Lab Manual of Introductory Physics-I for Virtual Teaching
一组虚拟实验设计用于介绍物理I（分析和一般）类，其中包括运动学，牛顿定律，能量，动量和旋转动力学。虚拟实验是基于视频分析和仿真。只有开放教育资源（OER）用于实验。虚拟实验旨在模拟物理实验室实验。所有计算和数据分析（分析和图形）均使用Microsoft excel完成。在课堂上，学生们得到了精心制作的Excel表格，并使用Excel进行了逐步计算。特别强调学生的学习成果，如理解，应用，分析和评估。学生的学习成果进行了研究，每个实验和学期末书面考试（基于实验）的详细实验报告。实验室课程完全通过网络增强，并使用学习管理系统（LMS）进行管理。记录每堂实验课并添加到LMS中。利用视频会议技术建立虚拟实验室，并采用同步和异步两种远程教学方式对实验室进行了测试。
2020-12-26 physics.ed-ph
Assessment of critical thinking in physics labs
尽管本科生在入门物理实验室花费了大量的时间，但对这些实验室的教学目标和公认的诊断评估几乎没有共识。针对这些问题，我们开发了物理实验室批判性思维量表（PLIC），以评估学生在物理实验室环境中的批判性思维能力。具体而言，PLIC旨在评估学生在理解数据，可变性，模型和实验方法方面的技能，并评估实验室课程在发展这些技能方面的有效性。在这里，我们使用2017-2018学年期间从12所机构收集的2681名有效学生的回答来讨论该工具的统计和专家验证。作为我们验证的一部分，我们解决了实验室设计对学生在仪器上的表现的影响。
2018-08-31 physics.ed-ph
Confirming what we know: Understanding questionable research practices in intro physics labs
许多机构正在改变他们的入门物理实验室的重点，从验证物理内容转向教授学生科学的技能和性质。随着教学的变化，学生在实验室的方法和行为也会发生变化。在这项研究中，我们评估了学生的实验笔记，从早期的活动，在实验为重点的实验课程。我们发现，大约30%的学生团体（来自三个机构的107个团体）在他们的实验室笔记中记录了有问题的研究实践，例如对结果的主观解释或操纵设备和数据。这些实践中的绝大多数都与验证性目标有关，我们怀疑这些目标源于学生之前对验证实验室的接触。我们提出了以实验为重点的实验室，以更好地让学生在负责任的研究和真实的科学实践行为的方式。
2018-07-12 physics.ed-ph
Seeing the real world: Comparing learning from verification labs and traditional or enhanced lecture demonstrations
物理入门课程的教师经常使用实验室和演示来强调讲座和教科书中介绍的物理方程描述了现实世界中实际发生的事情。这些实验室和演示的表面特征和教学学习目标可能看起来非常相似（预测-观察-解释）。然而，物理教育研究发现，这些教学方法对学生的物理内容知识的影响非常不同，这些影响主要取决于几个教学特征。在本文中，我们通过比较验证实验室中的学习方法，传统的讲座演示和增强的讲座演示的细节来解开研究。我们讨论了可测量的不同的学习成果的可能机制，根据预测，认知负荷和参与的作用解剖的活动。我们使用这种特性来激励重新思考实验室的实验技能和信念的目标，而不是验证物理内容。
2019-05-31 physics.ed-ph
Peer Evaluation of Video Lab Reports in an Introductory Physics MOOC
当课程注册人数变得非常大（约10^4名学生）时，评估学生的表现变得具有挑战性。作为佐治亚理工学院2013年提供的物理学入门大规模开放在线课程（MOOC）的一部分，学生们提交了力学实验室的视频报告。这些报告的同行评价提供了评价学生实验室工作的主要方法。本文介绍了开发和使用的方法，以指导学生评价对方的视频实验报告。我们还讨论了学生的同伴评价行为是如何随着课程中提供的不同干预措施而改变的。
2014-10-15 physics.ed-ph
Students' attitudes toward experimental physics in a conceptual inquiry-based introductory physics lab
有一些证据表明，基于概念探究的入门物理实验室课程，如实时物理，可以提高学生对物理概念的理解。因此，这些课程可能是有吸引力的教师谁寻求改造他们的物理实验室，以提高学生的学习。然而，概念探究为基础的实验教学对学生的态度和信念的影响实验物理，测量的E-CLASS调查，尚未完全理解。我们目前的数据从三个课程的方法超过四个学期（$n=701$）。在第一次实施基于概念探究的入门物理实验室时，我们没有看到E-CLASS分数的变化。然而，要求学生反思与实验物理有关的问题的增加与E-CLASS结果相关联，这些结果与其他有效的实验室教学方法相当。
2022-04-01 physics.ed-ph
Comparing student performance on a multi-attempt asynchronous assessment to a single-attempt synchronous assessment in introductory level physics
