Exploring Pedagogical Content Knowledge of Physics Instructors and Teaching Assistants Using the Force Concept Inventory
力概念量表（FCI）已被广泛用于评估学生的理解介绍力学概念的各种教育工作者和物理教育研究人员。这种广泛使用的一个原因是，FCI上的许多项目都有很强的干扰物选择，对应于学生在力学方面的替代概念。如果教师不了解物理导论学生的共同替代概念，并在教学设计中明确考虑学生的初始知识状态，则教学不太可能有效。在这里，我们讨论的研究涉及FCI评估教学内容的知识，教师和教学助理（TA）的不同教学经验。对于FCI上的每一个项目，教师和助教被要求识别物理入门学生最常见的错误答案选择。我们还与几位教师单独讨论了这些反应。然后，我们使用FCI的前测和后测数据，从一个大的人口（约900）的入门物理学生，以评估物理教师和助教的教学内容的知识。我们发现，虽然物理教师和助教，平均而言，表现优于随机猜测在确定入门学生的困难与FCI内容，他们没有确定许多常见的困难，入门物理学生，即使在传统的教学。此外，正确识别学生困难的能力与物理教师的教学经验无关。
2013-07-26 physics.ed-ph
Exploring Pedagogical Content Knowledge of Teaching Assistants Using the Test of Understanding Graphs in Kinematics
运动学图形理解测验（英语：Test of Understanding Graphs in Kinetics，缩写：TUG-K）是Beichner在1994年开发的一个多项选择测验，用来评估学生对运动学图形的理解。TUG-K上的许多项目都有很强的干扰项选择，这与学生在运动学图形方面的常见困难相对应。如果教师不了解物理导论学生的共同困难，并在教学设计中明确考虑到这些困难，那么教学就不可能是有效的。我们评估的教学内容的知识，一年级的物理研究生参加了教学助理（TA）培训课程的主题所涵盖的TUG-K。特别是，对于TUG-K上的每个项目，研究生被要求识别他们认为最常被物理学入门学生选择的错误答案，如果他们在相关概念的指导后不知道正确答案。我们使用的研究生数据和数据从Beichner的原始文件介绍物理学的学生，以评估相关的教学内容的知识（PCK）的研究生。我们发现，虽然研究生，平均而言，表现优于随机猜测，在确定介绍学生的困难上的TUG-K，他们没有确定许多常见的困难，介绍学生有图形的运动学，即使在传统的教学。此外，我们发现，研究生的能力，以确定的困难，介绍学生是依赖于上下文。
2013-07-26 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
A Research-Based Curriculum for Teaching the Photoelectric Effect
物理教师认为光电效应很重要，但许多人错误地认为学生很容易理解。我们已经开发了关于这个主题的课程，包括交互式计算机模拟，互动讲座与同伴教学，概念和数学家庭作业的问题。我们的课程解决了学生的困难，旨在实现两个学习目标，让学生能够（1）正确预测光电效应实验的结果，以及（2）描述这些结果如何导致光的光子模型。我们设计了两个测试题来测试这些学习目标。我们的教学导致更好的学生掌握的第一个目标比传统教学或以前的改革教学，约85%的学生正确预测的结果变化的实验条件。在测试第二个目标的问题上，大多数学生都能够正确地陈述光电效应实验中的观察结果以及根据这些观察结果可以做出的推论，但在观察结果和推论之间建立清晰的逻辑联系方面不太成功。这可能是一个症状，更普遍地缺乏推理技能，从观察中逻辑地得出推论。
2007-06-14 physics.ed-ph
Exploring one aspect of pedagogical content knowledge of teaching assistants using the Conceptual Survey of Electricity and Magnetism
教学是不可能是有效的，如果教师不知道的共同替代概念的物理导论学生，并明确考虑到共同的学生在他们的教学设计的困难。在这里，我们讨论的研究涉及的概念调查的电和磁（CSEM），以评估一个方面的教学内容的知识的教学助理（TA）：知识的介绍学生的替代概念的电和磁所揭示的CSEM。对于CSEM上的每一个项目，要求助教识别物理入门学生选择的最常见的错误答案，如果他们在传统教学后不知道正确答案。然后，我们使用介绍性学生CSEM后测试数据，以评估在何种程度上TA能够确定最常见的替代概念的介绍性学生在每个问题上的CSEM。我们发现，助教们在试图找出学生共同的困难时是深思熟虑的，他们喜欢以这种方式了解学生的困难。然而，他们努力找出传统教学后入门学生的许多常见困难。我们讨论了具体的替代概念，坚持传统的教学后，在何种程度上，TA能够识别他们，并从有声思维采访TA提供了宝贵的信息，为什么TA有时选择某些替代概念作为最常见的，而是非常罕见的入门学生。我们还讨论了如何在专业发展计划中使用的任务，如本研究中使用的任务，以产生富有成效的讨论，了解学生的替代概念的重要性，以帮助学生学习。
