Categorization of Quantum Mechanics Problems by Professors and Students
讨论了物理学教授和本科生对两门量子力学荣誉课程中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高于学生的三名教师谁评估所有的分类。教师们创建的类别比他们为一组介绍力学问题创建的类别更加多样化。一些教师指出，入门物理问题的分类通常涉及识别与问题相关的基本原理，而在高水平的本科量子力学问题中，它主要涉及识别解决问题所需的概念和程序。此外，评估其他人分类的物理教师表示，这项任务非常具有挑战性，他们有时会发现另一个人的分类比自己的更好。他们还对“氢原子“或“简谐振荡器”等具体类别的评分高于“无限方阱”或“自由粒子”等具体类别。
2016-02-20 physics.ed-ph
Enhancing Introductory Student Motivation with a Major-Managed Course Blog: A Pilot Study
提高动机和学习态度的物理入门课程是一个重要的，但困难的任务，可以通过类博客来实现。我们在入门课程中加入了一个由高年级物理学生开设的博客。使用科罗拉多州的学习态度科学调查（CLASS），定期在课堂上的调查，分析学生的博客评论，和教学后的采访，我们评估如何结合课堂教学的博客为学生提供了更好的相关性和信心感，并概述了未来使用这种策略的建议。
2011-08-08 physics.ed-ph
Active Learning vs Traditional Lecturing in Introductory Mechanics: A Pooled Pass-Rate Benchmark Under Common Departmental Assessments from a Latin American Institutional Change Initiative
Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa（墨西哥自治大学伊斯塔帕拉帕分校）
本研究比较了主动学习与传统讲授在初等力学课程中的效果，发现主动学习在通过率上表现更优，为教学方法改进提供了基准依据。
2026-01-30 physics.ed-ph
Perspectives of Women and Men Students and Faculty on Conceptual and Quantitative Problem-Solving in Physics from Introductory to Graduate Levels
Department of Physics & Astronomy, University of Pittsburgh（匹兹堡大学物理与天文学系）
研究探讨了不同层次物理教学中学生和教师对概念性和定量问题解决的优先级及一致性。
2025-12-10 physics.ed-ph
Seeking instructional specificity: an example from analogical instruction
广泛的教学方法，如互动参与已被证明是有效的，但这种一般性的特征提供了如何构建教学材料的细节指导很少。在这项研究中，我们通过比较两种使用类比来学习目标物理原理的方法来寻求教学的特异性：（i）在逐案基础上将类比应用于目标物理领域;（ii）使用类比在目标物理领域中创建一般规则。在一个大的，介绍性的物理课程（N = 231）的讨论部分，学生谁寻求一个一般规则能够更好地发现和应用一个正确的物理原理比学生谁分析的例子逐案。在随后的直接教学后，这种差异一直保持在一个降低的水平。我们认为，学生进行个案分析更有可能专注于特殊的问题的具体特征，而不是深层次的结构特征。本研究提供了一个例子，调查如何教学材料的具体结构可以是重要的是什么学习。
2015-08-20 physics.ed-ph
Rethinking Tools for Training Teaching Assistants
对问题进行分类的能力是衡量某个领域的专业知识的一个标准。为了帮助学生有效地学习，教师和助教（TA）应该有教学内容的知识。他们必须意识到他们所教授的学生的先验知识，从学生的角度考虑问题的难度，并在学生已经知道的基础上设计教学。在这里，我们讨论的响应研究生参加了TA培训课程的分类任务，他们被要求组的问题的基础上，首先从自己的角度来看，解决方案的相似性，后来从物理学导论学生的角度。许多研究生对入门物理问题进行了专家般的分类。然而，当被要求从入门学生的角度对同样的问题进行分类时，许多研究生表示沮丧，声称这项任务是不可能的，毫无意义，与他们的TA职责无关。我们将讨论如何分类可以是一个有用的工具，脚手架和提高教学内容的教学助理和教师的知识。
2016-02-20 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
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
