Investigating the Role of Socially Mediated Metacognition During Collaborative Troubleshooting of Electric Circuits
培养学生排除故障的能力是许多本科物理实验课程，特别是电子课程的重要学习成果。在其他工作中，元认知已被确定为故障排除的一个重要特征。然而，这项工作主要集中在个别学生的元认知过程或故障排除能力。相比之下，电子课程通常要求学生两人一组，因此学生的课堂体验可能具有重要的社会层面，但并不被很好地理解。在这项工作中，我们使用现有的社会中介元认知的框架来分析有声思维活动中，八对学生从两个机构试图诊断和修复故障电路的视听数据。在这样做的过程中，我们提供了一些社会元认知动态的洞察力，在协作故障排除过程中出现。我们发现，学生从事社会中介元认知在多个关键的过渡过程中的故障排除过程。当学生们集体制定策略来执行哪些测量时，或者对电路的行为达成共同的理解时，就会出现互惠的元认知对话。除了详细说明这些发现，我们讨论了教学的影响，我们确定了未来潜在的调查领域。
2017-07-06 physics.ed-ph
Perspectival Computational Thinking for Learning Physics: A Case Study of Collaborative Agent-based Modeling
我们研究的过程中，通过计算思维的发展，在一个透视的方式，两个中学生相互合作，以开发计算模型的两个图形的运动。我们提出了一个互动分析的学生的话语和计算建模，并分析他们如何来共同理解的建模活动的目标。我们表明，这个过程涉及到多个角度之间的一致性：在运动中的对象，计算代理，其他学生，和图形的运动。
2014-03-15 physics.ed-ph
Two-Stage Final Exams: An Assessment Strategy for Enhanced Collaborative Learning and Reduced Student Stress
本研究探讨两阶段期末考试在两所院校的实施效果，发现其能提升学习与知识保留、降低焦虑并获学生偏好，同时保持考试评估目的与学生参与度。
2025-04-05 physics.ed-ph
Emergent Explicit Regulation in College Students Collaborative Scientific Inquiry Learning, Framework and A Case Study
本研究针对小组协作调节瞬时发展过程缺乏框架的问题，提出了 Emergent Explicit Regulation 框架，并通过大学生构建地球大气气候模型的案例研究，验证了该框架在识别协作科学探究中瞬时调节行为方面的有效性。
2025-08-13 physics.ed-ph
Learning Assistant Supported Student Outcomes (LASSO) study initial findings
本研究探讨教师，学生和课程功能是如何与学生的学习助理（LA）支持的课程成果。来自13个LA联盟成员机构的4，500多名学生和17名教师参加了这项研究。每个参与的学生在学期开始（前）和结束（后）完成了一个在线概念量表。物理学概念量表包括力和运动概念评估（FMCE）和简要电磁评估（BEMA）。还包括生物学和化学领域的概念清单。我们的分析利用分层线性模型，将学生水平数据（例如，前/后分数和性别）嵌套在课程水平数据（例如，学科和课程招生）中，以建立模型，检查跨机构和学科的学生成绩。我们报告了学生的成绩与他们的性别，种族和与LAs一起工作的时间以及教师与LAs的经验之间的联系。
2015-09-17 physics.ed-ph
Role of inclusiveness of learning environment in predicting students' outcomes in courses in which women are not underrepresented
本研究基于501名生物科学专业学生的调查数据，发现学习环境中的感知认可和归属感分别对学生的物理身份认同和自我效能感具有重要预测作用，为创建包容性物理课堂提供了依据。
2024-10-22 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
