Assessing student reasoning in upper-division electricity and magnetism at Oregon State University
标准化的评估测试，使研究人员能够比较学生在不同课程下的表现是非常可取的。有几个以研究为基础的概念测试，作为评估和确定学生在低年级课程中的困难的工具。然而，在高年级，评估学生的困难是一项更具挑战性的任务。虽然有几个研究小组目前正在研究这种测试，但其可靠性和有效性仍在调查中。我们分析了俄勒冈州立大学的科罗拉多州上师静电诊断的结果，并将其与科罗拉多大学的数据进行了比较。特别是，我们在俄勒冈州立大学的课程中显示出潜在的缺点，关于分离的变量和边界条件，以及发现的弱点的题目的自由反应版本的诊断。我们还表明，诊断可以用来获得有关学生学习的信息，在教学间隙。我们的工作补充和扩展了科罗拉多大学以前的研究结果，突出了学生学习中可能与课程有关的重要差异，照亮了某些问题的题目的困难，并验证了随着时间的推移测试后结果的衰减。
2015-03-25 physics.ed-ph
How often does unguided peer interaction lead to correct response consensus? An example from Conceptual Survey of Electricity and Magnetism
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本研究通过电磁学概念调查，发现无教师指导的同伴互动能显著提升研究生成绩，主要源于知识建构，并建议课堂内外多开展小组互动。
2025-10-15 physics.ed-ph
Lessons from a Large-Scale Assessment: Results from Free Response Pre- and Post-testing in Electricity and Magnetism
作为一所大型大学的大规模评估项目的一部分，我们在2010年春季至2011年秋季的四个学期中，对我们的入门课程的复习部分进行了每周一次的前测和每两周一次的后测。后测试作为分级测验进行管理，并开发来评估问题解决，实验室，计算和概念技能，一直在实验室，讲座和背诵课程的教学重点。它们并不全面，但给了我们整个学期学生能力的“快照”。它们与其他形式的评估（如概念清单）一起使用，以使我们更广泛地了解本科生课堂、复习课和实验室的状况。要求学生展示他们的作品并解释他们的推理的书面前测试和后测试产生了与概念清单不同的关于学生技能的信息。在几乎所有的问题上，以探究为基础的课程中的学生都比以微积分和代数为基础的课程中的所有其他学生表现得更好。这项研究表明，调查为基础的学生表现更好的自由回答的问题，需要学生展示他们的工作，并解释他们的推理，即使他们的概念库存分数并没有显着不同的学生在大型讲座部分教物理教育研究知情（PER知情）实验室，复习和讲座，在以前的文件中报告。这表明需要不同的和/或更全面的评估工具，以评估可以跨班级和大学进行比较的介绍性材料和教学技术的有效性。
2014-01-13 physics.ed-ph
Multiple-choice Assessment for Upper-division Electricity and Magnetism
科罗拉多州上师静电（CUE）诊断设计为一个开放式的评估，以捕捉学生的推理元素在上师静电。该诊断已在几所大学的多个学期进行，从而形成了一个广泛的CUE反应数据库。为了增加评估的实用性和可扩展性，我们使用这个数据库以及对学生困难的研究来创建多项选择版本。新版本探索了一种新的测试格式的可行性，学生可以选择多个答案，并可以根据其选择的准确性和一致性获得部分学分。选择这种形式的目的是保留开放式形式提供的见解，同时利用多项选择评估的后勤优势。在这里，我们提出的问题和评分的多项选择CUE的例子，以及初步分析测试的效度，项目难度，歧视，和开放式版本的整体一致性。
2013-08-21 physics.ed-ph
General students' misconceptions related to Electricity and Magnetism