Mathematical Sensemaking as Seeking Coherence between Calculations and Concepts: Instruction and Assessments for Introductory Physics
什么样的问题解决教学可以帮助学生运用所学知识解决未来遇到的新问题和不熟悉的问题？我们认为，数学意义建构，寻求形式数学和概念理解之间的一致性的实践，是成功的物理问题解决教学的一个关键目标。然而，典型的评估往往以更不相交的方式来衡量理解。为了捕捉学生解决问题的连贯性寻求的做法，我们引入了一个评估框架，突出了更灵活地使用这些解决问题的方法的机会。体现这种计算概念交叉框架的三个评估项目说明了连贯性如何推动灵活的解决问题的方法，这些方法可能更有效，更有见地，更准确。这三个评估项目被用来评估的教学方法的有效性，重点是发展认知意义理解技能。在一项准实验研究中，第一学期的三个平行讲座部分，介绍物理进行了比较：两个数学意义建构部分，一个有经验的教师（MS）和一个新手教师（MS-nov），和传统的教学部分作为对照组（CTRL）。在三个交叉评估项目上，数学意义建构学生比对照组学生更多地使用计算-概念交叉的方法，并产生更多的正确答案。在课程结束时，学生对解决问题的连贯性的认识论观点预测了他们的交叉方法的使用，但没有充分考虑MS和CTRL组之间交叉方法使用的差异。这些结果说明了新的教学和评估框架的研究数学意义和适应性问题解决的专业知识。
2019-03-18 physics.ed-ph
Instructional Strategies that Foster Effective Problem-Solving
本章回顾物理问题解决专长研究，探讨促进有效问题解决的教学策略及教师专业发展面临的挑战。
2023-04-12 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
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
Performance of Graduate Students at Identifying Introductory Physics Students' Difficulties Related to Kinematics Graphs
运动学图形理解测试（英语：Test of Understanding Graphs in Kinetics，缩写：TUG-K）是一个由Beichner开发的多项选择测试，用于评估学生对运动学图形的理解。TUG-K上的许多项目都有很强的干扰项选择，这与入门学生在运动学图形方面的常见困难相对应。如果教师不了解这些常见的困难，并在教学设计中考虑到这些困难，教学就不可能有效。我们评估一年级物理研究生的表现，在确定入门学生的共同困难有关的运动学图。特别是，对于TUG-K上的每个项目，研究生被要求识别他们认为最常被物理学入门学生选择的错误答案，如果他们在相关概念的指导后不知道正确答案。我们使用Beichner原始论文中的入门学生数据来评估研究生对入门学生困难的了解。此外，我们选择了四个问题上的TUG-K上的研究生的表现是最差的一个更详细的分析，其中包括有声思维访谈。我们目前的结果，可以部分解释这些问题上的研究生表现不佳，也通知教学专业发展课程。
2016-01-17 physics.ed-ph
An empirical approach to interpreting card-sorting data
自30年前首次发表以来，Chi et al.的开创性的论文专家和新手分类的介绍性问题，导致了过多的后续研究领域内外的物理[池等认知科学5，121 - 152（1981）]。这些研究通常包括“卡片分类”练习，参与者将问题分组。虽然这种技术确实可以洞察解决问题的方法，但简单的描述性统计往往无法找到专家和新手之间的显着差异。在超越描述性统计，我们描述了一种新的微观方法，考虑到卡的个人身份，并使用图论和模型来可视化，分析和解释问题分类实验。我们将这些方法应用到一个介绍性的物理（力学）问题分类实验中，发现分类结果的大部分变化不是由于分类器是专家还是新手，而是由于一个独立的特征，我们称之为“堆叠器”与“散布器”。“专家-新手的区别只占较小的变化量，这一事实可以解释在进行这些实验时频繁出现的零结果。
2012-01-31 physics.ed-ph
Student Responses to Changes in Introductory Physics Learning due to COVID-19 Pandemic
本研究调研两所美国大型赠地研究型大学入门物理与天文学课程学生对2020年春因COVID-19紧急转向远程学习的体验与应对，为教师优化远程学习环境提供学生反馈依据。
2020-09-23 physics.ed-ph
The Physics Inventory of Quantitative Literacy: A tool for assessing mathematical reasoning in introductory physics
