增益以及他们在密切相关的考试项目上的分数进行了比较。我们的分析显示，学生的正确性和连贯性得分与他们的LSCI成绩或考试项目得分之间不存在显着的相关性。然而，我们研究中的参与者组在LSCI和密切相关的考试项目上确实取得了高分。我们假设，这些差异是由于学生之间发生的讨论，这表明，教师谁教积极参与教学策略应该集中在确保他们的学生充分参与尽可能丰富的话语实施。
2015-09-10 physics.ed-ph
Measuring the Impact of Introductory Physics Labs on Learning
我们最近的研究表明，两个实验室课程，其目标是专门加强在讲座课程中开发的材料，并没有在1%的水平上对考试成绩产生任何影响。在这项研究中，我们用这些实验室课程之一的修改版本复制了这种分析，其目标还包括建模，设计实验以及分析和可视化数据。这个修改后的课程使用与以前版本相同的仪器，但改变了实验前和实验室内的活动，专注于开发和测试数据模型。该研究评估了这些额外目标和活动的影响。我们发现它们并没有影响学生在期末考试中的表现。
2015-07-01 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
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
Development and Validation of a conceptual survey instrument to evaluate introductory physics students' understanding of thermodynamics
我们讨论了一个概念性的多项选择调查工具的开发和验证，称为调查的热力学过程和第一和第二定律（STPFaSL）适用于入门物理课程。调查工具使用这些概念作为资源的共同学生的困难，在多项选择题的不正确答案是由他们指导。在调查工具开发和验证之后，最终版本在六个不同的机构进行管理。它被管理到各种传统的教学微积分为基础的和代数为基础的类在纸笔格式之前和之后的传统讲座为基础的教学相关概念的物理学入门学生。我们还对物理专业高年级本科生和博士生进行了问卷调查。学生的基准标记和内容的有效性，并比较他们的表现与那些介绍学生的调查是为了。我们发现，虽然调查工具侧重于热力学概念涵盖的入门课程，它是具有挑战性的，即使是先进的学生。与基线数据的比较，在这里提出的有效的调查工具，可以帮助教师评估的有效性，旨在帮助学生发展一个坚实的掌握这些概念的创新教学法。
2021-02-15 physics.ed-ph
Secondary Analysis of Teaching Methods in Introductory Physics: a 50k-Student Study
物理教育研究者已经开发了许多基于证据的教学策略来促进物理学生的概念学习。这些策略历来都是使用诸如力量概念量表（FCI）和力量和运动概念评估（FMCE）等评估进行测试的。我们对1995年至2014年期间发表的FCI和FMCE数据进行了审查和分析。我们证实了先前的研究结果，即互动参与教学技术比传统的基于讲座的教学更有可能产生高的学生学习收益。我们还建立了互动参与教学工程在许多环境中，包括学生的高和低水平的先验知识，文科和研究型大学，以及小班和大班。
2016-10-07 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
Fostering Computational Thinking
学习物理学入门课程的学生很少接触计算建模。在佐治亚理工学院的一个学期的大型讲座介绍基于微积分的力学课程中，学生们学会了使用VPython编程环境解决物理问题。在本学期，1357名学生在这门课程解决了一套十四个计算建模家庭作业的问题，使用在线商业课程管理系统。他们的熟练程度与计算建模进行了评估，在监考环境中使用一种新的中心力问题。大部分学生（60.4%）成功完成了评估。对学生提交的错误程序的分析表明，一小部分学生的错误解释了为什么大多数程序失败。我们讨论了计算建模作业和评估的设计和实施，从评估的结果和在STEM入门课程的计算建模教学的影响。
2011-12-21 physics.ed-ph
Comparing large lecture mechanics curricula using the Force Concept Inventory: A five thousand student study
使用力概念量表（FCI）对佐治亚理工学院5000多名学生在微积分基础力学入门课程中的表现进行了评估。从两个不同的课程的结果进行了比较：传统的力学课程和物质与相互作用（M&I）课程。教学后的FCI平均值显着高于传统的课程比M&I课程;课程之间的差异持续会计因素，如教学前FCI分数，平均成绩和SAT分数。还比较了按概念组织的项目类别的FCI性能;在每个概念中，传统的平均值显着更高。我们研究了课程之间的学生准备的差异，发现家庭作业和讲座主题的相对比例致力于FCI力和运动的概念与观察到的性能差异相关。讨论了概念量表作为课程改革评价工具的局限性。