2020-06-26 physics.ed-ph
Teaching with Physlets: Examples from Optics
Physlet是可编写脚本的Java小程序，可用于物理教学。在本文中，我们讨论了Physlet使用的教学基础，并提供了一个基于Physlet的练习示例，可用于教授光学。
2002-11-06 physics.ed-ph
Formative experience for intensive instruction physics courses: Evaluation and results in an Electromagnetism course
Universidad Católica del Norte（天主教主教大学）；Universidad de Antofagasta（安托法加斯塔大学）；Universidad Santo Tomás de Antofagasta（圣托马斯大学（安托法加斯塔））
本研究评估了密集物理课程中主动教学方法的有效性，发现其在电磁学课程中提升了学生概念理解。
2026-01-29 physics.ed-ph
Rapid Transition to Remote Instruction of Physics Labs During Spring 2020: Instructor Perspectives
实验课是本科物理课程的重要组成部分。在物理实验室，学生可以从事真实的，动手的实验实践，这可以为他们准备研究生院，研究实验室和工业工作。由于2020年春季的COVID-19疫情，世界各地的学院和大学迅速过渡到远程教学实验室。在这项工作中，我们报告的结果，从物理实验室教师的调查，他们如何适应他们的课程在过渡到紧急远程教学。我们发现，回应调查的教师在将课程过渡到远程教学时面临着许多挑战，特别是在为学生提供与现场实验室类似的体验方面。此外，我们确定了教师的反应中的共同主题，包括改变课程的学习目标，使其更加以概念为中心，减少由于公平和技术问题而进行的小组工作，并使用各种模拟工具，以及报告教师希望在回到现场教学后继续进行的因素。
2021-12-22 physics.ed-ph
The challenges of changing teaching assistants' grading practices: Requiring students to show evidence of understanding
在大型研究型大学中，助教通常负责物理导论课程的评分。他们的评分实践可以塑造学生解决问题和学习的方法。物理教育研究建议采取评分的做法，鼓励学生通过解释解决问题的过程来提供理解的证据。然而，助教可能不一定以鼓励学生在他们的解决方案中提供理解证据的方式评分。在为期一个学期的TA专业发展课程的背景下，我们调查是否鼓励TA使用适当的权重解决问题的过程中，并让他们反映使用这样一个标题提示TA的好处，以证明学生的解决方案的理解。我们研究了助教如何评分的现实学生的解决方案，介绍物理问题之前，他们提供了一个标题，是否助教使用标题的意图，他们是否在评分类似的解决方案是一致的，以及如何TA的评分标准改变后，讨论了一个精心设计的标题的好处。我们发现，许多助教通常适用的题目一致时，评分类似的学生的解决方案，但并不要求学生提供理解的证据。助教的书面回应、课堂讨论和个别访谈表明，本研究中涉及评分规则的教学活动不足以改变他们的评分做法。访谈和课堂讨论表明，帮助助教重视一个适当加权解决问题的过程可能是具有挑战性的，部分原因是助教过去的教育经验和部门的背景。
2021-02-15 physics.ed-ph
Increasing interest and awareness about teaching in science undergraduates
我们讨论了科学本科生课程的开发，实施和评估，旨在帮助他们发展的认识和更深层次的欣赏物理教学的智力需求。课程的重点是通过提供良好的教学机会和接触物理教育研究来提高学生对教学的热情和信心。课程评核方法包括：1）前测/后测，量度学生对科学教育的态度和期望; 2）学生自我和同侪评核; 3）以内容为本的前测/后测，让学生接受见习教师的指导;以及4）在导师和助教缺席的情况下，进行录音焦点小组讨论，以评估学生对课程不同范畴的看法及其影响。
2016-02-20 physics.ed-ph
Are we teaching students to think like scientists?
