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
Teaching assistants' beliefs regarding example solutions in introductory physics
作为一个更大的研究的一部分，以了解教师的考虑，在物理学导论课程的学习和教学解决问题，我们调查了信仰的第一年研究生助教（TA）关于使用的例子解决方案在物理学导论。特别是，我们研究如何促进专家般的问题解决的目标是体现在考虑的研究生助教选择的例子解决方案。24个一年级研究生助教被要求讨论他们的目标，为学生提供示例解决方案。还向他们提供了不同的示例解决方案，并要求他们讨论他们对突出解决方案功能的偏好。助教的意识，偏好和实际做法相关的解决方案功能进行了检查，从文献中的专家般的问题解决方法建模的建议。本研究的结论是，帮助学生发展一种专家般的解决问题的方法的目标是许多助教的考虑使用的例子解决方案。然而，助教们没有注意到，也没有使用研究文献中描述的许多功能来支持这一目标。他们的信念和实践之间存在这种差距的一个可能的解释是，这些特征与另一套强大的价值观相冲突，这些价值观涉及保持学生参与，制定适当的标准，以及时间要求和成绩分配等务实的考虑。
2016-02-18 physics.ed-ph
Lab Manual of Introductory Physics-I for Virtual Teaching
一组虚拟实验设计用于介绍物理I（分析和一般）类，其中包括运动学，牛顿定律，能量，动量和旋转动力学。虚拟实验是基于视频分析和仿真。只有开放教育资源（OER）用于实验。虚拟实验旨在模拟物理实验室实验。所有计算和数据分析（分析和图形）均使用Microsoft excel完成。在课堂上，学生们得到了精心制作的Excel表格，并使用Excel进行了逐步计算。特别强调学生的学习成果，如理解，应用，分析和评估。学生的学习成果进行了研究，每个实验和学期末书面考试（基于实验）的详细实验报告。实验室课程完全通过网络增强，并使用学习管理系统（LMS）进行管理。记录每堂实验课并添加到LMS中。利用视频会议技术建立虚拟实验室，并采用同步和异步两种远程教学方式对实验室进行了测试。
2020-12-26 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
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
A Set of Virtual Experiments of Fluids, Waves, Thermodynamics, Optics, and Modern Physics for Virtual Teaching of Introductory Physics
这是第三个系列的实验室手册的虚拟教学介绍物理课。这包括流体，波，热力学，光学，干涉，光电效应，原子光谱和辐射的概念。其中一些实验室可以在物理I和物理II中使用，这取决于物理I和II课程的教学大纲。本实验室手册和我们以前的物理I（arXiv.2012.09151）和物理II（arXiv.2012.13278）实验室手册中的虚拟实验是为2.45小时长的实验室课程（基于代数和微积分）设计的。然而，这三个系列中的所有虚拟实验室都可以很容易地简化，以根据需要与概念类型或短期物理实验室课程保持一致。所有的虚拟实验都是基于开放教育资源（OER）类型的模拟。虚拟实验旨在模拟物理实验室实验。学生的学习成果（理解、应用、分析和评估）通过每个实验的详细实验室报告和基于实验的学期末书面考试进行研究。特别强调研究学生的计算数据分析技能的发展。
2021-05-26 physics.ed-ph
Introductory E & M Lab Manual for Virtual Teaching
介绍电和磁实验室手册的目的是使用虚拟物理II类。实验手册包括静电学、电势和能量、电流和电阻、直流电路、电磁学和交流电路等实验。虚拟实验基于模拟。开放教育资源（OER）用于所有实验。虚拟实验旨在模拟物理实验室实验。特别强调了用Excel进行计算数据分析。每个实验室的Excel表格都发给了学生，并在同步课程中解释了Excel中的分步计算。学习管理系统（LMS）被用来充分网络增强实验课。通过使用实时视频会议技术提供虚拟实验室，并将录制的实验室会话添加到LMS中。实验室类测试了两种虚拟交付方法（同步和异步）。学生的学习成果（理解，应用，分析和评估）进行了研究，详细的实验室报告和学期末的实验室为基础的书面考试，证实了虚拟实验室类是有效的实物实验室类。
2020-12-24 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
Teaching light absorption and the Beer-Lambert law using everyday materials: a tomato juice experiment for introductory physics