电磁学远不如力学直观，力学中有许多误解的来源，除了从力学中借用的常见误解来源外，还有与电场和磁场的抽象新概念有关的其他来源。本文是第一次对与E&M相关的最重要的有据可查的误解进行全面概述。还提出了误解的新来源。洛仑兹定律的形式、磁场和电场之间诱人的类比、麦克斯韦方程组和推导出的定律（安培定律、毕奥-萨伐尔定律、法拉第定律和电力的库仑定律）之间的联系以及与数学有关的误解都是建议的误解领域。文章最后给出了用p-素数对一些学生E&M相关错误概念的可能解释。
2005-03-16 physics.class-ph physics.ed-ph
Impact of Guided Inquiry with Simulations on Knowledge of Electricity and Wave Phenomena
本研究以两项研究探讨探究式教学对提高国小学童的电学与波性知识的影响。大学预科和本科生组进行了一系列的任务，旨在确定探索性/调查性方法的有效性，以促进内容保留和概念的变化，以及与传统的实验活动进行比较的波属性的研究。结果表明，一个基于引导探究的方法，使用模拟显着提高内容性能的电力和波动，虽然不是在光学;特别是，它可以帮助学生形象化的电荷交换和电中性，电场的形状，波的类型和它们的特性，以及传输介质对波的速度的影响。此外，它的探索性质是优于验证性实验室的经验，无论是在内容保留和促进知觉功能的结合，帮助学习者处理记录的挑战性的波的属性。
2020-12-10 physics.ed-ph
The Impacts of Learning Assistants on Student Learning of Physics
本研究调查了学习助理（LA）的支持是否以及如何与全国物理课程的学生成绩相关联。配对的学生概念量表分数收集了超过三个学期的3,753名学生，代表69门课程，和40名教师，从17个洛杉矶联盟成员机构。每个参与的学生在每个学期的开始（前）和结束（后）完成了一个在线概念量表。物理学概念量表包括力概念量表（FCI）、电磁学概念调查（CSEM）、力与运动概念评估（FMCE）和简明电磁学评估（BEMA）。在不同的工具中，科恩的d效应量平均高出1.4倍，与没有LA支持的课程相比，LA支持的课程。初步研究结果表明，物理学生的成果可能是最有效的，当LA支持在实验室环境中使用（比没有LA支持高1.9倍）相比，讲座（高1.4倍），背诵（高1.5倍），或未知用途（高1.3倍）。更多的研究将为各学科的LA实施最佳做法提供信息。
2016-07-25 physics.ed-ph
Student understanding of electric and magnetic fields in materials
我们讨论的资源集群时出现的高年级学生写的线性材料的电磁场。本文所分析的数据来源于一门高年级电磁学课程的学生笔试。我们研究这些集群如何随着时间和背景的变化。有证据表明，学生在思考电场及其对材料的影响时，可以从激活与原子内部结构相关的资源中受益。我们认为，促进激活某些资源的教师在课堂上可以影响这些资源在学生的可塑性，使他们更坚实，更容易激活。我们发现，向学生提出的问题的措辞会影响哪些资源被激活，学生经常填写的资源，以连接已知的现象所描述的问题时，缺乏详细的心理模型的现象。
2017-03-17 physics.ed-ph
Exploring student difficulties with observation location
在整个介绍物理学，学生创建和解释自由体图，其中多个力作用于一个对象，通常在一个位置（对象的质心）。当涉及多个对象时，并且当存在电场和磁场时，情况增加了困难。在后者中，场的来源通常被确定为一组电荷或载流导线，并要求学生确定在一个单独的位置定义为观察位置的电场或磁场。以前的研究表明，学生们很难解释测量或计算如何取决于观察位置。我们提出了初步的结果，从一个工作室式的，代数为基础的，介绍性的电和磁的课程，显示正确的和不正确的反应的问题，通过分析学生的书面工作，涉及到矢量添加领域的观察位置的流行。
2015-09-25 physics.ed-ph
Analytic Framework for Students' Use of Mathematics in Upper-Division Physics
