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
Inclusive education and research through African Network of Women in Astronomy and STEM for GIRLS in Ethiopia initiatives
非洲天文学妇女网络和埃塞俄比亚女孩STEM倡议已经建立，目的是加强非洲和埃塞俄比亚女孩和妇女参与天文学和科学。如果妇女和女童不能充分参与社会的各个方面，如果未来不能让所有儿童都有同样的机会根据其社会经济地位独立接受教育，我们就无法实现联合国可持续发展目标。在本文中，这两项举措进行了简要介绍。
2021-02-09 physics.ed-ph
Scaffold or Crutch? Examining College Students' Use and Views of Generative AI Tools for STEM Education
Stanford University（斯坦福大学）
本研究通过调查美国40名STEM学生与28名教师，发现genAI虽被高频用于答疑和学习支持，但学生常直接让AI生成解答，可能削弱问题解决能力，并据此提出恰当使用与工具设计建议。
2024-12-03 cs.AI physics.ed-ph
Eye-Tracking-Based Design of Mixed Reality Learning Environments in STEM
近年来，随着商用混合现实（MR）耳机的出现，MR辅助学习开始在教育研究中发挥重要作用，特别是与STEM（科学，技术，工程和数学）教育相关的研究。随着这些发展，它似乎是可行的，以进一步的框架和结构化的设计过程，以MR为基础的学习环境。而不是一个广泛适用的框架设计教育MR应用程序，我们在这里考虑的情况下，虚拟增强物理动手实验在干，学生被赋予一定的问题来解决，以及如何设计这些。对于这一重点领域，我们建议一个经验驱动的problemand以用户为中心的设计过程中，MR应用程序，让新手更像专家，并为一个特定的实验和问题集，包含一个非平凡的电路与电容器和线圈。
2021-09-07 physics.ed-ph
A Systematic Review of Empirical Research on Graphing Numerical Data in K-12 STEM Education
LMU Munich（慕尼黑大学）；Saarland University（萨尔兰大学）；University of Cologne（科隆大学）；Pädagogische Hochschule Heidelberg（海德堡师范大学）
本文系统综述了K-12 STEM教育中图形化数值数据的经验研究，探讨了图形化教学对学习效果的影响及学生在图形化过程中遇到的困难。
2024-11-20 physics.ed-ph
Quantifying interdisciplinary synergy in higher STEM education
提出基于大语言模型、知识图谱和信息论指标的框架，量化韩国大学理工课程的跨学科协同，并据此设计以工程为核心、基础科学为外围的双领域整合课程。
2025-07-25 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Education for a Future in Crisis: Developing a Humanities-Informed STEM Curriculum
针对STEM教育忽视社会批判的问题，开发人文学科融入的课程，旨在培养反思与批判思维，促进包容性未来。
2023-11-11 physics.ed-ph
Scientific Computing with Open SageMath not only for Physics Education
本文介绍开源SageMath作为科学计算环境，通过物理竞赛示例展示其在符号、数值、可视化、建模及编程方面的多功能性，旨在赋能STEM教育中的师生进行真实研究并提升科学兴趣。
2023-08-14 physics.ed-ph
Effects of Popular Science Writing Instruction on General Education Student Attitudes Towards Science: A Case Study in Astronomy
本研究探讨科普写作教学对非STEM专业学生科学态度的影响，发现写作密集型天文学导论课程能显著提升学生对STEM的理解、信心与科学素养。
2022-09-06 astro-ph.IM physics.ed-ph