物理导论教学的一个理想结果是学生将发展对物理现象进行定量推理的能力。很少有研究已经做了关于学生如何发展的代数概念和技能的推理有关的物理量，这是不同的物理概念的理解或解决问题的能力。我们介绍了定量素养的物理库存（PIQL）作为测量定量素养的工具，数学推理的基础，在介绍物理学的背景下。我们提出了PIQL的发展和证据，其有效性，用于微积分为基础的物理入门课程。与概念量表不同，PIQL是一种推理量表，可用于评估学生在入门物理教学过程中的推理能力。虽然与PIQL相关的数学推理在以前的数学课程中教授，但前/后测试分数显示，这种推理并不容易被大多数物理学生使用，也不作为物理教学的一部分发展-即使在使用高质量，基于研究的课程材料的课程中。与物理教育中的许多库存一样，我们希望使用PIQL来支持教学策略和材料的开发-在这种情况下，旨在满足所有学生在入门物理学中定量识字的课程目标。
2021-06-09 physics.ed-ph
Seeing the real world: Comparing learning from verification labs and traditional or enhanced lecture demonstrations
物理入门课程的教师经常使用实验室和演示来强调讲座和教科书中介绍的物理方程描述了现实世界中实际发生的事情。这些实验室和演示的表面特征和教学学习目标可能看起来非常相似（预测-观察-解释）。然而，物理教育研究发现，这些教学方法对学生的物理内容知识的影响非常不同，这些影响主要取决于几个教学特征。在本文中，我们通过比较验证实验室中的学习方法，传统的讲座演示和增强的讲座演示的细节来解开研究。我们讨论了可测量的不同的学习成果的可能机制，根据预测，认知负荷和参与的作用解剖的活动。我们使用这种特性来激励重新思考实验室的实验技能和信念的目标，而不是验证物理内容。
2019-05-31 physics.ed-ph
Using psychometric tools as a window into students' quantitative reasoning in introductory physics
物理定量素养量表（PIQL）是一个正在开发的推理量表，旨在评估学生在入门阶段的物理定量素养。PIQL的设计提出了隔离物理问题中相互独立的数学推理类型的挑战。在其目前的形式，PIQL跨越三个原则推理子域以前确定的数学和物理教育研究：比率和比例，协变，并签署（负）量。一个重要的心理测量目标是测试这三个推理子域的正交性。我们目前的探索性因素分析，验证性因素分析和模块分析，从学生的角度来看，通知PIQL的基本结构的解释，强调这些结果同意和不同意专家分类的方式。除了为现有和新的PIQL评估项目的发展提供信息外，这些结果还为学生在入门级的定量推理提供了令人兴奋的见解。
2019-10-02 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
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
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
Do students benefit from drawing productive diagrams themselves while solving introductory physics problems? The case of two electrostatic problems
一个合适的图是物理问题解决中解决方案构建过程的必要元素，它可以将给定的问题转化为更容易解决问题的表示。一个主要的重点，而帮助入门物理学生学习解决问题是帮助他们认识到，绘图有助于解决问题。我们进行了一项调查，其中两个不同的干预措施，在整个学期的复习测验中实施了一个大的招生，代数为基础的物理导论课程。学生们要么（1）被要求解决问题，其中的图表是为他们绘制或（2）明确告诉画一个图表。对照组没有得到任何关于图表的说明。我们开发了一个评分标准来衡量不同干预组学生的问题解决能力。我们调查了两个问题，涉及电场和电力，并发现，学生谁画生产图更成功的问题解决者，并在一个学生的图中的相关细节的更高水平对应一个更好的分数。我们还与9名学生进行了有声思维访谈，这些学生当时正在学习同等的基于代数的物理入门课程，以深入了解绘制图表如何影响问题解决过程。这些访谈支持了对定量结果的一些解释。最后，我们讨论的研究结果的教学意义。
2020-06-26 physics.ed-ph
Assessing Student Expertise in Introductory Physics with Isomorphic Problems, Part I: Performance on Non-intuitive Problem Pair from Introductory Physics
与解决问题的专业知识和将学习从一种环境转移到另一种环境的能力相关的调查对于制定策略以帮助学生执行更像专家的任务非常重要。在这里，我们分析了一对非直观的同构问题的书面答复给物理入门的学生和讨论与他们的学生的子集。学生们被要求解释他们的书面答复的理由。我们称成对问题为同构的，因为它们需要相同的物理原理来解决。然而，初始条件是不同的，摩擦力是负责增加的线速度的对象在一个问题，而它是负责降低线速度在另一个问题。我们对学生的反应进行分类，并根据他们不断发展的专业知识评估学生的表现。我们比较了学生对这两个同构问题的分类模式。我们讨论了为什么某些不正确的反应比其他人更好，并阐明了学生的专业知识的演变。我们比较了那些只在其中一个问题上工作的学生在同构问题上的表现，以了解学生是否认识到他们的潜在相似性，以及同构对是否让学生在解决每个问题时有更多的洞察力。
