Surveying Students' Understanding of Quantum Mechanics
针对特定物理主题的概念性多项选择题的开发对于设计研究性学习工具以降低难度具有重要意义。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学习中遇到的困难。我们开发了一个以研究为基础的概念性多项选择调查，针对这些问题，以获得有关共同困难的信息，并将其管理到来自七个不同机构的一百多名学生。调查中针对的问题包括可能的波函数，束缚态和散射态，量子测量，期望值，哈密顿量的作用，波函数的时间依赖性和期望值的时间依赖性。我们发现，高年级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。该调查可用于评估各种指导性策略的有效性。
2016-02-19 physics.ed-ph
Student difficulties with the probability distribution for measuring energy and position in quantum mechanics
我们一直在调查的困难，学生在高层次的本科课程，在确定测量能量和位置的概率分布作为时间的函数时，明确给出了初始波函数。我们管理的书面自由回答和多项选择题，以调查这些困难。我们发现，学生有这些概念的共同困难。我们讨论了一些发现。
2015-09-14 physics.ed-ph quant-ph
A Review of Student Difficulties in Upper-Level Quantum Mechanics
一般来说，学习高级物理是具有挑战性的，不仅是因为数学复杂性的增加，而且还因为必须继续建立在入门和中级水平获得的所有先前知识的基础上。此外，学习量子力学可能特别具有挑战性，因为经典力学和量子力学的范式非常不同。本文综述了学生在学习高级量子力学过程中的推理困难以及学生在这些课程中的问题解决和元认知能力的研究。其中一些研究是多所大学的调查。调查表明，有很大的差异，在学生的表现在上层量子力学，无论大学，教科书，或教师和许多学生在这些课程还没有获得一个功能的基本概念的理解。学习量子力学的推理困难的性质类似于通过研究在入门物理课程中发现的推理困难。推理困难往往是由于在一种情况下学习的概念过度概括到另一种情况下，他们不直接适用。在区分密切相关的概念和理解量子力学的形式方面，推理困难是常见的。最后，我们简要总结了以研究为基础的方法，利用学生的困难，以提高量子力学的教学和学习的研究。
2016-01-07 physics.ed-ph quant-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
Assessing and improving student understanding of quantum mechanics
我们在研究生教学开始时，展开一项调查，以探讨学生对量子力学概念的理解。这项调查是在第一学期开始时对来自七所不同大学的202名一年级量子力学课程的物理学研究生进行的。我们还对15名刚刚完成一门课程的研究生或高年级本科生进行了一对一的访谈，这些课程涵盖了调查的所有内容。我们发现学生们对基本的量子力学概念有着普遍的困难。这些困难通常是由于在一个背景下学习的概念过度概括到其他背景下，在这些背景下，它们并不直接适用，并且难以理解量子力学的抽象定量形式。注重提高学生对这些概念的理解的教学策略应该考虑到这些困难。从这项研究的结果可以提高教师的第一年研究生量子物理的概念困难的学生可能面临的。
2016-02-18 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 quantum mechanics at the beginning of graduate instruction
在研究生教学开始时，我们进行了一项调查，以探讨学生对量子力学的理解。这项调查是在第一学期开始时对来自七所大学的202名一年级量子力学课程的物理研究生进行的。我们还对15名刚刚完成一门课程的研究生或本科生进行了一对一的访谈，这些课程涵盖了调查的所有内容。虽然有些大学的学生平均表现比其他大学好，但我们发现，学生们在理解量子力学概念方面都有普遍的困难。这些困难往往是由于将在一种情况下学到的概念过度概括到其他情况下，而这些概念并不直接适用。在区分密切相关的概念和理解量子力学的形式方面存在困难是常见的。这项研究的结果可以提高教师的第一年研究生量子物理的一些学生可能面临的困难。
2016-02-22 physics.ed-ph
A Framework for Understanding the Patterns of Student Reasoning Difficulties in Quantum Mechanics
