Student Conceptual Difficulties in Hydrodynamics
我们描述了一项关于大学生在理解理想流体的流体力学时所面临的概念困难的研究。这项研究是基于数百个书面考试和口头采访，这是与一年级的工程和科学大学的学生举行的反应。他们的回答使我们能够确定一系列迄今为止文献中未报道的误解。研究结果表明，最重要的困难来自学生无法建立运动流体的运动学和动力学之间的联系，以及缺乏对系统不同区域如何相互作用的理解。
2017-09-11 physics.ed-ph
Developing a Magnetism Conceptual Survey and Assessing Gender Differences in Student Understanding of Magnetism
我们讨论了一个以研究为基础的概念性多项选择调查的发展与磁性。我们还讨论了使用的调查，调查性别差异的学生的困难与概念的磁性。我们发现，虽然在预测试中不存在性别差异，但当调查作为传统微积分入门物理课程的后测试进行时，女学生的表现明显差于男学生（常规和荣誉版本的结果相似）课程）。在代数基础课程中，男女生的前测和后测成绩均无统计学差异。
2016-02-16 physics.ed-ph
Interactional processes for stabilizing conceptual coherences in physics
对学生知识和科学学习的研究通常侧重于解释概念变化。然而，最近的研究表明，学生的思维在很大程度上是动态的，对上下文敏感的，这不仅隐含着对变化的解释，也隐含着对稳定性的解释。换句话说：当学生的推理模式在特定的时刻和环境中得以维持时，什么机制有助于维持它？我们的特点是学生的理解和行为方面的多个本地cohesiveness，他们可能是可变的，但仍然表现出本地的稳定性。我们属性的稳定性，在当地的概念coherency实时活动，维持这些coherency。例如，特定的概念理解可以通过工作表问题的语言特征或通过来自学生的空间布置和方向的反馈来稳定。我们记录了一组大学生谁从事多个本地概念coherencies，而思考运动在协作学习活动。当学生们几次改变他们的想法时，我们描述了可能有助于他们的推理和行为的局部稳定性的机制。
2012-05-24 physics.ed-ph
Investigating graduate student reasoning on a conceptual entropy questionnaire
学生在高年级热物理学的学习还没有被研究到与电磁学和量子力学等其他课程相同的程度。研究生阶段的推理和学习的研究甚至更有限。在这项研究中，我们进行了有声思维访谈8名研究生涉及的问题围绕着一组熵相关的概念任务，其中两个是类似的任务，在其他研究中提出给本科生。我们讨论学生对每个问题的推理模式，然后讨论出现在问题中的主题。我们确定的概念资源，学生经常使用的原因面试任务，并将它们与以前的工作。我们观察到研究生通常认为熵与许多状态的关系，即使在这种联系并不直接相关的情况下。研究生也经常把熵和温度直接联系起来，尽管这两个量之间没有普遍的、明确的关系。总体而言，研究生在熵的推理方法中表现出了适应性和元认知意识。
2021-05-27 physics.ed-ph
Analyzing student conceptual understanding of resistor networks using binary, descriptive, and computational questions
本文介绍了一个案例研究，评估和分析学生参与和响应二进制，描述性和计算性的问题，测试基本电阻网络（串联和并联组合）的概念。这项研究的参与者是在巴基斯坦一所大学就读的本科生。大多数学生在回答描述性问题时都很吃力，即使成功地回答了二进制和计算性问题，也未能建立对答案的期望，并且在这个过程中明显缺乏概念理解。收集的数据也被用来分析三个问题作为评估概念理解的手段的相对功效。这三个问题被发现是不相关的，不太可能测试相同的结构。据观察，回答二元或计算问题的能力与对所涉概念的更深入理解脱节。
2017-10-10 physics.ed-ph
Improving Students' Conceptual Understanding of Conductors and Insulators
我们研究的困难，介绍物理专业的学生，本科物理专业，物理研究生与相关的概念，导体和绝缘体涵盖在介绍物理给出书面测试和采访的一部分学生。我们发现，即使是研究生也很难理解这些概念。我们开发与这些主题相关的教程，并通过比较接受传统教学的学生与使用教程学习的学生在书面前/后测试和面试中的表现来评估其有效性。
2016-02-24 physics.ed-ph
Exploring Student Understanding of Energy through the Quantum Mechanics Conceptual Survey
我们提出了一个研究学生理解的能量在量子力学隧穿和势垒穿透。本文将重点关注学生对两个问题的反应，这两个问题是在课堂上给两个现代物理课和17名学生的个人访谈测试的一部分。我们称之为量子力学概念调查（QMCS）的测试正在开发中，以衡量学生对量子力学基本概念的理解。在本文中，我们探讨和澄清以前报道的误解，从障碍的反射是由于粒子具有一定范围的能量，而不是波的属性。我们还证实了以前的研究报告学生的误解，即能量损失在隧道，并报告一个误解没有以前报道，即势能图中显示的隧道问题并不代表粒子本身的势能。目前的工作是学生理解量子力学的更大研究的一部分。
2006-08-24 physics.ed-ph
