Interactive Learning Tutorial on Quantum Key Distribution
我们描述的发展和课堂评价的量子交互式学习平台（QuILT）的量子密钥分发，这涉及到一个令人兴奋的应用背景下，量子力学。这里描述的QuILT中使用的协议使用具有非正交偏振状态的单光子在公共信道上生成随机共享密钥，用于加密和解密信息。QuILT致力于帮助高年级本科生使用简单的两态系统学习量子力学。它积极地让学生参与学习过程，并帮助他们在量子物理的形式主义和概念方面之间建立联系，而不影响技术内容。课堂评价表明，验证后的QuILT有助于提高学生对相关概念的理解。
2020-06-17 physics.ed-ph
Interactive video tutorials for enhancing problem solving, reasoning, and meta-cognitive skills of introductory physics students
我们讨论了互动视频教程为基础的问题，以帮助入门物理学生学习有效的问题解决技巧的发展。视频教程在交互式环境中使用具体的例子提出解决问题的策略。他们迫使学生遵循系统的方法来解决问题，并要求学生解决子问题（研究指导的多项选择题），以显示他们在解决问题的每个阶段的理解水平。这些教程旨在根据需要在解决问题的每个阶段提供脚手架支持，并帮助学生将解决问题的过程视为获取知识和技能的机会，而不是“插上插头和chug”的苦差事。侧重于帮助学生首先学习定性分析问题，然后根据相关的物理原理计划解决方案，这对发展他们的推理能力是有用的。问题解决的反思阶段可以帮助学生发展元认知技能，因为他们必须专注于他们通过解决问题所学到的东西，以及它如何帮助他们扩展和组织知识。初步评估表明，大多数学生谁是无法解决的教程问题没有帮助可以解决类似的问题后，通过视频教程工作。目前正在进一步评估辅导学习者与对照组的有用技能发展情况。
2016-02-24 physics.ed-ph
Effectiveness of interactive tutorials in promoting "which-path" information reasoning in advanced quantum mechanics
我们一直在调查高级学生学习量子力学概念的情况，并开发了互动教程，努力帮助学生学习这些概念。两个这样的教程，集中在马赫-曾德尔干涉仪（MZI）和双缝实验（DSE），帮助学生学习如何使用“哪条路径”的信息的概念，在不同的情况下，这两个实验中的干扰的存在或不存在的原因。在进行预测试，要求学生预测MZI中的单光子和放置在MZI的一个或两个路径中的各种方向的偏振器的干扰后，学生们在MZI教程中工作，其中，除其他外，引导他们根据哪条路径信息进行推理，以预测类似情况下的干扰。我们调查了学生能够在多大程度上使用推理相关的MZI教程中学到的路径信息来回答类似的问题DSE（在DSE教程工作之前）。在学生完成DSE预测试后，他们在DSE教程中学习了使用哪条路径信息的概念来回答DSE中的干涉问题，其中单个粒子的质量通过两个狭缝发送，单色灯放置在狭缝和屏幕之间。我们研究了这种额外的接触，以提高学习和性能的DSE问题与单光子和偏振器放置在一个或两个狭缝的概念，其中路径信息。我们发现的证据表明，这两个教程促进哪条路径的信息推理，并帮助学生使用这种推理适当的情况下，他们已经学会了不同的。
2020-06-25 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
Developing an Interactive Tutorial on a Quantum Eraser
我们正在为高级量子力学的学生开发一个量子擦除器的量子交互式学习教程（QuILT）。QuILT让学生接触到量子力学的当代主题，并采用引导式学习方法。它适应现有的可视化工具，以帮助学生建立对量子现象的物理直觉，并努力帮助他们发展在物理情况下应用量子原理的能力。学生在QuILT中学习的gedanken（思想）实验和模拟中的量子擦除器设备使用具有单光子的MachZehnder干涉仪。我们还讨论了初步课堂评估的结果。
2015-10-05 physics.ed-ph quant-ph
Developing an Interactive Tutorial on a Mach-Zehnder Interferometer with Single Photons