许多学生在高年级物理课程的斗争与数学复杂的工具和技术，需要先进的物理内容。我们已经开发了一个分析框架，以帮助教师和研究人员在解决上师特有的长期和复杂的问题时，用特定的数学工具来描述学生的困难。在本文中，我们提出了这个框架，包括它的动机和发展。我们还描述了一个应用程序的框架，调查学生的困难与直接整合在电力和磁性（即，库仑定律）和经典力学中的近似方法（即，Taylor级数）。这些调查提供了高等物理学生遇到的困难类型的例子，以及研究人员和教师的框架的效用。
2014-10-14 physics.ed-ph
Performance of ChatGPT on tasks involving physics visual representations: the case of the Brief Electricity and Magnetism Assessment
本研究评估了ChatGPT-4和ChatGPT-4o在简明电磁学评估（BEMA）上的表现，发现ChatGPT-4o虽优于前代和学生，但在视觉解释、物理定律应用及空间推理（如右手定则）上仍存显著困难，需谨慎用于教育但可用于设计防作弊评估。
2025-05-15 physics.ed-ph
Learning Assistant Supported Student Outcomes (LASSO) study initial findings
本研究探讨教师，学生和课程功能是如何与学生的学习助理（LA）支持的课程成果。来自13个LA联盟成员机构的4，500多名学生和17名教师参加了这项研究。每个参与的学生在学期开始（前）和结束（后）完成了一个在线概念量表。物理学概念量表包括力和运动概念评估（FMCE）和简要电磁评估（BEMA）。还包括生物学和化学领域的概念清单。我们的分析利用分层线性模型，将学生水平数据（例如，前/后分数和性别）嵌套在课程水平数据（例如，学科和课程招生）中，以建立模型，检查跨机构和学科的学生成绩。我们报告了学生的成绩与他们的性别，种族和与LAs一起工作的时间以及教师与LAs的经验之间的联系。
2015-09-17 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
Assessing students understanding of the concept of electric potential difference based on the SOLO taxonomy in upper-secondary students for a targeted assessment
本研究基于SOLO分类学评估高中生对电势差概念的理解，发现71%学生处于浅层学习阶段，并提出针对性评估以改善教学。
2025-07-18 physics.ed-ph
Exam problems that link physical concepts with electrical phenomena in living cells
我们提出了一个生物物理学考试的问题，集中在电扩散，叠加原理，和电流在RC电路，导致对动作电位的霍奇金-赫胥黎模型的理解。这些问题将电学的基本概念与活细胞的生理学联系起来。这些问题中描述的模型旨在帮助学生了解细胞中的电过程。我们的工作表明，如何入门级的电课程，可以教平行与基本细胞（电）生理学和电路的基本概念如何适用于细胞现象。
2022-05-05 physics.ed-ph
The Impact of Learning Assistants on Inequities in Physics Student Outcomes
本研究探讨如何学习助理（LA）和相关的课程功能与学生学习的不公平性在大学物理入门课程。本研究以16所LA联盟成员院校的67个班级的2，868名物理专业学生为被试，采用概念量表进行前后测。概念量表包括力概念量表、力和运动概念评估以及电和磁的概念调查。我们的分析包括一个多元线性回归模型，检查学生（如性别和种族）和课程水平变量（如存在的LA和概念量表使用）对学生的学习成果（科恩的d效应大小）在整个课堂环境的影响。研究发现，学习助理的存在可以消除或逆转传统的学生之间的学习差距，从占主导地位的和非占主导地位的人口。学生表现的显着差异也发现在整个概念量表。
2017-01-06 physics.ed-ph
Upper-division Student Understanding of Coulomb's Law: Difficulties with Continuous Charge Distributions
