Learning difficulties among students when applying Ampère-Maxwell's law and its implications for teaching
本研究通过问卷与访谈考察物理专业学生应用安培-麦克斯韦定律的困难，发现其主要问题在于适用范围、位移电流及磁场环量与时变电场关系。
2024-04-10 physics.ed-ph
Fluctuations in Student Understanding of Newton's 3rd Law
我们目前的数据从学生之间的研究，学生对牛顿第三定律的问题，整个学年的反应。这项研究在罗切斯特理工学院进行，涉及三个季度序列中的第一个和第三个学生。反应曲线的构建揭示了学生学习中的微妙动态，而不是简单的前/后测试。我们发现直接指导有显著的积极影响，在部队的指导结束时达到顶峰，到季度末就会减少。两个季度后，在物理学III中，当指令从电力和电场的矢量量改变为电势的标量时，正确反应出现了显著的下降。然而，一旦教学回到涉及磁场的基于矢量的主题，学生的反应就会反弹到初始值。
2010-09-01 physics.ed-ph
Student responses to a modified Force Concept Inventory: The Newtonian Mechanics Quiz
School of Physical Sciences, The Open University（开放大学物理科学学院）
本文开发了FCI的改进版NMQ，通过融入多形式后续问题及对应新颖分析，深入探查学生对牛顿定律的概念理解，解决FCI响应选项有限等问题。
2026-09-03 physics.ed-ph
Repeat a physics course more than once: A diagnosis of the most frequent misconceptions in newtonian mechanics of first and second-year engineering students
在这项工作中，我们研究了600名工科学生在三个连续的不同层次的物理课程，根据他们的课程。我们关注学生对牛顿力学最常见的误解。在每门课程的学期开始时进行FCI测试。我们使用FCI测试中探索的错误概念的分类，并通过这一点，我们建立在每门课程的尝试次数之间的相关性，以探讨是否有重复的错误概念，在学生是在一个以上的错误概念，在每门课程。本文采用显性不正确答案法对数据进行了分析。结果表明，在每门课程中，就最常见的错误概念而言，第一次尝试的学生和第三次或更多次尝试的学生之间没有相关差异。
2021-10-18 physics.ed-ph
Using the System Schema Representational Tool to Promote Student Understanding of Newton's Third Law
亚利桑那州立大学的建模教学计划开发了一种称为系统模式的代表性工具，以帮助学生对实际物理情况进行第一级抽象[1]。一个系统模式包括从给定的物理情况中识别和标记所有感兴趣的对象，以及对象之间所有不同类型的交互。给定所有相关对象及其相互作用，学生可以明确识别哪些是其系统的一部分，哪些不是，然后继续将影响其系统选择的相互作用建模为（i）能量传递机制，或（ii）施加的力。在本文中，我描述了系统架构工具，给出了它的使用的情况下的力量的例子，并提出了一些证据，其有效性，帮助学生理解牛顿第三定律。
2006-08-08 physics.ed-ph
Foundations of Newtonian Dynamics: An Axiomatic Approach for the Thinking Student
本文针对牛顿力学中的概念易混淆点，提出以动量守恒和相互作用叠加原理为基本假设的公理化方法，证明牛顿定律及常见力学定理均可由此推导，帮助学生厘清学科基础问题。
2017-06-02 physics.class-ph physics.ed-ph
Gender differences in conceptual understanding of Newtonian mechanics: a UK cross-institution comparison
我们目前的联合研究结果，从三所英国大学，我们调查的存在和持久性的性能性别差距的概念理解的牛顿力学。使用原力概念量表，我们发现，在所有三所大学的学生表现出统计上显着的性别差距，男性优于女性。这种差距缩小，但没有消除教学后，使用各种教学方法。此外，我们发现，在指导前，诊断仪器上性能最低的四分位数占总女性队列的比例不成比例地高（约50%）。这些学生中的大多数仍然处于教学后表现最差的四分位数。对个别项目的答复分析表明，男生在该仪器上几乎所有项目上的成绩都超过女生。比较同一组学生在期末考试中的表现，我们没有发现统计上的显著性别差距。
