Using Large Language Models to Analyze Engagement in Computational Thinking via Computational Physics Essays
Purdue University（普渡大学）；Texas Tech University（德克萨斯理工大学）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
本研究利用多模态大型语言模型自动评估100篇学生计算物理论文中的计算思维参与度，在明确子任务上达到84%的准确率，但主观整体质量评估准确率仅71%。
2026-06-18 physics.ed-ph
Developing a learning goal framework for computational thinking in computationally integrated physics classrooms
计算思维一直是科学教育研究的一个最近的焦点。然而，缺乏关于如何最好地教授和评估这一主题的学术文献，特别是在学科科学课程中。将计算融入课程的物理课是研究计算思维的合适环境。在本文中，我们奠定了基础，探索计算思维在入门物理课程。首先，我们回顾相关文献，综合一组潜在的学习目标，学生可以从事计算工作时。我们开发的计算思维框架包含6个不同类别的14种实践。我们使用课堂视频数据作为我们框架中提出的计算思维实践的存在证明。在这项工作中，我们希望为教师提供评估学生计算思维发展的方法，同时也为物理教育研究人员提供一些指导，如何更深入地研究这一主题。
2021-05-17 physics.ed-ph
Integrative Thinking in Computational Physics Design Essays
Purdue University（普渡大学）
该研究在基于工程设计的物理实验室中，采用WoT4EDP框架分析14个学生团队的CPDEs，探讨不同学业表现团队的整合思维特征，为相关研究提供结构化视角。
2026-10-16 physics.ed-ph
Development of Disciplined Interpretation Using Computational Modeling in the Elementary Science Classroom
对科学家建立模型的研究表明，科学模型的发展涉及大量的主观性。然而，学校环境中的科学通常强调过于客观和理性的观点。在本文中，我们认为专注于纪律解释的发展作为一种认识和代表性的做法，逐步深化学生的计算建模科学的价值，而不是贬低，建模经验的主观性。我们报告的结果，从一项研究中，四年级的孩子在整个学年从事计算建模。我们提出了三个突出的主题，学生的纪律解释的发展，他们的发展计算建模作为一种看待和做科学的方式。
2016-02-22 cs.CY physics.ed-ph
Students' perspectives on computational challenges in physics class
本案例研究通过访谈探讨了融合计算的高中物理课堂中学生面临的学习障碍，发现计算对熟悉它的学生能增强学习真实感，但对不熟悉的学生会引发挫败感和排斥。
2022-08-08 physics.ed-ph
Computational projects with the Landau-Zener problem in the quantum mechanics classroom
本文提出将Landau-Zener问题作为量子力学课堂中的计算项目，以低计算成本教授精度、离散化、外推及压缩算法等概念，并强化时间演化与微扰理论。\n
2023-06-20 physics.ed-ph quant-ph
Toward a Phenomenology of Computational Thinking in STEM Education
在这一章中，我们主张从将编码和计算思维视为对计算逻辑和符号形式的掌握，到将它们视为一种更复杂的经验形式的认识论转变。我们认为，计算和计算思维应该被视为话语的，透视的，物质的和具体的经验，等等，而不是把计算看作是一套公理化的计算抽象的回流和生产。这些经验包括，但不包括，使用和生产的计算抽象。我们通过对文献的批判性回顾，以及对我们在K12教育环境中进行的几项研究的回顾，说明了这种范式转变对计算的现象学解释对K12教室的STEM教学和学习意味着什么。我们的分析揭示了几种现象学方法，这些方法可以用于在K12 STEM教室中构建计算思维。
2018-01-28 physics.ed-ph
Understanding Student Computational Thinking with Computational Modeling
最近，国家研究委员会的下一代科学标准框架强调“计算思维”是其“基本实践”之一。9年级的学生参加了一个物理课程，采用建模教学课程被教导构建物理系统的计算模型。学生的计算思维进行了评估，使用监考编程作业，书面论文，和一系列的思考大声采访，学生通过高级编程环境（VPython）制作和讨论的计算模型的运动中的棒球。大约有三分之一的学生成功地完成了编程任务。学生在这项评估中的成功与学生如何综合他们的物理和计算知识有关。在论文和面试评估中，学生们对力和运动之间的关系表现出独特的观点;那些用因果关系（而不是观察）来谈论这种关系的学生往往在编程练习中取得更大的成功。