本研究通过大型同构问题库，比较多次尝试异步测验与单次尝试同步考试在入门物理中的表现，发现概念问题在五次尝试时可替代考试，而数值问题关联较弱。
2024-07-21 physics.ed-ph
Patterns of Gendered Performance Difference in Introductory STEM Courses
成绩为学生提供了主要的表现反馈：影响学业选择的信号。不同课程的评分方法不同，对选修这些课程的学生会有分数惩罚（和奖金）。这些等级惩罚有时是性别化的。利用密歇根大学的大量数据，我们报告了116门大型课程的成绩惩罚和性别表现差异的模式。我们发现，显着的性别表现差异是无处不在的大型入门STEM讲座课程。他们在STEM实验室和其他学科的讲座课程中基本上都缺席。探索这些课程的特点，我们假设，在STEM讲座课程中使用的评估方法与刻板印象的威胁，创造这些性别的性能差异。
2016-08-26 physics.ed-ph
Value added or misattributed? A multi-institution study on the educational benefit of labs for reinforcing physics content
教学实验室被广泛认为是一种独特的，尽管昂贵的，教授科学内容的方式。我们测量了三个非常不同的机构的九个不同的实验室课程的介绍性实验室课程在实现这一教育目标的有效性。这些机构和课程涵盖了广泛的学生群体和教学风格。所研究的九门课程有两个关键的共同点：实验室旨在加强讲座中提出的内容，实验室是可选的。通过比较参加实验和没有参加实验的学生的表现（对选择效应进行了仔细的标准化），我们发现，通过课程考试成绩来衡量，参加实验的学习普遍而精确地没有增加价值。这项工作应该激励机构和部门重新审视其实验室课程的目标和行为，因为它们具有资源密集型的性质。我们展示了为什么这些结果在研究和教学实验室参与的学生的比较心理过程中是有意义的，并提供了替代目标和教学方法，使实验室课程更具教育价值。
2017-05-10 physics.ed-ph
Cheat sites and artificial intelligence usage in online introductory physics courses: what is the extent and what effect does it have on assessments?
本研究调查在线物理入门课程中作弊网站和人工智能的使用程度及对评估的影响，发现学生主要依赖传统资源，其使用显著影响低风险测验，但对有监督评估无显著影响。
2023-12-23 physics.ed-ph
Impacts of real-time data collection on introductory algebra-based physics
包括实时数据收集技术是升级物理实验室的常见做法，并且假设这种技术可以提高学生的学习，但很少有人证明技术的效果。具体的活动已被证明是由技术增强，但对类作为一个整体的影响一直未被探索。本文探讨了技术对两个代数为基础的物理导论课的影响。在本文中，我们使用FCI，MPEX，调查和人种学记录的实时数据收集技术被纳入建模物理类的学习的改善。所研究的两个班级的不同之处仅在于是否包含技术。发现的结果是显著的。在高科技班的学生比在没有技术的班级的学生学到了更多的东西。本文探讨了学习的收获，并将其与技术的增加直接联系起来。
2007-09-18 physics.ed-ph
Towards a Generalized Assessment of Computational Thinking for Introductory Physics Students
本文通过对26位学术界和工业界物理学家的访谈分析，揭示计算思维在大学物理入门课程中的核心价值在于辅助物理学习，并提出评估应聚焦于阅读代码、识别物理概念等基础计算思维技能。
2023-08-07 physics.ed-ph
Quantitative comparisons to promote inquiry in the introductory physics lab
在最近的一份报告中，美国物理教师协会制定了一套更新的本科物理实验室课程的建议。1本文件侧重于六大主题：构建知识，建模，设计实验，开发技术和实践实验室技能，分析和可视化数据，以及交流物理。这些主题都结合在一起，作为一套科学测量，分析和实验的实用技能。除了教学生如何使用这些技能外，重要的是让学生知道何时使用它们，以便他们能够自主使用它们。这需要，特别是在分析技能的情况下，高水平的调查行为，以反映数据和测量，学生很少在实验室实验中做。在本文中，我们描述了一个简单的框架，用于构建与实验室工作相关的批判性思维和探究行为，其重点是数据集之间比较的迭代周期。我们描述的框架，并展示了它的使用在介绍物理实验室课程的例子。
2015-06-09 physics.ed-ph
Mathematical Sensemaking as Seeking Coherence between Calculations and Concepts: Instruction and Assessments for Introductory Physics