2016-02-21 physics.ed-ph
Lessons Learned from Integrating Generative AI into an Introductory Undergraduate Astronomy Course at Harvard
Harvard University（哈佛大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）
哈佛大学将生成式人工智能整合到初级天文课程中，通过教学工具、作业设计和考试改革，评估其对学生学习效果的影响。
2026-02-04 astro-ph.IM physics.ed-ph
Exploring Pedagogical Content Knowledge of Teaching Assistants Using the Test of Understanding Graphs in Kinematics
运动学图形理解测验（英语：Test of Understanding Graphs in Kinetics，缩写：TUG-K）是Beichner在1994年开发的一个多项选择测验，用来评估学生对运动学图形的理解。TUG-K上的许多项目都有很强的干扰项选择，这与学生在运动学图形方面的常见困难相对应。如果教师不了解物理导论学生的共同困难，并在教学设计中明确考虑到这些困难，那么教学就不可能是有效的。我们评估的教学内容的知识，一年级的物理研究生参加了教学助理（TA）培训课程的主题所涵盖的TUG-K。特别是，对于TUG-K上的每个项目，研究生被要求识别他们认为最常被物理学入门学生选择的错误答案，如果他们在相关概念的指导后不知道正确答案。我们使用的研究生数据和数据从Beichner的原始文件介绍物理学的学生，以评估相关的教学内容的知识（PCK）的研究生。我们发现，虽然研究生，平均而言，表现优于随机猜测，在确定介绍学生的困难上的TUG-K，他们没有确定许多常见的困难，介绍学生有图形的运动学，即使在传统的教学。此外，我们发现，研究生的能力，以确定的困难，介绍学生是依赖于上下文。
2013-07-26 physics.ed-ph
Exploring Pedagogical Content Knowledge of Physics Instructors and Teaching Assistants Using the Force Concept Inventory
力概念量表（FCI）已被广泛用于评估学生的理解介绍力学概念的各种教育工作者和物理教育研究人员。这种广泛使用的一个原因是，FCI上的许多项目都有很强的干扰物选择，对应于学生在力学方面的替代概念。如果教师不了解物理导论学生的共同替代概念，并在教学设计中明确考虑学生的初始知识状态，则教学不太可能有效。在这里，我们讨论的研究涉及FCI评估教学内容的知识，教师和教学助理（TA）的不同教学经验。对于FCI上的每一个项目，教师和助教被要求识别物理入门学生最常见的错误答案选择。我们还与几位教师单独讨论了这些反应。然后，我们使用FCI的前测和后测数据，从一个大的人口（约900）的入门物理学生，以评估物理教师和助教的教学内容的知识。我们发现，虽然物理教师和助教，平均而言，表现优于随机猜测在确定入门学生的困难与FCI内容，他们没有确定许多常见的困难，入门物理学生，即使在传统的教学。此外，正确识别学生困难的能力与物理教师的教学经验无关。
2013-07-26 physics.ed-ph
Exploring pedagogical content knowledge of physics instructors using the force concept inventory
力概念量表（FCI）被教育工作者和物理教育研究者广泛用于评估学生对力学概念的理解。FCI上的许多项目都有很强的干扰物选择，对应于学生在力学方面的替代概念。如果教师在教学设计中没有明确考虑学生的初始知识状态，教学就不可能是有效的。我们讨论的研究涉及FCI评估不同的教学经验的教师的教学内容的知识。对于FCI上的每一个项目，教师被要求确定最常见的错误答案选择的物理入门学生。我们还与一些教师单独讨论了这些反应。然后，我们使用FCI的前测和后测数据，从一个大的人口（约900）的入门学生，以评估与FCI相关的物理教师的教学内容的知识。虽然物理教师，平均而言，表现优于随机猜测在识别入门学生的困难与FCI内容，他们没有发现许多常见的困难，入门物理学生。此外，正确识别学生困难的能力与教师的教学经验无关。
2020-06-25 physics.ed-ph
Underprepared for Physics: Reframing the narrative on readiness and instruction in calculus-based, introductory physics courses