2012-07-03 physics.ed-ph
Lessons Learned from Teaching Astronomy with Virtual Reality
我们报告的初始阶段正在进行的，多阶段的调查如何将虚拟现实（VR）技术在教学中介绍天文学概念。我们的目标是比较VR与传统教学方法的效果，使用一个特定的主题，月相和日食。在将这个主题教授给ASTRO 101讲座后，学生被分成三组，体验三种额外活动之一：补充讲座，“动手”活动或VR体验。所有学生在学习活动前后都接受了测试。虽然是初步的，但我们的研究结果可以作为扩大VR在天文学课堂中的作用的有用指南。
2019-12-28 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
Using the Conceptual Survey of Electricity and Magnetism to investigate progression in student understanding from introductory to advanced levels
本文利用CSEM调查比较入门与高年级物理学生的表现，发现传统讲授式教学对电磁学概念理解提升有限，高年级学生仍存在常见替代概念，指出需整合概念与定量学习以构建稳健知识结构。
2023-11-28 physics.ed-ph
Inverted Classroom an der Hochschule Karlsruhe - ein nicht quantisierter Flip
什么时候一个球场算“反转”？当第一次面对一种新的教学方法时，刻意的讲座可能想在不放弃既定方法的优点的情况下对其进行测试。实验结束后，他们必须评估新系统对教师和学生的额外好处。考虑到讲师的工作量很大，第三方的帮助可能有助于在过渡期间对结果进行客观评估。在德国卡尔斯鲁厄技术与经济学院应用科学大学，由德国联邦教育与研究部（BMBF）资助的滑冰项目提供个人技术和教学建议。这包括实际帮助开发，实施和测试创新的讲座形式，如倒置课堂方法（也称为翻转课堂）。当该大学的教授们表示他们对这种方法感兴趣时，就启动了关于其实施和评估的各种教学项目。主要的重点是适应的方法，以个人的需要和教授，课程和学生的愿望。一个渐进的讲座转型的几个例子。
2012-09-20 physics.ed-ph
Efficacy of multimedia learning modules as preparation for lecture-based tutorials in electromagnetism
我们已经调查了疗效的在线，多媒体学习模块（MLMs）的准备在课堂上，讲座为基础的教程在电磁学的物理课程的自然科学专业（生物学和海洋科学）。具体来说，我们报告的结果，多组前/后测试的研究设计比较两组接受不同的治疗方面的活动之前，在物理学导论的Tuesday参与。不同的预辅导活动如下：（1）学生被分配从传统的教科书阅读，然后是传统的讲座;（2）学生完成在线多媒体学习模块开发的物理教育研究小组在伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校（UIUC），并在商业上称为smartPhysics。MLM治疗组获得了显着更高的中期考试成绩和更大的收益内容的知识，测量的概念调查的电力和磁力（CSEM）。学生对积极参与辅导形式的“改革”教学的态度也有所改善。具体而言，课程后的调查显示，传销组的学生认为上课时间更有效，教师比非传销学生报告的更清楚，即使有没有组之间的显着差异，就在课堂上的活动和同一教师教两组。传销活动可以是一个非常有效的工具，为一些学生群体，特别是当学生的准备和买入是重要的实现显着的收益。
2014-09-26 physics.ed-ph
A New Lecture-Tutorial for Teaching about Molecular Excitations and Synchrotron Radiation
光和光谱学是入门，大学水平，通识教育天文学课程中最重要和最经常教授的主题。这是因为天文学家研究的绝大多数观测数据都以光的形式到达地球。虽然有许多过程，物质可以发射和吸收光，天文101课程通常限制他们的指令，以玻尔模型的原子和电子能级过渡。在本文中，我们报告的发展，一个新的讲座，以帮助学生了解其他过程，负责发射和吸收的光，即分子旋转，分子振动，和加速带电粒子的磁场。
2015-09-05 astro-ph.GA physics.ed-ph
