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
Predictive Modeling for High Impact Active Learning Classrooms
Cornell University（康奈尔大学）；Drexel University（德雷塞尔大学）
本研究利用超过10000名学生和24所机构的数据，建立预测模型，发现课堂时间分配（讲座、小组工作表、点击器问题和学生提问）能可靠预测学生概念学习，并识别出一类效果显著的课堂模式。
2026-11-09 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
Multi-institutional assessment of Peer Instruction implementation and impacts using the Framework for Interactive Learning in Lectures
Drexel University（德雷塞尔大学）；Michigan State University（密歇根州立大学）；Cornell University（康奈尔大学）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）
研究通过多机构数据评估Peer Instruction实施差异及其对学生学习的影响，采用FILL+框架分析互动策略与学习增益的关系。
2025-08-11 physics.ed-ph
Supporting physics instructors to use a variety of evidence-based approaches to improve student learning: An example from quantum mechanics
University of Cincinnati（辛辛那提大学）；Community College of Allegheny County（阿勒格尼县社区学院）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本文探讨了通过支持物理教师使用多种基于证据的主动参与方法，提高学生学习效果，以量子力学为例展示支持如何帮助教师调整教学策略。
2026-02-27 physics.ed-ph
Helping students apply superposition principle in problems involving spherical, cylindrical and planar charge distributions
针对学生将叠加原理与高斯定律结合应用时的困难，开发了引导式探究教程，实验证明使用该教程的学生表现显著更优，且该教程可作为课堂或课后作业布置。
2023-08-03 physics.ed-ph
Helping students become proficient problem solvers Part I: A brief review
本文从知识组织、认知负荷和元认知三类研究综述物理问题解决能力培养策略，为教师提升学生问题解决与推理能力提供跨学科、跨教育情境的参考。
2023-05-27 physics.ed-ph
Helping introductory physics students connect physics with humanities, art, social sciences, and everyday life
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
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
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
Helping students become proficient problem solvers Part II: An example from waves
本文以入门物理波动问题为例，通过分组实验和出声思维访谈发现，被提供图表的学生表现更差，而主动绘制图表的学生整体表现更好，揭示了绘图在数学导向解题中的积极作用。
2023-04-12 physics.ed-ph
Improving student understanding of quantum mechanics underlying the Stern-Gerlach experiment using a research-validated multiple-choice question sequence
在课堂上让学生参与精心设计的多项选择题，并要求他们在每个学生单独思考答案后与同龄人讨论答案，这可能是物理课程中有效的循证主动参与教学法。此外，经过验证的多项选择题序列比单独的多项选择题更有可能帮助学生建立良好的物理知识结构。在这里，我们讨论了一个框架来开发强大的多项选择题序列，然后使用框架的开发，验证和实施的多项选择题序列，重点是帮助学生学习量子力学通过施特恩-格拉赫实验，利用引导探究式学习序列在同一主题的互动教程。在开发和验证多项选择题序列的广泛研究，努力使其有效的学生在高层次的本科量子物理课程的各种事先准备。我们讨论了学生在评估任务上的表现，重点是施特恩-格拉赫实验后，传统的基于讲座的教学与参与后，研究验证的多项选择题序列管理的点击问题，学生有机会与他们的同龄人讨论他们的反应。
2020-06-07 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