2012-11-16 physics.ed-ph
The colours of Newton's Opticks: an advanced project for excellent students
我们详细描述了一个先进的项目，为优秀的高中（或本科）学生设计，具有适当的物理推理能力（而不是一个良好的标准准备），围绕着牛顿的光和颜色理论的著名历史案例。该项目沿着不同的行动路线发展，目的是让参与的学生：1）像牛顿一样思考，逐步建立他所有的知识和推理; 2）像牛顿一样工作，通过执行他最初的棱镜实验的整个系列; 3）像牛顿一样推导光和颜色的本质; 4）像牛顿一样思考，通过建立他所有的知识和推理。4）向公众展示他们的活动结果（包括物理演示），以测试交流学习和发现的能力（包括在YouTube上发布的视频实现）。这样的教学目标是补充的目的，以实现一个历史上知情的活动，考虑到潜在的关键作用，物理学史在促进科学在更深层次上，特别是当没有特别的培训，数学或高等教育是必需的。参与的学生对该项目的高度欢迎，以及未受过教育的人对学生在公共活动中展示的活动的欢迎，证明了这项工作的成功。
2019-12-19 physics.ed-ph physics.hist-ph physics.pop-ph
When negative is not "less than zero": Electric charge as a signed quantity
电磁学（E&M）对于参加大学物理入门课程的学生来说通常是具有挑战性的。与力学相比，机电工程的数学更复杂，表示更抽象。此外，学生可能缺乏他们对力和运动的生产性直觉。本文探讨了电荷的量化问题。具体来说，我们探讨了如何困难的积极和消极的迹象可能会出现学习者谁的方法主要是整数的位置上的一个数行。
2020-07-16 physics.ed-ph
ACER: A Framework on the Use of Mathematics in Upper-division Physics
在科罗拉多大学博尔德分校，作为我们更广泛的努力，以改变中，高年级的物理课程的一部分，我们研究学生的困难与特定的概念，方法和工具，在经典力学，电磁学和量子力学。不出所料，许多困难与学生使用数学工具有关（例如，近似方法）。以前的工作已经记录了学生必须克服的一些挑战，以便在入门物理学中流利地使用数学工具（例如，将意义映射到数学符号上）。我们已经开发了一个理论框架，以方便连接学生的困难与具体的数学和物理概念的挑战。在本文中，我们激励需要这个框架，并证明其效用的研究人员和课程教师，通过将其应用到框架的结果，从采访数据的学生使用泰勒近似。
2012-09-13 physics.ed-ph
General students' misconceptions related to Electricity and Magnetism
电磁学远不如力学直观，力学中有许多误解的来源，除了从力学中借用的常见误解来源外，还有与电场和磁场的抽象新概念有关的其他来源。本文是第一次对与E&M相关的最重要的有据可查的误解进行全面概述。还提出了误解的新来源。洛仑兹定律的形式、磁场和电场之间诱人的类比、麦克斯韦方程组和推导出的定律（安培定律、毕奥-萨伐尔定律、法拉第定律和电力的库仑定律）之间的联系以及与数学有关的误解都是建议的误解领域。文章最后给出了用p-素数对一些学生E&M相关错误概念的可能解释。
2005-03-16 physics.class-ph physics.ed-ph
Development of a Conceptual Framework for Knowledge Integration in Learning Newton's Third Law
牛顿第三定律是力学入门课程早期学习的最重要的概念之一;然而，大量的研究已经证明了学生对这个概念的广泛误解和支离破碎的理解，这些概念很难通过传统的教学来改变。本研究从知识整合的观点，发展概念架构模式，以探讨学生对牛顿第三定律的理解。概念框架的建立与一个中心思想，强调力的相互作用的结果，而不是使用共同的行动反应的语言。后续研究将在评估和教学中应用这一概念框架。
2021-04-13 physics.ed-ph
Modernizing Newton, to work at any speed
对牛顿最初世界观的三个基本思想进行修改，只在上下文中做一些微小的改变，可能会给物理学入门的学生带来两个好处。第一，学生在遇到相对论效应时，认知失调会减少。其次，他们花了大量时间学习的基于地图的牛顿工具可以扩展到高速、非惯性系，甚至（当然是局部的）弯曲时空。