AI-based scoring systematically underestimates conceptual understanding of linguistically weak students' explanations in physics
Leibniz Institute for Science and Mathematics Education（莱布尼茨科学与数学教育研究所）
该研究发现，所有AI评分方法均存在低估语言薄弱学生物理解释中概念理解的语言偏见，类似物理教师的相关偏见，多语言学习者受影响最大。
2026-09-29 physics.ed-ph
Probing physics students' conceptual knowledge structures through term association
传统的物理测验不能有效地诊断学生物理知识的内容和结构。作为一种可能的替代方案，一组术语关联任务（“ConMap”任务）的开发，以探索学生的概念知识的存储内的互连。这些任务让学生自发地对一个术语或问题或主题领域做出反应，并有一系列相关的术语;反应术语和输入时间数据被捕获。这些任务在物理导论学生身上进行了尝试，初步调查表明，这些任务能够引出关于他们知识结构的信息。具体来说，通过任务收集的数据类似于手绘概念图任务产生的数据，具有与课堂考试表现相关的测量值，并且对课堂上主题覆盖所产生的学习敏感。虽然结果是初步的，只是建议，任务值得进一步研究的学生知识评估工具和认知建模工作的实验数据来源。
2005-08-18 physics.ed-ph
How students blend conceptual and formal mathematical reasoning in solving physics problems
目前的专家解决问题的概念将物理/概念推理和形式数学推理描述为独立的步骤：一个好的问题解决者首先将物理问题转化为一个物理问题当前的物理定量解决问题的专业知识概念以两种方式结合概念推理：选择相关方程（在操作它们之前），以及检查给定的定量解决方案是否合理（在操作方程之后）。我们提出的情况下，解决问题的专业知识应该包括机会主义混合概念和正式的数学推理，即使在操纵方程。我们目前的分析采访了两个学生，亚历克斯和帕特。受访学生被要求解释一个特定的方程，并使用该方程解决一个问题。亚历克斯使用并描述了作为计算工具的方程。相比之下，帕特找到了解决问题的捷径。他的捷径混合了数学运算和关于物理过程的概念推理，反映了一种观点--在他之前对方程的解释中表达过--方程可以表达一种总体的概念意义。使用亚历克斯和帕特的案例研究，我们认为，这种机会主义的概念和形式的数学推理的混合（i）是解决问题的专业知识的一部分，（ii）可以描述的认知元素称为符号形式（Sherin，2001），（iii）是一个可行的教学目标。
2013-12-05 physics.ed-ph
Using an LLM to Investigate Students' Explanations on Conceptual Physics Questions
Purdue University（普渡大学）
本文利用LLM评估学生对能量与动量概念问题的书面解释，发现其评估结果与人类评分者一致，且能揭示不同错误解释类别，为教学提供更深入的理解。
2025-08-20 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
Impact of peer interaction on conceptual test performance
我们分析了在微积分基础上的物理导论课程中，两人一组进行电磁概念调查测试的有效性。与同伴合作的学生在个人测试中的归一化增益比不合作的学生大得多。我们没有发现统计学上的显着差异的表现，学生谁得到了一个机会，制定自己的反应之前，同行的讨论，与那些谁没有。同侪合作也显示了知识共建的证据。与个别学生的讨论表明，学生自己的价值同侪互动。我们讨论了不同个体成就的学生配对的效果。
2016-02-24 physics.ed-ph
Using Educational Comics in Physics Teaching for Chemistry and Biochemistry Students: Impact on Motivation and Domain-Specific Conceptual Gains
Universidad de La Serena（拉塞雷纳大学）；Universidad Central（中央大学）；Universidad Viña del Mar（瓦尔帕莱索大学）；Universidad Técnica Federico Santa María（弗雷德里科·圣塔玛利亚理工大学）
研究探讨教育漫画作为主动学习策略在化学、药学和生物化学本科生物理研讨会中的影响，发现其能提升学生对物理的兴趣和概念理解。
2026-03-25 physics.ed-ph
A longitudinal study of student conceptual understanding in Electricity and Magnetism