Helping students learn effective problem solving strategies by reflecting with peers
我们描述了一项研究中，介绍物理学的学生从事与同龄人有关的问题解决的反思。200名学生参加的物理导论课的背诵被分为“同伴反思”组和传统组。在每周的复习课上，PR组的学生分成小组，从家庭作业中选择问题进行反思，并讨论为什么有些学生的解决方案比其他学生使用更好的解决问题策略。研究生和本科生助教（TA）在公关组复习提供指导和辅导，以帮助学生学习有效的解决问题的技巧。在传统小组的复习课上，学生们有机会在每周测验之前向研究生助教询问有关家庭作业的问题。传统的小组复习测验问题类似于PR小组复习中为“同伴反思”选择的家庭作业问题。作为衡量这种干预的影响的一项措施，我们调查了学生们绘制图表以帮助解决问题的可能性。在只有多项选择题的期末考试中，公关组比传统组在更多的问题上画了图表，即使这样做没有外部奖励。由于在草稿本上画图表没有部分学分，学生画图表不仅仅是为了获得所示努力的学分，如果他们画了图表，他们必须重视图表在解决问题中的作用。我们还发现，无论学生属于传统组还是PR组，那些为多项选择题画更多图表的学生的表现都优于那些没有画图表的学生。
2016-02-17 physics.ed-ph
"Thanks for helping me find my enthusiasm for physics!" The lasting impacts "research in schools" projects can have on students, teachers, and schools
利用6年的评估数据，我们评估了参与基于尖端空间科学，天文学和粒子物理研究的长期大学指导项目计划对各种学生，教师和学校的中长期影响。在完成了为期6个月的项目后，14至18岁的学生报告说，他们对相关科学主题和方法的信心大大增加，并开发了许多技能，这些成果得到了教师的证实。有证据表明，这些项目有助于提高学生对物理的愿望，而科学的愿望（通常很高开始）通常通过他们的参与保持或确认。3年后的纵向评估表明，这些项目对学生来说是持久的经验，他们在随后的大学教育中受益并借鉴。关于学生目的地的数据表明，他们参与研究项目使他们比预期更有可能攻读物理和STEM学位。从PRiSE产生的共同创造的新物理研究的情况下，似乎也有强大的影响，不仅对学生的共同作者，但参与学生从其他学校也。教师也通过参与该方案受到了积极影响，该方案影响了他们自己的知识、技能和教学法，并在他们所在的更广泛的学校产生了有利的影响。这些影响表明，类似的“学校研究”举措可以发挥作用，帮助高等教育增加物理和/或STEM的吸收和多样性，并有意义地加强学校内的STEM环境。
2021-04-09 physics.ed-ph
Improving Students' Understanding of Quantum Mechanics by Using Peer Instruction Tools
量子力学是一门具有挑战性的学科，即使对高年级的本科生和研究生也是如此。在这里，我们讨论的发展和评价的研究为基础的概念测试同伴教学形成性评估工具，在量子力学（QM）课程。初步评价表明，这些工具是有效的，帮助学生发展一个很好的掌握量子力学。
2016-02-17 physics.ed-ph
Preparing Pre-College Students for the Second Quantum Revolution with Core Concepts in Quantum Information Science
本文呼吁大学前教育者将量子信息科学核心概念纳入课程，并展示对比经典与量子概念的教学方法，以帮助学生为第二次量子革命做好准备。
2023-10-12 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
Interactive tutorial to improve student understanding of single photon experiments involving a Mach-Zehnder Interferometer
我们已经开发和评估了一个量子交互式学习平台（QuILT）的马赫-曾德干涉仪与单光子暴露在量子力学课程的高年级学生当代量子光学应用。QuILT致力于帮助学生培养将基本量子原理应用于量子光学物理情况的能力，并探索经典和量子思想之间的差异。QuILT采用可视化工具来帮助学生建立关于单光子反直觉量子光学现象的物理直觉，包括量子擦除器设置，并专注于帮助他们整合定性和定量理解。我们将讨论课堂评估的结果。
2016-02-19 physics.ed-ph
Enhancing student learning of two-level quantum systems with interactive simulations
QuVis量子力学可视化项目旨在通过为量子力学的学习和教学开发交互式模拟来应对量子力学教学的挑战。在这篇文章中，我们描述了模拟的评估，重点是两个层次的系统开发的物理研究所量子物理资源的一部分。模拟是以研究为基础的，并在个人观察会议和课堂试验中使用学生反馈进行迭代改进。我们给出的证据表明，这些模拟正在帮助学生学习量子力学的概念，在介绍和先进的本科水平，学生认为模拟是有益的，他们的学习。
2015-01-30 physics.ed-ph
Development and Evaluation of a Quantum Interactive Learning Tutorial on Larmor Precession Of Spin