概念物理学和天文学的大学课程通常作为非科学专业的终端科学经验。大量的工作已经进入开发研究验证的教学方法，代数和微积分为基础的物理课程通常人口的自然和物理科学专业;然而，有显着较少的量在文献中关于非科学人口。这种情况正在迅速改变，据报道，在概念测试方面取得了巨大的、可重复的进展。然而，我们可能忽略了这门课程最重要的目标：科学推理的发展。我们是否在教这些学生像科学家一样思考？
2011-01-05 physics.ed-ph
Herausforderung Peer Instruction - Bemühungen um einen doppelten Konzeptwandel in der Lehre
由哈佛大学埃里克·马祖尔（Eric Mazur）提出的“同伴教学“教学模式对教师和学生都提出了双重挑战。虽然它旨在促进学生的概念发展，但它也要求学生和教师的角色分化发生重大转变，因为他们通常仍然习惯于讲座式的环境。在本文中，使用这种方法的经验与建构主义学习理论相结合，就如何解决几个感知到的挑战提出了想法和建议。
2015-04-07 physics.ed-ph
Teaching competencies in physics for engineering education: A qualitative analysis from teaching practice
本研究通过问卷和扎根理论分析了19名大学教师在工程背景下物理教学的九项能力，发现其在技术和创新方面较强但数字伦理与信息素养不足，并揭示了理解到应用的转化差距，提出需机构支持的特定学科专业发展以促进多模态教学创新。
2025-10-31 physics.ed-ph
Teaching Problem Solving in Undergraduate Physics Courses: An Endorsement for Deliberate Practice
本研究探讨了显式问题解决框架结合刻意练习对本科生物理问题解决方法的影响，发现该方法比传统重复练习更能使学生表现出与专家一致的行为，建议将其纳入物理课程。
2025-08-11 physics.ed-ph
Response to the COVID-19 Pandemic: Physics Teaching in India
当印度的学术机构于二零二零年三月因COVID-19疫情而突然关闭时，正规教育转移到网上。由于印度农村和城市之间存在巨大的数字鸿沟，而且不同机构的数字资源分配不均，这一过渡产生了非常不均衡的影响。基于社会经济因素和性别，每个人获得资源的机会差别很大。在这一关键时期，对学术界的机构支持基本上不足，这对物理学和其他需要实验室指导的学科的教学产生了严重后果。教育机构还为女学生提供安全和有利的学习空间;由于设备、数据和时间等资源稀缺，利用这些设施的机会减少，破坏了妇女与工作和学习有关的动力。本文件报告在COVID-19疫情期间为了解该等挑战所作的努力，并描述为应对该等挑战所采取的步骤。
2022-11-24 physics.ed-ph
Introduction to physics teaching for science and engineering undergraduates
招聘和留住高素质的物理和物理科学教师对保持美国的全球竞争力至关重要。不幸的是，只有三分之一的高中物理教师拥有物理学学位，更少的中学物理科学教师能够很好地掌握他们所教授的科学内容。此外，教师往往缺乏足够的教学内容知识，有效地教授科学。在这里，我们讨论了科学和工程本科生课程的开发，实施和评估，旨在提高认识，帮助他们培养兴趣和更深层次的理解物理教学的智力需求。课程的重点是通过提供良好的教学机会和接触物理教育研究来提高学生对教学的热情和信心。课程评核方法包括：1）测试学生对科学教育的态度及期望; 2）学生对科学教育的自我及同侪评核; 3）以内容为本的测试; 4）在导师及助教缺席的情况下，以录音形式进行小组讨论，以评估学生对课程各方面的看法及其影响。
2016-02-22 physics.ed-ph
Rethinking Tools for Training Teaching Assistants
对问题进行分类的能力是衡量某个领域的专业知识的一个标准。为了帮助学生有效地学习，教师和助教（TA）应该有教学内容的知识。他们必须意识到他们所教授的学生的先验知识，从学生的角度考虑问题的难度，并在学生已经知道的基础上设计教学。在这里，我们讨论的响应研究生参加了TA培训课程的分类任务，他们被要求组的问题的基础上，首先从自己的角度来看，解决方案的相似性，后来从物理学导论学生的角度。许多研究生对入门物理问题进行了专家般的分类。然而，当被要求从入门学生的角度对同样的问题进行分类时，许多研究生表示沮丧，声称这项任务是不可能的，毫无意义，与他们的TA职责无关。我们将讨论如何分类可以是一个有用的工具，脚手架和提高教学内容的教学助理和教师的知识。