Intro2QC: An Approachable Introduction to Quantum Computing for STEM Education in High Schools
University of Victoria（维多利亚大学）
本文介绍了面向高中生的 Intro2QC 量子计算推广 workshop 材料，含在线教程、教案和幻灯片，已向约160名学生开展，旨在以易理解的方式推动高中量子计算教育。
2026-07-31 physics.ed-ph
The International Space Station (ISS) Contest as STEM Educational Project
本文介绍了2015-2018年意大利面向高中生的ISS太空实验竞赛，阐述其如何通过微重力化学测试促进建构主义学习与参与式科学，成为成功的STEM教育项目。
2023-09-10 physics.ed-ph
Lessons Learned from Designing an Open-Source Automated Feedback System for STEM Education
本文提出开源自动反馈系统RATsApp，融合形成性反馈以提升STEM核心能力，基于TAM2模型调查证实其感知有用性显著影响使用意图与频率，展现了作为教育工具的潜力。
2024-01-19 cs.CY physics.ed-ph
Celestial calendar-paintings and culture-based digital storytelling: cross-cultural, interdisciplinary, STEM/STEAM resources for authentic astronomy education engagement
在D（L）akota恒星知识中，太阳被称为Wi，月亮被称为Han-Wi。他们有一个重要的关系，丈夫和妻子。它们不断变化的关系模式反映在太阳和月亮的运动中，就像从我们的后院看到的那样，也称为月相。文化教学的框架是讲故事和关系。天文学中的文化视角提醒我们，土著人的认知方式是如何植根于包容、参与和相关性的。由A设计2007年，土著天空观察者倡议寻求记住和振兴土著恒星和地球知识，促进土著声音作为主导声音。土著天空观察者的总体目标是传播土著人民传统上通过与上面和下面、天空和地球的生活和参与关系实践可持续生活方式和可持续工程的知识。2012年，两张本土星图被制作出来：Ojibwe Giizhig Anung Masinaaigan-Ojibwe Sky Star Map（A.李，W。威尔逊角，澳-地Gawboy）和D（L）akota星图，Makoce Wicanhpi Wowapi（A。Lee，J. Rock）。2016年，与W.马尼托巴省第一民族资源中心（MFNRC）的巴克制作了第三幅星图：Ininew Achakos Masinikan-Cree星图书。我们的目标是改善目前的教育不平等为本地年轻人，特别是通过干的参与，激发增加文化自豪感，并促进社区健康。这里将展示最近创建的资源，如：天文学的壁画和短视频，存在于艺术-科学-文化的交叉点。当我们寻找可持续的方式来扩大对STEM的参与，特别是在…
2020-08-18 physics.ed-ph physics.hist-ph physics.soc-ph
Using the Life Grid Interview Technique in Science Education Research
背景资料：定性访谈是科学、技术、工程和数学（STEM）教育研究人员用来探索和描述学生、教育工作者或其他教育利益相关者的经验的常用工具。一些访谈技巧使用人工制品的共同创造，例如个人时间轴，作为一种独特的方式来从受访者那里引出详细的叙述。这篇评论的目的是描述一种叫做生活网格的面试神器。首先在医学社会学中使用并验证了生命历程研究，我们将生命网格用于本科STEM教育研究。我们将生活网格面试技术应用于两种情况：1）高级学位课程的学生反映了他们作为生物学专业的整个本科生涯，2）本科物理课程的学生反映了一个为期多周的实验室项目。结果如下：我们发现，生活网格支持采访的四个重要属性：促进受访者的代理，建立采访者和受访者之间的融洽关系，增强受访者的叙述的深度，以及构建更准确的事件描述。我们将这些属性与我们的经验进行比较，并将它们与文献中详细描述的经验进行比较。结论：我们得出结论，为未来使用的生活网格技术在本科STEM教育研究的建议。总的来说，我们发现生活网格是一个有价值的工具，可以用来进行采访时的现象与时间顺序的组成部分。
2019-07-18 physics.ed-ph
A brief overview of programmed instructions for quantum software education