我们正在开发一个量子交互式学习平台（QuILT）的马赫-曾德干涉仪与单光子暴露在量子力学课程的高年级学生的当代应用。QuILT致力于帮助学生培养将基本量子原理应用于物理环境的能力，并探索经典和量子思想之间的差异。QuILT采用可视化工具来帮助学生建立对量子现象的物理直觉，并专注于帮助他们整合定性和定量的理解。我们还讨论了初步课堂评估的结果。
2015-10-05 physics.ed-ph quant-ph
Quantum interactive learning tutorial on the double-slit experiment to improve student understanding of quantum physics
学习量子力学是具有挑战性的，即使是高水平的本科生和研究生。建立在学生先前知识基础上的经研究验证的交互式教程可以成为加强学生学习的有用工具。我们一直在调查学生在各种情况下与双缝实验有关的量子力学的困难，这些困难似乎是违反直觉的，并与粒子和波的经典概念相矛盾。例如，如果我们让单个电子穿过狭缝，它们可能在实验的一部分中表现为“波”，而在同一实验的另一部分中表现为“粒子”。在这里，我们讨论了一个研究验证的量子交互式学习平台（QuILT）的开发和评估，它利用交互式模拟来提高学生对双缝实验的理解，并努力帮助学生掌握量子力学的基础问题。我们讨论了常见的学生的困难，确定在开发和评估的QuILT和分析的数据，从前测和后测管理的高层次的本科生和一年级的物理研究生之前和之后，他们工作的QuILT，以评估其有效性。这些数据表明，平均而言，QuILT有效地帮助学生对量子力学中的基础概念有了更深入的理解，这些概念在双缝实验的背景下违背了经典直觉。此外，高年级本科生在后测中的表现优于物理研究生。这种表现差异的一个可能原因可能是由于等级激励导致的学生对QuILT的参与程度。在本科课程中，后测试是根据正确性来评分的，而在研究生课程中，它只根据完整性来评分。
2020-06-25 physics.ed-ph
Comment on Development and assessment of research-based tutorials on heat engines and the second law of thermodynamics, by Matthew J. Cochran and Paula R. L. Heron, Am. J. Phys. 74, 734--741 (2006)
卡诺循环中既有能量守恒又有熵不变性的图。
2006-11-23 physics.ed-ph
Virtual Scanner Games: expanding access to Magnetic Resonance (MR) education through interactive web tutorials
本文开发了开源网络应用Virtual Scanner Games，通过四个交互模块帮助无成像背景的学生学习MRI基础知识，以促进资源匮乏地区的磁共振教育公平与可持续发展。
2023-04-12 physics.ed-ph
Development and Evaluation of a Tutorial to Improve Students' Understanding of a Lock-in amplifier
锁相放大器是物理研究中常用的一种多功能仪器。然而，许多学生在锁定放大器的基本工作原理方面遇到了困难，这可能会导致各种困难。为了提高学生的理解，我们一直在开发和评估一个基于研究的教程，它利用计算机模拟的锁定放大器。该教程是基于一个现场测试的方法，学生在预测涉及锁定放大器的模拟实验的结果后意识到他们的困难，并使用模拟锁定放大器检查他们的预测。然后，本教程提供指导，并努力帮助学生发展锁定放大器的基础知识的连贯理解。教程的开发涉及与物理教师和研究生的访谈，以及与教授和研究生的许多版本的教程的迭代。学生的困难与锁定放大器和开发和评估的研究为基础的教程，以帮助学生开发这个设备的功能的理解进行了讨论。
2016-01-06 physics.ed-ph
Improving student understanding via interactive learning tutorial on quantum key distribution using entanglement
Department of Physics and Astronomy, University of Pittsburgh（匹兹堡大学物理与天文学系）
