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
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
CURE-like, not cure-all: Varying broad relevance in experimentation labs produces similar student outcomes
Cornell University（康奈尔大学）；University of Toronto（多伦多大学）
本研究通过并行运行两种实验型实验室（一种类似CURE增加广泛相关性，另一种使用典型设备），发现两者在学生批判性思维技能和态度方面产生相似成果，表明广泛相关性可能并非提升学生成果的关键。
2026-05-30 physics.ed-ph
Toward Better Physics Labs for Future Biologists
我们已经开发了一套实验室和动手活动，以配合一个新的两学期的跨学科物理课程，已成功开发并在马里兰大学帕克分校（UMD）的两个小型测试班的学生在2012-2013年进行测试。我们设计了实验室，以配合学生的第二年改革课程，微积分，生物和化学作为先决条件。这使得实验室能够包括与细胞尺度相关的物理学的重要内容，从化学相互作用到流体中的随机运动和电荷屏蔽。我们还向学生介绍了研究级设备和现代物理分析工具，在相关的背景下生物学，同时保持改革实验室的教学价值开放式实验室结构。从这两个小的测试班初步学生的结果进行了讨论。
2013-08-18 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
Survey of physics reasoning on uncertainty concepts in experiments: an assessment of measurement uncertainty for introductory physics labs
本文基于证据中心设计开发了面向入门物理实验课的测量不确定性评估工具SPRUCE，用于前测-后测识别学生优势与困难，并展示了教师反馈示例及其解释方式。
2023-08-10 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
Designing Laboratories for Online Instruction using the iOLab Device
科学实验室是整合到在线教学中最具挑战性的课程组成部分之一。现有技术限制了实验的设计和性质，并且很难复制协作实验室环境，其中频繁和即时的教师反馈是常态。在这里，我们报告的技术和教学方面的新开发的实验室的在线课程使用互动在线实验室（iOLab）设备。我们认为，这项技术，再加上强调团队合作，有针对性的反馈和自我调节技能的在线课程设计，为学生提供了一个强大的框架，让他们在课堂外做可靠的，引人入胜的，基于探究的和动手的实验室。在描述了实施和技术之后，我们解释了我们的实验室目标以及实验室如何整合到两门物理入门课程中。最后，我们以运动学实验为例。
2021-01-06 physics.ed-ph
Interactions between teaching assistants and students boost engagement in physics labs
通过在课堂上的观察助教（TA）和学生在实验室部分的一个大型物理入门课程，我们研究TA的行为可以用来预测学生的参与，反过来，这种参与如何与学习。对于助教，我们记录数据，以确定他们如何坚持和提供课程计划，以及他们如何在实验室与学生互动。对于学生，我们使用观察来记录学生的参与程度，并通过实验技能的前测和后测来衡量学习情况。我们发现，助教与学生互动的频率，特别是由助教发起的互动，是学生参与度的一个积极和重要的预测因素。有趣的是，互动的长度与学生的参与度没有显着相关性。此外，我们发现，学生参与是一个更好的预测后测试的表现比前测试成绩。这些结果揭示了学生学习如何进行探究的方式，并表明，通过积极主动地吸引学生，助教可能会对学生的参与产生积极的影响，从而在实验室中学习。
2014-07-18 physics.ed-ph
Smartphone-Based Undergraduate Physics Labs: A Comprehensive Review of Innovation, Accessibility, and Pedagogical Impact
Department of Physics and Astronomy, The University of Georgia（佐治亚大学物理与天文学系）
本文综述了基于智能手机的物理实验室在创新性、可及性和教学影响方面的研究，探讨了其在物理教育中的变革作用。
2025-08-30 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
Operationalizing the AAPT Learning Goals for the Lab