University of Hyogo（兵库大学）；Osaka University（大阪大学）
通过稀释番茄汁和卤素灯实验，展示比尔-朗伯定律，探讨光吸收与浓度、波长的关系，提升学生对光-物质相互作用的理解。
2026-01-26 physics.ed-ph
Music of the Spheres: Teaching Quantum Field Theory at the Introductory Level
六十多年来，量子场论已经形成了大多数物理学的概念框架。它包含了对我们关于物质和存在本身的本质的概念的一个完全的修正。然而，它很少被教授，甚至提到，在介绍物理学-从高中，学院和大学的调查课程，通过高年级的“现代物理学”课程。这种遗漏是没有必要的：本文描述了一种方法，通过这种方法，可以掌握量子场论的基本概念和随之而来的见解，建立在熟悉的概念，从经典和量子力学。
2019-06-27 physics.ed-ph physics.hist-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
Resource Letter TTSM-1: Teaching thermodynamics and statistical mechanics in introductory physics, chemistry, and biology
本资源信借鉴了物理学、化学和生物学的学科教育研究，收集了这三个学科中热力学和统计力学教学的文献。虽然目前学科文献之间的重叠有限，但我们希望这封资源信能引发更多的跨学科互动。
2014-07-17 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.ed-ph
Teaching "Symmetry" in the Introductory Physics Curriculum
现代物理学在很大程度上是由基本对称原理和诺特定理定义的。然而，这些都没有教，或很少提到，开始学生，从而错过了一个机会，揭示物理学科是活泼和现代的分子生物学，和美丽的艺术。我们规定一个对称模块插入到课程中，为期一周。
2000-02-07 physics.ed-ph physics.pop-ph physics.soc-ph
Categorization of problems to assess and improve proficiency as teachers and learners
我们描述了研究生如何根据解决方案的相似性对入门力学问题进行分类。研究生被要求在教学助理培训班结束时，从自己的角度和典型的入门物理学生的角度来分类的问题，他们教。我们比较了他们的分类与分类的入门物理学生和物理教师谁分类相同的问题。分类作为一种工具，教学助理培训和教师发展研讨会的效用进行了讨论。
2016-02-21 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
Physics teaching assistants' views of different types of introductory problems: Challenge of perceiving the instructional benefits of context-rich and multiple-choice problems
给定一个物理场景，以不同方式呈现该场景的不同问题类型可以强调不同的教学目标。在这项调查中，我们研究了物理研究生助教（TA）的意见，不同类型的介绍性问题的基础上相同的问题场景的教学效益。在这里，我们报告了助教们对其中两种问题类型的看法，这两种问题类型被助教们认为是所有问题类型中最不有益的--丰富的上下文和多项选择格式。许多助教在这些问题类型上根本没有列出任何优点，尽管他们明确要求至少有一个优点。他们认为多项选择题几乎完全是高风险终结性评估的工具，而不是作为形成性评估工具的可能用途，例如，即使是在大课堂上也是一样。同样，助教们认为情境丰富的问题过于具有挑战性，不必要的罗嗦，太耗时，对学生没有好处。虽然助教的关注有明显的有效性和价值，设计良好的多项选择题作为形成性评估工具的好处是不容易被他们识别，也没有助教认识到与解决上下文丰富的问题相关的学习效益。鉴于多项选择和上下文丰富的问题可以用于积极参与和形成性评估在不同的教学环境，以满足不同的教学目标的强大的方式，缺乏热情，这些类型的问题对未来的TA专业发展计划的影响。
2019-07-01 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
A one-map two-clock approach to teaching relativity in introductory physics
本文提出了一些想法，可能有助于教师将狭义相对论纳入物理入门课程。人们可以定义旅行者的本征时间/速度对，以及坐标时间/速度对，只使用相对于单个“地图”框架测量的距离。这样一来，动量、能量、恒定加速度和力的相对论方程就呈现出与牛顿方程惊人相似的形式。因此，高中生和大学生没有准备好洛伦兹变换可以解决相对论版本的任何单帧牛顿问题，他们掌握了。我们进一步表明，多帧计算（如速度加法规则）获得简单性和/或效用没有发现单独使用坐标速度。