什么样的问题解决教学可以帮助学生运用所学知识解决未来遇到的新问题和不熟悉的问题？我们认为，数学意义建构，寻求形式数学和概念理解之间的一致性的实践，是成功的物理问题解决教学的一个关键目标。然而，典型的评估往往以更不相交的方式来衡量理解。为了捕捉学生解决问题的连贯性寻求的做法，我们引入了一个评估框架，突出了更灵活地使用这些解决问题的方法的机会。体现这种计算概念交叉框架的三个评估项目说明了连贯性如何推动灵活的解决问题的方法，这些方法可能更有效，更有见地，更准确。这三个评估项目被用来评估的教学方法的有效性，重点是发展认知意义理解技能。在一项准实验研究中，第一学期的三个平行讲座部分，介绍物理进行了比较：两个数学意义建构部分，一个有经验的教师（MS）和一个新手教师（MS-nov），和传统的教学部分作为对照组（CTRL）。在三个交叉评估项目上，数学意义建构学生比对照组学生更多地使用计算-概念交叉的方法，并产生更多的正确答案。在课程结束时，学生对解决问题的连贯性的认识论观点预测了他们的交叉方法的使用，但没有充分考虑MS和CTRL组之间交叉方法使用的差异。这些结果说明了新的教学和评估框架的研究数学意义和适应性问题解决的专业知识。
2019-03-18 physics.ed-ph
Student performance analysis of virtual introductory calculus-based physics class
本文通过分析虚拟微积分基础物理课程的考试成绩与背景调查，发现短时评估下学生表现更好，物理概念背景有助于成绩而微积分知识无显著相关，为改进课程评估和支持项目提供了依据。
2025-02-08 physics.ed-ph
Gender-grade-gap zeroed out under a specific intro-physics assessment regime
有证据表明，提供入门物理课程，明确重点掌握可以减少性别差距为零。与以前的研究表明，概念优先的课程可能会使另一个人口差距为零，这导致人们推测，人口统计学在介绍物理学的等级差距只是课程设计的文物，这些类/等级都不应该被假定为人口统计学中立。
2022-09-24 physics.ed-ph
Sixteen years of Collaborative Learning through Active Sense-making in Physics (CLASP) at UC Davis
本文介绍了我们在加州大学戴维斯分校，生物科学的学生自1996年以来一直采取的大型改革物理学导论课程。本课程的中心特点是在每周五个小时的讨论/实验室中，学生参加强调同行讨论，论证和思想陈述的活动，重点关注学生的意义。这门课程在许多基本方面与传统的物理学入门课程不同。在讨论了CLASP的独特功能及其在加州大学戴维斯分校的实施后，提出了各种学生的成果措施，显示了谁参加了CLASP课程的学生相比，谁参加了传统的物理学入门课程的学生的表现有所提高。我们使用的措施包括高年级GPA，MCAT分数，FCI收益和MPEX-II分数。
2013-05-23 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
Interactions between teaching assistants and students boost engagement in physics labs
通过在课堂上的观察助教（TA）和学生在实验室部分的一个大型物理入门课程，我们研究TA的行为可以用来预测学生的参与，反过来，这种参与如何与学习。对于助教，我们记录数据，以确定他们如何坚持和提供课程计划，以及他们如何在实验室与学生互动。对于学生，我们使用观察来记录学生的参与程度，并通过实验技能的前测和后测来衡量学习情况。我们发现，助教与学生互动的频率，特别是由助教发起的互动，是学生参与度的一个积极和重要的预测因素。有趣的是，互动的长度与学生的参与度没有显着相关性。此外，我们发现，学生参与是一个更好的预测后测试的表现比前测试成绩。这些结果揭示了学生学习如何进行探究的方式，并表明，通过积极主动地吸引学生，助教可能会对学生的参与产生积极的影响，从而在实验室中学习。
2014-07-18 physics.ed-ph
All aboard! Challenges and successes in professional development for physics lab TAs
本文开发并评估面向物理实验课研究生助教的研究型专业发展项目，从反思、课堂互动和学生态度三方面证明其可改善助教表现并促进学生学习。
2019-11-04 physics.ed-ph
Characterizing lab instructors' self-reported learning goals to inform development of an experimental modeling skills assessment
开发，使用和完善实验系统模型的能力是本科物理实验室课程的国家认可的学习成果。然而，没有评估学生的基于模型的推理存在高年级实验室。这项研究是光学和电子实验室的建模评估发展的第一步。为了确定在许多机构环境中可能相关的测试目标，我们采访了35名实验室教师，了解他们将建模纳入课程学习目标和活动的方式。研究设计是由实验物理建模框架通知。该框架将建模概念化为由多个子任务组成：进行测量，构建系统模型，将数据与预测进行比较，提出差异原因，并对模型或设备进行修订。我们发现，每个建模子任务被多个教师确定为他们课程的重要学习成果。基于这些结果，我们认为，测试的目标应该包括探索学生的能力与大多数建模子任务，测试项目的设计，应该引起学生的理由，选择特定的建模路径。除了讨论这些和其他评估的影响，我们还确定了未来的研究领域，在光学和电子实验室建模的作用。