SEPnet: A sustainable model for a collaborative physics network
东南物理网络（SEPnet）是英格兰东南部九所大学之间的合作，共同致力于提供卓越的物理学。通过共享资源，我们能够为我们的部门，学生和主题增加更多的价值，而不是我们单独实现。我们的核心目标包括确保我们地区物理学的可持续性，提高学生的就业能力，提供高级培训，确保未来学生的管道，开辟新的研究机会，打破障碍，提高每个人的物理学可及性。我们相信，SEPnet提供了一个久经考验的模式，可以由其他人推出，以提高不同地区其他学科的学术卓越性。
2022-06-13 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
Extending Machine Learning to Predict Unbalanced Physics Course Outcomes
机器学习算法最近被用于将学生分类为可能在物理课上获得A或B的学生或可能获得C，D或F的学生。当结果变量基本上不平衡时，该研究中使用的性能指标变得不可靠。本研究旨在进一步探讨学生将获得C，D和F的分类，并将这些方法扩展到预测学生是否会获得D或F。这项工作所使用的样本（$N=7184$）是相当不平衡的，只有12%的学生获得D或F。应用与先前研究相同的方法产生了非常不准确的分类器，仅正确分类了20%的D或F病例。本文将重点研究随机森林机器学习算法。通过调整随机森林决策阈值，D或F结果的正确分类率提高到46%。本研究还调查了以前的发现，人口统计学变量，如性别，代表性不足的少数民族地位，第一代的地位有低变量的重要性预测类的结果。向下抽样显示，这不是这些学生代表性不足的结果。构建了一个优化的分类模型，其预测D和F结果的准确度为46%，C，D和F结果的准确度为69%;这些结果的预测准确度在机器学习文献中被称为“敏感性”。当应用该分类模型预测代表性不足的人口统计学群体的C、D或F结果时，检测到了实质性变化，其中女性敏感性为61%，代表性不足的少数民族学生为67%，第一代学生为78%。在D和F结局中观察到类似的变化。
2020-02-05 physics.ed-ph
The Impact of Learning Assistants on Inequities in Physics Student Outcomes
本研究探讨如何学习助理（LA）和相关的课程功能与学生学习的不公平性在大学物理入门课程。本研究以16所LA联盟成员院校的67个班级的2，868名物理专业学生为被试，采用概念量表进行前后测。概念量表包括力概念量表、力和运动概念评估以及电和磁的概念调查。我们的分析包括一个多元线性回归模型，检查学生（如性别和种族）和课程水平变量（如存在的LA和概念量表使用）对学生的学习成果（科恩的d效应大小）在整个课堂环境的影响。研究发现，学习助理的存在可以消除或逆转传统的学生之间的学习差距，从占主导地位的和非占主导地位的人口。学生表现的显着差异也发现在整个概念量表。
2017-01-06 physics.ed-ph
How statistical model development can obscure inequities in STEM student outcomes
研究人员通常将定量研究视为客观的，但数据收集和分析的每一步都可能以未经检验的方式使结果产生偏差。在这项调查中，我们研究了如何选择变量的过程中，包括在回归模型（模型规格）可以偏见的科学和数学学生的成绩不平等的调查结果。我们确定了四个最常用的方法来规范基于学科的教育公平研究的模型：先验，统计显著性，方差解释和信息标准。使用定量的批判性观点，将统计理论与批判性理论相结合，我们重新分析了使用四种方法中的每一种方法的先前出版物的数据，并比较了每种方法的结果。我们得出的结论是，使用信息标准产生的模型，最符合我们的定量的关键角度的重点交叉性和模型更准确的系数和不确定性。基于这些发现，我们建议研究人员使用信息标准来指定STEM学生成绩不平等的模型。
2021-11-12 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
Grades, equity and graduation rates: a quantitative analysis of the association of learning assistants with improved student outcomes