1996-12-22 gr-qc physics.acc-ph physics.ed-ph
MATLAB codes for teaching quantum physics: Part 1
在量子入门课程中，我们要向学生传达的思想中，有一个由狄拉克倡导的关键思想，即函数对应于列向量（ket），微分算子对应于作用于这些向量的矩阵（ket-bras）。MATLAB（matrix-laboratory）编程环境在向学生传达这些概念方面特别有用，因为它面向在解决量子物理学入门问题时有用的矩阵操作类型。在这篇文章中，我们分享了WPI开发的MATLAB代码，专注于1D问题，与Griffiths的介绍性文本一起使用。
2007-04-12 physics.comp-ph physics.ed-ph
The introductory astronomy course at the University of Cape Town: probing student perspectives
我们的报告进行了研究，以提高教学和学生参与天文学入门课程在开普敦大学。这门课程是由各种各样的学生，包括许多来自教育弱势背景。我们描述了一种仪器的发展，介绍天文学问卷（IAQ），我们管理的前和后测试的学生参加了课程。该工具包括少量的问题，探讨了三个感兴趣的领域：学生的动机和期望，天文学内容和世界观。在我们的研究结果中，学习成果在几个概念领域取得，学生们似乎对天文学的本质有了更细致入微的认识。有证据表明，该课程对学生的世界观，特别是对他们对科学的态度产生了积极影响。我们还确定了一个有前途的预测当然成功，可以在未来用于确定学生需要特殊的教学干预。
2014-09-08 physics.ed-ph
Who teaches science in Alagoas? A quantitative analysis of non-specialist teaching at primary and secondary schools in Brazil
虽然非专业教学日益成为公众关注的对象，但关于在其专业以外授课的教师的实际教育背景的数据很少。这项工作分析了巴西教育部从阿拉戈斯（巴西）公立和私立学校收集的数据，特别侧重于中小学的科学教育。我们发现，非专业教学现象具有高度的学科特异性。例如，虽然数学和生物学几乎没有受到影响，但超过一半的物理课是由没有受过任何自然科学教育的教师讲授的。
2013-04-30 physics.ed-ph
Exploring the experiences of undergraduate physics students taking a 'Teaching Physics in School' module and the effects on their intentions to become a secondary physics teacher
本文研究英国大学物理本科生通过中学教学模块体验，采用现实工作预览法，发现向儿童解释物理概念困难及需使学校物理有趣，影响其成为中学物理教师的意向。
2023-11-10 physics.ed-ph
Introductory physics: The new scholasticism
大多数入门物理教科书忽略了空气阻力的情况下，一个精明的学生可以观察到，它占主导地位的动态。我们从许多书中举出例子。使用量纲分析，我们讨论如何估计空气阻力和重力的相对重要性。讨论可以用来减轻这些教科书的有害影响。错误地忽视空气阻力是他们许多非物质的教义之一。物理教科书不应该教正确的物理吗？
2006-03-30 physics.ed-ph
Insights into teaching quantum mechanics in secondary and lower undergraduate education
本文对当前大学本科教育中量子力学教学的研究现状进行了综述。量子力学的概念方法正在世界各地越来越多的物理学入门课程中实施。由于量子力学和经典物理学的概念性质之间的差异，需要对量子力学入门的误解、测试和教学策略进行研究。在这篇综述中，74篇文章被选中，并分析了研究的误解，研究工具，教学策略和多媒体应用。结果根据他们对量子力学各个子课题的贡献进行了分类。分析表明，学生们很难将量子物理学与物理现实联系起来。它还表明，复杂的量子行为，如时间依赖性，叠加和测量问题的教学，几乎没有调查的中学和大学本科水平。在中学一级，这一审查表明，有必要调查学生的困难有关波函数和潜在的井。研究工具的调查表明，有必要为中等和本科以下教育的评估工具，它涵盖了所有主要的主题，并适合于统计分析的发展。此外，这篇评论表明，存在着非常不同的想法，关于教学策略的量子力学和缺乏研究的战略促进理解。这篇评论强调了需要更多的实证研究到学生的困难，教学策略，活动和研究工具的概念方法为量子力学。
2017-02-17 physics.ed-ph
