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
Interactive Learning Tutorial on Quantum Key Distribution
我们描述的发展和课堂评价的量子交互式学习平台（QuILT）的量子密钥分发，这涉及到一个令人兴奋的应用背景下，量子力学。这里描述的QuILT中使用的协议使用具有非正交偏振状态的单光子在公共信道上生成随机共享密钥，用于加密和解密信息。QuILT致力于帮助高年级本科生使用简单的两态系统学习量子力学。它积极地让学生参与学习过程，并帮助他们在量子物理的形式主义和概念方面之间建立联系，而不影响技术内容。课堂评价表明，验证后的QuILT有助于提高学生对相关概念的理解。
2020-06-17 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
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
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
Developing an Interactive Tutorial on a Quantum Eraser
我们正在为高级量子力学的学生开发一个量子擦除器的量子交互式学习教程（QuILT）。QuILT让学生接触到量子力学的当代主题，并采用引导式学习方法。它适应现有的可视化工具，以帮助学生建立对量子现象的物理直觉，并努力帮助他们发展在物理情况下应用量子原理的能力。学生在QuILT中学习的gedanken（思想）实验和模拟中的量子擦除器设备使用具有单光子的MachZehnder干涉仪。我们还讨论了初步课堂评估的结果。
2015-10-05 physics.ed-ph quant-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
Can students apply the concept of "which-path" information learned in the context of Mach Zehnder Interferometer to the double-slit experiment?
使用在一个上下文中学习的概念来解决不同上下文中的问题的能力（即，学习迁移）是物理学专业知识的标志。大多数关于物理学习迁移的研究都集中在入门学生身上。然而，与高级学生相比，入门学生的相关知识和技能显着较少，这可能是促进有效迁移的关键。在这里，我们研究高层次的本科生和研究生的能力，转移他们的学习的概念，“哪条路径”的信息和它的关系是否干涉观察到的背景下的马赫曾德尔干涉仪（MZI）的双缝实验（DSE）的一个新的上下文。学生们学习了MZI的教程，在该教程中，他们学会了使用“哪条路径”信息的概念来推理当具有不同方向的偏振器放置在MZI的一条或两条路径中时单光子的干涉。在MZI教程的工作后，学生被问到类似的问题，在同构的背景下的DSE之前，任何指令的DSE和我们研究的程度转移学习的“哪条路径”的信息发生从MZI到DSE上下文。我们发现的证据表明，积极的学习迁移从MZI到DSE发生，尽管缺乏旨在帮助学生认识到这两个环境之间的相似性的教学干预。MZI教程在促进量子力学学习从一个环境到另一个环境的正迁移方面的有效性揭示了高级物理学生的专业知识。高级物理课程的教师可以利用这里提出的研究结果，它显示了入门和高级学生从一个环境转移到另一个环境的能力之间的差异。
2020-05-15 physics.ed-ph
Virtual Scanner Games: expanding access to Magnetic Resonance (MR) education through interactive web tutorials
本文开发了开源网络应用Virtual Scanner Games，通过四个交互模块帮助无成像背景的学生学习MRI基础知识，以促进资源匮乏地区的磁共振教育公平与可持续发展。
2023-04-12 physics.ed-ph
Investigating transfer of learning in advanced quantum mechanics
研究表明，学生往往很难将他们的学习从一个环境转移到另一个环境。我们研究高层次的本科生和研究生的设施与问题的干涉图样在双缝实验（DSE）与单光子和偏振器的各种取向放置在前面的一个或两个狭缝。在回答这些问题之前，学生们已经完成了马赫-曾德干涉仪（MZI）的教程，在该教程中，他们了解了当各种方向的偏振器放置在MZI的两条路径中时单光子的干涉。在完成MZI教程后，学生们在DSE的同构上下文中被问到类似的问题。我们讨论了在何种程度上，他们能够转移他们学到的上下文中的MZI类似的问题在同构的上下文中的DSE。
2016-04-18 physics.ed-ph
Improving student understanding via interactive learning tutorial on quantum key distribution using entanglement
Department of Physics and Astronomy, University of Pittsburgh（匹兹堡大学物理与天文学系）
本文介绍一种基于纠缠的量子密钥分发交互式学习教程（QuILT），通过双粒子系统教学，提升学生对量子密码学概念的理解，并可作为课后作业有效实施。
2026-09-10 physics.ed-ph quant-ph
Effectiveness of an online homework tutorial about changing basis in quantum mechanics
本研究开发并评估 ACE Physics 中面向 spin-1/2 系统的在线基变换教程，通过前后测和跨学期考试对比，证明其作为无教师引导的课外作业具有显著学习效果。