2012-09-07 physics.ed-ph
scicode-widgets: Bringing Computational Experiments to the Classroom with Jupyter Widgets
开发了Python包scicode-widgets，用于构建基于Jupyter的交互式教学应用，隐藏辅助代码，让学生专注核心概念，支持代码验证与实时可视化，提升计算实验教学效果。
2025-07-08 physics.chem-ph physics.ed-ph
Investigating student perceptions of creativity and generative ai in computational physics
Oregon State University（俄勒冈州立大学）
本文通过访谈研究学生对生成式人工智能在计算物理学中创造力认知的影响，发现学生将创造力分为迷你C和小C，并对gen-AI的准确性持怀疑态度。
2026-03-12 physics.ed-ph
How Physics Students Develop Disciplinary Computational Literacy
本研究提出学科计算素养理论视角，通过本科生撰写计算论文的案例研究，揭示了学生如何利用物质、认知和社会要素构建计算素养，并表明计算论文是培养该素养的有效认识论形式。
2024-03-25 physics.comp-ph physics.ed-ph
A Case Study: Novel Group Interactions through Introductory Computational Physics
随着能够快速渲染三维模拟的高级编程语言的出现，将计算机作为课堂学习工具变得更加普遍。虽然工作已经开始研究的模式，在实施和评估计算在介绍物理学，需要更多的洞察力，以了解观察到的影响，混合计算与物理在一组设置。在一个新采用的格式介绍微积分为基础的力学，称为项目和实践在物理学中，学生组工作的短期建模项目-利用一种新颖的探究为基础的方法-发展他们的理解物理内容和实践。对参与计算的群体的观测数据的初步分析，加上同步的计算机屏幕播放，揭示了一种独特的群体互动，这种互动是由计算物理特有的实践--问题调试--提供的。
2015-11-17 physics.ed-ph
On the Prevalence and Nature of Computational Instruction in Undergraduate Physics Programs across the United States
对物理教师进行了一项全国性的调查，以调查美国各地物理课程中计算教学的普遍性和性质。来自357所独特机构的1246名教师回答了调查。结果表明，更多的教师比十年前有某种形式的计算教学经验，但似乎这种经验并不一定转化为计算教学在本科生的正式课程工作。此外，我们发现，正式的程序在计算物理是缺席的大多数部门。大多数教师确实报告在作业和项目中使用计算，但很少有人报告在课堂或考试中使用交互式参与方法计算。这些结果背后的具体因素是未来工作的主题，但我们确实发现，报告的计算经验和学生在调查机构中可以获得的最高学位存在差异。
2018-08-20 physics.ed-ph
Interconnectedness in Education Systems
Data Science Institute, Facultad de Ingeniería, Universidad del Desarrollo（发展大学工程科学学院数据科学研究所）；Northwestern Institute on Complex Systems (NICO), Northwestern University（西北大学复杂系统研究所）；Physics Department, Universidad del Bio Bio（比奥比奥大学物理系）；NOVA IMS -- Universidade Nova de Lisboa（里斯本新大学管理信息系统学院）
本文提出从相互关联视角分析教育系统，利用计算社会科学方法揭示教育网络关系，以提升学习和社会整合等教育核心要素。
2022-07-04 physics.ed-ph
Video Analysis and Modeling Performance Task to promote becoming like scientists in classrooms