Essays on Eclipses, Transits and Occultations as Teaching Tools in the Introductory Astronomy College Course
我们偶尔会在以学习者为中心的天文学入门课程中加入项目，使非科学专业的学生能够比其他方式更详细地探索一些天文学概念。这些项目还突出了正在发生或即将发生的天文事件。我们希望学生们通过与天文事件相关的项目对天文学更感兴趣。在2012年春季，我们提供了关于日食，凌日和掩星的短文，以促进2012年6月5日发生的罕见金星凌日。我们要求学生从提供的三篇短文中写两篇。论文包括描述性和概念性部分。它们是用来作为教学工具的。55名学生的106篇论文中有62%获得了A，B或C级。47名反馈调查受访者中有21%认为这些文章增加了他们对天文学的兴趣。49%的受访者认为这些文章对教育没有好处，不应该再提供。对我们调查的最常见的书面回应表明，学生需要更多的指导和更好的准备来撰写成功的论文。由于学生发现论文的概念部分很难，未来我们将在论文截止日期前提供相关活动，以帮助学生创作成功的论文。
2014-08-04 astro-ph.IM physics.ed-ph
The dog-and-rabbit chase problem as an exercise in introductory kinematics
本文的目的是提出一个简单的解决经典的狗和兔子追逐问题，强调使用的基本运动学的概念，因此，可以在介绍力学课程。本文是根据新西伯利亚国立大学物理系一年级学生力学入门课程的教学经验，这些学生刚刚开始使用先进的数学方法解决物理问题。我们希望这对其他大学的学生和教师也有帮助。
2009-10-06 physics.ed-ph
A collaboration to support novice instructors in research-based astronomy teaching
天文学导论是最广泛的大学科学课程之一，也是满足普通教育要求的常用手段。这门课程经常由不同的教师在大部分课程中授课，其中一些人几乎没有接受过天文学的正式培训。因此，教师往往很难帮助学生与他们最后一次正式的科学经验联系起来。在加州州立大学富勒顿分校，我们在天文学入门教学方面进行了改革。我们报告了改革实施的模式，其中包括我们认为有助于我们取得成功的几个关键特征。首先，我们的天文学教师学会了使用研究为基础的课程材料，参加讲习班之前和之后的第一次实施。第二，天文学教师与学生同侪导师合作，作为一个团队，记录和反思的实施进展。第三，教师和同伴指导员的教学团队与科学教育研究人员一起收集有关常见学生概念困难的信息，并制定策略，利用研究和教学文献中的资源来解决这些困难。我们的研究结果表明，这是一个富有成效的和可持续的模式，改革实施，教师的专业发展和研究的教学和学习天文学。
2015-08-26 physics.ed-ph
De- and Re-constructing Introductory Physics for the Life Sciences
教生物学家物理学需要的远不止是让工程师的课程在数学上不那么严格，加入一些表面的生物学问题。物理学家需要与生物学家密切合作，不仅要了解哪些物理学主题和思维习惯对生物学家有用，还要了解生物学家的工作方式与我们的工作方式根本不同，以及如何弥合这一差距。在这篇文章中，我们讨论了我们从多年来与生物学同事的对话中了解到的这些问题。
2013-04-06 physics.ed-ph
Incorporating microlearning videos, online exercises and assessments into introductory physics
我们报告了柏林工业大学最大的物理课程在COVID-19大流行期间的演变，这促进了在线学习内容，电子评估的发展，以及至少是我们教学方法的重新概念化。通过转向远程教育，我们创建了可以轻松实施并与大学水平的任何物理类型课程相结合的功能。因此，我们顺便使入门物理学可持续地访问有困难的学生访问大学。除了我们在混合学习方法上获得的经验外，我们还提供在线练习，微型学习视频和电子评估的指南，包括通过大学Moodle在虚拟环境中实现的考试。由于该课程每年有800多名学生参加至少12个学士学位工程和所有STEM（科学，技术，工程和数学）领域，我们的改革极大地影响了学生的学习方式。这里提出的教学概念支持的结果，从力概念量表，学生的反馈，和考试成绩。原力概念量表显示，与传统的面对面授课相比，我们的在线教学并没有对学生的学习过程产生负面影响。学生的反馈表明，新的格式和材料正在网上得到很好的接受。最后，考试结果表明，在远程环境中进行的虚拟考试可以被设计为最大限度地减少作弊的可能性。此外，该测试能够产生与以前的传统测试类似的点分布。
2021-08-03 physics.ed-ph
A Program for Integrating Math and Physics Internet-Based Teaching Tools into Large University Physics Courses
