Categorization of Mechanics Problems by Students in Large Introductory Physics Courses: A Comparison with the Chi, Feltovich, and Glaser Study
受Chi，Feltovich和Glaser [1]经典研究的启发，我们要求三个入门物理课的入门物理学生根据解决方案的相似性对力学问题进行分类。为了评估问题情境对学生分类能力的影响，本研究设计了两组分类问题。学生们被要求分类的一组问题中的一些问题包括Chi等人先前研究中的问题。我们的研究结果与Chi等人的研究结果相反，这表明在入门学生中专业知识的分布要广泛得多。
2016-02-28 physics.ed-ph
Using Categorization of Problems as an Instructional Tool to Help Introductory Students Learn Physics
根据基本原理而不是上下文对问题进行分类的能力被认为是解决物理问题的专业知识的标志。从Chi，Feltovich和Glaser的经典研究中获得灵感，我们比较了25个入门力学问题的分类，这些问题基于学生在大型微积分基础入门课程中与物理教师和博士的解决方案相似。学生在这里，我们总结了这项研究，并建议分类任务，特别是当与学生在小组中与同龄人一起工作时，可以是一种有效的教学工具，帮助学生在物理入门课程中学习辨别不同背景下的问题之间的潜在相似性，但相同的基本物理原理。
2016-02-23 physics.ed-ph
Comparing introductory and beyond-introductory students' reasoning about uncertainty
通过调查10所大学的学生，本研究对比了入门与进阶学生在物理实验中对不确定性的推理差异，发现进阶学生在部分问题上表现更接近专家，呼吁进一步研究其认知发展。
2023-10-24 physics.ed-ph
Understanding How Students Use Physical Ideas in Introductory Biology Courses
马里兰大学（UMD）生物教育和物理教育研究小组正在调查学生对物理学在生物学入门课程中的作用的看法。本文介绍的数据从介绍性课程，解决了生物体生物学的基本原理，并结合了几个主题直接相关的物理学，包括热力学，扩散和流体流动。我们研究了教师如何在这门生物学入门课程中使用数学和物理，并观察了两名学生对这种使用的反应。我们的初步意见是为了开始讨论的认识论问题所产生的科学学科的整合，并激励需要进一步的研究。
2010-09-06 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
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
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
Helping introductory physics students connect physics with humanities, art, social sciences, and everyday life
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本文回顾了在代数物理入门课程中引入额外学分项目的经验，该项目要求学生将物理学与人文、社会科学及日常生活相联系，展示了体现学生创造力的项目示例，并鼓励其他教师提供类似项目。
2025-09-15 physics.ed-ph
Implementing Competency-Based Grading Improves the Performance of Women and First Generation Students in Introductory Physics
我们提出了一个模型，以能力为基础的微积分为基础的介绍物理学，鼓励学生获得所有课程内容的熟练程度分级。通过让学生在整个学期中不断提高技能和内容的熟练程度，这种形成性的评分系统旨在创造一个更灵活的学习环境，更好地适应学生的不同时间表和需求。虽然所有学生在实施这一评分制度后表现都有所改善，但女性和第一代学生的成绩最大，这两类学生往往在科学和工程学位课程中构成保留风险。
2022-06-21 physics.ed-ph
Is agreeing with a gender stereotype correlated with the performance of female students in introductory physics?