我们对学生的困难进行了研究，并开发和评估了一个量子互动学习教程（QuILT）的自旋拉莫尔进动，以帮助学生了解量子力学的期望值的时间依赖性。QuILT以学生的先验知识为基础，努力帮助他们建立相关概念的良好知识结构。它采用可视化工具来帮助学生发展对这些主题的直觉，并专注于帮助他们整合定性和定量的理解。在此，我们总结了发展和初步评价。
2016-02-16 physics.ed-ph
Surveying students' understanding of quantum mechanics in one spatial dimension
我们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中遇到的困难。为了调查这些困难，我们开发了一项概念调查，并对10所机构的200多名学生进行了调查。调查中针对的问题包括一组可能的波函数，束缚态和散射态，量子测量，期望值，哈密顿量的作用，以及波函数和期望值的时间依赖性。我们发现，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。研究结果还表明，研究生量子力学课程可能无法有效地帮助学生更好地理解这些主题的概念理解，部分原因是这些课程主要侧重于定量评估。
2016-02-17 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
Investigating Student Understanding of Quantum Mechanics: Spontaneous Models of Conductivity
学生们将学习几种导电模型，包括入门级和高级水平。从电路中电流流动的早期宏观模型，通过对原子晶格中电子流动的微观粒子描述的讨论，到高级物理课程中微观非定域能带图描述的发展，他们需要能够区分常用的，尽管有时相互矛盾的物理模型。在对学生关于传导模型的推理的调查中，我们发现学生通常无法解释导体中自由电子的存在，并创建模型，导致错误的预测和与物理学专家描述相矛盾的反应。我们已经使用这些发现作为指导，以创建课程材料，我们表明可以有效地帮助学生更有效地应用不同的传导模型。
2002-07-08 physics.ed-ph
Learning from mistakes: The effect of students' written self-diagnoses on subsequent problem solving
帮助学生学会像物理学家一样思考是许多物理入门课程的重要目标。有经验的物理学家与新手学生的一个区别是，他们更好地利用解决问题作为学习机会。专家比新手花更多的时间来监测他们的工作，反思他们解决问题的可能不足的方法，重新考虑他们的选择，并扩大和完善他们的知识结构。此外，对样例的研究表明，表现更好的学生是那些自我解释的学生，也就是说，他们对自己详细说明他们从这些样例中学到了什么，产生推论，承认自己的方法和样例之间的不匹配，并试图解决冲突（自我修复）。事实上，物理老师经常担心，许多学生在评分的问题返回给他们后并没有努力从错误中吸取教训。在这里，我们讨论了一项调查，重点是如何以及介绍物理学生自我诊断他们的错误，在他们的测验解决方案和后续的问题解决在不同的干预措施的影响。
2016-02-23 physics.ed-ph
Student reasoning about quantum mechanics while working with physical experiments
该研究通过两组学生的出声思考实验环节，分析了操作量子光学实验对学生推理量子力学的影响，揭示了学生在单光子干涉实验中激活的认知资源及对量子和经典部分的区分，为教师教学和未来动手实践研究提供了指导。
2025-02-02 physics.ed-ph
Cognitive dissonance or p-prims? Towards identifying the best way to overcome misconceptions in physics
本研究通过课堂行动研究比较认知失调与现象学原语两种方法，发现诱发认知失调在帮助中学生克服物理误解上更有效，且利于深层学习。
2023-08-29 physics.ed-ph
Introductory Physics Students in Algebra-based Courses Who Typically Worked Alone or in Groups: Insights from Gender-Based Analysis before and during COVID-19
Department of Physics & Astronomy, University of Pittsburgh（匹兹堡大学物理与天文学系）
本研究基于性别分析 COVID-19 前后代数基础物理课程中独自学习与小组学习的学生特征，发现疫情期间同伴合作与更高成绩和更强自我效能感相关。
2025-10-15 physics.ed-ph
Student sensemaking on electrostatics problems involving the method of images through the lens of epistemic game framework
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本研究通过认知游戏框架视角，探讨研究生在解决涉及镜像法的静电学问题时的认知建构过程，揭示了学生在问题解决中的策略转移与改进机制。
2026-02-08 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
Looking Beyond Content: Skill development for engineers