San Jose State University（圣何塞州立大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）
该研究通过对10门STEM入门课程的定量分析，发现学习助手可全面提升学生成果，且对历史边缘群体的通过率及边缘族裔女性的毕业率改善更显著，建议多元化院校投资此类项目。
2026-10-28 physics.ed-ph
The QuarkNet/Grid Collaborative Learning e-Lab
我们描述了一个案例研究，使用网格计算技术，以支持合作学习的高中学生调查宇宙射线。学生收集并上传科学数据到我们的电子实验室门户网站。他们使用GriPhyN合作的技术探索这些数据。这些技术包括虚拟数据转换、工作流、元数据编目和索引、数据产品出处和持久性以及作业规划器。学生使用Web浏览器和自定义界面，扩展GriPhyn Chiron门户网站来执行所有这些任务。他们以在线海报的形式分享结果，并在这种异步环境中相互提问。学生可以发现和扩展其他学生的研究，模拟现代大规模科学合作的过程。此外，电子实验室门户网站为教师提供了在整个调查过程中指导学生工作的工具。http://quarknet.uchicago.edu/elab/cosmic
2005-02-22 cs.DC physics.ed-ph
Active Learning Through Flexible Collaborative Exams: Improving STEM Assessments
本文提出一种异步两阶段考试方法，允许学生在个人考试后48小时内课外无监督完成协作部分，在保持参与度与反馈质量的同时缓解课堂时间限制，为STEM课程推广协作评估提供了低成本方案。
2025-02-04 physics.ed-ph
Click, Watch, Learn: The Impact of Student Self-Study Materials on Physics E&M Course Outcomes
本研究探讨得克萨斯农工大学开发的自学材料（200多个在线视频资源和过往考试题库）对电磁学入门课程成绩的影响，发现旧考试利用是第二大预测因素，可缩小第一代学生的成绩差距。
2025-08-16 physics.ed-ph
Learning Concepts First: A Course Structure with Improved Educational Outcomes in the Short, Medium, and Long Terms (Especially for Minority Groups Underrepresented in Physics)
本研究重新组织了一个主动学习物理课程（治疗），试图提高学生解决问题的能力。这个重新组织的课程涵盖了前6周的所有相关概念，最后4周用于解决复杂问题（需要学生使用高阶认知能力）的实践。第二个主动学习课程（对照）在同一季度由同一教师使用相同的课程材料，但涵盖材料的标准（逐章）的顺序。在考虑了入学学生的特点后，治疗课程的学生在两个结果指标上的得分明显优于对照组：i）期末考试和ii）他们随后的物理课程。更重要的是，来自少数群体的学生在物理方面的代表性不足，当且仅当他们在治疗班时，他们的期末考试成绩和班级成绩与班上其他学生没有区别。最后，这批学生中的许多人在物理学导论的第三季度参加了概念第一课程。谁采取了至少一个概念第一课程的学生被发现有显着更高的毕业率与STEM专业比那些学生从这个队列谁没有采取概念第一课程。
2016-12-17 physics.ed-ph
Productive Dialog During Collaborative Problem Solving
协作是一项重要的解决问题的技能;然而，新手协作通常受益于某种支持。支持合作者之间富有成效的对话的一种可能性是鼓励成对的学生为他们解决问题的步骤提供解释。为了测试这种可能性，我们对比了个人谁被指示自我解释解决问题的步骤与二人组谁被指示共同解释解决问题的步骤的背景下，智能辅导系统（ITS）。结果表明，协同开发的解释，促使学生纠正他们的错误对话，而不是依赖于ITS的援助，这是按需提示的形式提供。最后，本文讨论了结合行之有效的学习干预措施的影响。
2008-06-03 physics.ed-ph
Linking engagement and performance: The social network analysis perspective