本文旨在分享Tracker的使用，这是一个免费的开源视频分析和建模工具，越来越多地被用作新加坡学校9年级中三学生有效学习和教授物理的教学工具，使物理与现实世界相关。我们讨论了Tracker的教学使用，美国国家研究委员会的K-12科学教育框架的指导下，帮助学生更像科学家。为期6至10周，学生使用视频分析加上8个科学实践，如1。提问，2。使用模型，3.计划和执行调查，4。分析和解释数据，5。使用数学和计算思维，6。构建解释，7.证据与证据8传达信息。本文重点讨论了一些表现任务的设计思想，如3.1翻转视频，3.2从简单的课堂活动开始，3.3初级科学活动，3.4综合动力学和运动学课程流程使用跟踪器从视频分析到视频建模，3.5激励表现任务，3.6评估规则和最后3.7密切的导师。初步研究结果使用前和后的感知调查，三角与学生访谈表明，学生的享受水平提高。最重要的是，研究报告和Tracker .TRZ文件中的学生表现任务的人工制品进一步表明，在美国国家研究委员会的K-12科学教育框架的指导下，可以是一种创新的方式来指导真实和有意义的学习，使学生更像K中定义的科学家，12教室里的科学教育框架。
2015-03-04 physics.class-ph physics.comp-ph physics.ed-ph
High-performance parallel computing in the classroom using the public goods game as an example
计算机在统计物理学中的使用很普遍，因为描述整个系统粒子行为的方程数量庞大，通常不可能精确求解。蒙特卡罗方法是解决统计物理问题的一类特别重要的数值方法。虽然这些方法在原理上很简单，但它们的正确使用需要很好地掌握统计力学，以及相当多的计算资源。本文的目的是演示如何在个人计算机上广泛使用的图形卡可以提高计算能力的蒙特卡罗模拟的数量级，从而允许现场课堂演示的现象，否则将遥不可及。作为一个例子，我们使用的公共产品的游戏在一个正方形的格子，两个战略竞争的共同资源，在社会困境的情况下。我们表明，二阶相变的吸收相在系统中属于定向渗流普适类，我们比较所需的时间，通过主处理器，并通过一个合适的图形卡达到这一结果。在过去的十年中，图形处理单元上的并行计算得到了积极的发展，对于熟悉编程的人来说，今天的入门学习曲线并不陡峭。因此，这个问题是成熟的研究生和高级本科课程，我们希望本文将促进这一进程中的物理教育领域。为此，我们提供了一个记录的源代码，方便再现所提出的结果和进一步发展的蒙特卡罗模拟类似的系统。
2017-04-18 cond-mat.stat-mech physics.ed-ph physics.soc-ph
Enhancing Kinematics Understanding Through a Real-Time Graph-Based Motion Video Game
Instituto de Física, Universidad de la República（乌拉圭共和国大学物理研究所）；Consejo de Formacion en Educación（教育形成委员会）；Universidad ORT Uruguay（乌拉圭ORT大学）
MissionMotion通过实时图基运动视频游戏帮助学生理解运动学，促进对运动图的反思，提升物理课堂的实验和计算思维能力。
2025-12-18 physics.ed-ph
OSSCAR, an open platform for collaborative development of computational tools for education in science
在本文中，我们提出了开放式软件服务的教室和研究（OSSCAR）平台。OSSCAR提供了一个开放的协作环境，以Web应用程序的形式开发，部署和访问教育资源。为了最大限度地减少创建和使用新教材的工作，它将已成为标准的软件工具与定制的特定领域的软件工具相结合。在可靠性、可持续性、易于理解和使用的基础上，描述和激励用于创建和分发内容的技术解决方案。从物理，化学和材料科学领域的课程的例子，展示了典型应用程序的交互性的风格和水平。所提供的工具易于使用，并创造了一个统一和开放的环境，可供广大教师，学生和研究人员利用，其目标是促进学习，并在可能的情况下避免重复编写教材。欢迎为扩大OSSCAR项目的教育内容作出贡献。
2022-03-22 physics.comp-ph physics.ed-ph
Teaching competencies in physics for engineering education: A qualitative analysis from teaching practice
本研究通过问卷和扎根理论分析了19名大学教师在工程背景下物理教学的九项能力，发现其在技术和创新方面较强但数字伦理与信息素养不足，并揭示了理解到应用的转化差距，提出需机构支持的特定学科专业发展以促进多模态教学创新。
2025-10-31 physics.ed-ph
Co-Authoring with AI: How I Wrote a Physics Paper About AI, Using AI
Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）
本文探讨AI在科学写作中的作用，强调人类在保持物理逻辑和学术规范中的关键责任，提出必须发表完整的AI交互记录以确保科学记录的完整性。
2026-04-05 physics.comp-ph physics.ed-ph physics.soc-ph