本文针对美国基于微积分的入门物理课程因机会不均、分班僵化导致的学业差距问题，质疑“学生准备不足”的叙事，推介罗格斯大学扩展分析物理项目及TIPSSS网络的教学改革，以在保严谨性的同时扩大学习准入，让物理课程成为机遇通路。
2025-08-01 physics.ed-ph
Unveiling Gender Dynamics in Introductory Physics Labs
SUNY Farmingdale State College（纽约州立大学法明戴尔州立学院）
本研究揭示了初等物理实验室中性别差异在任务偏好和舒适度上的显著影响，指出需改进教学策略以促进公平参与。
2026-01-12 physics.ed-ph
Value added or misattributed? A multi-institution study on the educational benefit of labs for reinforcing physics content
教学实验室被广泛认为是一种独特的，尽管昂贵的，教授科学内容的方式。我们测量了三个非常不同的机构的九个不同的实验室课程的介绍性实验室课程在实现这一教育目标的有效性。这些机构和课程涵盖了广泛的学生群体和教学风格。所研究的九门课程有两个关键的共同点：实验室旨在加强讲座中提出的内容，实验室是可选的。通过比较参加实验和没有参加实验的学生的表现（对选择效应进行了仔细的标准化），我们发现，通过课程考试成绩来衡量，参加实验的学习普遍而精确地没有增加价值。这项工作应该激励机构和部门重新审视其实验室课程的目标和行为，因为它们具有资源密集型的性质。我们展示了为什么这些结果在研究和教学实验室参与的学生的比较心理过程中是有意义的，并提供了替代目标和教学方法，使实验室课程更具教育价值。
2017-05-10 physics.ed-ph
Exploring one aspect of pedagogical content knowledge of teaching assistants using the Conceptual Survey of Electricity and Magnetism
教学是不可能是有效的，如果教师不知道的共同替代概念的物理导论学生，并明确考虑到共同的学生在他们的教学设计的困难。在这里，我们讨论的研究涉及的概念调查的电和磁（CSEM），以评估一个方面的教学内容的知识的教学助理（TA）：知识的介绍学生的替代概念的电和磁所揭示的CSEM。对于CSEM上的每一个项目，要求助教识别物理入门学生选择的最常见的错误答案，如果他们在传统教学后不知道正确答案。然后，我们使用介绍性学生CSEM后测试数据，以评估在何种程度上TA能够确定最常见的替代概念的介绍性学生在每个问题上的CSEM。我们发现，助教们在试图找出学生共同的困难时是深思熟虑的，他们喜欢以这种方式了解学生的困难。然而，他们努力找出传统教学后入门学生的许多常见困难。我们讨论了具体的替代概念，坚持传统的教学后，在何种程度上，TA能够识别他们，并从有声思维采访TA提供了宝贵的信息，为什么TA有时选择某些替代概念作为最常见的，而是非常罕见的入门学生。我们还讨论了如何在专业发展计划中使用的任务，如本研究中使用的任务，以产生富有成效的讨论，了解学生的替代概念的重要性，以帮助学生学习。
2020-06-26 physics.ed-ph
Thematic analysis of student perceptions of resources and demands experienced in introductory physics
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Learning Research and Development Center, University of Pittsburgh（匹兹堡大学学习研究与开发中心）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文通过分析学生在初等物理课程中的经历，探讨了资源与需求框架对教学、认知和动机主题的影响。
2026-02-06 physics.ed-ph
Quantifying critical thinking: Development and validation of the Physics Lab Inventory of Critical thinking (PLIC)
介绍物理实验室教学正在经历一场变革，越来越重视发展实验和批判性思维能力。这些变化提出了标准化的评估工具，以确定学生通过教学实验室发展这些技能的程度的需要。在这篇文章中，我们提出了批判性思维的物理实验室清单（PLIC）的开发和验证。我们将批判性思维定义为使用数据和证据来决定信任什么和做什么的能力。PLIC是一个10个问题的封闭式评估，旨在探索学生在物理实验背景下的批判性思维技能。使用访谈和数据，从5584名学生在29所院校，我们证明，通过定性和定量的手段，有效性和可靠性的工具，测量学生的批判性思维能力。这为教学实验室建立了一种有价值的新的评价工具。
2019-01-21 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