先前在物理学入门方面的几项研究发现，在力概念量表（FCI）和电和磁的概念调查（CSEM）等概念评估方面存在性别差距，男生的表现优于女生。此外，先前在数学方面的研究也发现，对一个群体的负面刻板印象的激活会导致刻板印象群体的表现恶化。在这里，我们描述了两项研究中，我们调查的影响干预措施对性别差距的FCI和CSEM在大型物理学入门课程在一个大型的研究型大学。在第一项研究中，我们调查了与没有被要求提供这些信息的学生相比，在参加CSEM之前要求物理导论学生立即表明他们的性别是否会增加性别差距。我们发现，在这两种情况下，男女学生的表现没有差异。在第二项研究中，进行了数千名物理入门学生，我们调查的流行的信念，男性一般表现更好的物理比女性和这种信念的程度是相关的表现的女性和男性学生的FCI和CSEM在介绍物理课程。我们发现，在长达一年的微积分为基础的介绍物理序列，其中女学生的代表性显着不足，同意性别刻板印象与女学生的概念物理调查的表现呈负相关。同意性别刻板印象的女学生比不同意的女学生在为期一年的微积分基础物理课程结束时表现得更差，这一事实可能部分是由于同意刻板印象的女学生在这门课程中可能会遇到的刻板印象威胁增加。
2020-06-26 physics.ed-ph
Investigating introductory and advanced students' difficulties with change in internal energy, work and heat transfer using a validated instrument
该研究利用经过验证的STPFaSL-Long工具对1000多名入门和高级物理学生进行调查，发现两类学生在传统讲授式教学后仍普遍存在内能、功和热传递方面的概念困难，为改进热力学教学和课程设计提供了实证依据。
2024-08-01 physics.ed-ph
Students' attitudes toward experimental physics in a conceptual inquiry-based introductory physics lab
有一些证据表明，基于概念探究的入门物理实验室课程，如实时物理，可以提高学生对物理概念的理解。因此，这些课程可能是有吸引力的教师谁寻求改造他们的物理实验室，以提高学生的学习。然而，概念探究为基础的实验教学对学生的态度和信念的影响实验物理，测量的E-CLASS调查，尚未完全理解。我们目前的数据从三个课程的方法超过四个学期（$n=701$）。在第一次实施基于概念探究的入门物理实验室时，我们没有看到E-CLASS分数的变化。然而，要求学生反思与实验物理有关的问题的增加与E-CLASS结果相关联，这些结果与其他有效的实验室教学方法相当。
2022-04-01 physics.ed-ph
Comment on "How perception of learning environment predicts male and female students' grades and motivational outcomes in algebra-based introductory physics courses"
最近的一篇论文使用结构方程模型来推断性别依赖的学生态度对入门物理课程的几个结果的影响。所使用的模型是精确的马尔可夫相当于一个同样合理的近似值，其中一个关键的性别依赖系数在确定态度是从零无法区分。我还认为，定性框架可能归因于学生的动机，实际上属于他们的老师。
2023-02-17 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
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
The Initial State of Students Taking an Introductory Physics MOOC
作为大规模开放在线课程（MOOC）更大研究项目的一部分，我们调查了学生背景以及学生参与带有实验室部分的物理MOOC的情况。学生们在课程开始时完成了人口统计调查和力和运动概念评估。虽然该课程仍在积极运行，我们已经跟踪了学生参与了11周课程的前五周。
2013-09-13 physics.ed-ph
Supporting students with ADHD in introductory physics courses: Four steps for instructors
本文针对高等物理入门课程中ADHD学生支持不足的问题，基于一名ADHD学生的亲身视角，为教师提供可帮助其成功的四类教学策略。
2021-05-13 physics.ed-ph
Comment on Demographic gaps or preparation gaps?: The large impact of incoming preparation on performance of students in introductory physics