我们调查了以学生为中心的教学在大一水平上对大三学生的表现的长期影响，对电和磁（E&M）的概念调查。我们测量了学生的表现在一个研究为基础的概念工具-简短的电力和磁性评估（BEMA）-在8个学期（2004-2007）。与此同时，我们引入了华盛顿大学的物理入门课程，作为我们标准的新生课程的一部分。大一学生在这门基于辅导的入门课程之前和之后参加了BEMA，大三学生在完成传统的初级E&M I和E&M II课程后参加了BEMA。我们发现，平均而言，个人BEMA成绩并没有显着变化后，完成了入门课程-既不是从大一到大三，也不是从高年级E&M I到E&M II。然而，我们发现，大三学生谁已经完成了一个non-professional大一课程得分显着低于（后高年级）BEMA比那些谁已经完成了改革的大一课程-表明一个长期的积极影响，大一Tuesday的概念理解。
2009-07-31 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
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
Improving student's problem-solving ability as well as conceptual understanding without sacrificing the physics content of a class
比较了物理科学家和工程师（各约180名学生）的四个介绍性物理部分。一个部分，治疗组，组织，使学生在10周季度的前6周学习连接力和运动的经典思想，然后使用最后4周将这些原则应用于代数复杂的问题。其他部门在本季度的整个10周内基本上与计算同时学习想法。实验组和对照组由同一位教师授课，课程材料相同，而这位教师对期末考试这一比较指标不知情。在控制了GPA和即将到来的概念理解后，发现实验组（置信度大于99%）在期末考试中的表现优于由同一教师授课的对照组，并且，通过类似的测量，治疗组的表现明显好于任何其他部分。治疗组也有更高的概念学习收益，因此应该为以后的学习做好更好的准备。
2012-10-11 physics.ed-ph
Measuring and modeling physics students' conceptual knowledge structures through term association times
传统的以问题为基础的考试不是评估物理学生概念知识的“结构”或向学生和教师提供诊断性详细反馈的有效工具。我们提出了自由术语条目任务，候选人的评估工具，探索概念之间的联系，在学生的理解一个主题。在这个任务中，学生被给予一个一般的主题区域，并要求在给定的时间内回答尽可能多的主题区域的术语;每个术语输入事件之间的“思考时间”与响应术语一起记录。这项任务是给两个不同的物理导论班的学生做的。反应术语的思考时间被发现与两个概念之间的关联强度相关。此外，从任务的思考时间集显示不同的，有特色的模式，这可能被证明是有价值的学生评估。我们提出了一个定量的动力学模型，称为矩阵行走模型，它是能够匹配的观测数据的许多方面。数据的一个特殊特征--一个明显的“尖峰”叠加在大多数思维时间集的对数正态分布上--并没有被拟合。尖峰，在数据中观察到的其他模式，以及提出的现象学模型都可以从认知理论的基础中受益。
2007-02-14 physics.ed-ph
Teaching assistants' performance at identifying common introductory student difficulties revealed by the conceptual survey of electricity and magnetism
我们讨论的研究涉及的概念调查的电和磁（CSEM），以评估教学内容的教学助理（TA）的知识的一个方面：知识的介绍学生的交替概念的电和磁所揭示的CSEM。对于CSEM上的每个项目，要求助教（1）识别物理入门学生最常见的错误答案选择，（2）预测在后测试中正确回答问题的学生的百分比。然后，我们使用CSEM后测试数据，从大约400介绍物理学生（在原始文件中提供描述CSEM），以评估在何种程度上的TA能够识别的替代概念的介绍学生有关的电和磁。此外，我们还对至少有两个学期的复习课教学经验的助教进行了有声思维访谈，以探讨他们对这一任务的理解。我们发现，助教们很难从学生的角度来考虑问题的难度，他们往往低估了问题的难度。此外，助教们经常认为某些错误的答案在入门学生中很常见，而事实上这些答案并不常见。
2020-06-26 physics.ed-ph
Assessing Student Expertise in Introductory Physics with Isomorphic Problems, Part II: Effect of Some Potential Factors on Problem Solving and Transfer
在这篇配套文章中，我们探讨了同构问题对（IPPs）的使用，以评估入门物理学生的解决能力，并成功地转移解决问题的知识，从一个上下文到另一个力学。我们称成对问题为“同构”，因为它们需要相同的物理原理来解决它们。我们分析了一系列同构问题的书面答复和个人讨论。我们研究的潜在因素，可能会帮助或阻碍转移的解决问题的技能，从一个问题对其他。对于一些成对的同构问题，一个上下文通常对学生来说更容易，因为它比另一个更容易被正确解决。当定量和概念问题配对并背靠背时，在IPP中回答两个问题的学生在概念问题上的表现往往比只回答相应概念问题的学生更好。虽然学生经常利用定量对应来正确回答IPP中的概念问题，但当只给出概念问题时，学生很少尝试将其转换为定量问题，解决它，然后从概念上推理解决方案。在一些问题中，与摩擦相关的误解是如此强大，以至于将它们与不涉及摩擦的同构问题配对并不能帮助学生辨别它们的潜在相似性。另外，从知识块的角度来看，激活的知识资源相关的摩擦是如此强烈，自动触发的上下文，这是有意识的控制之外的学生，学生没有寻找类比配对的问题或其他援助，可能存在。