本文针对量子软件教育需求，概述程序指令方法的原理、STEM领域应用基础及核心要素，给出该方法在量子软件教育中的使用建议与纠缠概念教学示例，为量子教育方法优化提供指导以高效普及量子知识。
2023-12-13 physics.ed-ph quant-ph
Bridging the Digital Divide: Small Language Models as a Pathway for Physics and Photonics Education in Underdeveloped Regions
LLM venture（LLM创业公司）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学）
本文提出利用可离线运行的小语言模型作为虚拟导师，弥补欠发达地区物理与光子学教育资源不足的问题，从而缩小数字鸿沟并推动STEM教育公平。
2025-07-19 cs.AI cs.CY physics.ed-ph
Stem-ming the Tide: Predicting STEM attrition using student transcript data
科学，技术，工程和数学（STEM）领域通过推动创新和创造高薪工作，在国家和国际经济中发挥着越来越大的作用。然而，美国在STEM教育和培训方面落后于其他高度工业化国家。此外，许多经济预测预测，未来几年美国国内STEM培训专业人才的短缺将日益加剧。解决这一问题的一个可能的办法是降低学生在高等教育中离开STEM相关领域的比率，因为目前超过一半的学生最终打算以STEM学位毕业。然而，很少有大规模的定量研究关注STEM流失的原因，更不用说使用机器学习来研究如何预测这种现象了。在本文中，我们详细介绍了我们的努力，建模和预测辍学从干领域使用一个最大的已知数据集用于研究学生在传统的校园环境。我们的研究结果表明，从STEM领域的流失可以准确预测的数据，是在大学定期收集的信息，只对学生的第一学年。我们还提出了一种方法来为每个学期建模学生STEM意图，以更好地了解STEM流失事件的时间。我们相信这些结果在使用机器学习来改善传统和非传统校园环境中的STEM保留方面显示出巨大的前景。
2017-08-28 cs.CY physics.ed-ph stat.ML
Forma mentis networks reconstruct how Italian high schoolers and international STEM experts perceive teachers, students, scientists, and school
本研究调查学生和研究人员如何塑造他们的知识和教育主题的看法。159名意大利高中生和59名STEM国际研究人员的心态或形式通过形式网络重建，即，由自由联想连接的概念的认知网络，并用情感标签丰富。积极/消极/中性感知概念之间的概念关联的布局是关于人们如何建立自己的心理结构或关于特定主题的信念的信息。研究人员表现出混合的积极/中性的心理表征的“教师”，“学生”和“科学家”。学生的“科学家”的概念协会是非常积极的，在很大程度上非陈规定型观念，虽然关于“疯狂的科学家”的陈规定型观念仍然存在。学生认为“教师”是一个复杂的人物，既有指导/知识传授等积极方面，也有围绕考试和评分的消极方面。“学校”引起了两组之间更大的差异。在学生的心态中，“学校”被负面的情绪氛围或一系列联想所包围，表明对学校环境的焦虑感，混合了学术概念，引发焦虑的词语，数学和物理等STEM学科以及与考试相关的概念。研究人员对“学校”的积极态度包括乐趣、友谊和个人成长。沿着教育研究的角度，上述结果进行了讨论，作为定量证据的测试和干焦虑共同发生的方式，意大利学生认为教育场所和他们的演员。通过形式mentis网络检测学生群体中的这些模式，为未来的数据知情的干预政策和行动研究提供了新的，简单的收集，但详细的知识。
2020-01-06 physics.ed-ph physics.soc-ph
Investigating Academic Major Differences in perception of Computer Self-efficacy and Intention toward E-learning Adoption in China
认识到电子学习实践和主办的制度环境之间的潜在关系，中国的教育实践中分支高中学生到科学，技术，工程和数学（STEM）和非STEM学术主要群体被录取到大学或学院进行检查。通过扩展成熟的技术接受模型（TAM）与计算机自我效能，本研究旨在探讨从STEM和非STEM学生的电子学习采用的感知和行为的差异。结果显示，STEM学生的计算机自我效能、易用性感知和使用电子学习的行为意向得分均高于非STEM学生。
2019-03-03 physics.ed-ph
Broadening the scope of Education, Career and Open Science in HEP