2018-10-17 physics.ed-ph
Examining teaching assistant pedagogies in traditional laboratories and recitations
本研究使用RIOT工具观察物理入门课程中助教在传统实验室和复习课的教学互动，发现复习课互动差异大而实验室互动相似，且与传统环境相比，教师观察学生时间是关键区分特征，为教学改革提供参考。
2025-09-11 physics.ed-ph
Incorporating microlearning videos, online exercises and assessments into introductory physics
我们报告了柏林工业大学最大的物理课程在COVID-19大流行期间的演变，这促进了在线学习内容，电子评估的发展，以及至少是我们教学方法的重新概念化。通过转向远程教育，我们创建了可以轻松实施并与大学水平的任何物理类型课程相结合的功能。因此，我们顺便使入门物理学可持续地访问有困难的学生访问大学。除了我们在混合学习方法上获得的经验外，我们还提供在线练习，微型学习视频和电子评估的指南，包括通过大学Moodle在虚拟环境中实现的考试。由于该课程每年有800多名学生参加至少12个学士学位工程和所有STEM（科学，技术，工程和数学）领域，我们的改革极大地影响了学生的学习方式。这里提出的教学概念支持的结果，从力概念量表，学生的反馈，和考试成绩。原力概念量表显示，与传统的面对面授课相比，我们的在线教学并没有对学生的学习过程产生负面影响。学生的反馈表明，新的格式和材料正在网上得到很好的接受。最后，考试结果表明，在远程环境中进行的虚拟考试可以被设计为最大限度地减少作弊的可能性。此外，该测试能够产生与以前的传统测试类似的点分布。
2021-08-03 physics.ed-ph
Measuring the impact of an instructional laboratory on the learning of introductory physics
我们分析了两门大型物理导论课程中参加相关实验课对期末考试成绩的影响。完成每门课程的学生中，大约有三分之一还参加了附带的教学实验室课程。实验室课程是相当传统的，虽然他们专注于支持相关课程中所涵盖的入门物理主题的子集的掌握。使用与实验课程概念相关的相关课程的期末考试问题，比较了参加实验课程和未参加实验课程的学生之间的表现。在每种情况下，参加实验室课程的学生人数与那些没有参加实验室课程的学生在背景和专业方面有所不同。这些差异是通过将他们在实验室相关问题上的表现与不涉及实验室内容的考试问题上的分数标准化来考虑的。当以这种方式进行标准化时，在两门课程中，参加实验室的学生在实验室相关问题上的平均得分在未参加实验室的学生的1%以内，不确定性为2%。这一结果提出了关于实验室在支持掌握物理内容方面的有效性的问题。
2015-08-20 physics.ed-ph
Operationalizing the AAPT Learning Goals for the Lab
对教学实验室改革的呼吁意味着许多教师和部门正面临着为他们的入门实验室课程确定目标的艰巨任务。幸运的是，美国物理教师协会（AAPT）发布了一系列关于实验室学习目标的建议，以支持实验室重建[1]。在这里，我们概述了我们已经经历的过程，以确定一组学习目标的实验室，操作那些由AAPT提供的。我们还提供了两个新开发的实验室活动的例子，旨在实现这些目标，以证明这种可操作性。我们的目标是为部门和教师提供一些他们可以遵循的程序或一组目标的想法，他们可以用来调整实验室教学与AAPT学习目标。
2018-08-31 physics.ed-ph
Who does what now? How physics lab instruction impacts student behaviors
虽然实验室教学是物理教育的基石，但学生在实验室中的行为对保留、在该领域的坚持以及学生物理身份的形成的影响仍然是一个悬而未决的问题。在这项研究中，我们进行了两个学期的实验室观察学生的行动在两个教学不同的部分相同的物理入门课程。我们使用聚类分析来识别不同类别的学生行为，并分析它们如何与实验室结构和性别相关。我们发现，在实验室结构，促进协作小组工作，促进决策，有一个任务分工沿性别线方面的笔记本电脑和设备的使用（并没有发现这样的划分学生在引导验证实验室）。
2018-07-25 physics.ed-ph
Dynamics of Productive Confirmation Framing in an Introductory Lab
本文探讨了在入门物理实验中，学生的验证性期望如何通过“故障排除”模式支持生产性学科参与，促进认知能动性和学科实践。
2024-04-22 physics.ed-ph
Assessing Scientific Practices in Physics Paper-based Assessments