重大障碍阻碍了大型大学水平的入门物理课程有效地教授解决问题的技能。我们描述了我们的计划，整合三个基于互联网的“教学，而测验”的工具，以解决这些障碍中的两个：学生的数学技能差和教师的评分资源不足。我们概述了我们的数学补习，家庭作业和课后测验，和迷你练习考试系统，并演示了如何将其与适度的教师努力纳入课程。
2005-05-03 physics.ed-ph
Towards a Generalized Assessment of Computational Thinking for Introductory Physics Students
本文通过对26位学术界和工业界物理学家的访谈分析，揭示计算思维在大学物理入门课程中的核心价值在于辅助物理学习，并提出评估应聚焦于阅读代码、识别物理概念等基础计算思维技能。
2023-08-07 physics.ed-ph
Students taught by a first-time instructor using active learning teaching strategies outperform students taught by a highly-regarded traditional instructor
在本文中，我们提出了一个物理课程改革的模式，独特的使用行之有效的，基于研究性的主动学习策略，以帮助学生提高他们的物理知识和解决问题的能力。在这项研究中，我们比较了学生的考试表现，在两个部分的同一物理导论课程。一个部分（传统部分，N = 258）是由一个教师谁是高度重视他的讲座，但没有使用任何主动学习的教学策略。另一部分（改革后的部分，N = 217）是由一个教师谁从来没有教过物理课，但谁是在物理学和天文学教育研究的培训，谁没有使用主动学习的教学策略。在整个学期的课程中，改革部分的学生在常见考试问题上的表现明显优于传统部分的学生，无论问题是概念性的还是定量的。这一改革努力已成功地提高学生的学习和显着增加部门的主动学习策略的使用在入门级和超越。
2020-04-21 physics.ed-ph
Flipping the Large-Enrollment Introductory Physics Classroom
大多数STEM学生在大规模招生（N $\gtrsim$ 100名学生）教室中体验介绍性物理序列，由一名讲师领导，并由几名助教支持。这项工作描述的方法和原则，我们用来创建一个有效的“翻转课堂”在大招生介绍物理课程，取代了大部分传统的讲座时间与课堂上的学生驱动的活动。在这项工作中，我们比较学生学习的课程，由作者与翻转课堂教学法与更传统的教学法。通过比较考试中相同的问题，我们发现，与以讲师为中心的传统课堂中的学生相比，以学生为中心的翻转课堂中的学生获得了显着的学习收益。此外，我们发现，通常看到的介绍物理序列中的性别差距显着减少翻转教室。
2018-07-10 physics.ed-ph
Teaching and learning special relativity theory in secondary and lower undergraduate education: A literature review
本文综述和分析了狭义相对论在中学和大学本科阶段的教育研究。目前，国际上越来越有兴趣在大学预科教育中实施SRT，作为现代物理学的入门。因此，需要深入了解SRT教育中的学习机会和挑战。SRT教育的研究领域仍处于早期阶段，特别是在中等教育一级，缺乏对学习成果的实证评估。为了指导今后的研究方向，有必要对迄今为止报告的结果进行概述和综合。我们选择了40篇文章，并根据报告的学习困难，教学方法和研究工具进行分类。分析表明，各个教育水平的学生在使用参考系、SRT假设和相对论效应时都会遇到学习困难。在报告的教学序列，教学材料和学习活动，这些困难是从不同的角度来探讨。一些教学方法侧重于思想实验来表达SRT的概念特征，而另一些则使用虚拟环境来提供相对论效应的逼真可视化。从报告的教学方法，可以确定三个学习目标：促进概念理解，促进对科学的历史和哲学的理解，并获得对SRT和物理学的动力和信心。为了定量比较不同教学策略的学习效果，需要对评估工具进行更全面的评估。
2021-07-13 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
Teaching superfluidity at the introductory level
标准的现代物理学入门教科书并没有详细讨论4He中的超流性。通常，玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）是在理想玻色气体的背景下提到的，随后是BEC发生在4He中的陈述，并且4He的基态表现出许多有趣的性质，例如具有零粘度。这种方法不仅不能以任何方式解释为什么4He成为超流体，而且还剥夺了学生学习超流体和超导体中能隙发展的深远影响的机会。我们重新审视超流4He开始与费曼的解释超流的基础上玻色统计，而不是BEC，我们目前的练习，让他们达到一个非常准确的估计超流转变温度和分离的基态从第一个激发态的能隙的学生。这篇论文是对超流性的一个完整的描述，可以在课堂上的一、两节课中介绍。