Salehi等人最近的一篇论文声称，在大学物理入门考试中发现的主要人口群体之间的差异是由于大学预科的差异。然而，没有证据表明准备差异比其他任何差异更重要。在一种情况下，男性/女性的差异，该文件实际上提供了证据，证明准备差距是不重要的。
2020-11-12 physics.ed-ph
Implementing and assessing computational modeling in introductory mechanics
学习物理学入门课程的学生很少接触计算建模。在佐治亚理工学院的一个学期的大型讲座介绍基于微积分的力学课程中，学生们学会了使用VPython编程环境解决物理问题。在本学期，1357名学生在这门课程解决了一套十四个计算建模家庭作业的问题，使用在线商业课程管理系统。他们的熟练程度与计算建模进行了评估，在监考环境中使用一种新的中心力问题。大部分学生（60.4%）成功完成了评估。对学生提交的错误程序的分析表明，一小部分学生的错误解释了为什么大多数程序失败。我们讨论了计算建模作业和评估的设计和实施，从评估的结果和在STEM入门课程的计算建模教学的影响。
2012-07-03 physics.ed-ph
How learning environment predicts male and female students' physics motivational beliefs in introductory physics courses
本研究采用先验同一性框架，通过控制微积分基础物理入门课程学习初期学生的自我效能感和兴趣，探讨学习环境（包括认知、同伴互动和归属感）对学生物理自我效能感、兴趣和同一性的影响。我们调查了1203名学生，其中35%是女性。研究发现，在课程开始时，女生的物理自我效能感和兴趣低于男生，到课程结束时，这些动机结构的性别差异变得更大。分析发现，学生物理自我效能感和兴趣的降低是通过学习环境的中介作用，并最终影响学生的物理同一性。本研究的模型表明，知觉认知在解释学生物理认同感中起主要作用，而学生物理归属感在解释学生物理自我效能感的变化中起重要作用。
2020-07-15 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
Student reasoning about measurement uncertainty in an introductory lab course
计算，报告和理解测量不确定性的熟练程度是本科物理实验室课程的国家认可的学习成果。物理测量问卷（PMQ）是一种基于研究的评估工具，用于测量这种理解。PMQ旨在将学生推理描述为点或集合范式，其中集合范式与专家推理更一致。我们分析了在科罗拉多大学博尔德分校传统的入门实验室课程开始和结束时收集的500多名学生的开放式回答。我们通过分析学生在数据收集、数据分析和数据比较方面的反应的前后变化来讨论学生在一个学期内的理解变化。
2017-07-06 physics.ed-ph
Student performance analysis of virtual introductory calculus-based physics class
本文通过分析虚拟微积分基础物理课程的考试成绩与背景调查，发现短时评估下学生表现更好，物理概念背景有助于成绩而微积分知识无显著相关，为改进课程评估和支持项目提供了依据。
2025-02-08 physics.ed-ph
Student Use of a Single Lecture Video in a Flipped Introductory Mechanics Course
在2013年秋季，佐治亚理工学院提供了一个“翻转”的微积分为基础的介绍力学类作为替代传统的大招生讲座类。这门课通过预先录制的讲座视频在课堂外引入新材料来翻转教学。视频讲座是学生对课程材料的初步介绍。我们分析学生如何通过“点击流”数据参与在线讲座视频，包括时间戳的互动（播放，暂停，寻找等）。在线视频播放器对这些事件的分析表明，学生可能会关注视频中有助于“正确”解决方案的元素。
2014-09-22 physics.ed-ph
Should Students be Provided Diagrams or Asked to Draw Them While Solving Introductory Physics Problems?
绘制适当的图表是一种有用的问题解决启发式方法，可以将给定的问题转化为更容易解决的表示。帮助入门物理学生学习问题解决的一个主要重点是帮助他们认识到绘制图表有助于解决问题。我们进行了一项调查，其中111名学生在代数为基础的介绍物理课程进行了两种不同的干预，在整个学期的复习测验。他们要么（1）被要求解决为他们画了图表的问题，要么（2）被明确告知画一张图表。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解决问题的表现。在这里，我们提出了一些令人惊讶的结果，涉及到考虑初始和最终条件的问题。
2016-01-17 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