2016-02-20 physics.ed-ph
Validation of a Conceptual Assessment Tool in E&M II
作为一个正在进行的项目的一部分，调查学生学习高年级电动力学（E&M II），PER研究小组在科罗拉多大学博尔德开发了一种工具，以评估学生的概念理解：电流（科罗拉多州高年级Electrodynamics测试）。结果是一个开放式的后测诊断，有6个多部分的问题，一个可选的3个问题的前测，以及一个附带的评分规则。该工具的动机部分是由我们的教师共识的学习目标，并旨在帮助衡量转化教学法的有效性。此外，它提供了深入了解学生的思想和学生的困难，在所涵盖的专题领域。在本文中，我们提出了初步措施的有效性和可靠性的工具和评分规则。这些包括专家验证和学生访谈，评分员间的可靠性措施，和经典的测试统计。
2014-08-08 physics.ed-ph
Analyzing students collaboratively solving spherical unit vector problems in upper level E and M through a lens of shared resources
本研究通过出声思考访谈和资源框架，分析了高阶电磁学中学生在球面单位矢量问题上的协作机制，提出了“共享资源”概念以解释学生如何通过激活、采纳和共同应用概念资源来有效协作求解物理问题。
2024-01-03 physics.ed-ph
Measuring student understanding in quantum computing: Development and validation of the Quantum Computing Conceptual Survey
California State University San Marcos（圣马科斯加州州立大学）；George Mason University（乔治梅森大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；California State University Fullerton（富尔顿加州州立大学）
该研究针对量子信息科学领域缺乏合适测评工具的问题，开发并验证了量子计算概念调查问卷，可用于测评学生量子计算概念理解，支持教学与教育研究。
2026-08-17 physics.ed-ph
Replicating analyses of item response curves using data from the Force and Motion Conceptual Evaluation
Ishimoto，Davenport和Wittmann先前报告了对学生对力和运动概念评估（FMCE）的反应数据的分析，其中他们使用项目反应曲线（IRC）来说明美国和日本学生对某些问题选择某些不正确答案的相对可能性。我们使用了一个独立的数据集，其中包含6,500多名美国学生对FMCE的回答，以生成IRC来验证他们的说法。将IRC转换为向量，我们使用点积分析来定量比较每个响应项。对于大多数问题，我们的分析与Ishimoto，Davenport和Wittmann一致，一些结果表明美国和日本学生之间的差异比以前报道的要小。我们还强调了使用IRCs来确定不同人群的反应模式差异的教学优势，以更好地了解学生的思维之前的指令。
2021-04-17 physics.ed-ph
Exploring Generative AI assisted feedback writing for students' written responses to a physics conceptual question with prompt engineering and few-shot learning
本研究通过提示工程和小样本学习利用GPT-3.5为物理概念题学生书面回答生成反馈，实验表明GPT反馈与人工反馈正确性相当且更有用，约70%仅需少量修改，验证了生成式AI辅助批改的可行性。
2024-02-27 physics.ed-ph
Effect of visual cues and video solutions on conceptual tasks
学习迁移是教育的一个重要目标。然而，学生在解决物理迁移任务时通常会遇到困难，即使他们已经解决了类似的问题。我们调查了使用包含先前解决的问题的详细解释的视频提供的指导是否会提高学生在处理近距离和远距离迁移任务中的表现。我们还调查了视觉线索与视频解决方案的结合是否会进一步提高学生的表现。N=33名学生在代数为基础的物理课参加了一个采访，其中包含两个问题集，每个问题集有一个初始任务，一个培训课程，和一个近和远的转移任务。在训练中，学生要么接受视觉提示，视觉提示和视频，要么只接受视频，这取决于条件。我们比较了三种情况下学生在远近迁移任务上的正确率。
2017-01-17 physics.ed-ph
Gender differences in conceptual understanding of Newtonian mechanics: a UK cross-institution comparison
我们目前的联合研究结果，从三所英国大学，我们调查的存在和持久性的性能性别差距的概念理解的牛顿力学。使用原力概念量表，我们发现，在所有三所大学的学生表现出统计上显着的性别差距，男性优于女性。这种差距缩小，但没有消除教学后，使用各种教学方法。此外，我们发现，在指导前，诊断仪器上性能最低的四分位数占总女性队列的比例不成比例地高（约50%）。这些学生中的大多数仍然处于教学后表现最差的四分位数。对个别项目的答复分析表明，男生在该仪器上几乎所有项目上的成绩都超过女生。比较同一组学生在期末考试中的表现，我们没有发现统计上的显著性别差距。
