The Vocabulary of Introductory Physics and its Implications for Learning Physics
S. Itza-Ortiz, N. S. Rebello, D. Zollman, M. Rodriguez-Achach
我们调查了学生对日常语言和物理学中使用的词汇的使用情况。我们发现，当学生熟悉相关的物理变量时，他们更有可能识别和解释这个词在物理学中的含义。
We investigate studnets' use of words used in everyday language as well as in physics. We find students are more likely to identify and explain the meaning of the word as it is used in physics when they have become familiar with the associated physical variables.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Cause-effect relationships in Maxwell's equations and their implications in the teaching of electromagnetism in introductory physics courses
针对基础物理教学中易将麦克斯韦方程组项间误判为因果的问题，论证了电荷与电流密度是场的根源，结合课堂实例说明场独立会引发矛盾，为电磁学教学提供参考。
Implementing and assessing computational modeling in introductory mechanics
学习物理学入门课程的学生很少接触计算建模。在佐治亚理工学院的一个学期的大型讲座介绍基于微积分的力学课程中，学生们学会了使用VPython编程环境解决物理问题。在本学期，1357名学生在这门课程解决了一套十四个计算建模家庭作业的问题，使用在线商业课程管理系统。他们的熟练程度与计算建模进行了评估，在监考环境中使用一种新的中心力问题。大部分学生（60.4%）成功完成了评估。对学生提交的错误程序的分析表明，一小部分学生的错误解释了为什么大多数程序失败。我们讨论了计算建模作业和评估的设计和实施，从评估的结果和在STEM入门课程的计算建模教学的影响。
Community structure in introductory physics course networks
学生与学生的互动是许多主动学习环境的基础，但最常使用定性方法进行研究。网络分析工具提供了一个定量的补充，这张照片，使研究人员能够描述整个教室的社会互动系统。从介绍物理课程的过去的结果表明，在大型讲座部分和小型工作室教室环境之间的社会结构的形成急剧分化。扩展这些结果，本研究的重点是在一个大型公立大学的微积分为基础的入门物理课程，大量通勤和非传统的学生群体。社区检测网络的方法被用来表征前和后的课程合作结构在几个部分，并考虑小和大班之间的差异。这些结果进行了比较，从早期的研究结果的预期，并评论的影响，指导和进一步的研究。
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。
From Self-Crafted to Engineered Prompts: Student Evaluations of AI-Generated Feedback in Introductory Physics
本研究调查了约1200名基础物理学生对三种不同提示词生成AI反馈的偏好，发现结合提示词工程和有效反馈原则的结构化提示词最受青睐，而自创提示词反馈最不受欢迎，建议在基础课程中引入提示词工程。
Exploring pedagogical content knowledge of physics teaching assistants using the Energy and Momentum Conceptual Survey
本研究通过能量与动量概念调查问卷，考察70名物理研究生助教对入门学生概念困难的识别能力，发现其预测与实际学生思维存在显著差距，并常高估新手式错误，对教学设计具有重要启示。
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。
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。
The Use of Epistemic Distancing to Create a Safe Space to Sensemake in Introductory Physics Tutorials
在积极参与的物理课堂上，学生们有机会通过讨论来共同理解物理。他们并不总是抓住这些机会，部分原因是分享他们的想法并被同学或导师拒绝的风险。在这个案例研究中，我分析了一个辅导组的早期讨论的录像话语，以调查学生如何管理这些风险，创造一个安全的空间，以sensemake。我发现，学生和教师都依赖于一个共同的话语资源-认知距离-分享他们的想法，同时保护自己的情感，如果别人不同意。认知距离包括模糊、开玩笑、延迟和其他用来软化谈话中立场的话语动作。我使用视频分析来说明这些动作对辅导组的意义建构讨论的影响，并讨论希望在物理课堂上鼓励意义建构讨论的教师的影响。
Hierarchical Linear Modeling Approach to Measuring the Effects of Class Size and Other Classroom Characteristics on Student Learning in an Active-Learning Based Introductory Physics Course