呼吁将大学物理导论课程纳入科学实践，需要评估这些转变的有效程度。这种评估应该能够衡量学生将概念上重要的概念与科学家从事的实践相结合的能力。为了设计能够衡量这些能力的评估任务，我们利用了以证据为中心的设计和三维学习评估方案，重点是“使用数学”的科学实践。“我们进行了一对一的视频记录有声思维访谈，以探索学生如何解释这些任务。在本文中，我们阐述了我们的设计过程和学生的反应分析使用ACER（激活-构建-执行-反射）框架。我们的评估任务考察了学生将概念与数学结合起来的能力，而书面解决方案则证明了他们在大部分时间将概念与数学结合起来的能力。这项工作扩展了我们对在入门级将科学实践纳入纸质评估的理解。
2021-06-24 physics.ed-ph
Physics teaching assistants' views of different types of introductory problems: Challenge of perceiving the instructional benefits of context-rich and multiple-choice problems
给定一个物理场景，以不同方式呈现该场景的不同问题类型可以强调不同的教学目标。在这项调查中，我们研究了物理研究生助教（TA）的意见，不同类型的介绍性问题的基础上相同的问题场景的教学效益。在这里，我们报告了助教们对其中两种问题类型的看法，这两种问题类型被助教们认为是所有问题类型中最不有益的--丰富的上下文和多项选择格式。许多助教在这些问题类型上根本没有列出任何优点，尽管他们明确要求至少有一个优点。他们认为多项选择题几乎完全是高风险终结性评估的工具，而不是作为形成性评估工具的可能用途，例如，即使是在大课堂上也是一样。同样，助教们认为情境丰富的问题过于具有挑战性，不必要的罗嗦，太耗时，对学生没有好处。虽然助教的关注有明显的有效性和价值，设计良好的多项选择题作为形成性评估工具的好处是不容易被他们识别，也没有助教认识到与解决上下文丰富的问题相关的学习效益。鉴于多项选择和上下文丰富的问题可以用于积极参与和形成性评估在不同的教学环境，以满足不同的教学目标的强大的方式，缺乏热情，这些类型的问题对未来的TA专业发展计划的影响。
2019-07-01 physics.ed-ph
The Process of Transforming an Advanced Lab Course: Goals, Curriculum, and Assessments
设计和改进实验室的周到方法，特别是在高级水平上，对于物理专业学生为工业或研究生院的专业工作做好有效准备至关重要。考虑到这一点，物理教育研究人员与科罗拉多大学博尔德分校的物理系合作，对高级高级物理实验室课程进行了全面改革。转变遵循三个部分的过程建立学习目标，设计课程，符合目标，和评估。科罗拉多大学博尔德分校的物理学讲座课程也进行了类似的努力，但这是我们实验室课程之一的第一次系统的基于研究的修订。这项工作的成果包括一套学习目标，一套新的实验室技能活动和改造的光学实验室，以及一套专门为实验室环境量身定制的评估。虽然高级实验室实验的具体选择在机构之间有很大差异，但整体转型过程，学习目标和评估广泛适用于教学实验室社区。
2012-07-09 physics.ed-ph
Smartphone-Based Undergraduate Physics Labs: A Comprehensive Review of Innovation, Accessibility, and Pedagogical Impact
Department of Physics and Astronomy, The University of Georgia（佐治亚大学物理与天文学系）
本文综述了基于智能手机的物理实验室在创新性、可及性和教学影响方面的研究，探讨了其在物理教育中的变革作用。
2025-08-30 physics.ed-ph
Quantifying critical thinking: Development and validation of the Physics Lab Inventory of Critical thinking (PLIC)
介绍物理实验室教学正在经历一场变革，越来越重视发展实验和批判性思维能力。这些变化提出了标准化的评估工具，以确定学生通过教学实验室发展这些技能的程度的需要。在这篇文章中，我们提出了批判性思维的物理实验室清单（PLIC）的开发和验证。我们将批判性思维定义为使用数据和证据来决定信任什么和做什么的能力。PLIC是一个10个问题的封闭式评估，旨在探索学生在物理实验背景下的批判性思维技能。使用访谈和数据，从5584名学生在29所院校，我们证明，通过定性和定量的手段，有效性和可靠性的工具，测量学生的批判性思维能力。这为教学实验室建立了一种有价值的新的评价工具。
2019-01-21 physics.ed-ph
High stakes exams inflate a gender gap and contribute to systematic grading errors in one introductory physics series
本文通过补考与不同风险考试的对比实验，论证物理导论考试中的性别差距源于考试风险而非学生物理能力差异，并建议教师采用低风险评估方式。
2025-09-19 physics.ed-ph