2012-11-16 physics.ed-ph
Retention of conceptual learning after an interactive introductory physics course
本科物理课程的循环格式取决于学生回忆和利用以前课程中所涵盖的材料的能力，以便在以后的课程中可靠地建立这些知识。然而，有证据表明，人们通常不会记住他们以前学到的所有甚至大部分东西。有多少信息被保留下来似乎取决于个人的学习方法以及教学风格。特别是，有证据表明，积极参与技术在课堂上可以提高学生的保留材料随着时间的推移。在这里，我们报告的纵向调查的结果，学生的保留概念理解的测量力和运动概念评价（FMCE）后的第一学期，微积分为基础的介绍物理课程，其特点是显着的积极参与讲座和背诵。通过在第一学期物理课程结束时以及随后的第二学期物理课程开始时管理FMCE，我们检查了学生在1-15个月的时间段内的知识保持情况。我们发现，这两门课程之间的学生的FMCE分数的变化是积极的，但对应的效果大小很小，这表明学生有效地保留了他们所有的概念学习（FMCE测量）。这一发现在很大程度上仍然存在，即使两个课程之间的差距的长度增加。我们还发现，当分解学生在个别问题上的表现时，大多数学生在个别问题上保持他们的分数。对所有问题进行平均，大约五分之一的学生在任何一个给定的项目上将他们的答案从对到错或从错到对。
2020-02-18 physics.ed-ph
Conceptual Assessment Tool for Advanced Undergraduate Electrodynamics
作为正在进行的调查到学生学习的高级本科课程的一部分，我们已经开发了一个概念性的评估工具上师电动力学（E&M II）：科罗拉多UppeR师Electrodynamics测试（电流）。这是一个免费的回答，教学后诊断与6个多部分的问题，一个可选的3个问题的教学前测试，并伴随着分级标题。该工具的开发是由教师共识的学习目标和研究到共同的学生困难。它可以用来衡量改革后的教学法的有效性，并深入了解学生在所涵盖的主题领域的想法。我们目前的基线数据代表500名学生在9个机构，随着有效性，可靠性和歧视措施的工具和评分规则。
2017-08-15 physics.ed-ph
Using conceptual blending to describe emergent meaning in wave propagation
在关于波动物理学主题的访谈中，学生通过具体的行动给出答案，这些行动将他们对物理学的理解与其他共同经历联系起来。当回答一个关于波脉冲沿着一个长长的绷紧的弹簧传播的问题时，学生们的手势帮助他们收集关于抛向空中的球的信息。我分析手势，知觉和口头信息收集使用录像采访和课堂互动。我使用概念融合来描述不同的元素如何结合起来，为学生创造新的，紧急的意义，并将其与知识块的方法进行比较。
2010-08-02 physics.ed-ph
Interpreting gains and losses in conceptual test using Item Response Theory
概念测验被物理教师广泛用于评估学生的概念理解和比较教学方法。通常会观察学生在前测和后测之间的答案变化，以量化学生概念的转变。这通常是通过观察前测中错误答案在后测中变为正确答案的比例来实现的--增益--以及正确答案变为错误答案的比例--损失。通过比较理论预测力概念量表的实验数据，我们表明，项目反应理论（IRT）是能够相当好地预测所观察到的收益和损失。然后，我们使用IRT来量化学生的变化，在一个测试-重测的情况下，没有学习发生，并显示$i)$高达25%的总答案可以改变由于学生的答案的非确定性的性质和$ii)$收益和损失可以从0到100%。仍然使用IRT，我们强调了必须满足测试的条件，以便在没有学习发生时最小化收益和损失。最后，对这种前/后测试的进展相对于学生的初始水平的解释提出了建议。
2015-09-13 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
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
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
Relative benefits of different active learning methods to conceptual physics learning
Drexel University（德雷塞尔大学）；Michigan State University（密歇根州立大学）；Bryn Mawr College（布林莫尔学院）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）
本文比较了四种主动学习方法对概念学习的影响，发现SCALE-UP方法在提升学生概念理解方面效果显著优于ISLE和Peer Instruction，而Tutorials方法与其它方法无显著差异，同时课堂活动类型影响学习效果。
2026-06-09 physics.ed-ph
Epistemology mediating conceptual knowledge: Constraints on data accessible from interviews