目前对工程教育改革的关注集中在帮助学生发展技能和适应性专业知识上。现象学的指导方针可以被理解为产生于一种新兴的思维和学习理论，这种理论建立在神经、认知和行为科学的基础上。我们概述了这个框架，并考虑它的一些影响的一个例子：开发一个更详细的理解使用数学建模物理情况的具体技能。这种方法为一些旨在帮助学生发展这种技能的最佳实践教学方法提供了理论基础，并为该领域的进一步研究提供了指导。
2008-02-20 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
Using math in physics: 6. Reading the physics in a graph
学习在物理学中使用数学涉及将我们的日常经验和物理学的概念与符号数学表示相结合（混合）。图表是学习构建混合的最佳方法之一。它们是一种数学表示，建立在视觉识别的基础上，在文字和方程之间建立了一座桥梁。但是在物理入门课上，学生们经常把图形看作是一个端点，一个老师要求他们完成的任务，而不是一个帮助他们理解物理系统的工具。传统物理入门教材中的大多数图形问题只是要求学生从图形中提取一个数字。但是，如果图表使用得当，它们可以成为一个强大的工具，帮助学生学习建立混合，发展他们的物理直觉和数学思维能力。
2023-03-16 physics.ed-ph
Using math in physics -- 1. Dimensional analysis
在物理学中用数学创造意义需要将物理概念知识与数学符号学相结合。在物理学入门课上，学生们经常会遇到这个问题，但这是学习如何用数学思考的重要组成部分。弄清楚什么样的测量组合起来创造一个象征性的数量，是帮助他们学会欣赏这种差异的有价值的第一步。在本文中，我讨论了与学习量纲分析相关的一些问题，并展示了一些我们可以修改教学以提供帮助的方法。本文是关于如何帮助学生发展学习在科学中使用数学所需的科学思维技能的系列文章之一。
2021-08-01 physics.ed-ph
Interactive video tutorials for enhancing problem solving, reasoning, and meta-cognitive skills of introductory physics students
我们讨论了互动视频教程为基础的问题，以帮助入门物理学生学习有效的问题解决技巧的发展。视频教程在交互式环境中使用具体的例子提出解决问题的策略。他们迫使学生遵循系统的方法来解决问题，并要求学生解决子问题（研究指导的多项选择题），以显示他们在解决问题的每个阶段的理解水平。这些教程旨在根据需要在解决问题的每个阶段提供脚手架支持，并帮助学生将解决问题的过程视为获取知识和技能的机会，而不是“插上插头和chug”的苦差事。侧重于帮助学生首先学习定性分析问题，然后根据相关的物理原理计划解决方案，这对发展他们的推理能力是有用的。问题解决的反思阶段可以帮助学生发展元认知技能，因为他们必须专注于他们通过解决问题所学到的东西，以及它如何帮助他们扩展和组织知识。初步评估表明，大多数学生谁是无法解决的教程问题没有帮助可以解决类似的问题后，通过视频教程工作。目前正在进一步评估辅导学习者与对照组的有用技能发展情况。
2016-02-24 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
To use or no to use diagrams: The effect of drawing a diagram in 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。我们调查了两个问题，涉及电场和电力，并发现学生谁画专家一样的图表是更成功的问题解决者，并在学生的图表中的细节水平较高，对应于一个更好的分数。
2016-01-20 physics.ed-ph
The challenges of changing teaching assistants' grading practices: Requiring students to show evidence of understanding
在大型研究型大学中，助教通常负责物理导论课程的评分。他们的评分实践可以塑造学生解决问题和学习的方法。物理教育研究建议采取评分的做法，鼓励学生通过解释解决问题的过程来提供理解的证据。然而，助教可能不一定以鼓励学生在他们的解决方案中提供理解证据的方式评分。在为期一个学期的TA专业发展课程的背景下，我们调查是否鼓励TA使用适当的权重解决问题的过程中，并让他们反映使用这样一个标题提示TA的好处，以证明学生的解决方案的理解。我们研究了助教如何评分的现实学生的解决方案，介绍物理问题之前，他们提供了一个标题，是否助教使用标题的意图，他们是否在评分类似的解决方案是一致的，以及如何TA的评分标准改变后，讨论了一个精心设计的标题的好处。我们发现，许多助教通常适用的题目一致时，评分类似的学生的解决方案，但并不要求学生提供理解的证据。助教的书面回应、课堂讨论和个别访谈表明，本研究中涉及评分规则的教学活动不足以改变他们的评分做法。访谈和课堂讨论表明，帮助助教重视一个适当加权解决问题的过程可能是具有挑战性的，部分原因是助教过去的教育经验和部门的背景。
2021-02-15 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
Case of two electrostatics problems: Can providing a diagram adversely impact introductory physics students' problem solving performance?