A scaffolded curriculum to foster experimental skills acquisition in an introductory physics lab course
本文介绍了一种 introductory physics lab course 的全面重新设计，通过设定明确学习目标、定制活动与评估、实施 course scaffolding 以及转变 instructors 角色来促进学生主动参与和科学实验技能发展，为教育工作者提供实用见解。
2024-09-24 physics.ed-ph
Active Learning vs Traditional Lecturing in Introductory Mechanics: A Pooled Pass-Rate Benchmark Under Common Departmental Assessments from a Latin American Institutional Change Initiative
Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa（墨西哥自治大学伊斯塔帕拉帕分校）
本研究比较了主动学习与传统讲授在初等力学课程中的效果，发现主动学习在通过率上表现更优，为教学方法改进提供了基准依据。
2026-01-30 physics.ed-ph
Network analysis of students' drawn representations of an introductory lab
本研究用基于绘画的调查与网络分析考察 N=74 名学生对入门物理实验实践共同体的感知，揭示元素关联及性别、第一代大学生和种族群体间的大效应量差异。
2025-07-25 physics.ed-ph
Graduate teaching assistants use different criteria when grading introductory physics vs. quantum mechanics problems
物理研究生助教（TA）通常负责评分。物理教育研究表明，将证明问题解决过程的责任放在学生身上的评分做法可以帮助他们发展解决问题的技能和学习物理。然而，助教们可能还没有制定出有效的评分方法，他们可能会对入门课程和高级课程中的学生解决方案进行不同的评分。在助教专业发展课程的背景下，我们要求助教对学生的入门物理和量子力学问题的解决方案进行评分，并解释为什么他们的评分方法在这两种情况下是不同的或相似的。助教在QM情境中期望和奖励推理的频率更高。我们的研究结果表明，这些差异可能至少部分是由于助教没有意识到，分级可以作为一种形成性评估工具，也没有考虑从物理入门学生的角度来看，物理入门问题的难度。
2017-01-05 physics.ed-ph
Teaching Computation in Introductory Physics using Complex Problems
计算是现代科学和工程工作的一个核心方面，然而，计算教学尚未完全渗透到大学STEM课程。在物理学中，我们已经开始以各种方式将计算融入我们的课程。在这里，我们讨论了一种方法，将计算集成到基于微积分的力学中，其中课程的讲座和实验室是解耦的。在密歇根州立大学，我们开发了一门“讲座”课程，名为“物理学项目与实践”，科学和工程专业的学生四人一组，使用分析和计算技术解决复杂问题。在本文中，我们提供了有关计算指令，活动和评估的详细信息，用于教这些入门级学生如何使用VPython建模运动。
2017-09-16 physics.ed-ph
Student reasoning about measurement uncertainty in an introductory lab course
计算，报告和理解测量不确定性的熟练程度是本科物理实验室课程的国家认可的学习成果。物理测量问卷（PMQ）是一种基于研究的评估工具，用于测量这种理解。PMQ旨在将学生推理描述为点或集合范式，其中集合范式与专家推理更一致。我们分析了在科罗拉多大学博尔德分校传统的入门实验室课程开始和结束时收集的500多名学生的开放式回答。我们通过分析学生在数据收集、数据分析和数据比较方面的反应的前后变化来讨论学生在一个学期内的理解变化。
2017-07-06 physics.ed-ph
Student facility with ratio and proportion: Mapping the reasoning space in introductory physics
六个具体的推理模式的比例和比例已被划定为一种手段，操作化的专家实践。这些模式源于对物理学家如何在上下文中推理的考虑，由物理和数学教育中的先前工作所告知，并且具有与解决物理教学中常用问题所需的推理步骤相匹配的粒度。一套评估问题已经开发和验证，以探索学生的能力与推理模式。从西华盛顿大学、罗格斯大学和新墨西哥州立大学的3000多名学生那里收集了对开放式和多项选择的评估问题的回答。结果已被用来确定具体的推理困难，记录学生群体之间的表现差异，并探讨学生推理的问题背景的影响。我们发现，就读于大学物理课程的学生有困难的解释和应用的上下文中的比率，在许多情况下，缺乏设施的推理基础的基本算术运算的除法和乘法。
2015-11-29 physics.ed-ph
Could an Artificial-Intelligence agent pass an introductory physics course?