本文介绍一种基于纠缠的量子密钥分发交互式学习教程（QuILT），通过双粒子系统教学，提升学生对量子密码学概念的理解，并可作为课后作业有效实施。
2026-09-10 physics.ed-ph quant-ph
Effectiveness of an online homework tutorial about changing basis in quantum mechanics
本研究开发并评估 ACE Physics 中面向 spin-1/2 系统的在线基变换教程，通过前后测和跨学期考试对比，证明其作为无教师引导的课外作业具有显著学习效果。
2022-07-28 physics.ed-ph
Developing Tutorials for Advanced Physics Students: Processes and Lessons Learned
当教育研究人员描述新开发的课程材料时，他们通常专注于其设计背后的研究基础以及最终产品的功效，但不强调创建实际材料的初始阶段。为了给从事类似项目的教师提供有用的信息，我们在这里描述了我们为高级本科电动力学学生开发的一套课堂教程，并讨论了影响其初始设计和改进的因素。要克服的障碍之一是在我们项目的短时间内调查学生的困难，并为学生设计在50分钟的课堂时间内从事有意义的高级主题活动的方法。我们主张一个过程，利用教师的经验和课堂观察，并提出了几个指导方针，教程的开发和实施在高年级物理教室。
2013-09-03 physics.ed-ph
Improving Students' Understanding of Lock-in Amplifiers
锁相放大器是物理研究中常用的一种多功能仪器。然而，许多学生在锁定放大器的基本工作原理方面遇到了困难，这可能会导致各种困难。为了提高学生的理解，我们一直在开发和评估一个基于研究的教程，它利用计算机模拟的锁定放大器。该教程是基于一个现场测试的方法，学生在预测涉及锁定放大器的模拟实验的结果后意识到他们的困难，并使用模拟锁定放大器检查他们的预测。然后，本教程指导并帮助学生对锁定放大器的基础知识有一个连贯的理解。教程的开发涉及与物理教师和研究生的访谈，以及与教授和研究生的许多版本的教程的迭代。探讨了学生的困难以及研究性辅导的开发与评价。
2016-01-05 physics.ed-ph
Mathematical Tutorials in Introductory Physics
学生在介绍微积分为基础的物理不仅有困难理解基本的物理概念，他们往往有困难，这些概念与他们在数学课程中学到的数学。这对他们在复杂问题解决中稳健地使用概念产生了障碍。作为基于活动的物理项目的一部分，我们正在对这些困难进行研究，并在华盛顿大学Lillian C.麦克德莫特和她的合作者。在本文中，我们提出了一个讨论学生的困难和发展的数学教程的主题上的脉冲移动字符串。
2002-07-23 physics.ed-ph
Lecture-Tutorials in Introductory Astronomy
天文学入门讲座旨在帮助天文学入门教师积极地让学生在广泛的天体物理学主题中发展他们的概念理解和推理能力。该讲座的发展已经通知了近二十年的研究共同学习困难的学生在学习天文学时的经验。多项研究的结果提供了证据表明，讲座辅导可以帮助学生实现学习收益远远超过通常通过讲座实现。实现这样的学习成果需要教师了解如何有效地将讲座，辅导到他或她的课程。本章详细介绍了有效整合和实施讲座-教学实践的最佳实践，这些实践是我们通过与数千名Astro 101学生和教师合作多年的反思实践开发的。我们还提出了一个案例研究，如何使用讲座辅导，以促进积极参与天文学101大型课程招收700多名学生的学习者。这个案例研究说明了如何深思熟虑的实施讲座辅导可以导致戏剧性的学习收益，即使在最艰巨的教学环境。
2018-06-01 physics.ed-ph
Improving Students' Understanding of Quantum Measurement
我们描述了高年级本科生和研究生在量子测量方面遇到的困难。为了减少这些困难，我们已经开发了基于研究的学习工具，如量子互动学习工具（QuILT）和同伴教学工具。初步评估显示，这些学习工具能有效地提高学生对量子测量相关概念的理解。
2016-02-18 physics.ed-ph
Improving Student Understanding of Coulomb's Law and Gauss's Law