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
Potential relationship of chosen major to problem solving attitudes and course performance
基于代数的物理学入门课程经常在同一课程部分中包含多个学生专业人群，然而，不同专业的要求可能会影响学生对课程材料不同方面的动机，例如解决问题，从而影响课程表现。学生对实验室小组协调解决问题的练习的态度的初步分类，其中学生单独反映他们基于小组的问题尝试，是基于学生的书面解释的有用性的练习：分别对内在价值的问题解决框架，对表现良好的课程，并对不太具体的方面的练习。主要的选择和这种初步的分类为一个典型的代数为基础的物理课程之间的关系进行了分析，是趋势的主要和类别类型的课程表现的措施。我们还讨论了更深入的发展，通过书面工件的问题解决练习的分类结构的解释。
2016-02-23 physics.ed-ph
Hermione and the Secretary: How gendered task division in introductory physics labs can disrupt equitable learning
物理实验室为学生提供了一个独特的机会来培养他们的物理身份和科学身份，因为他们为学生提供了在低风险环境中修补实验和分析数据的机会。然而，重要的是要确保所有学生都平等地从实验室中受益，并有一个积极的成长轨迹。通过访谈和反思民族志的观察，我们确定和分析两种常见的工作模式，可能不利于女学生在介绍物理实验室。采用秘书原型的学生被降级为记录和分析数据，从而错过了很多机会，通过充分参与实验工作来发展他们的物理和科学身份。与此同时，赫敏模式下的学生承担了不成比例的管理工作，也没有足够的机会参与实验工作的不同方面，这些工作对帮助他们发展物理和科学身份至关重要。使用物理身份框架，我们分析访谈和观察数据，以调查这些工作模式下的学生如何在他们的物理实验室课程中体验他们的物理和科学身份轨迹的发育迟缓。这种发育不良的增长，然后延续和加强社会的刻板印象和偏见，谁做物理。这种分类不仅为实验室中关于公平的讨论提供了一个词汇表，而且也可以作为那些寻求在努力改变物理教学中以公平为中心的人的有用试金石。
2020-02-03 physics.ed-ph
${\rm P}^3$: A Practice Focused Learning Environment
人们越来越重视将实践融入物理课程，特别强调将计算融入科学家和工程师的本科课程。在本文中，我们提出了一个大学水平，介绍物理课程的科学和工程专业在密歇根州立大学（MSU）称为${\rm P}^3$（物理学项目和实践），是围绕着提供介绍物理学的学生有机会适当的各种科学和工程实践。${\rm P}^3$的设计将计算与分析问题解决相结合，并建立在以问题为基础的学习，建设性对齐的原则和实践社区的理论框架的课程基础上。该设计包括一个创新的方法来计算物理教学，教学支架，和一个独特的方法来评估，使教师指导学生在物理学家的做法的发展。我们提出了非常积极的学生相关的设计成果，通过态度和概念库存和研究访谈的学生反映他们的经验，在${\rm P}^3$课堂上收集。
2016-07-15 physics.ed-ph
NEXUS/Physics: An interdisciplinary repurposing of physics for biologists
为了响应对生命科学专业和医学预科生的本科科学课程改革的呼声越来越高（Bio 2010，未来医生的科学基础，愿景与变革），一个跨学科团队创建了NEXUS/物理学：重新利用生命科学的入门物理课程。该课程与生命科学专业学生的生物学和化学入门课程密切互动，旨在帮助学生建立一般的多学科科学能力。为了做到这一点，我们的两个学期的NEXUS/物理课程序列定位为第二年的课程，使学生将有一些接触生物学和化学的基本概念。NEXUS/物理强调跨学科的例子，内容与传统的入门物理学明显不同，以促进这一点。它将能量的讨论扩展到包括原子间势和化学反应，将热力学的讨论扩展到包括焓和吉布斯自由能，并包括随机与相干运动（包括扩散）的严肃讨论。教学材料的开发与认真的教育研究相协调。这两个新的内容和研究结果中描述了一系列的文件，本文作为一个概述和背景。
2014-01-08 physics.ed-ph
Using math in physics -- 4. Toy models
学习创建、使用和评估模型是成为科学家的核心要素。在物理学中，我们经常从高度简化的模型或玩具模型开始分析一个复杂系统。在物理入门课上，我们倾向于不加评论或动机地使用它们。一些学生推断物理学与他们对现实世界的理解无关，并且不鼓励将物理概念与数学符号的认知融合对于理解物理学至关重要。在本文中，我讨论了经常隐藏的障碍，使我们的学生难以接受和理解的玩具模型的价值，并建议教学方法，可以帮助。
2020-11-10 physics.ed-ph
Investigating peer recognition across an introductory physics sequence: Do first impressions last?