绘制适当的图表是一种有用的问题解决启发式方法，可以将问题转化为更容易解决的表示。帮助入门物理学生学习有效解决问题的一个主要重点是帮助他们理解绘制图表可以促进问题的解决。我们进行了一项调查，其中两种不同的干预措施，在背诵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（i）被要求解决问题，其中的图表是为他们绘制或（ii）明确告诉画一个图。对照组没有得到任何关于图表的说明。我们设计了问题解决的评分标准，对不同干预组学生的问题解决表现进行了评分，并对10个问题进行了调查。我们发现，那些拿到图表的学生在三个问题上的表现从来没有比其他学生更好，实际上表现得更差，一个是关于管中驻波声波的问题（在其他地方讨论过），两个是我们在这里重点讨论的电学问题。这两个问题是唯一的问题，在电力，涉及到考虑的初始和最终条件，这可能部分地解释了为什么学生提供的图表表现明显不如学生谁没有提供图表。为了探索这一发现的潜在原因，我们对学生进行了采访，发现一些学生提供的图表可能花了更少的时间在概念分析和规划阶段的问题解决过程。特别是，那些提供了图表的人更有可能在没有充分分析和理解问题的情况下提前进入解决问题的实施阶段，这可能会增加解决方案出错的可能性。
2020-06-26 physics.ed-ph
Beyond The Big Bang Theory: Revealing the everyday research lives of theoretical physics faculty
本文通过访谈11位在职理论物理学教师，揭示学生对理论物理工作的刻板印象与误解，以呈现真实日常并支持职业选择。
2023-04-26 physics.ed-ph
Hermione and the Secretary: How gendered task division in introductory physics labs can disrupt equitable learning
物理实验室为学生提供了一个独特的机会来培养他们的物理身份和科学身份，因为他们为学生提供了在低风险环境中修补实验和分析数据的机会。然而，重要的是要确保所有学生都平等地从实验室中受益，并有一个积极的成长轨迹。通过访谈和反思民族志的观察，我们确定和分析两种常见的工作模式，可能不利于女学生在介绍物理实验室。采用秘书原型的学生被降级为记录和分析数据，从而错过了很多机会，通过充分参与实验工作来发展他们的物理和科学身份。与此同时，赫敏模式下的学生承担了不成比例的管理工作，也没有足够的机会参与实验工作的不同方面，这些工作对帮助他们发展物理和科学身份至关重要。使用物理身份框架，我们分析访谈和观察数据，以调查这些工作模式下的学生如何在他们的物理实验室课程中体验他们的物理和科学身份轨迹的发育迟缓。这种发育不良的增长，然后延续和加强社会的刻板印象和偏见，谁做物理。这种分类不仅为实验室中关于公平的讨论提供了一个词汇表，而且也可以作为那些寻求在努力改变物理教学中以公平为中心的人的有用试金石。
2020-02-03 physics.ed-ph
Problem Roulette: Studying Introductory Physics in the Cloud
Problem Roulette（PR）是密歇根大学的一项基于网络的学习服务，它提供了一个大型的物理入门课程考试问题库的主题内随机访问。建立在公共-私有云计算基础设施上，PR在2012年秋季学期为近1000名学生提供了服务，提供了超过60，000个问题页面。这项服务通过提供由当地教授撰写的问题来补充商业出版社的服务。我们描述的服务架构，包括报告和分析能力，并提出了初步评估其使用的影响。在大约500名学习电磁学的学生中，我们发现有229名学生在这学期中解决了50道或更多的问题，他们的成绩比其他学生高出了0.40分（在4.0分的量表上）。这种改善部分反映了一种选择偏见，即更好的学生更频繁地使用该服务。通过使用整体平均成绩（GPA）作为分类器调整这种选择偏差，我们发现普通PR用户的成绩提高了0.22，显著高于0.04的随机噪声水平。简单地说，学生谁工作一个或多个额外的问题，每个工作日赚取近四分之一个字母的平均成绩提高，无论GPA。学生评论强调随机性在帮助他们综合概念方面的重要性。PR源代码在bitbucket存储库中公开。
2013-09-30 physics.ed-ph
Development of an interactive tutorial on quantum key distribution
我们描述了一个量子互动学习平台（QuILT）的发展量子密钥分发，这涉及到量子力学的实际应用的背景下。QuILT帮助高级本科生使用简单的两态系统学习量子力学，并根据认知研究和物理教育研究的结果开发。QuILT中使用的一种协议涉及在公共信道上生成随机共享密钥，用于使用具有非正交偏振态的单光子对信息进行加密和解密，另一种协议使用两个纠缠的自旋1/2粒子。QuILT采用引导式方法，专注于帮助学生在不影响技术内容的情况下，在量子物理的形式主义和概念方面之间建立联系。我们还讨论了初步课堂评估的结果。
2016-01-05 physics.ed-ph
Reinventing College Physics for Biologists: Explicating an epistemological curriculum