利用库仑定律的积分表达式从连续的电荷分布确定电势是电学和磁学（E&M）中的典型练习。在这项研究中，我们同时使用有声思维访谈和传统的考试问题的反应，调查学生的困难与这个主题在高年级水平。利用数学在物理学中的应用的理论框架，我们讨论了学生如何激活，构建，执行和反映在库仑定律的积分形式时，解决连续电荷分布的问题。我们提出的证据表明，初中水平的E&M的学生有困难的物理系统映射到库仑势的数学表达式。常见的挑战包括难以在适当的坐标中表达差向量以及确定差分电荷元素的表达式和比荷分布的积分极限。我们讨论了这些研究结果对未来研究方向和教学策略的可能影响。
2012-09-18 physics.ed-ph
Writing Science Fiction Stories to Motivate Analysis of Journal Articles
对于许多学生来说，大学物理课程对他们关于物理与日常世界之间联系的信念几乎没有什至是负面的影响。帮助学生认识到这种联系的一种方法是将科学文章的分析纳入课程。对于入门课程，可以让学生讨论与科学有关的报纸文章或科学普及杂志上的文章，而同行评审期刊上的文章可能更适合荣誉课程或高年级课程。在这项工作中，我描述了一个项目，在两个学期的高年级电力和磁力课程在美国空军学院，学生被要求使用的科学从同行评议的期刊文章写一个科幻小说的故事。虽然其他人在物理课程中使用科幻故事，但这是第一篇描述学生在物理课程中撰写自己的科幻故事的项目的文章。
2014-03-10 physics.ed-ph
Student understanding of Symmetry and Gauss' law
帮助学生了解为什么高斯定律可以或不能很容易地应用于确定特定电荷分布的各个点的电场强度，然后帮助他们学习确定高斯表面的形状，如果存在足够的对称性，可以培养他们的推理和解决问题的能力。我们调查的困难，学生在微积分为基础的入门物理课程与对称性，电场和电通量的概念，是关键的高斯定律的电力。使用高斯定律确定电场需要辨别特定电荷分布的对称性，并且如果存在高对称性，则能够预测各处电场的方向。掌握如何利用叠加原理将电场矢量相加，以及面积矢量和电通量的概念。我们管理的自由回答和多项选择题，并进行了个别学生的访谈，使用有声思维协议，以阐明学生的困难与对称性，电场和电通量的概念。在这里，我们讨论学生对多项选择题的回答。该测试可作为教学和评估工具。
2016-02-24 physics.ed-ph
Student Difficulties with Boundary Conditions in Electrodynamics
识别和理解学生在各种各样的主题领域的物理内容的困难是PER社区内的一个活跃的研究领域。在许多情况下，物理主题在本科物理课程的不同背景下出现多次。当这些共同的话题再次出现时，学生的困难可能会从一个环境延续到下一个环境，或者当学生遇到新的物理环境时，新的困难可能会出现。边界条件就是这样一个例子。它被广泛认为是一个重要的话题，高等物理本科生预计将理解和应用在多个专题领域，包括经典力学，量子力学，并在整个电力和磁力（EM）。我们报告的调查结果，从学生的困难，使用边界条件，重点放在电动力学的背景下。我们的数据来源包括学生对传统考试问题的回答，概念调查问题，以及大声思考访谈。该分析是由一个分析框架，其特点是学生如何激活，构建，执行和反映边界条件。常见的学生困难包括：在适当的上下文中激活边界条件;构建E&M波的复杂表达式;数学简化和操作复指数，检查反射和透射系数是否是物理的。我们还提出了潜在的教学影响，根据我们的观察。
2017-03-17 physics.ed-ph
Development of a Modes of Collaboration framework
小组活动在物理导论课堂上越来越普遍。了解学生如何参与这些小组学习环境是重要的设计和促进学生的生产性学习机会。我们进行了一项研究，我们收集了视频组的学生工作的概念电和磁的问题，在介绍物理课程。在这种情况下，学生需要协商一个共同的理解和协调小组的决定，以成功地完成活动。我们观察到学生在解决这些问题时以几种不同的方式进行互动。分析这些意见的重点是确定学生互动的不同方式，并阐明什么定义和区分他们，从而在合作框架的模式的发展。合作框架的模式定义学生互动沿三个方面：社会，话语和学科内容。这种多层面的方法提供了一个独特的视角，通过它来考虑小组工作，并提供了一种灵活性，使框架能够适应各种情况。我们提出的框架和它的应用程序的几个例子在这里。