本研究评估了语言模型 ChatGPT 在基于微积分的基础物理课程中的表现，发现其能勉强通过课程，但表现出初学者的常见错误。
2023-02-01 physics.ed-ph
Using psychometric tools as a window into students' quantitative reasoning in introductory physics
物理定量素养量表（PIQL）是一个正在开发的推理量表，旨在评估学生在入门阶段的物理定量素养。PIQL的设计提出了隔离物理问题中相互独立的数学推理类型的挑战。在其目前的形式，PIQL跨越三个原则推理子域以前确定的数学和物理教育研究：比率和比例，协变，并签署（负）量。一个重要的心理测量目标是测试这三个推理子域的正交性。我们目前的探索性因素分析，验证性因素分析和模块分析，从学生的角度来看，通知PIQL的基本结构的解释，强调这些结果同意和不同意专家分类的方式。除了为现有和新的PIQL评估项目的发展提供信息外，这些结果还为学生在入门级的定量推理提供了令人兴奋的见解。
2019-10-02 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
Secondary Analysis of Teaching Methods in Introductory Physics: a 50k-Student Study
物理教育研究者已经开发了许多基于证据的教学策略来促进物理学生的概念学习。这些策略历来都是使用诸如力量概念量表（FCI）和力量和运动概念评估（FMCE）等评估进行测试的。我们对1995年至2014年期间发表的FCI和FMCE数据进行了审查和分析。我们证实了先前的研究结果，即互动参与教学技术比传统的基于讲座的教学更有可能产生高的学生学习收益。我们还建立了互动参与教学工程在许多环境中，包括学生的高和低水平的先验知识，文科和研究型大学，以及小班和大班。
2016-10-07 physics.ed-ph
Mechanics Cognitive Diagnostic: Testing Fine-Grained Learning Objectives in Introductory Physics
School of Education, Iowa State University（爱荷华州立大学教育学院）；Department of Physics, Montana State University（蒙大拿州立大学物理系）；School of Engineering Education, Purdue University（普渡大学工程学院）；College of Education, Purdue University（普渡大学教育学院）
针对入门物理中固定长度评估的回顾性问题，提出力学认知诊断（MCD），利用证据中心设计和DINA模型，基于现有RBA构建14个学习目标的题库，实现教学过程中细粒度掌握情况的实时诊断。
2026-09-10 physics.ed-ph
Recitation tasks revamped? Students' perceptions of smartphone-based experimental and programming tasks in introductory mechanics
本研究在入门力学课程中引入基于智能手机的实验任务，并通过调查发现其学习感知和情感反应优于编程任务、接近标准习题课任务，证明其可有效融入教学并改进传统习题课。
2025-05-19 physics.ed-ph
Obstacles to Mathematization in Introductory Physics
学习物理学入门课程的大学生一般都能成功地在上下文中执行数学程序，但往往难以使用数学概念来理解。物理教师指出，他们的学生在基本的代数推理方面遇到困难，而代数推理是更高级的数学思维的基础。然而，很少有系统的研究已经完成，以衡量和分类，在这一人口的困难。本文描述了学生推理的趋势与比例，量化和符号化的微积分为基础的物理入门调查。虽然用于探测学生思维的评估项目需要数学推理通常在中学数学课程中教授，但我们发现基于微积分的物理学生的成功率约为50%。对于这些学生中的许多人来说，数字的复杂性和数量的抽象程度干扰了基本的算术推理。我们认为，物理学家的代数思维源于一种特殊的认知融合，这是没有解决的先决条件代数课程。为了让更多的学生理解和采用物理的数学思维特征，教师和教育研究者必须探索如何使数学化成为课程中更明确的一部分。
2016-07-18 physics.ed-ph
Gendered Performance Differences in Introductory Physics: A Study from a Large Land-Grant University
研究介绍物理学中的性别差异的研究表明，当涉及到概念评估的性别差距时，人们达成了共识;然而，当涉及到考试中性别表现的差异时，情况就不那么清楚了。本研究探讨是否存在性别差异的期中和期末考试在物理导论课程，如果这种差异与性别差异在最后的课程成绩。这项研究的人群包括2007年春季至2019年春季期间参加代数和微积分入门物理课程的1万多名学生。我们发现了一个小的，但统计上显着的差异，与弱效应大小，在最后的字母成绩只有一个四门课程：代数为基础的力学。通过查看期中考试成绩，四门课程中有三门的一些考试在统计学上存在显著差异，但基于代数的电学和磁学是例外。在所有具有统计学显著性的情况下，效应量很小或很弱，表明考试和期末成绩的表现并不强烈依赖于性别。作为一个额外的维度检查性别差异，我们调查了是否存在差异时，占教师性别。此外，在2019年秋季，在两个介绍性序列中向1，600多名学生进行了问卷调查，以探讨学生对表现，课堂贡献和包容的看法。我们观察到，当按性别分组时，学生对自己的表现和贡献的看法存在一些差异，但对包容的看法没有差异。
2020-12-27 physics.ed-ph
Is agreeing with a gender stereotype correlated with the performance of female students in introductory physics?