与物理学导论相比，人们对高等物理课程中专业知识的发展知之甚少，特别是在量子力学方面。在这里，我们描述了一个框架，了解模式的学生推理困难，以及学生如何发展量子力学的专业知识。该框架假定，许多学生在发展量子力学专业知识时面临的挑战类似于入门学生在发展经典力学入门专业知识时面临的挑战。这个框架结合了高水平学生的事先准备、目标和动机的多样性（即，即使在高级课程中，学生也可能准备不足，目标不明确，没有足够的动力来超越）以及从经典力学到量子力学的“范式转移”。该框架是基于实证调查表明，模式的推理，解决问题，自我监控的困难，在量子力学承担了惊人的相似之处，发现在介绍经典力学。从量子力学和介绍经典力学的研究的例子进行了讨论，以说明如何困难的模式是类似的，因为学生学会解开各自的原则，并掌握在专业知识的发展过程中的每个知识领域的形式主义。拥抱这样一个框架，并考虑在这两个知识领域的困难之间的相似之处，可以使研究人员利用广泛的文献介绍物理教育研究，指导设计的教学和学习工具，帮助学生发展量子力学的专业知识。
2015-04-08 physics.ed-ph quant-ph
Investigating Student Difficulties with Time dependence of Expectation Values in Quantum Mechanics
量子力学是具有挑战性的，即使是高年级的本科生和研究生。在薛定谔表象中，波函数根据时间相关的薛定谔方程随时间演化。波函数的时间依赖性导致观测量的期望值的时间依赖性。我们一直在探索高年级本科生和研究生在量子力学中期望值的时间依赖性方面的困难。我们已经开发和管理的概念自由反应和多项选择题的学生调查这些困难。我们还单独采访了23名学生使用有声思维协议，以更好地了解学生的书面答复背后的理由。我们发现，许多学生的斗争与时间依赖性的期望值的观测。我们讨论一些发现。
2015-10-05 physics.ed-ph quant-ph
Improving Students' Understanding of Quantum Measurement Part 1: Investigation of Difficulties
我们描述了高年级本科生和研究生在量子力学的标准解释范围内进行量子测量的困难。我们通过分析学生对调查和访谈中问题的回答来探讨这些困难的可能根源。本研究的结果将应用于发展研究性学习的辅导课程，以增进学生对量子测量的理解。
2016-04-03 physics.ed-ph
Student difficulties with the corrections to the energy spectrum of the hydrogen atom for the intermediate field Zeeman effect
本文讨论了用简并微扰理论对氢原子能谱进行中间场塞曼效应修正的学生困难问题。调查是在高级量子力学课程中进行的，通过管理自由回答和多项选择题，并与学生进行个别访谈。我们发现，学生有许多共同的困难，相关的物理概念。特别是，学生们经常在量子力学的背景下与数学意义的形成作斗争，这需要解释未扰动能谱中简并的含义，以及塞曼扰动将如何影响能级的分裂。我们讨论了如何常见的困难往往出现的事实，正确地应用线性代数的概念，在这种情况下，在能量谱的退化是具有挑战性的学生。
2020-06-09 physics.ed-ph
A Deeper Look at Student Learning of Quantum Mechanics: the Case of Tunneling
我们报告了一项大规模的研究，学生学习量子隧穿在4个传统的和4个改造现代物理课程。在经过改造的课程中，这些课程旨在解决学生在以前的研究中发现的困难，学生仍然在与其他课程中发现的许多相同的问题作斗争。然而，这些困难的原因更加微妙，许多新的问题浮出水面。通过明确解决如何建立波函数和能量的模型，以及如何将这些模型与真实的物理系统联系起来，我们已经打开了一个深层次和困难的问题的闸门，因为学生们正在努力理解这些模型。我们的结论是，在以前的研究中发现的困难是冰山一角，真正的问题，在学习量子隧道的学生困难的核心是建立复杂的模型，这是隐含在专家的理解，但往往没有明确解决的指令的斗争。
2008-03-19 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
Helping Students Learn Quantum Mechanics for Quantum Computing
量子信息科学与技术是一个迅速发展的交叉学科，吸引了科学和工程领域的研究人员。传统的量子力学教学不足以让学生为量子计算的研究做好准备，因为目前的课程缺乏对量子形式主义和动力学的强调。我们正在调查学生在量子力学方面的困难，并正在开发和评估量子互动学习教程（QuILT），以减少困难。我们的调查包括与个别学生的访谈，以及自由回答和多项选择题测试的开发和管理。我们讨论了我们的研究和开发项目对帮助学生学习量子计算相关的量子力学的影响。