Assessing Expertise in Introductory Physics Using Categorization Task
根据基本原则而不是表面特征或背景对问题进行分类的能力，被认为是解决问题的专业知识的几个代理预测器之一。从Chi，Feltovich和Glaser的经典研究中获得灵感，我们通过询问三个入门物理课程（每个课程有100多名学生）来评估专业知识在入门物理学生中的分布，根据解决方案的相似性对力学问题进行分类。我们比较他们的分类与物理研究生和教师。为了评估问题情境对学生分类能力的影响，本研究设计了两组分类问题。其中一组中的一些问题包括Chi等人先前研究中的问题。我们发现微积分入门学生和研究生在被评估为“好”的分类方面存在很大的重叠。“我们的研究结果与Chi等人的研究结果相反，这表明，在入门和研究生中，力学专业知识分布广泛。虽然分类任务是概念性的，但微积分课程的入门学生比代数课程的学生表现得更好。定性趋势分类的问题之间的非志的问题和问题，可从志的研究在我们的研究中使用，虽然志的问题是更困难的平均。
2016-02-28 physics.ed-ph
Extending and Evaluating and Novel Course Reform of introductory Mechanics
本论文的研究动机是为了改进物理导论课程。物理导论课程通常是学生学习创建模型以解决复杂问题的第一门课程。然而，许多学生采取介绍物理课程未能获得这些课程中提出的概念，方法和工具的命令。本文提出的改革重点是改变入门课程的内容，而不是像大多数改革那样改变内容交付方式。本论文探讨如何表现广泛使用的测试概念理解力学比较学生之间的课程与更新和修改的内容和学生采取传统的课程。传统学生的更好表现被发现源于他们对测试中出现的项目类型的额外练习。这项工作的结果带来了问题的作用，介绍物理课程的非专业。这一新角色的一个方面是教授新方法，如计算（使用计算机解决数值，模拟和可视化物理问题）。本文探讨了将计算作为物理课程的一部分对学生的潜在好处。在学生完成一系列计算作业问题后，许多人能够模拟一个他们没有经验的新物理情况。一些学生未能模拟这种新的情况可能源于他们对学习计算的不利态度。在这篇论文中，我们提出了一个新的工具来描述学生的态度。初步的测量结果表明，成功和不成功的学生之间的显着差异。
2011-12-21 physics.ed-ph
Peer Evaluation of Video Lab Reports in an Introductory Physics MOOC
当课程注册人数变得非常大（约10^4名学生）时，评估学生的表现变得具有挑战性。作为佐治亚理工学院2013年提供的物理学入门大规模开放在线课程（MOOC）的一部分，学生们提交了力学实验室的视频报告。这些报告的同行评价提供了评价学生实验室工作的主要方法。本文介绍了开发和使用的方法，以指导学生评价对方的视频实验报告。我们还讨论了学生的同伴评价行为是如何随着课程中提供的不同干预措施而改变的。
2014-10-15 physics.ed-ph
Student gender modulates the intersection of calculus proficiency and calculus self-efficacy in an introductory electricity and magnetism course
本研究评估了电磁学入门课程中微积分能力与自我效能感的变化，发现学生性别调节了微积分能力与自我评价之间的相关性，揭示了物理自我效能感中性别差异的潜在成因。
2024-01-04 physics.ed-ph
Disciplinary authenticity: Enriching the reforms of introductory physics courses for life-science students
教育工作者和决策者一直主张对本科生物教育进行改革，呼吁在生物课程中更好地整合数学和物理。虽然这些呼吁反映了生物学研究日益跨学科的性质，在课堂上跨越学科界限进行教师和学生的认识论挑战。在本文中，我们扩大了真实性的建设，以更好地描述和理解学科实践，特别是研究那些在物理和生物课程。然后，我们应用这些想法来检查一个介绍性的生物课程，结合物理和数学。我们在这门生物学课程中使用跨学科工具的特点，并将它们与物理课程中这些工具的典型用途进行对比。最后，我们研究学生的反应，在这门课程中使用数学和物理，以更好地了解在入门课程中使用跨学科工具的挑战和后果。我们将这些结果与生命科学专业学生的入门物理课程的改革举措联系起来。
2011-09-23 physics.ed-ph
Active Learning reduces academic risk of students with non-formal reasoning skills. Evidence from an introductory physics massive course in a Chilean public university