2022-07-28 physics.ed-ph
Bringing Lecture-Tutorials Online: An Analysis of A New Strategy to Teach Planet Formation in the Undergraduate Classroom
本文开发并评估了一种用于异步在线本科天文学课程中教授行星形成的互动式课堂教程，通过行星形成概念量表比较发现其面对面实施效果与纸笔课堂教程相当且优于纯讲授，但异步实施效果下降，仍可作为有效教学工具。
2025-02-04 physics.ed-ph
Improving Students' Understanding of Quantum Measurement
我们描述了高年级本科生和研究生在量子测量方面遇到的困难。为了减少这些困难，我们已经开发了基于研究的学习工具，如量子互动学习工具（QuILT）和同伴教学工具。初步评估显示，这些学习工具能有效地提高学生对量子测量相关概念的理解。
2016-02-18 physics.ed-ph
Improving Students' Understanding of Quantum Measurement Part 2: Development of Research-based Learning Tools
我们描述了研究性学习工具的开发和实施，如量子互动学习教程（Quilts）和同伴教学工具，以减少学生在量子力学测量相关问题上的常见困难。初步评估显示，这些学习工具能有效地提高学生对量子测量相关概念的理解。
2016-02-22 physics.ed-ph
Investigating and improving student understanding of the basics of quantum computing
本研究开发并验证了面向量子计算基础的QuILT交互式探究教程，并在两门物理课程中评估其对学生概念理解的提升效果。
2024-08-09 physics.ed-ph
Improving student understanding of addition of angular momentum in quantum mechanics
我们描述了高年级本科生和研究生在量子力学中与角动量相加有关的概念方面的困难。我们还描述了一个基于研究的学习工具，量子交互式学习平台（QuILT）的开发和实施，以减少这些困难。初步评估显示，QuILT与角动量加法的基础知识有关，有助于提高学生对这些概念的理解。
2016-04-03 physics.ed-ph
Teaching quantum mechanics to over 14,000 nonscientists
我们描述了一种新风格的MOOC，旨在让学生参与沉浸式多媒体环境，包括文本，图像，视频讲座，基于计算机的模拟，动画和教程。《人人适用的量子力学》目前正在EdX上运行，并通过多种不同的措施取得了成功。它说明了如何向非科学家教授复杂的量子现象，以及如何开发高质量的交互式计算机模拟，使学生参与其中，并可以广泛部署。
2017-12-07 physics.ed-ph
A Framework for Understanding the Impact of Integrating Conceptual and Quantitative Reasoning in a Quantum Optics Tutorial on Students' Conceptual Understanding
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）
本研究探讨了在量子光学教程中整合概念和定量推理对学生产生影响，发现混合版本QuILT在研究生群体中表现更优。
2026-02-12 physics.ed-ph
Introduction of interactive learning into French university physics classrooms
我们报告一个项目，介绍互动学习策略（ILS）的物理课在皮埃尔和玛丽居里大学（UPMC），在法国领先的科学大学之一。在2012年春季，在两个大的入门类，第一年，第二学期的机械，和第二年的介绍E&M，分别招收约500名和250名学生的教师，介绍ILS到每个类的一些部分。具体的ILS使用的是思想配对分享问题和同伴教学在主要的讲座教室，和UW补习物理学导论在复习部分。教学前和教学后的评估（分别为FCI和CSEM），以及一系列的人口统计学问题。我们能够比较FCI和CSEM的结果之间的互动和非互动类同时教授相同的课程。我们还分析了期末考试结果，以及学生和教师的态度调查结果之间的类。在我们的分析中，我们认为多元线性回归建模优于其他常见的分析工具，包括归一化增益。我们的研究结果表明，ILS是有效的，在提高学生的学习所使用的所有措施：研究验证的概念量表和期末考试成绩，在概念和传统的问题解决问题。多元线性回归分析表明，在课堂上的互动是一个显着的预测学生的学习，显示出类似或更强的关系，学生的学习比这样归因的特点，如父母的教育，并取得的特点，如GPA和每周学习的时间。对学生和教师态度的分析表明，两组人都认为ILS改善了学生在物理课堂上的学习，提高了学生的参与度和动机。
2013-11-14 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
Problem Solving and Learning
认知研究的一个发现是，人们不会通过花费大量的时间在任务上自动获得有用的知识。由于学生的知识层次更加分散，“知识块”比专家的要小。短时记忆容量的有限性使得问题解决任务的认知负荷很高，可用于元认知的认知资源很少。物理定律的抽象性和做出有意义的推论所需的推理链使得这些问题变得至关重要。为了帮助学生，从学生的角度考虑问题的难度至关重要。我们正在开发和评估交互式解决问题的教程，以帮助学生在入门物理课程学习有效的解决问题的策略，同时巩固物理概念。自定进度的教程可以为各种解决问题的技术提供指导和支持，并提供获取知识和技能的机会。