一个学生的认识论立场（无论是作为记忆信息的知识，来自权威的知识，还是作为发明的东西的知识）可能会限制学生以富有成效的方式进行推理，同时也会影响研究人员对学生如何推理特定现象的推断。我们讨论了这两种情况下，在一个单独的学生采访的情况下，在电线的电荷流。在访谈的第一部分，她对记忆知识的关注阻止了研究者了解她对电流的详细推理。在访谈的第二部分，她对建构知识的关注为研究人员提供了她对电荷流物理机制的推理。
2002-07-18 physics.ed-ph
Student behavior and test security in online conceptual assessment
从历史上看，基于研究的评估（RBA）的实施一直是物理学教育变革的驱动力，并有助于激励采用互动参与式教学法。直到最近，RBA只在纸上和课堂上给学生;然而，这种方法有重要的缺点，包括分散的数据收集和需要牺牲上课时间。最近，一些区域办事处已转移到在线平台，以解决这些限制。然而，在线RBA提出了新的问题，如学生参与率，考试安全性和学生使用外部资源。在这里，我们报告了一项针对这些问题的试点研究。我们为五所机构的课程提供了两个高年级的RBA; RBA是在线托管的，并以嵌入式JavaScript代码为特色，这些代码收集了有关学生行为的信息（例如，复制文本、打印）。有了这些数据，我们研究了这些行为的流行程度，以及它们与学生成绩的相关性，以确定在线和纸质的RBA是否具有可比性。我们发现，浏览器失去焦点是最常见的在线行为，而复制和打印事件较少。我们发现，这些在线行为与学生成绩之间没有统计学显著相关性。我们还发现，当RBA在线提供时，我们的高级别人群的参与率上升了。这些结果表明，对于我们的高年级学生来说，这些RBA的在线管理分数与课堂版本相当。
2019-12-11 physics.ed-ph
Development of a Conceptual Framework for Knowledge Integration in Learning Newton's Third Law
牛顿第三定律是力学入门课程早期学习的最重要的概念之一;然而，大量的研究已经证明了学生对这个概念的广泛误解和支离破碎的理解，这些概念很难通过传统的教学来改变。本研究从知识整合的观点，发展概念架构模式，以探讨学生对牛顿第三定律的理解。概念框架的建立与一个中心思想，强调力的相互作用的结果，而不是使用共同的行动反应的语言。后续研究将在评估和教学中应用这一概念框架。
2021-04-13 physics.ed-ph
Investigating students' behavior and performance in online conceptual assessment
从历史上看，基于研究的评估（RBA）的实施一直是物理学教育变革的驱动力，并有助于激励采用互动参与式教学法。直到最近，RBA只在纸上和课堂上给学生;然而，这种方法有重要的缺点，包括分散的数据收集和需要牺牲上课时间。最近，一些区域办事处已转移到在线平台，以解决这些限制。然而，在线RBA提出了新的问题，如学生参与率，考试安全性和学生使用外部资源。在这里，我们报告一项研究，解决这些问题，在高年级和低年级的本科物理课程。我们为五个机构的课程提供了RBA; RBA是在线托管的，并以嵌入式JavaScript代码为特色，这些代码收集了有关学生行为的信息（例如，复制文本、打印）。有了这些数据，我们研究了这些行为的流行程度，以及它们与学生成绩的相关性，以确定在线和纸质的RBA是否具有可比性。我们发现，浏览器的焦点丢失是最常见的在线行为，而复制和打印事件是罕见的。我们发现，这些行为和学生的表现之间的相关性显着不同的入门级和高年级学生群体，特别是关于学生复制文本，以利用互联网资源的影响。然而，虽然大多数学生参与了一个或多个有针对性的在线行为，但我们发现，对于我们的样本，这些行为都没有导致人口平均表现的显著变化，这将威胁到我们解释这种表现或将其与RBA的纸质实现进行比较的能力。
2019-08-16 physics.ed-ph
"Never at rest": developing a conceptual framework for definitions of "force" in physics textbooks
“力”的概念对许多物理专业的学生来说是抽象的和具有挑战性的，许多研究揭示了阻碍学生理解和学习经典物理的错误概念。其中一个原因可能是物理教科书没有以简洁和一致的方式定义力的概念。在本研究中，我们已经调查了如何“力”是在挪威高中使用的物理教科书中定义的，并提出了一个框架的8个类别的概念是如何定义的。这个框架是从教科书中归纳出来的，并根据这个概念在物理学中的历史发展进行了动机和讨论。从教科书，构成的经验基础的框架的例子。这些结果显示，教科书可能会为学生提供“力”的多重定义，从而增加学生在学习和运用“力”概念时的困难。
2015-06-22 physics.ed-ph
Blending of Conceptual Physics and Mathematical Signs
数学是科学的语言。流利和富有成效地使用数学需要一个人理解数学符号，运算符，语法等所体现的含义，这可能是一项艰巨的任务。例如，在代数符号化中，负数和正数根据上下文具有多种含义。在电磁学的语境中，我们运用概念整合理论证明了不同的物理意义，如方向性和位置，可以联想到积极和消极的迹象。有了这些混合物，我们分析了高年级学生的斗争，因为他们的工作与入门级的问题，学生必须采用多个符号在一个数学表达式具有不同的含义。我们把他们的挣扎归因于选择混合物的复杂性，每个符号都有适当的含义，这让我们深入了解学生的代数思维和推理。
2019-09-25 physics.ed-ph