我们提出的主动学习的试点计划，在智利公立大学的物理学导论实施的调查结果。该模型是基于研究，因为它认为适当的选择和活动的设计，与学生的推理能力的水平一致的文献综述。科学推理的水平与学生的成功呈正相关。通过与传统讲座后的对照组学生相比，我们观察到尚未掌握正式科学推理的学生的失败率显着降低。学生的这种配置文件是大多数，我们的结论是，实施主动学习是特别适合在发展中国家的背景下，高等教育的第一年。它符合学生的个人资料和典型的教室规模的特殊性，导致学习的改善和学术风险的减少，以及财务稳健。
2019-09-03 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
Peer Influence on Physics Self-Efficacy and Grades: A comparative study of students in an introductory calculus-based course who typically worked alone or in groups before and during the pandemic
Department of Physics and Astronomy, University of Pittsburgh（匹兹堡大学物理与天文学系）
本研究比较了疫情前后微积分基础物理课程中独自学习与同伴合作学生的特征，发现同伴合作对物理自我效能感和成绩有积极影响，并对比了代数基础课程的结果。
2025-10-17 physics.ed-ph
From Self-Crafted to Engineered Prompts: Student Evaluations of AI-Generated Feedback in Introductory Physics
本研究调查了约1200名基础物理学生对三种不同提示词生成AI反馈的偏好，发现结合提示词工程和有效反馈原则的结构化提示词最受青睐，而自创提示词反馈最不受欢迎，建议在基础课程中引入提示词工程。
2025-08-13 physics.ed-ph
Using Isomorphic Problems to Learn Introductory Physics
在这项研究中，我们研究了入门物理学生的能力，执行类比推理之间的两个同构的问题，采用相同的基本物理原理，但有不同的表面特征。362名分别来自微积分和代数基础的物理导论课程的学生在复习课上进行了一次测验，他们必须首先从一个已解决的问题中学习，并利用他们从中学到的知识解决另一个同构的问题（我们称之为测验问题）。先前的研究表明，多概念测验问题是具有挑战性的入门学生。学生在不同的背诵类收到不同的干预，以帮助他们辨别和利用同构解决和测验问题的潜在相似之处。我们还对四名入门学生进行了有声思维访谈，以深入了解他们遇到的困难，并探索提供更好支架的策略。我们发现，大多数学生都能够从解决的问题在一定程度上与脚手架提供的学习，并调用测试问题的相关原则。然而，他们不一定能够正确地应用这些原则。研究表明，需要更多的脚手架来帮助学生适当地应用这些原则。我们概述了一些可能的战略，为今后的调查。
2016-02-18 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
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
Effect of Scaffolding on Helping Introductory Physics Students Solve Quantitative Problems Involving Strong Alternative Conceptions
众所周知，物理学导论的学生经常有与既定物理原理和概念不一致的替代概念。在定量问题解决过程中调用替代概念可能会使整个过程脱轨。为了帮助学生正确解决涉及强替代概念的定量问题，适当的支架支持是有帮助的。本研究的目的是探讨不同的支架支持，包括类比问题解决的影响，介绍物理学生的表现在一个目标定量问题的情况下，许多学生的解决过程是脱轨，由于替代概念。三种不同的脚手架支持的设计和实施基于微积分和代数为基础的介绍物理课程，以评估所需的脚手架水平，以帮助学生学习从一个类比的问题，这是类似的基本原则，但解决问题的过程是不是脱轨的替代概念。我们发现，对于涉及强替代概念的定量问题，简单地引导学生先解决类比问题并不足以帮助大多数学生辨别两个问题之间的相似性。然而，如果提供额外的支架支持，直接帮助学生检查和修复他们的知识元素涉及替代概念，学生更有可能辨别问题之间的潜在相似性，避免脱轨的替代概念时，解决目标问题。我们还发现，一些脚手架支持更有效的微积分为基础的课程比代数为基础的课程。这一发现强调了这样一个事实，即必须通过研究来确定适当的脚手架支持，以便有效。
2016-02-18 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
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