马里兰大学物理教育研究小组（Umd-PERG）进行了一项为期五年的研究项目，以重新思考，观察和改革介绍代数为基础的（大学）物理。这门课是马里兰物理系的大型服务课程之一，主要为生命科学专业服务。在与生物学家协商后，我们重新将课程的重点放在帮助学生学习科学思考上--建立连贯性，从机制的角度思考，并遵循假设的含义。我们设计的课程，以挖掘学生的生产性概念和认识论资源，从学习研究的理论框架的基础上。改革后的班级在时间和教学人员方面保留了传统的结构，但我们修改了现有的最佳实践课程材料，包括同伴教学，互动讲座演示和Tuesday。我们为学生的协作提供了班级控制的空间，这使我们能够直接观察和记录学生的学习。我们还扫描了所有的书面作业和考试，我们管理的前后概念和认识论的调查。改革后的类增强了强大的收益前后的概念测试产生的最佳实践材料，同时获得前所未有的前后收益的认识论调查，而不是传统的损失。
2008-07-28 physics.ed-ph
Physics Computational Literacy: Programming, modeling and collaboration at the journeyman level
University of Oslo（奥斯陆大学）；Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）
本研究通过分析13名计算物理硕士生的访谈，揭示了学生在计算物理专家能力发展中的两个关键阶段，并强调了协作编程、新工具学习和大型阶梯式计算项目对培养高级计算技能的重要性。
2026-01-26 physics.ed-ph
Effective Administration of a Large Undergraduate Physics Class: From Enrolment to Assessment Feedback
在2007-08学年开始时，格拉斯哥大学物理与天文学院的工作人员开始对第一年的物理课程进行一些实质性的改革。其主要目的是提高该班级的学习成绩和进步统计数据，其中一个优先事项是及早识别“有风险”的学生。新的电子和计算机为基础的数据处理策略的引入，确保了在处理学生记录的快速周转时间，也大大提高了对评估反馈给学生的准确性的信心。这些技术是一个促成因素，帮助提高通过率约10%，直接晋升率约13%，到2008-09年底。这些程序已证明足以应付2009-10年度班级人数意外及大幅增加50%的情况，现正推展至该校其他班级
2011-02-13 physics.ed-ph
Developing an Interactive Tutorial on a Mach-Zehnder Interferometer with Single Photons
我们正在开发一个量子交互式学习平台（QuILT）的马赫-曾德干涉仪与单光子暴露在量子力学课程的高年级学生的当代应用。QuILT致力于帮助学生培养将基本量子原理应用于物理环境的能力，并探索经典和量子思想之间的差异。QuILT采用可视化工具来帮助学生建立对量子现象的物理直觉，并专注于帮助他们整合定性和定量的理解。我们还讨论了初步课堂评估的结果。
2015-10-05 physics.ed-ph quant-ph
NEXUS/Physics: An interdisciplinary repurposing of physics for biologists
为了响应对生命科学专业和医学预科生的本科科学课程改革的呼声越来越高（Bio 2010，未来医生的科学基础，愿景与变革），一个跨学科团队创建了NEXUS/物理学：重新利用生命科学的入门物理课程。该课程与生命科学专业学生的生物学和化学入门课程密切互动，旨在帮助学生建立一般的多学科科学能力。为了做到这一点，我们的两个学期的NEXUS/物理课程序列定位为第二年的课程，使学生将有一些接触生物学和化学的基本概念。NEXUS/物理强调跨学科的例子，内容与传统的入门物理学明显不同，以促进这一点。它将能量的讨论扩展到包括原子间势和化学反应，将热力学的讨论扩展到包括焓和吉布斯自由能，并包括随机与相干运动（包括扩散）的严肃讨论。教学材料的开发与认真的教育研究相协调。这两个新的内容和研究结果中描述了一系列的文件，本文作为一个概述和背景。
2014-01-08 physics.ed-ph
Investigating student interpretations of the differences between classical and quantum computers: Are quantum computers just analog classical computers?
本研究访谈28名修读量子计算/QIS课程的学生，分析其对经典与量子计算机差异的理解，发现缩放概念混淆，并表明模拟经典计算机思想实验有助于专家式推理。
2022-08-29 physics.ed-ph quant-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
The Physics Show -- A community college delivers BIG on community outreach
Foothill College（富勒顿学院）
福希尔学院物理秀自2007年成立以来服务近25万观众，含公众表演与Title 1学校学生实地考察，学生参与舞台表演、校园导览及设备制作，现年均接待超2.5万人，是学院重要外展项目。
2025-10-31 physics.ed-ph physics.soc-ph
Characterization of Upper-Level Undergraduate Quantum Mechanics Courses in the U.S
本文基于美国76名教师的调查，分析了本科量子力学课程的教学方法、资源使用和内容覆盖，发现多数教师采用传统讲座但互动教学渐增，不同教学路径在内容覆盖上高度重叠。
2025-07-14 physics.ed-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