高能粒子物理学（HEP）在未来几十年面临着挑战，需要吸引年轻人到该领域和STEM职业，以及需要认识，促进和维持那些在该领域谁是跨提供科学所需的许多专业的研究工作做出重要贡献。这些技能也可以吸引那些可能不想攻读HEP博士学位的学生，但将其作为其他STEM职业的跳板。本文回顾了这些挑战，并制定了纠正这些差异的策略，以帮助将粒子物理学领域转变为一个更强大，更多样化的人才和专业知识生态系统，并期望获得持久的科学和社会效益。
2022-03-15 hep-ex physics.ed-ph
Applying a STEM Ways of Thinking Framework for Student-generated Engineering Design-based Physics Problems
研究应用 WoT4EDP 框架分析14组学生在物理实验室中自主生成工程设计问题的讨论与报告，揭示其思维特征及教学支持需求。
2025-03-13 physics.ed-ph
Introducing Quantum Computing to High-School Curricula: A Global Perspective
本文针对量子计算教育普及需求，提出将其模块化融入高中现有STEM课程的策略，依托开源资源保障全球可及性与教育公平，证实该方案可行且能丰富STEM学习。
2025-05-20 physics.ed-ph quant-ph
Two Different Experiments with the Rope-Attached Sphere by Using Arduino
Yeditepe University（耶迪特佩大学）
Arduino微控制器是可用于物理实验的电子设备，与其他实验设备相比，它们既经济实惠又易于获得。高中和大学的学生可以通过在STEM教育应用中使用Arduino获得宝贵的技能。在这项研究中，通过使用Arduino，力传感器和绳索连接的金属球，使用一个易于开发的实验装置进行了两个不同的物理实验。第一个实验，包括几个分析，如周期，绳张力，和能量守恒在简谐运动。在第二个实验中，将金属球从绳子的连接点释放出来，测量从释放到恢复平衡之间作用在金属球上的冲量。在非常精确的力和时间间隔内进行分析，所有分析的结果与理论值一致。这方面的教育活动既可以在有限的教育时间内为STEM领域的学生创造最大的收益，又可以因其经济性质而促进教育机会平等。
2023-01-30 cs.RO physics.ed-ph
From Prompt Engineering to Epistemic Prompting: Prompt Trajectories as AI-Mediated Problem Framing in Science Education
University of Cagliari（卡利亚里大学）；INFN, Sezione di Cagliari（意大利国家核物理研究所卡利亚里分部）；CIRD (Centre for Educational Research and Teaching Innovation) - Research in Education and Culture, University of Cagliari and Sassari（卡利亚里与萨萨里大学教育与文化研究中心（CIRD））
研究探讨在STEM教育中提示不仅是技术能力，更是认知实践。基于认识论框架等提出认知提示新框架及多轮循环，形成提示框架轨迹，阐述其构建过程，还讨论了对人工智能介导的STEM教学及学习者与大语言模型交互的影响。
2026-07-14 physics.ed-ph physics.soc-ph
Changing Identities and Evolving Conceptions of Inquiry through Teacher-Driven Professional Development
这项STEM教育研究调查了简化掌握专业发展计划，在该计划中，教师与大学研究人员合作，为自己和其他教师设计专业发展机会。我们的研究描述了教师专业成长的过程，通过机构的变化，并通过共同追求提高课堂科学探究的理解。视频，电子邮件，教训的反思，调查的答复，和采访进行了分析，以深入了解教师话语的变化，围绕调查和他们的转变，他们建立的专业社区内的参与。STEM教育专业发展的影响进行了讨论。
2012-09-06 physics.ed-ph
Female Student Population at Kabul University Before the 2021 Ban: Trends, Gender Parity, and Faculty-Level Dynamics
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