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
Using Analogies to Learn Introductory Physics
识别相关的物理原理是解决问题的核心组成部分。大多数入门物理课程的主要目标是帮助学生辨别基于物理原理的问题之间的深刻相似性，以便他们能够将他们通过解决一个问题所学到的知识转移到解决涉及相同原理的另一个问题。我们进行了一项调查，其中251微积分和代数为基础的入门物理学生被明确要求在复习测验中学习解决问题，然后解决另一个问题，有不同的表面特征，但相同的基本物理原理。我们发现，许多学生能够辨别出问题之间的深刻相似之处。当提供已解决的问题时，学生可能会引用正确的原则;然而，需要更多的支架来帮助学生正确地应用这些原则。
2016-02-20 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
A longitudinal analysis of students' motivational characteristics in introductory physics courses: Gender differences
在过去的十年里，STEM课程中缺乏多样性和代表性不足的学生表现不佳一直是研究人员关注的焦点。特别是，人们对妇女在物理学领域代表性不足和表现不佳的原因提出了许多假设。在这里，我们提出了一个框架，帮助所有学生学习科学课程，考虑到四个因素：1）教学和学习工具的特点，2）教学和学习工具的实施，3）学生的特点，和4）学生的环境。虽然对因素1（教学和学习工具的特点）的研究很多，但对因素2（学生的特点，特别是动机因素）的关注较少。在这里，我们专注于从调查数据中获得的入门物理学生的基线动机特征，以告知框架的因素2。本研究以两个学期的物理导论课程为研究对象，通过对学生的自我效能感、毅力、对物理的迷恋、与物理相关的价值、智力心态和物理认识论进行前后调查，对学生的动机特征进行了纵向分析。与男生相比，女生的自我效能感、魅力感和价值感较低，对物理知识的理解更为“固定”。毅力是女生在整个物理入门课程中报告的平均值等于或高于男生的唯一因素。这些性别差异至少可以部分归因于社会的陈规定型观念和偏见，谁属于物理学，可以在它excelinit.The研究结果通知框架，并有影响的发展和实施有效的教学和学习工具，以帮助所有学生学习。
2021-02-15 physics.ed-ph
The Elements of Item Response Theory and its Framework in Analyzing Introductory Astronomy College Student Misconceptions. I. Galaxies
这是一系列论文中的第一篇，这些论文分析了在普遍存在天文学误解的领域中大学生的信仰。数据是通过管理大学天文学入门课程结束时分发的库存来收集的。在本文中，我们提出了项目反应理论（IRT）的基本数学，然后我们用它来探索与星系相关的概念。我们将展示IRT如何确定每个星系主题的难度。我们发现，星系空间分布的概念提出了最大的挑战，所有的星系主题的学生。我们还发现并提出了最合乎逻辑的顺序来教星系的主题作为观众的年龄的函数。
2013-01-21 physics.ed-ph
Graduate teaching assistants use different criteria when grading introductory physics vs. quantum mechanics problems
物理研究生助教（TA）通常负责评分。物理教育研究表明，将证明问题解决过程的责任放在学生身上的评分做法可以帮助他们发展解决问题的技能和学习物理。然而，助教们可能还没有制定出有效的评分方法，他们可能会对入门课程和高级课程中的学生解决方案进行不同的评分。在助教专业发展课程的背景下，我们要求助教对学生的入门物理和量子力学问题的解决方案进行评分，并解释为什么他们的评分方法在这两种情况下是不同的或相似的。助教在QM情境中期望和奖励推理的频率更高。我们的研究结果表明，这些差异可能至少部分是由于助教没有意识到，分级可以作为一种形成性评估工具，也没有考虑从物理入门学生的角度来看，物理入门问题的难度。
2017-01-05 physics.ed-ph
Coupling Conceptual and Quantitative Problems to Develop Expertise in Introductory Physics Students
我们讨论了管理的概念和定量同构问题对（CQIPP）背靠背与要求学生只解决一个问题的CQIPP在物理导论课程的效果。在CQIPP中回答两个问题的学生在概念问题上的表现通常比那些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CQIPP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。即使是在个别访谈中，当被问到概念性问题的学生遇到困难，而访谈者明确鼓励他们通过选择合适的变量将概念性问题转化为相应的定量问题时，大多数学生也不愿意，而是更愿意根据自己的直觉来猜测概念性问题的答案。