2016-02-22 physics.ed-ph
Student difficulties with finding the corrections to the energy spectrum of the hydrogen atom for the strong and weak field Zeeman effects using degenerate perturbation theory
本文讨论了用简并微扰理论对氢原子能谱进行强、弱场塞曼效应修正的学生困难问题。这项调查是在高级量子力学课程管理书面自由回答和多项选择题，并与学生进行个别访谈。我们讨论了与这些概念相关的常见学生困难，这些概念可以作为创建学习工具的指南，以帮助学生发展对涉及塞曼效应对能谱的校正的概念的功能性理解。
2020-06-09 physics.ed-ph
Student understanding of Fermi energy, the Fermi-Dirac distribution and total electronic energy of a free electron gas
我们调查了高年级本科生和研究生的量子力学和统计力学的核心课程后，物理学生的费米能量，费米-狄拉克分布和总电子能量的自由电子气体后，他们在各自的课程学习相关概念的困难。这些困难进行了探讨，管理书面概念和定量问题的本科生，并要求一些本科生和研究生回答这些问题，而大声思考在一对一的个人访谈。我们发现，先进的学生有许多共同的困难，这些概念后，传统的讲座为基础的教学。参与一系列点击器问题提高了学生的表现，但在他们对这些具有挑战性的概念的理解方面仍有改进的空间。
2020-06-07 physics.ed-ph
Investigating Student Difficulties with Dirac Notation
量子力学是具有挑战性的，即使是高年级的本科生和研究生。狄拉克记法是一种在量子力学中广泛使用的简便记法。我们一直在调查的困难，高年级本科生和研究生有狄拉克符号。我们管理的书面自由回答和多项选择题的学生，还进行了半结构化的个人访谈与23名学生使用的思考大声协议，以获得更好地了解他们的反应背后的理由。我们发现，许多学生的斗争与狄拉克符号，他们是不一致的，在使用这种符号在不同的问题在一个给定的测试。特别是，他们是否正确地回答了涉及狄拉克符号的问题是依赖于上下文的。
2015-10-05 physics.ed-ph quant-ph
Developing and evaluating a tutorial on the double-slit experiment
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互动教程可以成为促进学生学习的有用工具。我们一直在调查学生的困难与量子力学有关的双缝实验在各种情况下。在这里，我们讨论了量子互动学习的发展和评估（QuILT），它利用互动模拟，以提高学生的理解。我们总结了常见的困难，并讨论在何种程度上QuILT是有效地解决他们在两种类型的课程。
2015-09-25 physics.ed-ph
An experiment to address conceptual difficulties in slipping and rolling problems
一个最初自由旋转的自行车车轮被放置在一个粗糙的表面上，并将其运动制成数字电影。使用Tracker软件进行视频分析，我们获得了车轮上几个点的速度矢量，在实验室的参考系中，以及在以车轮的质心为原点的相对参考系中。还确定了车轮与地板接触点的速度，从而获得了车轮在两个参考系中的运动状态的完整图像。用这种经验方法来解决力学问题，有助于克服力学问题所带来的相当大的困难。
2019-07-30 physics.ed-ph
ACER: A Framework on the Use of Mathematics in Upper-division Physics
在科罗拉多大学博尔德分校，作为我们更广泛的努力，以改变中，高年级的物理课程的一部分，我们研究学生的困难与特定的概念，方法和工具，在经典力学，电磁学和量子力学。不出所料，许多困难与学生使用数学工具有关（例如，近似方法）。以前的工作已经记录了学生必须克服的一些挑战，以便在入门物理学中流利地使用数学工具（例如，将意义映射到数学符号上）。我们已经开发了一个理论框架，以方便连接学生的困难与具体的数学和物理概念的挑战。在本文中，我们激励需要这个框架，并证明其效用的研究人员和课程教师，通过将其应用到框架的结果，从采访数据的学生使用泰勒近似。