2005-05-10 gr-qc physics.ed-ph
Newton's 2nd Law and the Physics of Dance
在物理科学教学中，一个重大的挑战在于学生倾向于将科学世界和“真实”世界分开。例如，牛顿第一运动定律指出，运动中的物体保持直线运动，除非受到外力的作用。然而，我们的经验告诉我们，大多数物体只有在有人或某物推动它们时才会保持运动。理解物理学的一个关键是能够从现实中抽象出“定律”，其中也包括摩擦和其他效应。本文介绍了一门为非理科专业学生开设的舞蹈物理课程。本课程的中心主题是通过使每个学生的对象的运动物理的个性化。通过这种方法，我们不仅为学生提供了测量和理解的科学工具，而且还为学生提供了亲身体验力量和运动的机会。这种结合提供了一座将科学与现实联系起来的桥梁。
2007-06-19 physics.ed-ph
What do student responses to the car-truck problems tell us? An investigation into two Force Concept Inventory questions
School of Physical Sciences, The Open University（开放大学物理科学学院）；School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh（爱丁堡大学物理与天文学院）
本研究通过分析六所大学674名学生对修改后的力概念 inventory 的作答，探究学生对两道汽车-卡车问题的回答反映的概念理解，发现学生混淆相关力的概念，部分正确回答掩盖错误概念。
2026-09-02 physics.ed-ph
Addressing learning difficulties in Newtons 1st and 3rd Laws through problem based inquiry using Easy Java Simulation
我们开发了一个简单的Java仿真（EJS）模型，让学生可视化牛顿第一和第三定律，使用无摩擦常数运动方程和弹簧碰撞方程在影响。使用物理探究教学（PbI）策略，模拟和基于问题的探究工作表旨在加强这两个牛顿概念的学习。我们报告的结果，实验组（N=62名学生）和控制组（N=67）在11个多项选择题前和后测试，由三名教师在学校进行。结果表明，在95%的置信水平，显着改善牛顿第一定律的概念，而不是牛顿第三定律。焦点小组讨论显示，学生确认EJS模型在可视化第一定律方面的有用性，而对第三定律则没有那么多。我们推测计算机模型中的等速运动的设计思想加上PbI工作表确实允许理解和体验第一定律，而传统的纸笔表示法无法做到。我们已经改进了与第三定律相关的作用-反作用接触力可视化的功能，我们希望其他教师会发现模拟对他们的课程有用，并进一步定制它们以造福全人类，成为世界公民。
2013-09-25 physics.comp-ph physics.ed-ph
Uma proposta para o uso de RPG no Ensino de Física: A Vingança de Newton
本研究基于建构主义理论开发教学RPG《Newton's Revenge》，让学生扮演科学史人物通过情境化物理挑战学习现代物理，前测后测及学生反馈显示其可提升学习参与度与概念理解，为物理教学提供有效主动教学方法。
2024-11-26 physics.ed-ph
Implementing an intrinsically integrated game on Newtonian mechanics in the classroom: outcomes in terms of conceptual understanding and transfer
本文通过案例研究评估了围绕牛顿力学游戏Newtons Race设计的课堂，发现该课能显著提升概念理解与迁移，且学生多数表述科学正确。
2023-07-04 physics.ed-ph
Smartphone-based measurement of magnetic force and demonstration of Newton third law of motion
Anandapur H.S. School（安南达普尔高级中学）；Karui P.C. High School（卡鲁伊P.C.高中）；Prabhat Kumar College（普拉巴特库马尔学院）；Institute of Astronomy Space and Earth Science（天文、太空与地球科学研究所）
利用智能手机压力传感器和环形磁铁测量磁力，验证牛顿第三定律中作用与反作用力的大小相等、方向相反。