2018-01-22 physics.ed-ph
Challenges in designing appropriate scaffolding to improve students' representational consistency: The case of a Gauss's law problem
先前的研究表明，入门物理学的学生在绘制和解释图表方面有困难。在这里，我们讨论了学生之间的数学和图形表示的问题，在静电和增加学生的代表性一致性的脚手架水平的影响翻译困难的调查。学生在微积分为基础的入门物理给出了一个典型的问题，可以解决使用高斯定律涉及球对称的电荷分布，其中他们被要求写一个数学表达式的电场在各个区域，然后绘制电场。在研究1中，我们发现学生在绘制电场作为与各个区域的数学表达式一致的球中心的距离的函数时有很大的困难，并且与学生的访谈提出了可能导致这种困难的可能原因。因此，在研究2中，我们设计了两个支架干预措施，其具有彼此建立的支撑水平（即，第二层脚手架是在第一层脚手架的基础上建立的），以帮助学生一致地绘制他们的表情，并将有脚手架的学生的表现与没有脚手架支撑的对照组进行比较。分析学生的表现与不同层次的脚手架揭示，脚手架从专家的角度来看，超过一定的水平，有时可能会阻碍学生的表现，学生甚至可能无法辨别的相关性的额外支持。我们提供了可能的解释，这些调查结果的基础上，深入，有声思维访谈。
2020-06-25 physics.ed-ph
The benefits of completing homework for students with different aptitudes in an introductory physics course
我们研究了五个不同学期的电磁入门课程的学生有不同的物理能力的家庭作业完成和考试成绩之间的关系。在我们的分析中，我们绘制了考试分数与家庭作业完成分数的关系图，并计算了直线拟合的斜率和皮尔逊相关系数。平均而言，完成许多家庭作业问题与更好的考试成绩相关，只有物理能力高的学生。物理学能倾向低的学生，其考试成绩与作业完成呈负相关，作业问题越多，其考试成绩越差。对这种影响的一种解释是，布置的家庭作业问题给低能力学生带来了过度的认知负担。因此，当低能力学生试图做指定的家庭作业时，可能会发生没有学习甚至消极学习的情况。另一种解释是基于这样一个事实，即当磁性概念被引入时，负面的利益效应首次出现。根据这一解释，低能力学生很难巩固知识的磁场与以前学到的知识的电场。第三种可能性，即低能力学生的高家庭作业抄袭率阻碍了学习，被拒绝了，因为两个不同的分析没有发现家庭作业抄袭的证据。
2013-05-09 physics.ed-ph
Four errors students make with inverse-square law vectors
本文基于678份试卷分析，归纳了初学物理学生在相加平方反比定律矢量时常犯的四种错误，并提出“学生错误任务”这一新型教学评估工具，以帮助教师诊断和改进学生对矢量相加的理解。
2023-11-28 physics.ed-ph
Using Computational Essays to Scaffold Professional Physics Practice
本文介绍了一种课程创新，旨在帮助学生体验真实的物理探究，重点是计算建模和科学交流。教育设计集中在一种称为计算论文的新型作业上，该作业是在挪威奥斯陆大学的两个学期的中级电磁课程中开发和实施的。我们描述的动机，学习目标，并在计算论文项目中使用的脚手架，目的是其他教育工作者将能够复制和适应我们的设计。我们还报告了这种实施的初步结果，包括学生写的计算论文的主要特点，学生对调查过程的反思，以及自我报告的概念和态度的发展。基于这些发现，我们认为，计算论文可以在向学生介绍开放式的，基于探究的工作，并为未来的计算研究和学习奠定基础的关键作用。
2020-06-18 physics.ed-ph
Click, Watch, Learn: The Impact of Student Self-Study Materials on Physics E&M Course Outcomes
本研究探讨得克萨斯农工大学开发的自学材料（200多个在线视频资源和过往考试题库）对电磁学入门课程成绩的影响，发现旧考试利用是第二大预测因素，可缩小第一代学生的成绩差距。
2025-08-16 physics.ed-ph