Tinto和Nora开发的理论将学习成绩、学习收益和参与学习社区确定为学生参与的重要方面，反过来又支持学生的坚持。协作学习环境，如在建模教学介绍物理课程中使用的环境，通过鼓励对等互动为学生参与提供结构。由于协作学习固有的社会性质，我们研究学生在课堂上的互动，使用网络分析。我们使用中心性-一系列量化特定学生在课堂网络中的联系或“中心”的措施-纵向研究学生参与。Bootstrapped线性回归模型显示，学生的中心性预测未来的学习成绩超过之前的GPA为三个四个中心性措施测试。特别是，我们发现，接近中心解释28%以上的方差比以前的GPA单独。这些结果证实，学生在课堂上的参与是至关重要的，以支持学习成绩。此外，我们发现，这种关系的社会互动不会出现，直到下半年的学期，这表明，随着时间的推移，在一个有意义的方式，课堂社区的发展。
2019-12-06 physics.ed-ph
Adapting Public Exams for Introductory Physics: A Mixed-Methods Investigation of Student Outcomes
New Mexico State University（新墨西哥州立大学）
本研究通过混合方法调查公共考试在物理导论课程中的改编应用，发现其能减轻学生焦虑并引导关注核心概念，但需针对物理学科特点进行优化调整。
2026-10-06 physics.ed-ph
Using Machine Learning to Identify the Most At-Risk Students in Physics Classes
机器学习算法最近被用来预测学生在物理入门课上的表现。预测模型将学生分类为可能获得A或B或可能获得C，D，F或退出课堂的学生。早期预测可以更好地指导教育干预和分配教育资源。然而，在该研究中使用的表现指标变得不可靠时，用于分类学生是否会收到A，B或C（ABC结果），或者如果他们会收到D，F或退出（W）类（DFW结果），因为结果基本上是不平衡的，有10%到20%的学生收到D，F或W。这项工作提出了调整预测模型和替代模型性能指标更适合不平衡的结果变量的技术。这些技术被应用到三个样本从介绍力学类在两个机构（$N=7184$，$1683$，和$926$）。应用与早期研究相同的方法产生了一个非常不准确的分类器，仅正确分类了16%的DFW病例;调整模型将DFW分类准确率提高到43%。使用机构和类内数据的组合提高DFW的准确性到53%的类的第二周。与之前的研究一样，性别、代表性不足的少数民族地位、第一代大学生地位和低社会经济地位等人口统计学变量在最终预测模型中并不是重要变量。
2020-07-23 physics.ed-ph
Teaching Einsteinian Physics at Schools: Part 3, Review of Research Outcomes
本文回顾了爱因斯坦物理课程的研究结果，由不同的教师与6年级，9年级，10年级和11年级的学生使用的模型和类比中描述的第1部分和第2部分。这项研究旨在确定是否有可能教授爱因斯坦物理学，并衡量学生对物理学态度的变化，这些变化是通过引入支撑当今技术的现代概念而产生的。结果显示，学生很容易应付爱因斯坦物理学的概念，并认为他们不太年轻的材料提出。重要的是，在所有组中，女孩对物理的态度的改善比男孩大得多，通常与男孩接近。
2017-07-27 physics.ed-ph
Challenges and outcomes in remote undergraduate research programs during the COVID-19 pandemic
2020年夏季，由于COVID-19限制了亲身研究的机会，并为许多学生创造了额外的障碍，各院校取消或远程托管了本科生研究体验（REU）项目。目前的纵向定性现象学研究的目的是探讨一些可能的局限性，挑战和这种远程经验的结果。总体而言，94个访谈进行了配对的参与者;学员（N = 10）和导师（N = 8）从六个不同的REU程序。通过借鉴文化历史活动理论（CHAT）作为一个框架，我们的研究揭示了一些围绕他们的研究目标和学术目标的成就为学员的挑战。这些挑战包括动机，在家里获得技术的机会有限，REU学生之间的沟通有限，导师与学员关系的障碍，以及对做研究的不同期望。尽管存在挑战，但所有学员都报告说，这一经历非常有益。这些远程REU的成果与亲自本科研究项目的已发表成果之间的比较揭示了许多类似的好处，例如将学生融入STEM文化。我们的研究表明，即使在COVID-19限制取消后，远程研究项目也可以被视为扩大本科生获得研究经验的一种手段。