2026-05-02 physics.ed-ph
Analyzing New Planetary Systems at School: Applications of Newton's Law of Universal Gravitation and Kepler's Third Law
该研究在智利利用真实系外行星数据开发教学序列，将牛顿万有引力定律和开普勒第三定律应用于课堂，以整合前沿天体物理，深化理解并激发研究问题。
2025-10-27 physics.ed-ph
Polarising questions in the Force Concept Inventory
力概念量表（FCI）是一种成熟的物理教育评价工具，用于评价学生对基本力学原理的理解。虽然它可以用来分析教学的有效性，如果部署为前和后测试，我们利用FCI在这里作为前测试，提取洞察到一年级学生的牛顿力学的（错误）概念，因为他们进入大学。在这项初步研究中，我们测试了2021年在约翰内斯堡大学入学的353名学生，他们学习了六门物理学入门课程。我们专注于他们对六个“两极分化”问题的反应，正确和最正确的答案的存在可以清楚地证明持续的误解。
2021-11-11 physics.ed-ph
Bead moving on a uniformly rotating rod studied from an inertial reference frame: Common misconceptions and possible ways to address them
从惯性系分析旋转系统的问题，而不调用虚拟力，是新生在力学入门课程中很难理解的。我在中级力学课上（有物理专业的学生，也有工程和其他科学专业的学生）练习的一个问题是，一个珠子在一个在水平面上均匀旋转的杆上自由滑动。解决这个问题的动机有两个方面：（i）通过确定力的分量并将其等同于相应的质量乘以加速度来训练学生建立牛顿运动方程;（ii）使学生熟悉我们在课程开始时介绍的极坐标中的加速度表达式。在引导他们通过预测珠子最终径向向外运动的解决方案（除了一个非常特殊的初始条件）之后，一个典型的问题是：数学都很好，先生，但是如果没有径向力，最初在杆上某个点静止的珠子是如何径向向外移动的？这篇文章是关于我多年来试图回答这个问题的方法，并帮助学生更好地理解这个问题的物理学。
2020-08-06 physics.ed-ph
Second Life Physics: Virtual, real, or surreal?
科学教学脱离实际，局限于课堂和课本，过分依赖标准化、重复性的练习，学生保持自己的另类概念。帕普特对这种低效的学习过程感到不满，他支持物理学的微观世界，在那里学生可以体验各种各样的运动定律，从亚里士多德到牛顿和爱因斯坦，甚至是学生自己发明的新定律。虽然经常被错误地视为游戏，但林登实验室托管的在线3D虚拟世界“第二人生”（SL）除了对不当行为的合理限制和保证其与现实世界相似的物理规则外，基本上没有对居民施加任何规则。因此，SL有资格作为一个环境，个人发现和探索所提出的建构主义理论。物理定律是通过著名的物理引擎Havok实现的，其设计旨在为玩家提供一个一致的，逼真的环境。Havok用户指南（2008）明确鼓励开发人员使用几种技巧来欺骗模拟器，以使游戏更有趣或更容易玩。正如本研究所示，SL物理学出乎意料地既不是牛顿的理想化物理学，也不是现实世界的物理虚拟化，故意偏离现实，可以称之为超现实。事实上，如果它的某些特征使物体的行为比真实的物体更真实，那么与物理学相比，某些量（如能量）在SL中具有完全不同的含义。然而，作者认为，它的超现实可能是一个黄金教学机会，允许超现实的物理模拟和围绕什么是物理定律的知识论丰富的课堂讨论？根据Papert从未实施的提案，
2014-05-24 cs.CY physics.ed-ph
The Duhem-Quine thesis and the dark matter problem
在入门物理学中，很少有机会真正讨论科学哲学，特别是在物理原理直截了当、数学简单的情况下。地球上的经典力学满足了这些要求，但物理学的新手通常对这门学科有太多不正确或误导性的先入之见，无法从认识论上进行分析。暗物质的问题，特别是螺旋星系速度旋转曲线的物理学，是牛顿运动定律和引力定律的直接应用，并且刚刚从日常经验中删除，以便从一个新的角度进行分析。建议教授学生物理学哲学中的重要问题，包括培根的归纳法，波普尔的可证伪性和迪昂-奎因论文，所有这些都是在暗物质问题的基础上进行的。这些问题可以在高级经典力学课程中讨论，或者在有限的简化下，在入门力学的第一门课程结束时讨论。我们的目标是让学生在更深层次上了解物理界是如何达到目前的知识状态的。
2015-07-22 astro-ph.CO physics.ed-ph physics.hist-ph