The Design and Validation of the Quantum Mechanics Conceptual Survey
量子力学概念调查（QMCS）是学生对量子力学概念理解的12个问题的调查。它旨在用于衡量现代物理课程中不同教学方法的相对有效性。在本文中，我们描述了设计和验证的调查，一个过程，包括观察学生，回顾以往的文献和教科书和教学大纲，教师和学生的访谈，统计分析。我们还讨论了具体问题的发展中的问题，这可能是有用的教师谁希望使用QMCS在他们的类和研究人员谁希望进行进一步的研究学生的理解量子力学。QMCS已经过最彻底的测试，并且最适合于评估（仅作为后测），大学生水平的现代物理课程。我们还描述了初级量子课程和研究生量子课程的学生测试，从中我们得出结论，QMCS可能适合评估初级量子课程，但不适合评估研究生课程。我们教师访谈的一个令人惊讶的结果是，教师对现代物理学应该教授什么主题缺乏共识，这使得设计一个被大多数物理教师所重视的测试比预期的要困难。
2010-10-01 physics.ed-ph
Transition Matrix Analysis Analyzing Students Use of Cognitive Resources in Physics
Northwestern University（西北大学）；Purdue University（普渡大学）
该研究针对物理概念调查仅关注正确答案的问题，提出转移矩阵分析方法，结合资源模型框架，通过分析DIRECT调查的学生回答，探究教学对学生认知资源激活一致性的影响。
2026-08-04 physics.ed-ph
Multiple Conceptual Coherences in the Speed Tutorial: Micro-processes of Local Stability
在知识碎片传统中工作的研究人员经常采用观察方法来研究学习的微观过程。越来越多的证据表明，学生对物理现象的直觉思维的特点是多样性和灵活性，而不是一致性和鲁棒性。这一特征意味着，学生在短时间内的思维动态，大部分涉及稳定局部思维模式的过程，后来使它们不稳定，并允许其他模式的形成。这种“变化”可能只涉及直觉知识系统在不改变系统结构本身的情况下进入各种状态的动力学。我描述了一个案例研究，其中一组大学生在协作学习活动中多次改变他们对运动的思考。而不是专注于变化的微观过程中，我描述这些动态的机制，有助于学生的概念连贯性的本地稳定性。
2010-08-19 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
Exploring the Structure of Misconceptions in the Force and Motion Conceptual Evaluation with Modified Module Analysis
调查学生对概念物理的学习和理解是物理教育研究的一个主要研究领域。常用的力学概念量表有多种定量分析方法：力概念量表（FCI）和力与运动概念评价（FMCE）。最近，研究人员应用网络分析技术来探索对FCI的不正确反应的结构，以识别可以映射到常见误解的不正确反应社区。在本研究中，用于分析FCI的方法，修正模块分析（MMA），适用于大样本的FMCE前测和后测的反应（$N_{pre}=3956$，$N_{post}=3719$）。社区的不正确的反应，确定与项目组在以前的作品中描述的是一致的。与FCI的工作一样，网络被简化，只保留了大量学生选择的节点。由20%的学生选择的保留节点产生的社区仅与四个误解相关。为男性和女性确定的不正确反应社区有很大的不同，这些社区从测试前到测试后的变化也是如此。20%的阈值远比在产生类似结构的先前工作中应用于FCI的4%阈值更严格。保留由5%或10%的学生选择的节点产生了大量的复杂社区。在10\%的阈值确定的社区通常与常见的误解产生一个更丰富的不正确的社区比FCI;这可能表明，FMCE是一个优越的工具，用于表征学生对牛顿力学的误解的广度。
2020-01-03 physics.ed-ph
Validation and Administration of a Conceptual Survey on the Formalism and Postulates of Quantum Mechanics
我们开发并验证了一个概念性的调查，侧重于形式主义和假设的量子力学涵盖在上层本科量子力学课程。包括在量子力学形式主义和公设调查（QMFPS）的概念集中在狄拉克符号，希尔伯特空间，状态矢量，物理观测值及其相应的厄米特算子，兼容和不兼容的观测值，量子测量，时间依赖的量子态和期望值，和自旋角动量。在这里，我们描述的验证和管理的调查，这已被管理到400多个高层次的本科生和研究生从六个机构。QMFPS是有效和可靠的，作为一个低风险的测试，以衡量教学的有效性，在本科量子力学课程，涵盖相关内容。该调查也可以用于教师，以确定学生的理解的形式主义和假设的量子力学在开始和结束的研究生量子力学课程，因为研究生预计已经采取了本科量子力学课程，包括在调查中的内容。我们发现，从事研究验证的学习工具的本科生表现优于学生谁没有在QMFPS后的初级/高级量子力学课程的第一学期。此外，研究生在核心研究生水平的量子力学课程的第一学期的教学后，在QMFPS上的表现明显优于本科生在本科量子力学课程的第一学期结束时的表现。与基线数据的比较，验证QMFPS这里可以帮助教师评估他们的教学方法的有效性。
2020-06-07 physics.ed-ph
Core Graduate Courses: A Missed Learning Opportunity?