班级规模对学生学习的影响具有许多政策含义，几十年来一直是对话和研究的主要主题。尽管如此，在大学环境或物理课程的背景下，对班级规模的研究很少。在讨论了分层线性模型（HLM）背后的一些推理以及如何解释HLM分析的结果，同时将本研究应用于课程成绩的测量理论，本文继续使用一系列分层线性模型来研究基于主动学习的入门物理课程中班级规模的影响。结果发现，在研究的范围内，班级规模并没有显着的影响，学生成绩被用作代理学生理解的基础材料。然而，各种各样的问题和限制意味着这肯定不是故事的结尾，当涉及到这些课程以及影响学生成绩的各种因素时，无论是理论上还是经验上，都还有很多工作要做和讨论。
Investigating students' gender expression and its relation to sense of belonging in introductory physics courses
研究通过性别表达视角探讨入门物理学生归属感，分析性别压力如何影响其在物理学习中的感知和包容性。
Fostering Computational Thinking
学习物理学入门课程的学生很少接触计算建模。在佐治亚理工学院的一个学期的大型讲座介绍基于微积分的力学课程中，学生们学会了使用VPython编程环境解决物理问题。在本学期，1357名学生在这门课程解决了一套十四个计算建模家庭作业的问题，使用在线商业课程管理系统。他们的熟练程度与计算建模进行了评估，在监考环境中使用一种新的中心力问题。大部分学生（60.4%）成功完成了评估。对学生提交的错误程序的分析表明，一小部分学生的错误解释了为什么大多数程序失败。我们讨论了计算建模作业和评估的设计和实施，从评估的结果和在STEM入门课程的计算建模教学的影响。
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。
Thematic analysis of student perceptions of resources and demands experienced in introductory physics
本文通过分析学生在初等物理课程中的经历，探讨了资源与需求框架对教学、认知和动机主题的影响。
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。
Gender expression appraisals in introductory physics courses: A cross-institutional replication
本研究通过跨机构复制，验证了物理入门课程中学生在女性气质、男性气质和双性气质方面的自我与反射评估存在显著的性别内变异和方向性差异模式，并发现性别污名意识与差异模式相关，归属感与女性气质差异相关。
Feedback That Clicks: Introductory Physics Students' Valued Features in AI Feedback Generated From Self-Crafted and Engineered Prompts
本研究调查入门物理学生使用AI反馈时的提示词复杂度和偏好，发现学生偏好结合提示词工程与有效反馈原则的结构化提示词生成的反馈，并识别出12个关键特征。
Perspectives in Quantum Physics: Epistemological, Ontological and Pedagogical. An investigation into student and expert perspectives on the physical interpretation of quantum mechanics, with implications for modern physics instruction
现代物理学教师的一个共同学习目标是让学生认识到经典物理学的实验不确定性和量子力学的基本不确定性之间的差异。我们的研究表明，这个众所周知的困难任务可能会受到入门学生的直观现实主义观点的阻碍，以及他们对光和物质的概念缺乏本体论的灵活性。我们已经开发了一个框架，用于理解和表征学生对量子力学物理解释的观点，并展示了教师在入门课程中处理解释性主题的无数方式对学生思维的差异影响。和专业物理学家一样，学生们对量子现象的解释也各不相同，而这些解释在很大程度上受到他们对所谓测量问题的核心问题的总体立场的影响：波函数是物理真实的，还是仅仅是一种数学工具？波函数的坍缩是一个特殊的规则，还是一个没有任何方程描述的物理跃迁？作为物质的一种形式，电子是否始终作为定域粒子存在？这些问题，这是个人和学术兴趣，我们的学生，在很大程度上只是在我们的入门课程肤浅地解决，往往是担心打开潘多拉的盒子学生的问题，没有一个简单的答案。我们展示了如何改造现代物理课程（最近在科罗拉多大学实施）可能会积极影响学生的不确定性和波粒二象性的观点，使经典和量子现实的问题，我们的课程的中心主题，但也使我们的学生的信念，而不仅仅是那些科学家，一个明确的讨论话题。
Examining Student and AI Generated Personalized Analogies in Introductory Physics
本文通过分析约800份学生回答，比较学生与AI在物理学习中生成个性化类比的表现，发现学生自发解释很少使用类比，但被明确要求时会使用多样化类比，并探讨了AI促进类比推理的潜力。