先前在物理学入门方面的几项研究发现，在力概念量表（FCI）和电和磁的概念调查（CSEM）等概念评估方面存在性别差距，男生的表现优于女生。此外，先前在数学方面的研究也发现，对一个群体的负面刻板印象的激活会导致刻板印象群体的表现恶化。在这里，我们描述了两项研究中，我们调查的影响干预措施对性别差距的FCI和CSEM在大型物理学入门课程在一个大型的研究型大学。在第一项研究中，我们调查了与没有被要求提供这些信息的学生相比，在参加CSEM之前要求物理导论学生立即表明他们的性别是否会增加性别差距。我们发现，在这两种情况下，男女学生的表现没有差异。在第二项研究中，进行了数千名物理入门学生，我们调查的流行的信念，男性一般表现更好的物理比女性和这种信念的程度是相关的表现的女性和男性学生的FCI和CSEM在介绍物理课程。我们发现，在长达一年的微积分为基础的介绍物理序列，其中女学生的代表性显着不足，同意性别刻板印象与女学生的概念物理调查的表现呈负相关。同意性别刻板印象的女学生比不同意的女学生在为期一年的微积分基础物理课程结束时表现得更差，这一事实可能部分是由于同意刻板印象的女学生在这门课程中可能会遇到的刻板印象威胁增加。
2020-06-26 physics.ed-ph
Introductory quantum information science coursework at US institutions: Content coverage
本文通过调查美国63名QISE入门课程教师，识别出至少80%课程共有的核心内容，并比较层次与学科差异，为课程和评估开发提供依据。
2023-08-24 physics.ed-ph quant-ph
The impact of stereotype threat on gender gap in introductory physics
许多先前的研究发现，男女学生在力概念量表（FCI）和电和磁的概念调查（CSEM）等概念评估方面的表现存在性别差距，男生表现优于女生。先前的研究还发现，激活关于一个群体或刻板印象威胁的负面刻板印象，要求考生在参加考试前说明其族裔，可能导致陈规定型群体的成绩下降。在这里，我们描述了两项研究中，我们调查了性别差距的FCI和CSEM。在第一项研究中，我们调查了与没有被要求提供这些信息的学生相比，要求学生在参加CSEM之前立即表明他们的性别是否会增加性别差距。在第二项研究中，进行了1100多名物理入门学生，我们调查了流行的信念，即男性一般表现更好的物理比女性，在何种程度上这种信念是与表现的女性和男性学生的FCI。
2020-06-26 physics.ed-ph
A Tale of Two Curricula: The performance of two thousand students in introductory electromagnetism
超过2000名学生在介绍演算为基础的电磁学（E&M）课程在四个大型研究型大学的表现进行了测量，使用简要的电力和磁性评估（BEMA）。两种不同的课程在这些大学使用：传统的E&M课程和物质与相互作用（M&I）课程。在每一所大学，教学后BEMA测试平均值显着高于M&I课程比传统课程。测试后平均值的差异不能用诸如教学前BEMA分数、平均成绩或SAT分数等变量的差异来解释。BEMA性能的类别的项目组织的子主题进行了比较，在一所大学; M&I平均值显着较高的每个主题。结果表明，M&I课程是更有效的比传统的课程教学E&M的概念，学生，可能是因为在M&I的学习进展重组和增强传统的主题序列，例如，通过增加早期强调向量场的概念，并强调在微观层面上的影响领域的问题。
2009-05-29 physics.ed-ph
Development and Uses of Upper-division Conceptual Assessment
使用经过验证的概念评估以及更多的标准课程考试已经成为许多物理系入门课程的标准做法。这些评估为某些学习目标提供了更标准的衡量标准，允许对教师，学期和机构之间的学生学习进行比较。科罗拉多大学博尔德分校的研究人员已经开发了几个类似的评估，旨在针对高级经典力学、静电学、量子力学和电动力学等更高级的物理内容。在这里，我们综合了现有的研究，我们的上级部门的评估，并讨论了一些障碍和挑战与开发，验证和实施这些评估，以及我们用来克服这些障碍的一些策略。
2014-10-14 physics.ed-ph
Lessons from a Large-Scale Assessment: Results from Free Response Pre- and Post-testing in Electricity and Magnetism
作为一所大型大学的大规模评估项目的一部分，我们在2010年春季至2011年秋季的四个学期中，对我们的入门课程的复习部分进行了每周一次的前测和每两周一次的后测。后测试作为分级测验进行管理，并开发来评估问题解决，实验室，计算和概念技能，一直在实验室，讲座和背诵课程的教学重点。它们并不全面，但给了我们整个学期学生能力的“快照”。它们与其他形式的评估（如概念清单）一起使用，以使我们更广泛地了解本科生课堂、复习课和实验室的状况。要求学生展示他们的作品并解释他们的推理的书面前测试和后测试产生了与概念清单不同的关于学生技能的信息。在几乎所有的问题上，以探究为基础的课程中的学生都比以微积分和代数为基础的课程中的所有其他学生表现得更好。这项研究表明，调查为基础的学生表现更好的自由回答的问题，需要学生展示他们的工作，并解释他们的推理，即使他们的概念库存分数并没有显着不同的学生在大型讲座部分教物理教育研究知情（PER知情）实验室，复习和讲座，在以前的文件中报告。这表明需要不同的和/或更全面的评估工具，以评估可以跨班级和大学进行比较的介绍性材料和教学技术的有效性。
2014-01-13 physics.ed-ph