2016-02-20 physics.ed-ph
Comparing the efficacy of multimedia modules with traditional textbooks for learning introductory physics content
一项临床研究进行了比较多媒体学习模块与传统教科书的微积分为基础的介绍性电和磁课程的前几个主题的功效。学生们被随机分配到三个不同的组，体验不同的材料演示;一组收到多媒体学习模块演示文稿，其他两个通过书面文本收到演示文稿。所有学生在演讲后立即以及两周后进行了学习测试。在两项测试中，接受多媒体学习模块的学生的表现明显优于接受基于文本的演示的学生。
2008-06-02 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
Entropy and spontaneity in an introductory physics course for life science students
在利用真实生物学实例的生命科学物理学导论（IPLS）课程中，学生关于熵作为“无序”或“混沌”的想法与他们关于有组织生物结构自发形成的想法相联系。这是可能的，以调和“自然倾向的无序”与有组织的集群的大分子，但这样做的方式，将是有意义的学生需要我们认真对待的熵和自发性的想法，学生带来的IPLS课程从他们以前的经验，在生物学和化学。我们利用案例研究访谈来论证，强调能量和熵在确定自发性方面的相互作用（涉及自由能的核心作用）的方法是以特别有效的方式利用学生的生物学和化学资源的方法。我们看到熵参数的定位与充满活力的参数在自发性的确定，使我们的生命科学学生的生物学，化学和物理学的经验更加连贯的重要一步。
2013-08-25 physics.ed-ph
Exploring student facility with "goes like'' reasoning in introductory physics
协变推理-推理如何在一个数量的变化涉及到另一个数量的变化-已经在数学教育研究中得到了广泛的研究。然而，在物理学导论中，关于协变推理的研究却很少。我们探讨协变推理的一个方面：“像”推理。“类似”推理指的是物理学家通过一个简化函数将两个量联系起来的方式。例如，物理学家经常说“电场的变化规律是1/r的平方。虽然物理学家和物理教师经常使用这种推理模式，但学生如何理解和使用它仍然不清楚。我们提出的证据推理库存项目表明，许多学生是有意义的工具，从以前的数学教学，可以发展成专家的“去喜欢”的思维与直接指令。进一步的工作，在表征学生的意义，使教学的未来发展的基础提出了建议。
2020-07-20 physics.ed-ph
The challenge of engaging all students via self-paced interactive e-learning tutorials for introductory physics
随着基于研究的自主节奏电子学习工具越来越多，教育工作者遇到的一个关键问题是实施策略以确保所有学生按预期参与其中。在这里，我们讨论了基于研究的电子学习教程作为自主学习工具在大招生砖和迫击炮介绍物理课程的有效性。这些互动教程是通过物理教育的研究开发的，并被发现是有效的一对一的实施，为不同群体的入门物理学生。教师鼓励在自定进度的学习环境中使用这些自定进度的工具，告诉学生这些工具有助于解决指定的家庭作业问题，并且教程问题中的基本物理原理与课堂测验中的物理原理相似（我们称之为配对问题）。我们发现，许多学生，谁挣扎在这些自适应电子学习教程被分配作为自学工具的课程，表现不佳的配对问题。相比之下，大多数学生志愿者在一对一的实施大大受益于教程，并表现良好的配对问题。这表明，许多参加物理入门课程的学生没有有效地参与课外自定进度的教程，可能只是表面上使用它们。研究结果表明，许多需要通过自定进度的学习工具进行课外辅导的学生可能难以激励自己，并且可能缺乏自我调节和时间管理技能，无法有效地使用专门设计的工具来帮助他们按照自己的节奏学习。最后，我们提出了一个理论框架，以帮助学生与不同的事先准备有效地参与自学工具。
2016-06-02 physics.ed-ph
Investigating introductory and advanced students' difficulties with entropy and the second law of thermodynamics using a validated instrument
该研究使用STPFaSL-Long工具调查1000多名学生，揭示入门和高年级学生在熵与热力学第二定律上的典型误解，如熵守恒、错误应用ΔS公式及对可逆等温过程的困惑，扩展了已有研究并发现新的思维问题。
2024-08-01 physics.ed-ph