我们讨论了五个基于研究的教程库仑定律，叠加，对称性和高斯定律的发展和评价，以帮助学生在微积分为基础的入门物理课程学习这些概念。我们讨论了学生的表现前/后测试之前和之后的教程在三个微积分为基础的物理入门课程。我们还讨论了使用教程的学生和没有使用它的学生在多项选择题测试中的表现，该测试采用了教程中涵盖的概念。
2016-02-20 physics.ed-ph
Improving Students' Understanding of Quantum Measurement Part 2: Development of Research-based Learning Tools
我们描述了研究性学习工具的开发和实施，如量子互动学习教程（Quilts）和同伴教学工具，以减少学生在量子力学测量相关问题上的常见困难。初步评估显示，这些学习工具能有效地提高学生对量子测量相关概念的理解。
2016-02-22 physics.ed-ph
Laboratory-Tutorial activities for teaching probability
我们报告的发展，学生的想法的概率和概率密度在缅因大学实验室为基础的通识教育物理课程，称为直观的量子物理。在课程中的学生通常是数学恐惧症与物理的性质和他们的能力做它的不利的期望。我们描述了一套用于教授概率和概率密度的概念的活动。一项活动需要基本的力学知识，但除此之外，材料不需要额外的准备。这些活动的扩展包括将概率密度与某些“试金石”例子的势能图联系起来。学生在学习目标概念方面有困难，例如比较在一个区域的时间与所有区域总时间的比率。相反，他们往往专注于边缘效应，模式匹配到以前研究的情况下，原因是必要的，但不完整的宏观要素的系统，使用赌徒的谬论，并使用预期的合奏结果，而不是期望值来预测未来的事件。我们绘制他们的思维发展图，以提供问题的例子，而不是课程成功的证据。
2006-02-21 physics.ed-ph
Investigating and improving student understanding of the basics of quantum computing
本研究开发并验证了面向量子计算基础的QuILT交互式探究教程，并在两门物理课程中评估其对学生概念理解的提升效果。
2024-08-09 physics.ed-ph
Lab-Tutorials for teaching quantum physics (Lab-Tutorials fuer den Quantenphysik Unterricht)
英文摘要：在“直观量子物理学”课程中，我们使用数学方程的图形解释和定性推理来开发和教授量子物理学的简化模型。我们的课程包括三个单元：波动物理，概念工具箱的开发和量子物理。它还包含三个关键主题：波粒二象性、薛定谔方程和量子粒子的隧穿。学生们在实验室学习大多数新材料，在实验室中，学生们以小组（3到3人）的形式在专门设计的实验室中学习。讲座加强了实验室教程的内容，并侧重于有关科学的本质问题。数据显示，学生能够学习课程中一些最困难的概念，并且学生学会相信课程中的物理学有一个概念上可访问的结构。德文摘要：在库尔的《直观量子物理学》中，通过一个量子物理学的统一模型，给出了数学解释和定性解释。我们最好从三个方面着手：健康物理学、建造一个工具（“工具”）和量子物理学，因此有三个方面：量子力学的双重性、薛定谔-格莱辛（Schroedinger-Gleichung）和隧道。我们将与实验室合作，在小团体（3至4人）的学生宿舍中进行工作。在《自然科学》的基础上，我们还可以看到《物理学图片》。首先，学生宿舍不仅是学生们的心理咨询，也是他们的心理咨询，因为量子物理学是非常重要的。
2006-04-14 physics.ed-ph
Improving student understanding of addition of angular momentum in quantum mechanics
我们描述了高年级本科生和研究生在量子力学中与角动量相加有关的概念方面的困难。我们还描述了一个基于研究的学习工具，量子交互式学习平台（QuILT）的开发和实施，以减少这些困难。初步评估显示，QuILT与角动量加法的基础知识有关，有助于提高学生对这些概念的理解。
2016-04-03 physics.ed-ph
Student understanding of the Boltzmann factor