2022-12-02 physics.ed-ph
Transforming a large introductory lab course: impacts on views about experimental physics
实验室课程是大多数本科物理课程的关键组成部分。实验室课程通常旨在实现以下学习成果：培养学生的实验技能，让学生参与真实的科学实践，强化概念，激发学生对物理的兴趣和参与。其中一些结果可以通过科罗拉多州实验物理科学学习态度调查（E-CLASS）来衡量，这是一项基于研究的评估，旨在衡量学生对实验物理的看法。我们在科罗拉多大学博尔德分校使用E-CLASS来衡量课程转型过程中的学习成果，在这个过程中，实验物理学的观点反映在学习目标中。我们收集了600多名学生的反应，每学期从大型介绍实验室课程，无论是之前和之后实施的课程转型。虽然我们没有观察到统计学上的显着差异，在整体教学后的E-CLASS成绩的转换之前和之后，在转换的过程中，学生的反应，三个E-CLASS项目，相关的目标的转换比原来的课程更有利。
2018-07-11 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
Enhance students learning outcomes by redesigning individual learning activities into group activities for introductory level Physics courses
本研究针对入门级物理课程，将个人学习活动重构为小组活动，通过设计任务、明确角色与JDEI准则等方式推进课内小组合作，以提升不同水平学生的学习投入与成效。
2024-07-12 physics.ed-ph
A Leaky Pipe Dream? A Study of Gender Differences in Undergraduate Physics
学生面临着不同的途径，因为他们通过本科学习的旅程。对学生课程记录的分析可以解开课程进展中的常见模式，并确定学生成绩的群体趋势。目前的工作研究性别和本科物理学习之间的关系，使用课程记录超过九千名学生谁在奥克兰大学就读物理，跨越六年的时间。本研究分析物理系学生的人口统计资料与课程纪录，以了解在科目选择、课程表现与自信心上是否有性别差异。在上完第一年的物理课程后，女生更有可能上生命科学科目的进一步课程，而男生更有可能上物理科学科目。在第一年的课程，性别差异不存在高度学术准备的学生，对他们来说，学校类型（单性别或男女同校）是一个更好的预测课程的结果。然而，在第一年学业准备不足的学生中，男生的成绩往往超过女生。在控制了学术准备之后，与男生相比，女生也更有可能在进阶课程之前参加物理入门课程。科学资本是一个与皮埃尔·布迪厄的资本和惯习概念相关的概念，被用作解释性研究框架。惯习，一个人用来解释世界的倾向系统，在很大程度上受到个人建立身份的社会文化背景的影响。以下研究解释了科学资本和个人习惯之间的相互作用如何导致物理学领域学生成绩的性别差异。
2017-06-19 physics.ed-ph
Using reflections to explore student learning during the project component of an advanced laboratory course
我们重新设计了一个先进的物理实验室课程，包括一个项目的组成部分。其目的是解决学习成果，如建模，实验设计，团队合作，并在使用设备和分析数据的技术技能发展。该课程包括实验实验室，为为期六周的团队项目做准备，在该项目中，学生设计并实施了一项研究实验。给学生的最后一项作业是一篇反思性文章，要求学生讨论他们在做这个项目时的学习和满意度。对学生反思的定性分析表明，大多数学生报告了满意度和成就，功能团队动态，这种体验所特有的学习成果，练习建模技能以及未来的潜在改进。我们认为，反思是有用的，为学生学习的支持，以及在指导课程的改进。我们的研究结果可能是有用的其他课程重新设计的举措，将基于项目的学习和学生的反思。
2018-11-18 physics.ed-ph
An Empirical Study of Teaching Methodologies and Learning Outcomes for Online and in-class Networking Course Sections