2016-02-20 physics.ed-ph
Secondary implementation of interactive engagement teaching techniques: Choices and challenges in a Gulf Arab context
我们报告的“协作研讨会物理”的教学策略，提供第一个IE微积分为基础的物理课程在哈利法大学，阿联酋。据这些作者所知，这是阿拉伯半岛上第一个使用基于PER的教学的课程。阿联酋普通大学和STEM教学的简史。我们提出了这种二次实现（SI）作为一个新的背景下的案例研究，并使用它来确定是否PER为基础的指令可以成功地实现远离主要开发人员的文化背景，如果是这样的话，如何可能这样的SI不同于美国境内的SI。鉴于这些问题，改革前的基线MPEX，FCI，课程考试和英语语言能力的数据被用来设计一个混合实施的合作小组问题解决。我们发现，对于英语水平高的学生，FCI的归一化增益从<g>改革前的= 0.16+/-0.10<g>提高到改革后的= 0.47+/-0.08，表明成功的SI。我们还发现，<g>强烈调制的语言水平，并讨论可能的原因。不考虑语言技能，解决问题的能力也得到了提高，课程DFW率从50%下降到24%。特别是，我们在改革后的学生访谈中发现的证据表明，以前的课堂经验，而不是更广泛的文化对教育的期望，是更重要的原因，期望与课堂规范的运作良好的PER为基础的教学。这一结果是证据，PER为基础的创新可以在文化背景的巨大变化中实施，只要该方法是经过深思熟虑的适应预期的背景和文化特定的学生的期望。这个案例研究应该是有价值的，在其他机构，无论是在海湾地区和发展中国家，面临类似的挑战，涉及美国以外的个人退休金为基…
2014-08-28 physics.ed-ph physics.soc-ph
Identifying features predictive of faculty integrating computation into physics courses
计算是21世纪物理学实践的一个核心方面;它被用来模拟复杂的系统，模拟不可能的实验，并分析大量的数据。物理系及其教师越来越认识到向学生教授计算的重要性。我们最近完成了一项全国性的物理系教师调查，以了解计算教学的状况和教学的基础因素。从回应调查的教师那里收集的数据包括各种量表、二元问题和数字回答。然后，我们使用随机森林，一种监督学习技术，探索最能预测教师是否决定在物理课程中包括计算的因素。我们发现，在他们的研究中使用计算与学生的经验，或缺乏其和各种个人信念是最有预测的教师有经验的教学计算。有趣的是，我们发现人口统计和部门因素在我们的模型中是不太有用的因素。这项研究的结果通知未来的努力，以促进更大的整合计算到物理课程，以及在整个美国的计算教学的现状发表评论。
2019-01-23 physics.ed-ph
Exploring pedagogical content knowledge of physics teaching assistants using the Energy and Momentum Conceptual Survey
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；University of Cincinnati（辛辛那提大学）
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。
2026-09-24 physics.ed-ph
Teaching Quantum Interpretations: Revisiting the goals and practices of introductory quantum physics courses
大多数量子物理学入门教师都会同意，将学生从经典思维过渡到量子思维是一个重要的学习目标，但可能不同意是否或如何实现这一目标。虽然（也许是因为）物理学家长期以来一直在争论量子理论的物理解释，但许多教师选择避免强调解释性主题;或者他们在课堂上讨论科学家的观点，但不充分关注学生的解释。在这种综合和扩展以前的工作，我们证明：（1）教师在他们的方法来教学解释的主题不同;（2）不同的教学方法对学生的思维有不同的影响;（3）当学生的解释去无人看管，他们往往会发展自己的（有时科学上不可取的）观点。我们在这里介绍一个新的现代物理课程，明确出席学生的解释，并提供基于证据的论点，这样做可以帮助他们发展更一致的量子现象的解释，更复杂的不确定性的观点，并在量子物理学更大的兴趣。