2012-09-13 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
Using conceptual metaphor and functional grammar to explore how language used in physics affects student learning
本文介绍了一种关于语言在物理学习中的作用的理论。该理论是在物理学学生和物理学家关于量子力学的讨论和写作的背景下发展起来的。我们发现物理学家的语言通过语法和概念隐喻的使用编码了不同种类的类比模型。我们假设学生根据物理学家语言的语法结构将概念归类为本体论类别。我们还假设学生在物理学家的演讲和写作中过度延伸和误用概念隐喻。使用我们的理论，我们将展示在某些情况下，我们如何将学生在量子力学中的困难解释为语言困难。
2007-04-10 physics.ed-ph
Upper-division student difficulties with the Dirac delta function
狄拉克δ函数是一个标准的数学工具，在本科物理课程中反复出现在多个主题领域，包括静电学和量子力学。虽然狄拉克δ函数经常被引入以简化数学问题，但学生们仍然很难操纵和解释它们。为了表征学生的困难与三角洲功能在上师水平，我们研究了学生的反应，传统的考试问题和标准化的概念评估，并进行了有声思维访谈。我们的分析是由一个分析框架，重点是学生如何激活，构建，执行和反映在物理问题解决的背景下的狄拉克δ函数。在这里，我们专注于学生的困难，使用三角洲函数来表达电荷分布的背景下，初中水平的静电。共同的挑战包括：自发地调用δ函数，使用δ函数将电荷分布的描述转换成数学表达式，对3D或非笛卡尔δ函数表达式进行积分，以及认识到δ函数可以具有单位。我们还简要讨论了这些困难的教学影响。
2015-01-29 physics.ed-ph
A cross-context look at upper-division student difficulties with integration
我们调查了高年级学生在多个背景下直接积分的困难，这些背景涉及从连续分布（例如，质量、电荷或电流）。整合是一种工具，在历史上已经在课程的几个不同的点，包括入门和高年级的研究。我们建立了这些以前的研究，并提供额外的数据，围绕学生的困难与多变量集成在两个新的点在课程：中师经典力学，和上师静磁学。为了便于比较以前的研究以及目前的工作，我们利用了一个分析框架，重点是学生如何激活，构建，执行，并反映在物理问题解决过程中的数学工具（即，ACER框架）。使用混合方法的方法，包括编码的考试解决方案和学生解决问题的面试，我们确定和比较学生的困难，在这两个不同的背景下，并将它们与以前在其他水平和背景下发现的。我们发现，一些观察到的学生的困难是持续跨越所有三个背景（例如，确定整合为适当的工具，并表达差异向量），而其他困难似乎随着学生通过课程的进展而消失（例如，表示差分线、面积和体积元素）。我们还确定了在不同情况下出现的新困难（例如，解释和表达电流密度）。
2019-08-01 physics.ed-ph
Developing and evaluating an interactive tutorial on degenerate perturbation theory
我们讨论了调查学生的困难与退化微扰理论（DPT）进行了高级量子力学课程管理自由回答和多项选择题，并进行个别采访的学生。我们发现学生们有许多与此主题相关的共同困难。我们使用通过研究发现的困难作为资源，开发和评估量子互动学习平台（QuILT），努力帮助学生发展DPT的功能性理解。我们讨论了DPT QuILT的发展及其在本科和研究生课程的初步评价。
2017-01-05 physics.ed-ph
Interactive learning tutorials on quantum mechanics
我们讨论了适合于量子力学本科课程的量子交互学习教程（Quilts）的开发和评价。Quilts基于对学生学习量子物理困难的调查。他们利用基于计算机的可视化工具，并帮助学生建立量子物理学的形式和概念方面之间的联系，而不影响技术内容。它们既可以作为讲座的补充，也可以作为自学工具。
2016-03-10 physics.ed-ph
Challenges in addressing student difficulties with time-development of two-state quantum systems using a multiple-choice question sequence in virtual and in-person classes
本研究在两年的高级本科量子力学课程中，于虚拟和线下面对面课堂实施经研究验证的CQS，比较传统讲授与参与CQS后的学生表现，以评估其对两态量子系统时间演化学习的有效性。