基于2016-2019年行政数据，研究喀布尔大学女性学生分布，发现总体增长但STEM领域性别均等指数低于0.5，揭示禁令前的结构性不平等。
2025-09-23 physics.ed-ph
Technology Capacity-Building Strategies for Increasing Participation & Persistence in the STEM Workforce
这种研究模式使用解放的方法来解决科学，技术，工程和数学（STEM）劳动力的公平挑战。对少数群体参与率低的严重关切要求对新的教学方法进行严格评估，以有效地帮助代表性不足的群体为日益数字化的世界做好准备。无法实现STEM劳动力多样性目标是由于学术管道未能保持代表性不足的少数民族学生的稳定流动。正规课程往往导致准备不足和专业实践差距。脆弱的社区加剧了较低的表现，那里的贫困、单亲家庭、监禁、虐待和无家可归等问题使居民脱离社会。由于数据显示，更多的少数民族拥有计算和工程学位，而不是在该领域工作，本讨论探讨了教育机构如何批判性地审视阻碍STEM多样性的社会和政治现实，同时捕捉文化线索，识别代表性不足的群体中的个人障碍。
2018-04-13 physics.ed-ph
3D printing in the context of Science, Technology, Engineering, and Mathematics education at the college/university level
关于3D打印的概述（a.k.a.在学院/大学水平的科学、技术、工程和数学（STEM）教育的背景下，提供增材制造）。绝大多数被引用的论文报告了自制的模型，教师和学生通过各种途径自己创建了必要的3D打印文件。Gartner咨询公司预测，从2014年7月起，教室3D打印将需要十年以上的时间才能达到其标志性的可见性与时间（炒作周期）图表中的生产力高原。本书章节的参考书目总结了在Gartner预测之后大约四年的大学阶段STEM（包括纳米科学和纳米工程）教育的3D打印技术。当前的方法和最佳实践的大学水平的教室3D打印描述在本评论的主要部分。详细的信息主要是为那些论文中，本书的作者章节的作者是作者和共同作者。本文详细介绍了从大型开放访问数据库中的晶体学信息框架文件（CIF）到原子级晶体和分子结构模型的3D打印文件的直接路径。由于方法和最佳实践的开发是炒作周期倒数第二阶段的典型活动，我们得出结论：（i）Gartner的预测低估了创造力，足智多谋，大学教育工作者对学生的承诺，以及（ii）课堂3D打印将在下一个十年中期之前成为普遍的现实（至少在美国，超过一半的相关/引用论文来自那里）。附录提供了当代3D打印技术的简要技术回顾。
2019-11-07 physics.ed-ph
Transitioning STEM-focused Teacher Professional Development from f2f toOnline
本文比较了两个案例的教师专业发展（TPD）专注于天文教育：圣安东尼奥教师培训天文学院（SATTAA）。这里的核心问题是：在职教师对SATTAA的后勤和主要好处的看法如何在两种情况下进行比较：2019年的完全面对面（f2 f）迭代和2020年的完全在线迭代。两次迭代的参与者同样表示，他们认为自己的经验是有价值的，该计划有效，但有两个例外：（1）f2 f进行的实地考察排名高于虚拟选项;（2）技术在2020年在线迭代中被强调为优势，但在2019年f2 f计划中没有。
2021-09-17 astro-ph.IM physics.ed-ph
Beyond gender: The intersectional impact of community demographics on the continuation rates of male and female students into high school physics
本研究利用加拿大人口普查和安大略省十一年注册数据，通过分层线性建模分析性别与社区人口统计对高中物理续读率的交叉影响，发现学校层面因素影响最大，且STEM学科不应视为同质。
2023-11-17 physics.ed-ph physics.soc-ph
Hands-on STEM Learning Experiences using Digital Technologies
International Centre for Theoretical Physics (ICTP)（国际理论物理中心（ICTP））
本文总结在意大利学校借助3D打印、微控制器复制品和科学可视化等 FabLab 数字制造技术开展动手 STEM 教学的实践，表明其能培养学生多项核心能力。
2025-02-19 cs.CV cs.ET physics.ed-ph