2016-02-20 physics.ed-ph
Students' Understanding of Stern Gerlach Experiment
施特恩-格拉赫实验在自旋角动量的发现中发挥了核心作用，在阐明量子力学的基础问题中也发挥了关键作用。本文通过对量子力学专业本科生和研究生的笔试和访谈，探讨了学生在施特恩-格拉赫实验中遇到的困难。我们还讨论了初步的数据表明，量子互动学习的实验（QuILT）相关的施特恩-格拉赫实验是有助于提高学生对这些概念的理解。
2016-02-20 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
Development, validation and in-class evaluation of a sequence of clicker questions on Larmor precession of spin in quantum mechanics
让学生参与设计良好的点击器问题是物理课程中常用的研究性教学策略之一，部分原因是它的实施门槛相对较低。此外，经过验证的强有力的序列的点击问题可能会提供更好的脚手架支持和指导，以帮助学生建立一个良好的知识结构的物理比一个单独的点击问题在一个特定的主题。在这里，我们讨论的开发，验证和课堂上实施的点击器问题序列（CQS），以帮助高年级本科生了解旋转的拉莫尔旋进，它利用了学习目标和基于探究的指导学习序列，在以前验证的量子互动学习模式（QuILT）。通过比较传统的以讲座为基础的教学和参与CQS后的高水平本科生的表现，讨论了使用同伴教学的CQS的课堂评价。
2020-06-07 physics.ed-ph
Development and validation of a sequence of clicker questions for helping students learn addition of angular momentum in quantum mechanics
让学生参与精心设计的点击器问题是物理课程中常用的研究型教学策略之一，部分原因是它的实施障碍相对较低[1]。此外，经过验证的强有力的序列的点击问题可能会提供更好的脚手架支持和指导，以帮助学生建立一个良好的知识结构的物理比一个单独的点击问题在一个特定的主题。在这里，我们讨论的开发，验证和课堂上实施的点击器问题序列（CQS），以帮助高年级本科生学习角动量的添加，它利用了学习目标和基于探究的指导学习序列在以前验证的量子交互式学习模式（QuILT）。在课堂上使用同伴教学的CQS评价进行了讨论，通过比较高层次的本科生的表现后，从事与CQS与以前公布的数据，从QuILT有关这些概念。
2020-06-09 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
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
Using the Big Ideas in Cosmology to Teach College Students
我们对宇宙理解的最新进展彻底改变了我们对宇宙结构、组成和演化的看法。然而，这些新的想法并不一定被用来改善天文学入门学生的教学。在这个项目中，我们对学生对宇宙学思想的理解进行了研究，以便开发有效的基于网络的工具来教授现代宇宙学的重要基本概念。这些工具旨在用于大学入门级。我们的研究使用了几种工具，包括在多个机构进行的开放式和多项选择调查，以及在一个机构的访谈和课程文物，以确定学生对现代宇宙学思想的了解，他们娱乐的常见误解和误解，以及什么样的材料可以最有效地克服学生学习这些材料的困难。这些数据被用来创建一套交互式的、基于网络的教程，这些教程使用真实数据来阐述宇宙学的主要观点。让学生接触真实数据是帮助学生克服某些误解的有力手段。学生掌握科学概念和推理过程，通过互动任务，预测和反思，实验和模型构建，导致我们目前对宇宙的理解。
2013-03-07 astro-ph.IM physics.ed-ph physics.pop-ph
Using multiple representations to improve student understanding of quantum states
本研究针对学生在量子态多种表示间转换的困难，开发并评估了量子交互式学习教程（QuILT），以提高学生的理解能力。
2025-04-24 physics.ed-ph
Improving Students' Understanding of Quantum Mechanics via the Stern-Gerlach Experiment
施特恩-格拉赫实验在自旋角动量的发现中发挥了核心作用。它也可以发挥关键作用，在教学中的形式主义的量子力学使用一个具体的例子，涉及有限维希尔伯特空间。利用这一背景，学生可以学习如何从任意状态开始准备特定的量子态，与波函数的时间演化有关的问题，以及量子测量。它还可以用来教学生关于进行实验的物理空间和系统状态所在的希尔伯特空间之间的区别，以及如何利用希尔伯特空间中系统状态的信息来解释物理空间中实验的可能结果。学生可以学习选择一个适当的基础，使与不同的安排斯特恩-格拉赫设备的实验结果进行适当的预测的优点。这个实验也可以帮助学生理解，一个同样准备的系统，例如，一个处于两个稳态的线性叠加中，与混合物不同，例如，其中一半系统处于一个静止状态，另一半处于另一个静止状态。本文通过对量子力学课程的本科生和研究生进行笔试和访谈，调查了学生对施特恩-格拉赫实验的理解困难。我们还讨论了初步的数据，从两个量子力学课程，表明量子交互式学习实验（QuILT）相关的施特恩-格拉赫实验是有助于提高学生对这些概念的理解。
2016-02-20 physics.ed-ph