2024-02-28 physics.ed-ph
Upper-division student difficulties with Separation of Variables
分离变量可以是一个强大的技术来解决许多偏微分方程，出现在物理环境。高年级物理学专业的学生会在多个主题领域遇到这种技术，包括静电学和量子力学。为了更好地了解学生在使用变量分离技术时遇到的困难，我们检查了学生对期中考试问题的回答和标准化的概念评估，并进行了有声思考和解决问题的访谈。我们的分析是由一个分析框架，重点是学生如何激活，构建，执行，并反映在解决物理问题时的变量分离技术。在这里，我们专注于学生的困难与分离的变量作为一种技术来解决拉普拉斯方程在笛卡尔坐标和球坐标的背景下，初中水平的静电。挑战包括：认识到分离变量是适当的工具;回忆/证明分离形式的潜力和需要无限的总和;识别隐含的边界条件;并自发地反映他们的解决方案。此外，在笛卡尔和球面几何中，SoV问题的错误类型和频率通常是不同的。我们也简要地讨论了这些发现对教学的启示。
2015-07-14 physics.ed-ph
Challenges in addressing student difficulties with measurement uncertainty of two-state quantum systems using a multiple-choice question sequence in online and in-person classes
本研究在高年级量子力学课程中连续比较在线与线下环境，使用经研究验证的选择题序列评估学生对两态量子系统测量不确定性的学习效果。
2024-02-28 physics.ed-ph
Rubric Design for Separating the Roles of Open-Ended Assessments
课程结束评估在不断尝试改进物理课程教学中发挥着重要作用。比较学生在教学前后的评估表现，可以衡量学生的学习情况。此外，通过分析学生对评估项目的回答，可以深入了解学生在具体概念和实践方面的困难。虽然开放式评估评分详细的规则提供了有用的信息，学生推理的研究人员，最终用户需要评分学生的反应，使他们可以获得有意义的反馈，他们的教学。一个满足最终用户和研究人员的解决方案是将学生作业评分和发现学生困难分开的评分规则。我们已经为科罗拉多州的经典力学/数学方法仪器构建了一个可分离的量规，未经训练的评分员使用它来可靠地对评估进行评分，研究人员也使用它来解开学生常见的困难。在这里，我们提出了量规的发展，评分员之间的可靠性措施，和一些未发现的学生的困难。
2014-07-11 physics.ed-ph
Assessing Learning Outcomes in Middle-Division Classical Mechanics: The Colorado Classical Mechanics/Math Methods Instrument
可靠和有效的评估介绍物理学一直在推动课程和教学改革，导致改善学生的学习。作为努力的一部分，以系统地提高我们的讲师级经典力学和数学方法课程（CM 1）在CU博尔德，我们已经开发了一个工具来评估学生学习CM 1的概念在上师。科罗拉多经典力学/数学方法仪器（CCMI）建立在教师共识的学习目标和学生困难的系统观察。结果是一个9个问题的开放式后测试，探讨学生学习的前半部分的两个学期的经典力学/数学方法序列。在本文中，我们描述了这个仪器的设计和开发，它的验证，并在类在CU博尔德和其他地方的测量。
2016-06-10 physics.ed-ph
Student understanding of rotational and rolling motion concepts
我们调查了学生在物理入门课程中涉及的旋转和滚动运动概念方面的常见困难。我们比较了性能的微积分和代数为基础的入门物理学生与物理大三谁学会了旋转和滚动运动的概念，在中级力学课程。访谈进行了六个物理大三学生和十个入门学生使用演示为基础的任务。我们还管理自由回答和多项选择题，以大量的学生参加了介绍物理课程，并采访了另外六个介绍学生的测试问题（在测试设计阶段）。所有的学生表现出类似的困难，无论他们的背景，和更高的数学复杂性似乎并没有帮助获得更深的理解。我们发现，有些困难是由于线性运动的相关困难，而另一些则与更复杂的旋转和滚动运动的性质有关。
2005-10-10 physics.ed-ph
Transfer of Learning in Quantum Mechanics