研究生物理核心课程的一个重要目标是帮助学生发展解决问题的专业知识，提高他们的推理和元认知技能。我们探讨了物理研究生的概念性困难，管理概念性问题，在本科物理课程之前和之后的相关第一年的核心研究生课程的指导。在这里，我们专注于物理研究生的困难表现在他们的表现上的两个定性问题，涉及图形表示的向量场。一些研究生在识别矢量场的图是否有发散和/或旋度方面有很大的困难，但他们在数学上计算矢量场的发散和旋度方面没有困难。我们还与定期教授第一年研究生物理核心课程的各种教师进行了个别讨论，讨论这些课程的目标以及研究生在核心课程相关教学后在概念问题上的表现。
2016-01-20 physics.ed-ph
Development and validation of a conceptual multiple-choice survey instrument to assess student understanding of introductory thermodynamics
本文开发并验证了STPFaSL-Long概念性选择题工具，通过拆分短版题目并去除选项中嵌入的替代概念，在多种教学情境下评估入门热力学学生的概念理解。
2024-08-01 physics.ed-ph
Surveying students' understanding of quantum mechanics in one spatial dimension
我们探讨了高年级本科生和研究生在一维空间单粒子非相对论性量子力学中遇到的困难。为了调查这些困难，我们开发了一项概念调查，并对10所机构的200多名学生进行了调查。调查中针对的问题包括一组可能的波函数，束缚态和散射态，量子测量，期望值，哈密顿量的作用，以及波函数和期望值的时间依赖性。我们发现，本科生和研究生有许多共同的困难，这些概念和研究为基础的教程和同行指导工具，可以显着减少这些困难。研究结果还表明，研究生量子力学课程可能无法有效地帮助学生更好地理解这些主题的概念理解，部分原因是这些课程主要侧重于定量评估。
2016-02-17 physics.ed-ph
The Role of Conceptual Problem Solving in Learning Physics: A Study in a General Relativity University Course
University of Cagliari（卡利亚里大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Cagliari Division（意大利国家核物理研究所，卡利亚里分部）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Division（意大利国家核物理研究所，罗马分部）
本研究探讨了在一般相对论课程中，通过整合定性与定量推理的概念性问题解决方法对学习效果的影响。
2025-11-21 gr-qc physics.ed-ph
Teaching introductory STEM with the Marble Game
最近，有多个呼吁课程改革，以开发新的途径，科学，技术，工程和数学（STEM）学科。大理石游戏通过为所有STEM学科有用的定量科学建模技能提供一个概念框架来回答这些要求。这种方法积极地使学生参与有指导的科学发现过程。在一项“学生学习收获评估”（SALG）调查中，学生们认为这种方法在他们对现实世界问题和科学研究的理解方面产生了“巨大的收获”。使用大理石游戏，学生建立一个概念框架，直接适用于生物学中的随机分子水平的过程，如扩散和界面运输。它也与可逆的一级化学反应同构，为化学动力学提供了概念上的准备。计算和数学框架也可以应用于研究从牛顿力学到RLC电路的定量物理模型的预测。为了测试这种方法，学生们被要求推导出一种新的渗透理论。测试结果证实，他们能够成功地将概念框架应用到期末考试条件下的新情况。因此，大理石游戏提供了一条通往STEM学科的途径，其中包括本科课程中的定量生物学概念-从第一堂课开始。
2012-10-22 physics.ed-ph
Stereotype threat? Effects of inquiring about test takers' gender on conceptual test performance in physics
已经发现，激活刻板印象，例如在测试前表明一个人的性别，通常会以与刻板印象一致的方式改变表现，这种效应称为“刻板印象威胁”。在一项标准化的概念物理评估中，我们发现，与没有提供性别信息的同等组相比，要求考生在参加考试前说明自己的性别并不会降低成绩。尽管在标准化考试中，无论学生是否表明其性别，都存在统计上的显著性别差距，但在学生参加的多项选择期末考试中没有观察到性别差距，其中包括类似主题的定量和概念问题。
2016-01-20 physics.ed-ph