对教学实验室改革的呼吁意味着许多教师和部门正面临着为他们的入门实验室课程确定目标的艰巨任务。幸运的是，美国物理教师协会（AAPT）发布了一系列关于实验室学习目标的建议，以支持实验室重建[1]。在这里，我们概述了我们已经经历的过程，以确定一组学习目标的实验室，操作那些由AAPT提供的。我们还提供了两个新开发的实验室活动的例子，旨在实现这些目标，以证明这种可操作性。我们的目标是为部门和教师提供一些他们可以遵循的程序或一组目标的想法，他们可以用来调整实验室教学与AAPT学习目标。
2018-08-31 physics.ed-ph
Who does what now? How physics lab instruction impacts student behaviors
虽然实验室教学是物理教育的基石，但学生在实验室中的行为对保留、在该领域的坚持以及学生物理身份的形成的影响仍然是一个悬而未决的问题。在这项研究中，我们进行了两个学期的实验室观察学生的行动在两个教学不同的部分相同的物理入门课程。我们使用聚类分析来识别不同类别的学生行为，并分析它们如何与实验室结构和性别相关。我们发现，在实验室结构，促进协作小组工作，促进决策，有一个任务分工沿性别线方面的笔记本电脑和设备的使用（并没有发现这样的划分学生在引导验证实验室）。
2018-07-25 physics.ed-ph
Examining teaching assistant pedagogies in traditional laboratories and recitations
本研究使用RIOT工具观察物理入门课程中助教在传统实验室和复习课的教学互动，发现复习课互动差异大而实验室互动相似，且与传统环境相比，教师观察学生时间是关键区分特征，为教学改革提供参考。
2025-09-11 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
All aboard! Challenges and successes in professional development for physics lab TAs
本文开发并评估面向物理实验课研究生助教的研究型专业发展项目，从反思、课堂互动和学生态度三方面证明其可改善助教表现并促进学生学习。
2019-11-04 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
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
Lessons from Transforming Second-Year Honors Physics Lab
本文报告在二年级荣誉物理实验课中引入 Arduino Due 等技术以弱化黑箱、强化故障排除的实践，指出需通过支架式支持和教师干预保障所有学生公平参与。
2024-03-03 physics.ed-ph
Impacts of real-time data collection on introductory algebra-based physics
包括实时数据收集技术是升级物理实验室的常见做法，并且假设这种技术可以提高学生的学习，但很少有人证明技术的效果。具体的活动已被证明是由技术增强，但对类作为一个整体的影响一直未被探索。本文探讨了技术对两个代数为基础的物理导论课的影响。在本文中，我们使用FCI，MPEX，调查和人种学记录的实时数据收集技术被纳入建模物理类的学习的改善。所研究的两个班级的不同之处仅在于是否包含技术。发现的结果是显著的。在高科技班的学生比在没有技术的班级的学生学到了更多的东西。本文探讨了学习的收获，并将其与技术的增加直接联系起来。
2007-09-18 physics.ed-ph
Meeting Laboratory Course Learning Goals Remotely via Custom Home Experiment Kits
在本文中，使用具有成本效益的，定制的家庭实验套件的第一学期介绍物理实验室的远程教学。套件实验的设计旨在匹配现有的现场实验室实验学习目标和远程教学中的一般实验室课程学习目标。此外，还开发和采用了一种经修订的小组项目方法，该方法针对远程使用进行了优化，并利用了这些工具包。在2020年夏季学期结束时的学生调查结果表明，关键的学习目标得到了满足，学生对远程实验室的满意度得到了保持，并通过视频会议分组会议室实现了成功的协作。
2020-07-10 physics.ed-ph
Sixteen years of Collaborative Learning through Active Sense-making in Physics (CLASP) at UC Davis
本文介绍了我们在加州大学戴维斯分校，生物科学的学生自1996年以来一直采取的大型改革物理学导论课程。本课程的中心特点是在每周五个小时的讨论/实验室中，学生参加强调同行讨论，论证和思想陈述的活动，重点关注学生的意义。这门课程在许多基本方面与传统的物理学入门课程不同。在讨论了CLASP的独特功能及其在加州大学戴维斯分校的实施后，提出了各种学生的成果措施，显示了谁参加了CLASP课程的学生相比，谁参加了传统的物理学入门课程的学生的表现有所提高。我们使用的措施包括高年级GPA，MCAT分数，FCI收益和MPEX-II分数。
2013-05-23 physics.ed-ph
Quantitative comparisons to promote inquiry in the introductory physics lab