本文通过两学期同一批学生的纵向数据研究同伴认可的时间变化，发现获提名最多的“认可名人”会随发言活跃度变化而改变，表明第一印象并非完全持久，并挑战了认可模式与学年相关的既有结论。
2024-01-25 physics.ed-ph
Sense of agency, gender, and students' perception in open-ended physics labs
教学物理实验室是许多STEM专业的关键节点，以发展对科学实验的理解。学生可以获得有用的实验技能，并成长为科学家的身份。然而，许多传统教学的实验室并不一定在他们的课程中涉及真实的物理实验功能。最近的研究呼吁改革本科实验室，在学习过程中纳入更多的学生代理和选择。在我们的机构，我们已经采取了开放式的实验室教学在物理导论课程。通过使用改革后的课程，提供更高的学生代理，我们分析了大约100名学生在介绍级实验室课程，以检查他们对开放式物理实验室的看法。在学期开始和结束之间，我们发现学生对实验室活动所提供的代理的看法在统计上有显著的变化。我们还检查了学生对“你最喜欢哪个实验单元，为什么？”".分析显示，大部分学生更喜欢Project Lab，它具有最高的学生代理，编码分析显示，“自由”是学生选择Project Lab的最常见原因。最后，我们还检查了学生的意见，跨性别和发现没有显着的性别影响学生的代理感。
2020-07-15 physics.ed-ph
Assessment of critical thinking in physics labs
尽管本科生在入门物理实验室花费了大量的时间，但对这些实验室的教学目标和公认的诊断评估几乎没有共识。针对这些问题，我们开发了物理实验室批判性思维量表（PLIC），以评估学生在物理实验室环境中的批判性思维能力。具体而言，PLIC旨在评估学生在理解数据，可变性，模型和实验方法方面的技能，并评估实验室课程在发展这些技能方面的有效性。在这里，我们使用2017-2018学年期间从12所机构收集的2681名有效学生的回答来讨论该工具的统计和专家验证。作为我们验证的一部分，我们解决了实验室设计对学生在仪器上的表现的影响。
2018-08-31 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
Can students apply the concept of "which-path" information learned in the context of Mach Zehnder Interferometer to the double-slit experiment?
使用在一个上下文中学习的概念来解决不同上下文中的问题的能力（即，学习迁移）是物理学专业知识的标志。大多数关于物理学习迁移的研究都集中在入门学生身上。然而，与高级学生相比，入门学生的相关知识和技能显着较少，这可能是促进有效迁移的关键。在这里，我们研究高层次的本科生和研究生的能力，转移他们的学习的概念，“哪条路径”的信息和它的关系是否干涉观察到的背景下的马赫曾德尔干涉仪（MZI）的双缝实验（DSE）的一个新的上下文。学生们学习了MZI的教程，在该教程中，他们学会了使用“哪条路径”信息的概念来推理当具有不同方向的偏振器放置在MZI的一条或两条路径中时单光子的干涉。在MZI教程的工作后，学生被问到类似的问题，在同构的背景下的DSE之前，任何指令的DSE和我们研究的程度转移学习的“哪条路径”的信息发生从MZI到DSE上下文。我们发现的证据表明，积极的学习迁移从MZI到DSE发生，尽管缺乏旨在帮助学生认识到这两个环境之间的相似性的教学干预。MZI教程在促进量子力学学习从一个环境到另一个环境的正迁移方面的有效性揭示了高级物理学生的专业知识。高级物理课程的教师可以利用这里提出的研究结果，它显示了入门和高级学生从一个环境转移到另一个环境的能力之间的差异。
2020-05-15 physics.ed-ph
Correlating students' beliefs about experimental physics with lab course success
学生在教学物理实验室中的学习是一个不断发展的研究领域，其中包括探索学生对实验物理的信念和期望的研究。为了直接探索学生对实验物理的认识论，并支持科罗拉多大学博尔德分校（CU）和全国范围内更广泛的实验室改造工作，我们开发了科罗拉多州实验物理科学调查（E-CLASS）学习态度。以前的工作重点是通过学生访谈和初步测试来建立仪器的准确性和清晰度。正在进行的验证工作包括确定E-CLASS测量的学生认识论与学生学习成果的其他测量（例如，课程等级）。在这里，我们报告的相关性最终课程成绩和E-CLASS成绩从两个学期的介绍和高年级的实验室课程在CU和讨论的影响，我们的研究结果的有效性的E-CLASS工具。
2015-07-14 physics.ed-ph
Ontological Flexibility and the Learning of Quantum Mechanics