我们调查的困难，本科生在量子力学课程在转移学习从以前的课程或在同一课程从一个上下文中到另一个管理笔试和进行个别访谈。量子力学是一门抽象的学科，它的研究范式与经典力学有很大的不同。要很好地掌握量子力学的原理，就需要创建和组织一个与量子假设相一致的知识结构。如果学生有机会在新知识和已有知识之间建立联系，那么以前学过的概念，如叠加原理和概率，在量子力学中可能是有用的。我们还讨论了量子力学和现代物理课程之间更好的对齐的必要性，因为半经典模型可能会阻碍更高级课程中量子范式的内化。
2016-02-18 physics.ed-ph
Assessing Student Learning in Middle-Division Classical Mechanics/Math Methods
可靠和有效的评估介绍物理学一直在推动课程和教学改革，导致改善学生的学习。作为努力的一部分，以系统地提高我们的讲师级经典力学和数学方法课程（CM 1）在CU博尔德，我们正在开发一个工具，以评估学生学习CM 1的概念在上师。科罗拉多经典力学/数学方法仪器（CCMI）建立在教师共识的学习目标和学生困难的系统观察。结果是一个9个问题的开放式后测试，探讨学生学习的前半部分的两个学期的经典力学/数学方法序列。在本文中，我们描述了这个仪器的设计和开发，其验证，并在类中取得的测量在CU博尔德。
2013-06-12 physics.ed-ph
Challenges in addressing student difficulties with quantum measurement of two-state quantum systems using a multiple-choice question sequence in online and in-person classes
本研究在高级量子力学课程中，通过在线与面对面教学，评估了点击器问题序列（CQS）对两态系统量子测量概念学习的影响，并比较了传统讲授与CQS干预后的学生表现，分析了三年实施中的趋势。
2024-05-29 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
Challenges in addressing student difficulties with basics and change of basis for two-state quantum systems using a multiple-choice question sequence in online and in-person classes
本研究在三年内的高级本科量子力学课程中，通过线上线下教学环境，使用经过研究验证的多选题序列评估并改善了学生在两态量子系统基础及基变换方面的学习表现。
2024-10-14 physics.ed-ph
From Two-Level Hamiltonians to Quantum Superposition and Measurement: A Traceable Classroom Module
New Mexico State University（新墨西哥州立大学）
该模块以二能级哈密顿量为框架，通过五活动序列和评分标准，将量子叠加与测量中的常见学习困难映射到学习目标与评估，实现可追踪教学。
2026-09-30 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
An extensive Study of Teaching / Learning Quantum Mechanics in College
量子物理学被认为是当代物理学中最引人注目的发现之一，它在上个世纪发展起来，并逐渐在科学界得到体现，如激光、晶体管、电子显微镜和半导体的发明。从K-12级开始的国家科学教育标准（NSES）以及许多州的科学标准（Gossard，2000）都强调了物理科学的教学。本研究的目的是调查前瞻性阐明最常见的学习困难，不足的教学策略和其他重大的教学或概念问题，理工科大学生在高级和/或初级水平的量子物理教学过程中遇到的。虽然在目前的研究中，量子物理学的学习和教学的概念问题得到了解决，我主要集中在教师的教学方法，以及课堂环境应该如何运作的考虑。关键词：量子物理，科学教育，教与学科学。
2010-02-26 physics.ed-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
Students' Understanding of Stern Gerlach Experiment
施特恩-格拉赫实验在自旋角动量的发现中发挥了核心作用，在阐明量子力学的基础问题中也发挥了关键作用。本文通过对量子力学专业本科生和研究生的笔试和访谈，探讨了学生在施特恩-格拉赫实验中遇到的困难。我们还讨论了初步的数据表明，量子互动学习的实验（QuILT）相关的施特恩-格拉赫实验是有助于提高学生对这些概念的理解。
2016-02-20 physics.ed-ph