在最近的一份报告中，美国物理教师协会制定了一套更新的本科物理实验室课程的建议。1本文件侧重于六大主题：构建知识，建模，设计实验，开发技术和实践实验室技能，分析和可视化数据，以及交流物理。这些主题都结合在一起，作为一套科学测量，分析和实验的实用技能。除了教学生如何使用这些技能外，重要的是让学生知道何时使用它们，以便他们能够自主使用它们。这需要，特别是在分析技能的情况下，高水平的调查行为，以反映数据和测量，学生很少在实验室实验中做。在本文中，我们描述了一个简单的框架，用于构建与实验室工作相关的批判性思维和探究行为，其重点是数据集之间比较的迭代周期。我们描述的框架，并展示了它的使用在介绍物理实验室课程的例子。
2015-06-09 physics.ed-ph
Share, Rotate, Split: The Effects of Group Work Role Distributions on Student Outcomes
Cornell University（康奈尔大学）
本研究探讨了实验室小组中角色分配对学生学习成果的影响，发现分享角色提升学生兴趣，分割角色降低态度，旋转则处于中间状态。
2025-12-18 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
New perspectives on student reasoning about measurement uncertainty: More or better data
本研究通过四个经典与量子实验场景，探讨高年级物理学生对测量不确定性的思考，揭示其点状与集合状思维及二元范式的局限性。
2023-06-29 physics.ed-ph
Dynamics of Productive Confirmation Framing in an Introductory Lab
本文探讨了在入门物理实验中，学生的验证性期望如何通过“故障排除”模式支持生产性学科参与，促进认知能动性和学科实践。
2024-04-22 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
Measuring the impact of an instructional laboratory on the learning of introductory physics
我们分析了两门大型物理导论课程中参加相关实验课对期末考试成绩的影响。完成每门课程的学生中，大约有三分之一还参加了附带的教学实验室课程。实验室课程是相当传统的，虽然他们专注于支持相关课程中所涵盖的入门物理主题的子集的掌握。使用与实验课程概念相关的相关课程的期末考试问题，比较了参加实验课程和未参加实验课程的学生之间的表现。在每种情况下，参加实验室课程的学生人数与那些没有参加实验室课程的学生在背景和专业方面有所不同。这些差异是通过将他们在实验室相关问题上的表现与不涉及实验室内容的考试问题上的分数标准化来考虑的。当以这种方式进行标准化时，在两门课程中，参加实验室的学生在实验室相关问题上的平均得分在未参加实验室的学生的1%以内，不确定性为2%。这一结果提出了关于实验室在支持掌握物理内容方面的有效性的问题。
2015-08-20 physics.ed-ph
Computerized Stokes analysis of optically active polymer films
光学实验是物理专业高级课程的重要组成部分。主修其他学科的学生，如化学，生物学或工程学，很少有机会了解当今科学和工业光学中使用的最新光学技术和数学表示。斯托克斯光的偏振分析是越来越必要的方法之一，但很少在高级物理或光学课程之外教授，这些课程仅限于物理专业。另一方面，生物和化学专业的学生已经在实验室中使用矩阵和极化技术，这使得向矩阵计算的过渡变得无缝。由于这些专业的大多数学生推迟了物理学的入学时间，这些课程的大多数注册学生都是大三和大四学生，使他们能够掌握这些技术。我们选择研究聚合物样品，以帮助其他学科的学生，特别是化学和工程专业的学生，了解他们研究的一些对象的光学性质。本文的论点是，这是有利的，介绍斯托克斯分析，为这些学生，并显示实验室开发和教了几年，已成功地，在我们的经验，做到了这一点。取向和未取向的聚合物样品的测量进行了讨论，以证明给学生的分子极化率对样品的双折射率和各向异性的弗莱彻指标一般的影响。
2010-09-07 physics.ed-ph physics.optics
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
Interview validation of the Physics Lab Inventory of Critical thinking (PLIC)
虽然入门物理实验室的一个重要目标是训练学生的科学推理和批判性思维，但目前还没有标准的物理测试来评估这些技能。我们正在开发和验证物理实验室批判性思维量表（PLIC），这是一项旨在探索学生在物理实验室课程中批判性思维能力的评估。该仪器要求学生评论一组实验方法和数据，并使用它们来评估特定的物理模型（弹簧上的质量周期）。目前，我们正在通过对学生的采访来验证封闭式问卷调查，并在这里展示了12次此类采访的结果。我们描述了从这些访谈中出现的一种趋势，学生的推理分为三种主要的行为模式：选择所有选项，提示关键词和批判性分析。我们已经找到了让学生转向最后一种更可取的行为的方法。我们讨论了这些发现可能与其他概念量表的设计相关的方式。
2018-02-07 physics.ed-ph