Active Learning vs Traditional Lecturing in Introductory Mechanics: A Pooled Pass-Rate Benchmark Under Common Departmental Assessments from a Latin American Institutional Change Initiative
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。
Understanding Growth Mindset Practices in an Introductory Physical Computing Classroom: High School Students' Engagement with Debugging by Design Activities
本研究通过微观发生分析，识别出高中生在物理计算调试活动中展现的五种成长型思维实践，揭示了同伴互动对培养坚持与学习态度的关键作用。
Students' views about the nature of experimental physics
物理学社区通过理论和实验研究的结合来探索和解释物理世界。物理学作为一门学科的未来取决于学生在该领域的理论和实验方面的培训。然而，虽然学生在讲座课程中的学习一直是广泛研究的主题，但实验室课程仍然相对不足。特别是，很少有，如果有的话，可用的数据，解决物理实验室课程的有效性，鼓励学生认识到实验物理学科的性质和重要性作为一个整体。为了解决这一差距，我们提出了第一个大规模的，全国性的研究（$N_{institutions}=75$和$N_{students}=7167$）的本科物理实验室课程，通过分析学生的反应，研究验证的评估，旨在调查学生的信念实验物理的性质。我们发现，学生经常进入和离开物理实验室课程的想法，实验物理实践在他们的课程，是不一致的实践实验物理学家的观点，这种趋势在入门级和高年级。尽管存在这种不一致性，我们发现，入门级和高年级的学生都能够准确地预测专家般的反应，即使在他们的实验室课程的实验意见不一致的情况下。这些发现对物理专业学生的招聘、保留和充分的准备都有影响。
Introductory models of COVID-19 in the United States
学生开发和测试COVID-19传播的简单模型。Microsoft Excel被用作建模平台，因为它对学生没有威胁，而且广泛可用。学生开发有限差分模型，并在预先格式化的电子表格的单元格中实施它们，遵循引导式探究教学法，以脚手架逐步的方式引入新的模型参数。这种方法允许学生以系统的方式研究新模型参数的含义。学生使用Excel的Solver使用最小二乘技术将生成的模型拟合到美国报告的每日病例数据。学生们使用自己的电子表格，发现COVID-19最初的指数增长可以用简化的无限增长模型和SIR模型来解释。他们还发现，社交距离的影响可以使用感染率系数的高斯转换函数来建模，夏季激增是由于过早放松社交距离，然后重新实施更严格的社交距离。然后，学生们对疫苗接种的效果进行建模，并通过证明SIRV模型成功预测了从感恩节到2021年2月14日的每日报告病例数据来验证所产生的SIRV模型。同一SIRV模型随后被扩展，并成功拟合了由进一步放宽社交距离措施导致的第四个高峰，直至2021年6月1日。最后，学生们将模型扩展到今天，并成功地解释了SARS-CoV-2的delta变体的出现。拟合模型还预测，德尔塔变体峰值将相对较短，每天的病例数据应在2021年9月初开始下降-与目前的预期相反。这个案例研究将为对科学建模感兴趣的学生提供一个很好的顶点体验。
Examining student ability to interpret and use potential energy diagrams for classical systems
华盛顿大学的物理教育小组正在研究学生能够在多大程度上使用势能与位置的关系图来推断系统的运动学和动力学量。研究结果表明，许多学生有困难的关系图，以现实世界的系统。有些问题似乎是图形化的（例如，将势能对位置的图解释为位置对时间的图）。另一些涉及到总能量、动能和势能的关系，特别是当势能为负时。结果的影响超出了入门水平，因为图形的势能用于先进的课程，经典和量子力学。
How understanding large language models can inform the use of ChatGPT in physics education
本文介绍大语言模型工作原理与ChatGPT在物理任务中的表现，结合提示工程技术示例展示其对基础物理概念题输出的提升作用，为LLMs在物理教育中的应用提供参考。
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。
Framing the Fundamental Theorem of Calculus Through Physics-Based Quantities
本文提出基于物理量的微积分基本定理教学框架，以黎曼和、变化率与累积为核心统一微积分和物理课程，帮助学生建立连贯理解。
Correlating students' beliefs about experimental physics with lab course success
学生在教学物理实验室中的学习是一个不断发展的研究领域，其中包括探索学生对实验物理的信念和期望的研究。为了直接探索学生对实验物理的认识论，并支持科罗拉多大学博尔德分校（CU）和全国范围内更广泛的实验室改造工作，我们开发了科罗拉多州实验物理科学调查（E-CLASS）学习态度。以前的工作重点是通过学生访谈和初步测试来建立仪器的准确性和清晰度。正在进行的验证工作包括确定E-CLASS测量的学生认识论与学生学习成果的其他测量（例如，课程等级）。在这里，我们报告的相关性最终课程成绩和E-CLASS成绩从两个学期的介绍和高年级的实验室课程在CU和讨论的影响，我们的研究结果的有效性的E-CLASS工具。