我们介绍了学生对几个简单模型中玻尔兹曼因子的物理意义和实用性的理解的调查结果。我们确定各种理由，正确和不正确的，学生使用时，回答书面问题，需要应用玻尔兹曼因子。从书面数据以及教学访谈的结果表明，许多学生既不能认识到的情况下，玻尔兹曼因子是适用的，也没有阐明的物理意义的玻尔兹曼因子作为一个表达式的多样性，一个基本量的统计力学。在书面数据中看到的具体学生的困难，使我们开发了一个引导调查辅导活动，围绕推导玻尔兹曼因子，用于本科统计力学课程。我们报告我们的教程的开发过程中，包括教学访谈和课堂观察的数据，学生讨论的玻尔兹曼因子及其衍生过程中的教程开发过程。这些额外的信息通知修改，提高了学生的能力，在允许的课堂时间内完成教程，而不会牺牲的有效性，因为我们已经测量它。这些数据也表明，在学生讨论过程中，学生的玻尔兹曼因子的起源和意义的赞赏增加。我们的研究结果提供的证据表明，在小组中工作，以更好地了解规范概率分布的物理起源，帮助学生获得更好的理解时，玻尔兹曼因子是适用的，以及如何使用它适当地回答相关问题。
2015-08-17 physics.ed-ph
Teaching quantum mechanics to over 14,000 nonscientists
我们描述了一种新风格的MOOC，旨在让学生参与沉浸式多媒体环境，包括文本，图像，视频讲座，基于计算机的模拟，动画和教程。《人人适用的量子力学》目前正在EdX上运行，并通过多种不同的措施取得了成功。它说明了如何向非科学家教授复杂的量子现象，以及如何开发高质量的交互式计算机模拟，使学生参与其中，并可以广泛部署。
2017-12-07 physics.ed-ph
A Framework for Understanding the Impact of Integrating Conceptual and Quantitative Reasoning in a Quantum Optics Tutorial on Students' Conceptual Understanding
University of Cincinnati（辛辛那提大学）；Community College of Allegheny County（阿勒格尼县社区学院）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本研究探讨了在量子光学教程中整合概念和定量推理对学生产生影响，发现混合版本QuILT在研究生群体中表现更优。
2026-02-12 physics.ed-ph
Introduction of interactive learning into French university physics classrooms
我们报告一个项目，介绍互动学习策略（ILS）的物理课在皮埃尔和玛丽居里大学（UPMC），在法国领先的科学大学之一。在2012年春季，在两个大的入门类，第一年，第二学期的机械，和第二年的介绍E&M，分别招收约500名和250名学生的教师，介绍ILS到每个类的一些部分。具体的ILS使用的是思想配对分享问题和同伴教学在主要的讲座教室，和UW补习物理学导论在复习部分。教学前和教学后的评估（分别为FCI和CSEM），以及一系列的人口统计学问题。我们能够比较FCI和CSEM的结果之间的互动和非互动类同时教授相同的课程。我们还分析了期末考试结果，以及学生和教师的态度调查结果之间的类。在我们的分析中，我们认为多元线性回归建模优于其他常见的分析工具，包括归一化增益。我们的研究结果表明，ILS是有效的，在提高学生的学习所使用的所有措施：研究验证的概念量表和期末考试成绩，在概念和传统的问题解决问题。多元线性回归分析表明，在课堂上的互动是一个显着的预测学生的学习，显示出类似或更强的关系，学生的学习比这样归因的特点，如父母的教育，并取得的特点，如GPA和每周学习的时间。对学生和教师态度的分析表明，两组人都认为ILS改善了学生在物理课堂上的学习，提高了学生的参与度和动机。
2013-11-14 physics.ed-ph
Teaching practices of graduate teaching assistants
物理教育研究一直表明，学生在参加互动参与课程时有更高的学习成果。因此，许多学校正在积极改革其入门课程。对于交互部分（实验室，教程和/或研讨会）主要由研究生助教（TA）教授的课程，好的TA有助于改革的成功。许多研究已经调查了助教和学生之间的具体互动，但更多的可以通过全面检查助教学生互动。在一个学期的课程中，我使用实时教师观察工具（RIOT）观察了助教在各种教学角色中的表现。这些观察结果显示了助教在几乎没有干预的情况下可能会“默认”什么。我介绍了一个部门在改革的早期阶段的快照，并讨论了我的研究结果的影响，因为它们涉及到我们的助教的专业发展。
2016-02-24 physics.ed-ph