2008-04-18 cond-mat.supr-con physics.ed-ph quant-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
The impact of epistemology on learning: A case study from introductory physics
我们讨论了一个案例研究的影响，认识论对学习的学生在介绍大学物理课程。对课堂作业录像、书面作业和访谈的分析表明，学生的许多困难本质上是认识论的。我们的主要目标是向教师和课程开发人员展示学生的认识论立场-她对知识和学习的想法-可以对她的物理学习产生直接的因果影响。即使研究型课程材料提供了隐性的认识论支持，这种影响仍然存在。因此，课程材料和教学技术可以通过明确关注学生的认识论而变得更加有效。
2004-11-11 physics.ed-ph
Particle Builder A Board Game for the Teaching of the Standard Model of Particle Physics at a Secondary Level
Australian National University（澳大利亚国立大学）；Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation（联邦科学与工业研究组织）
Particle Builder是一款用于中学水平粒子物理标准模型教学的棋盘游戏，通过互动方式提升学生对粒子物理知识的理解和学习兴趣。
2025-11-26 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
Understanding Of Size And Scale And Order-Of-Magnitude Reasoning In Secondary Science: A Teaching Experiment With Worked Examples As Educational Scaffold
本研究通过准实验验证工作示例教学法能显著提升中学生对大小、尺度及数量级推理的程序性与概念性知识，且适用于不同先前知识水平的学习者。
2024-05-26 physics.ed-ph
Everyone's Universe: Teaching Astronomy in Community Colleges
尽管负面的刻板印象仍然笼罩着社区大学，但全国范围内仍有数十名新生有意在这些机构开始他们的大学生涯，而且这一数字的增长速度是四年制学校的两倍多。其中大约有30万学生每年学习天文学入门课程，这是他们中的大多数人最后一次正式接触科学，其中至少三分之一的学生是在社区或两年制大学学习的。投资于和投入资源和培训以服务于这一人口-从人口统计学上讲是每个人-的重要性怎么强调也不过分。然而，绝大多数为这一人口服务的人在这两个领域都缺乏。社区学院对教学和学生成功的高度重视创造了挑战和机遇，教育工作者必须使用各种方法和创新策略，团队合作和教师支持系统以及巧妙的解决方案来正面应对。在这里，我们介绍了学生和教师群体，研究了这两个群体的一些特征，并为那些希望在社区大学教授天文学入门的人提供了一些建议。
2020-07-05 physics.ed-ph
Investigating the Effectiveness of the Tutorials in Introductory Physics in Multiple Instructional Settings
本文探讨了在五种不同的教学环境中实施《物理导论》中的“能量和动量的变化”的教育影响。这些设置包括（1）完全基于计算机的学习环境和（2）使用合作学习小组与不同程度的教师支持。前和后测试提供的证据表明，基于计算机的实施明显低于课堂实施，其中涉及协作学习小组和互动与教学援助。其他调查结果提供了深入了解某些要素的教员培训和适当使用的教程作为一个新概念的初步介绍的重要性。
2011-09-30 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
Secret objectives: promoting inquiry and tackling preconceptions in teaching laboratories
在最一般的形式中，“秘密目标”是指实验现实与在开始实验工作之前向学生提供的信息之间的任何不一致。学生面临的挑战是确定秘密目标，然后给予自由探索和理解实验，从而鼓励和促进真正的调查元素在介绍实验室课程。单摆的阻尼作为一个具体的例子来说明如何秘密目标可以包括在内。我们还讨论了秘密目标方法的影响，以及如何提供基于问题的学习和探究式实验室的概念之间的联系。
2019-05-17 physics.ed-ph
Analogous Patterns of Student Reasoning Difficulties in Introductory Physics and Upper-Level Quantum Mechanics