物理教育研究的一个领域集中在本体论（概念、物质和过程的心理分类）的本质上，以及如何在学习经典物理时利用它们来洞察学生的思维。关于经典语境中的学生本体和专家本体是否应该被认为是稳定的认知结构或动态的认知过程，以及这些不同的观点对教学有什么影响，一直存在一些争论。我们扩展这种讨论的本体论及其在学习和认知的量子物理学的背景下，首先考虑各种类型的认识论和本体论的承诺，专家在他们的量子现象的描述。学生访谈的摘录和对调查问题的回答被用来证明学生的量子本体论的上下文性质，这可以在资源框架内得到最好的理解。教学的影响进行了讨论，包括一个现代物理课程的简要说明，旨在明确参加学生本体论。
2014-09-30 physics.ed-ph
The challenges of changing teaching assistants' grading practices: Requiring students to show evidence of understanding
在大型研究型大学中，助教通常负责物理导论课程的评分。他们的评分实践可以塑造学生解决问题和学习的方法。物理教育研究建议采取评分的做法，鼓励学生通过解释解决问题的过程来提供理解的证据。然而，助教可能不一定以鼓励学生在他们的解决方案中提供理解证据的方式评分。在为期一个学期的TA专业发展课程的背景下，我们调查是否鼓励TA使用适当的权重解决问题的过程中，并让他们反映使用这样一个标题提示TA的好处，以证明学生的解决方案的理解。我们研究了助教如何评分的现实学生的解决方案，介绍物理问题之前，他们提供了一个标题，是否助教使用标题的意图，他们是否在评分类似的解决方案是一致的，以及如何TA的评分标准改变后，讨论了一个精心设计的标题的好处。我们发现，许多助教通常适用的题目一致时，评分类似的学生的解决方案，但并不要求学生提供理解的证据。助教的书面回应、课堂讨论和个别访谈表明，本研究中涉及评分规则的教学活动不足以改变他们的评分做法。访谈和课堂讨论表明，帮助助教重视一个适当加权解决问题的过程可能是具有挑战性的，部分原因是助教过去的教育经验和部门的背景。
2021-02-15 physics.ed-ph
Toolboxes and handing students a hammer: The effects of cueing and instruction on getting students to think critically
培养批判性思维能力是大学物理课程的共同目标。学生如何理解证据，他们用证据做什么？在本研究中，我们通过学生在物理实验入门课程中的笔记本来评估学生的批判性思维行为。我们将结构化定量探究实验室（SQILabs）课程中的学生行为与对照组进行了比较，并通过程序提示评估了这些行为的脆弱性。我们发现，SQILabs在提高学生对数据的推理和根据数据做出决策的质量方面通常是有效的。然而，这些推理和意义建构方面的进步却被程序性线索所阻碍。我们通过认识论框架和任务导向的镜头来描述这些行为变化，这些变化是由教学动作引起的。
2017-03-21 physics.ed-ph
Interpretation in Quantum Physics as Hidden Curriculum
先前的研究已经证明了经典物理学学生的现实主义观点如何在学习现代物理学入门课程时转化为对量子现象的具体信念。学生对量子力学解释的信念往往因上下文而异，并且通常与教师明确促进特定观点的主题领域的教学目标保持一致。此外，学生更有可能保持现实主义的观点，在主题领域，教师在解决解释性主题不太明确，从而使这些问题的一部分，一个隐藏的课程。我们讨论了在现代物理课程中解决学生观点和解释主题的各种方法，并探讨了对学生思维的相关影响。
2011-08-26 physics.ed-ph quant-ph
A framework for characterizing covariational reasoning in physics
提出物理情境中协变推理的表征框架，用于描述其建模应用，辅助教学与研究。
2023-10-10 physics.ed-ph
Real-World Problem-Solving Class is Correlated with Higher Student Persistence in Engineering
本研究通过对比现实世界问题解决（RPS）教学与讲授式教学在入门物理课程中的效果，发现RPS显著提高学生一年坚持率、期末成绩和学习增益，揭示了促进STEM坚持的教学结构因素。
2024-05-06 physics.ed-ph
Reliable isomorphic physics problem generation with large language models
University of Connecticut（康涅狄格大学）
研究利用大语言模型代理工作流程生成同构物理问题，通过结合提示链等技术，在公共网站实现。开发评分标准并测试，89%生成问题可直接用，虽有局限，但显示出基于LLM系统在教学问题生成上的潜力与挑战。
2026-07-16 physics.ed-ph
Effects of Popular Science Writing Instruction on General Education Student Attitudes Towards Science: A Case Study in Astronomy
本研究探讨科普写作教学对非STEM专业学生科学态度的影响，发现写作密集型天文学导论课程能显著提升学生对STEM的理解、信心与科学素养。
2022-09-06 astro-ph.IM physics.ed-ph