Understanding Electric Current Using Agent-Based Models: Connecting the Micro-level with Flow Rate
基于速率的过程包括一组重要的科学现象，也是K12科学课程的重要组成部分。电流就是这样一种现象，从4年级到12年级以各种形式教授。研究表明，各个层次的学生都觉得电很难理解，即使在课堂教学之后，这种困难也会持续存在。在本文中，我们提出了一个设计为基础的研究，并认为，互动与多代理基于计算模型的微观理论的电传导，可以使5年级和7年级的学生发展一个深刻的理解电流作为一个新兴的流动过程中的微观层面的实体和他们的属性，通过引导他们的剧目的直觉知识。我们提出了一个特定的设计策略-代表电流作为一个虚构的和瞬态的过程中的电荷积累，而不是在以前报道的陷阱的“源汇”的心理模型-并显示这种策略是如何有效地实施的计算模型，以及在学生进行的学习活动。我们确定的心理模型，学生通过他们的互动与模型开发，并表明，他们的互动后，学生能够提供正确的，多层次的解释电阻电路中的电流的行为。
2018-02-12 physics.ed-ph
Impact of evidence-based flipped or active-engagement non-flipped courses on student performance in introductory physics
本研究比较了基于证据的主动参与（EBAE）策略与基于讲授（LB）教学对大学物理入门课程学生表现的影响，发现在教学前预测无显著差异的情况下，EBAE课程学生在概念测试上平均表现更优。
2025-04-03 physics.ed-ph
Helping students apply superposition principle in problems involving spherical, cylindrical and planar charge distributions
针对学生将叠加原理与高斯定律结合应用时的困难，开发了引导式探究教程，实验证明使用该教程的学生表现显著更优，且该教程可作为课堂或课后作业布置。
2023-08-03 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
Student difficulties in translating between mathematical and graphical representations in introductory physics
我们调查了物理导论学生在数学和图形表示之间转换的困难以及脚手架对学生表现的影响。我们给出了一个典型的问题，可以解决使用高斯定律涉及球对称电荷分布（一个导电球同心的导电球壳），以95微积分为基础的入门物理学生。我们要求学生写出各个区域的电场的数学表达式，并要求他们画出电场。根据以往的经验，我们知道学生在画出电场的图形方面有很大的困难。因此，我们实施了两个脚手架干预措施来帮助他们。接受脚手架支持的学生被要求（1）首先绘制每个区域的电场（在必须将其绘制为与球体中心的距离的函数之前）或（2）在明确评估每个区域的起点、中点和终点处的电场之后，被要求绘制每个区域的电场。对照组只被要求在问题结束时绘制电场。我们发现学生从干预（1）中受益最多，而干预（2）虽然旨在帮助学生，但却产生了负面影响。此外，录音采访了一些学生，以了解学生如何受到上述干预措施的影响。
2016-01-20 physics.ed-ph
Minimizing postulation in a senior undergraduate course in electromagnetism
本文介绍了针对电磁学理论零散化的问题，对本科高年级电磁学教学进行的探索。像往常一样，它从静态的情况下开始，但它是严格根据亥姆霍兹定理的唯一性的矢量场，对主要的实验观察的来源，电场和磁场，对楞次定律和原则的叠加和互惠的相互作用。此后，无需进一步的假设，所有的法则和规则都是在电和磁相互平行的过程中产生的。麦克斯韦方程组是逐步建立的，表明电磁场可以被认为是一个遵循最简单的物理理论原理的双重线性矢量场。它表明，每一个单位制适合这种形式主义，提供适当的值分配给其中产生的一些常数从叠加原理。
1998-10-23 physics.class-ph physics.ed-ph