为了提高学生的学习，我们展示了一个实验研究，分析学生的学习成果，在网上和课堂上的部分的核心数据通信课程的本科信息科学与技术（IST）部门在乔治梅森大学（GMU）。在这项研究中，学生的表现是根据课程评估。这包括家庭和实验室作业，基于技能的评估，以及课程所有4个部分的传统期中考试。所有部分都有类似的内容，评估计划和教学方法。在我们的研究中，学生的人口统计数据，如考试类型和位置偏好，可能会在他们的学习过程中发挥重要作用。我们必须从学习管理系统（LMS），黑板（BB）学习收集大量的数据，以比较和研究几个评估结果的所有学生在各自的部门和其他部门的学生之间的结果。然后，我们试图了解人口统计学是否有任何影响学生的表现，通过关联个别学生的调查反应，他/她在课堂上的表现。截至学期中期的数值结果揭示了学生在在线和面对面（F2 F）部分的成功显着的见解。
2017-11-15 cs.CY physics.ed-ph stat.AP
Exploring Engagement and Perceived Learning Outcomes in an Immersive Flipped Learning Context
本研究通过案例研究探索沉浸式翻转学习对学生参与度和感知学习成果的影响，采用混合方法收集数据，发现该方法能显著提升参与度，并为远程学习设计提供实践建议。
2024-09-19 cs.CY physics.ed-ph
Quantifying the relationship between student enrollment patterns and student performance
University of Central Florida（中佛罗里达大学）
简单的分类往往导致大学生被贴上全日制或兼职学生的标签。然而，在许多大学，学生的入学模式可能要复杂得多，因为学生根据财务状况、日程安排或家庭需求，每学期在全日制和非全日制入学之间交替并不罕见。虽然先前的研究已经确定全日制学生比兼职学生保持更好的成绩，但有限的研究已经研究了入学模式或策略对学业成绩的影响。在本文中，我们应用隐马尔可夫模型来识别和聚类学生的招生策略分为三个不同的类别：全日制，兼职和混合招生策略。根据招生策略，我们调查和比较各组的学习成绩，考虑到第一次在大学生和转学生之间的差异。对2008年至2017年中佛罗里达大学收集的数据进行的分析表明，与兼职学生相比，采用混合招生策略的第一次上大学的学生在表现上更接近全日制学生。更重要的是，在他们的兼职学期，混合招生的学生显着优于兼职学生。同样，对转学生的分析表明，混合入学策略与全日制入学策略的毕业率相似，并且是非全日制入学策略的毕业率的两倍多。这样的发现表明，通过偶尔的全职入学增加参与度会带来更好的整体结果。
2020-11-08 cs.LG physics.ed-ph stat.AP
Interpretive Themes in Quantum Physics: Curriculum Development and Outcomes
现代物理学教师的一个共同学习目标是让学生认识到经典物理学的实验不确定性和量子力学的基本不确定性之间的差异。我们之前的工作表明，学生对量子力学的物理解释的观点可以被表征，并受到教师在入门课程中处理解释性主题的无数方式的不同影响。我们报告如何改造现代物理课程（最近在科罗拉多大学实施）积极影响学生对量子物理学的观点，使经典和量子现实的问题成为课程的中心主题，但也使学生的信念（而不仅仅是科学家的信念）成为明确的讨论主题。
2011-08-26 physics.ed-ph quant-ph
Society's educational debts in biology, chemistry, and physics across race, gender, and class
本研究基于45所院校305门协作式教学课程中18,791名学生的数据，建模分析种族、性别、族裔与第一代身份交汇下的教育债务，发现协作式教学不足以偿还社会欠黑人、西班牙裔女性和第一代黑人男性的最大教育债务。
2024-03-19 physics.ed-ph physics.soc-ph
Analogical models to introduce high school students to modern physics: an inquiry-based activity on Rutherford's gold foil experiment
本研究通过类比模型帮助高中生理解原子结构，发现类比推理在物理教育中的价值与局限性。
2025-11-21 nucl-ex physics.app-ph physics.ed-ph