Bias in physics peer recognition does not explain gaps in perceived recognition
本研究调查了1700余名美国物理入门课程学生，发现女性在获得同等同行认可时感知认可度显著低于男性，表明认可差距源于感知而非偏见，为教学干预提供了依据。
What are we assessing? An analysis of the most common concept inventories in physics
评估学生的学习是教育实践的基石。标准化评估在大学物理教学、课程和教育空间的发展中发挥了重要作用。然而，使用这些评估来评估学生的学习只有在他们继续与我们的学习目标保持一致时才是富有成效的。最近，有人呼吁将科学过程（“科学实践”）提升到与物理学概念（“核心思想”和“交叉概念”）同等重要的水平。我们使用最近开发的3D-ESTA调查如何以及最常用的标准化评估在介绍物理（即概念量表）符合这种现代理解物理教育的学习目标。我们发现，概念量表上的许多问题确实引出了学生对核心思想理解的证据，但没有潜力引出科学实践或交叉概念的证据。此外，我们发现，使用这些工具评估的个人科学实践和跨领域概念仅限于少数几个。我们讨论的影响，这些研究结果在过去和未来的设计和测试课程和教学。
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。
Student and AI responses to physics problems examined through the lenses of sensemaking and mechanistic reasoning
本研究通过意义建构与机制推理视角，比较学生与ChatGPT对物理问题的回应，发现AI回应体现理论表述，学生回应体现实践过程，为AI在物理教学中的应用提供启示。
Students' Epistemological Beliefs and their Chatbot Preferences in AI-mediated Physics Learning
该研究探究了入门物理学习者的认识论信念与其聊天机器人偏好的关联，发现偏好组合型聊天机器人的学生认识论信念更复杂，但相关差异经Bonferroni调整后无统计学意义，为物理教育聊天机器人设计提供启示。
Improving students' understanding of rotating frames of reference using videos from different perspectives
科里奥利和离心力的概念在各个科学领域都是必不可少的，它们是物理学入门讲座的标准组成部分。在本文中，我们将探讨学生如何理解和应用旋转参考系的概念，在示范性的演讲演示实验的背景下。我们发现在一个$Predict-Observe-Explain$-设置，在预测的结果之前，演示，只有五分之一的物理学生正确报告的观察到的轨道的球体滚动过一个旋转的磁盘。尽管分数很低，但对干扰物的详细分析揭示了实验观察期间显着的概念学习。在这种情况下，我们确定了三个主要的误解和学习困难。首先，如果物体耦合到旋转系统，则仅需要离心力来描述轨迹。第二，惯性力引起物体的反作用力。第三，学生们系统地混淆了静止和旋转参考系中的轨迹。此外，我们在$Predict$任务中捕捉了学生的眼球运动，发现尽管有相当的分数，但低信心等级的物理学生比自信的学生更长时间地专注于相关的任务领域。因此，该度量是使用眼动跟踪识别误解的有用工具。总体而言，研究结果有助于理解演示实验中概念学习的复杂性，并为旋转参考系介绍的教学设计提供了重要的启示。
Time Development of Early Social Networks: Link analysis and group dynamics
关于早期网络历史的经验数据很少。学生在大学开始他们的研究，没有或很少以前的连接到对方提供了一个独特的机会，调查的形成和早期发展的社交网络。在为期九周的物理入门课程中，一年级的物理学生被要求识别那些在前一周与他们沟通解决物理问题的人。我们使用这些学生的自我报告，以产生时间依赖的学生互动网络。还对这些网络进行了调查，以阐明性别和学生最后课程成绩可能产生的影响。每周链接数量的变化进行了调查，以显示，虽然大约一半的所有链接从一周到一周的变化，学生也重新建立越来越多的链接，因为他们通过他们的第一周的学习进展。为了研究学生如何分组，使用Infomap来建立组。此外，学生组流使用冲积图进行检查，显示许多学生每周在组之间跳跃。最后，隔离措施的发展表明，学生的结构本身根据性别和实验室练习组，而不是根据课程结束时的成绩。结果显示了早期社会教育网络的行为，并可能对理论网络模型以及物理教育产生影响。
Galileo's Double Star: The Experiment That "Proved" the Earth Did Not Move
伟大的机会出现教学物理学，天文学，和他们的历史时，新的发现，涉及概念，学生在各个层面上访问。这样一个机会目前存在的事实，即伽利略写的笔记表明，他观察到双星开阳星在“北斗七星”最近曝光。他对这颗恒星的测量，考虑到当时的科学知识，强烈支持地球在太空中固定不动的理论。如果伽利略公布了这些结果，科学界对日心说的广泛接受可能会大大推迟。根据这些笔记，他后来在他的对话中提到使用双星作为证明地球在运动的手段是令人费解的。伽利略工作背后的物理学和数学很容易在物理学和天文学入门课程的学生接触到，所以伽利略的Mizar工作及其有趣的含义的讨论几乎可以在任何课程中使用。
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