很少有人知道如何在入门和高级课程的专业知识的性质比较，在知识丰富的领域，如物理。我们开发了一个框架，比较学习和模式的学生困难的物理学导论和量子力学之间的异同。基于我们的框架，我们认为，定性模式的学生推理困难的入门物理承担了惊人的相似之处，发现为上层量子力学。该框架可以指导教学和学习工具的设计。
2015-10-05 physics.ed-ph quant-ph
A Unified and Economical Approach to Teaching Higher Secondary Electricity Experiments
Anandapur High School（安纳达布尔高中）；Prabhat Kumar College（普拉巴特库马尔学院）；Institute of Astronomy, Space and Earth Science（天文、太空与地球科学研究所）；IAPT-Midnapore College Centre for Scientific Culture（印度物理教师协会-迈纳波尔学院科学文化中心）
本文提出一种低成本自制实验装置，利用移动充电器、镍铬丝、检流计和数字万用表，简化高中电学实验教学，降低学生对实验室的恐惧，提升实践与理论结合的效果。
2026-04-04 physics.ed-ph
Potential Momentum, Gauge Theory, and Electromagnetism in Introductory Physics
如果势能是一个四维向量的类时分量，那么必然有一个相应的类空部分，逻辑上称之为势动量。由势动量和势能组成的势四动量，就是关联力的规范场乘以与该力关联的电荷。正则动量是普通动量和势能动量之和。物质波在规范场中的不连续性折射可以用来在初等水平上探索规范场的效应。使用这个工具，就可以说明电磁学的洛伦兹力定律是如何从规范理论推导出来的。由此产生的论点是学生在介绍微积分为基础的物理课程的水平和联系在一起的经典和量子力学，相对论，规范理论，电磁学。由此产生的经济演示使得它更容易包括现代物理学在一年的课程通常可用于教学介绍物理学。
1998-03-17 physics.ed-ph
Teaching Data Science
我们描述了一个介绍性的数据科学课程，题为介绍数据科学，在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校提供。该课程通过使用Python编程语言介绍了一般编程概念，重点是数据准备，处理和表示。该课程没有先决条件，学生不需要有任何编程经验。本入门课程旨在涵盖广泛的主题，从数据的性质，到存储，到可视化，到概率和统计分析，再到云和高性能计算，而不会过度关注任何一个主题。最后，我们讨论了我们学到的经验教训以及我们开发新数据科学课程的计划。
2016-04-25 cs.CY physics.ed-ph stat.OT
Teaching an Old Ball New Tricks: Another Look at Energetics, Motion Detectors and a Bouncing Rubber Ball
运动传感器下的弹跳橡胶球是物理实验室入门的经典之作。它常被用来测量重力加速度，也可以证明能量守恒。通过观察球在每次反弹时上升到较低的高度，提出了一个问题：“能量损失的主要来源是什么？”“并要求学生根据位置数据构建自己的速度测量值，可以创造丰富的实验室经验，从而使学生能够讨论正确的数据分析和模型的实现。回报是学生理解，看似微小的定义差异可能导致非常不同的结论。
2020-09-27 physics.ed-ph
Teaching Physics to Life Sciences Students in the SCALE-UP Style
本文综述以 SCALE-UP 风格改进生命科学专业入门物理教学的方法，并结合 IPLS 课程调整经验，增强物理与生命科学的关联。
2024-07-31 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
Calculating a journey to Mars with introductory physics
Facultad de Ciencias Básicas, Departamento de Física（基础科学学院物理系）；Centro de Desarrollo de Investigación CEDI-UMCE（CEDI-UMCE研究中心）；Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación（教育与科学都会大学）
本文用高中物理和数学工具，计算载人火星往返任务的霍曼转移轨道、旅行时间与发射条件，将多个物理主题整合为教学资源，助力课堂应用。
2026-09-18 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