2015-01-31 physics.ed-ph
Effectiveness of flip teaching on engineering students' performance in the physics lab
近年来，翻转教学（FT）教学模式在高等教育中的逐步引入速度加快。FT方法似乎特别适合实验室实践课程：在实验室课程之前，学生会获得解释理论内容和实验程序的文档和视频。如果事先学习了这些材料，练习课可以专门用于讨论、澄清和实际应用所获得的知识。本文介绍了FT教学法应用于理工科物理和电学两门学科的实验室实习对学生学习成绩的影响。这些科目的实验室和最终成绩进行了比较，在连续四年。所有四年的特点是非常相似的，除了传统的教学方法（TM）在两个使用，而FT在其他两个应用。统计分析表明，学生的学业成绩在两个科目下的FT比那些获得TM，并在统计上的差异显着。
2020-01-14 physics.ed-ph
On the Prevalence and Nature of Computational Instruction in Undergraduate Physics Programs across the United States
对物理教师进行了一项全国性的调查，以调查美国各地物理课程中计算教学的普遍性和性质。来自357所独特机构的1246名教师回答了调查。结果表明，更多的教师比十年前有某种形式的计算教学经验，但似乎这种经验并不一定转化为计算教学在本科生的正式课程工作。此外，我们发现，正式的程序在计算物理是缺席的大多数部门。大多数教师确实报告在作业和项目中使用计算，但很少有人报告在课堂或考试中使用交互式参与方法计算。这些结果背后的具体因素是未来工作的主题，但我们确实发现，报告的计算经验和学生在调查机构中可以获得的最高学位存在差异。
2018-08-20 physics.ed-ph
Physics problems and instructional strategies for developing social networks in university classrooms
在本研究中，我们探讨了问题和教学策略在多大程度上影响社会凝聚力和互动的物理课堂信息寻求。在科金博智利大学教授的力学物理课程的三个部分进行了调查。每个部分每周都有一次问题解决会议，使用不同的良好和/或不良结构的问题（即，代数为基础的和开放式的问题分别），以及指导解决问题的会议的教学策略。数据收集网络的信息寻求和良好的物理学生的看法，在解决问题的会议。我们使用社会网络分析（SNA）来构建变量，同时进行研究。结果表明，教学和学习策略，以指导解决问题的结构良好和不良的问题产生不同程度的社会互动的同学，并在寻找信息的学习和解决问题的活动的显着水平。虽然指导解决问题的策略在网络连接方面存在显着差异，但结构良好和结构不良的物理问题预测了类似的社会活动水平。
2019-04-05 physics.ed-ph
Developing a ChatGPT-Based Tool for Physics Experiment Teaching
本文以方波合成实验为例，展示如何通过迭代提示ChatGPT生成可视化教学工具，从而降低物理实验教学的操作门槛，并论证该方法可推广至简谐运动、光学干涉等主题，提升教学效率与学生参与度。
2025-08-18 physics.ed-ph
Bringing Physical Physics Classroom Online -- Challenges of Online Teaching in the New Normal
2020年爆发的COVID-19疫情对全球各种形式的社交活动产生了巨大影响，包括各级教育（幼儿园至大学）的传统课堂活动。虽然许多国家选择暂停上课，但这种情况不能无限期地继续下去，必须制定继续上课的替代办法。虽然在线和混合学习（包括MOOC）在疫情爆发前一直是研究和讨论的活跃主题，但疫情爆发突然使这种课程交付方式变得更加直接，比任何管理人员或教学委员会都要好。这在成功和吸引人的内容交付方面造成了差距和紧张，传统的同步内容交付模式现在被迫在线。然而，这种情况为教育工作者提供了一个探索在线学习的优点和缺点的机会。因此，本文旨在概述这种同步在线学习作为传统课堂学习的替代品所面临的挑战和范式转变，这是根据我们在SUTD的经验，在2020年5月至8月期间进行了为期13周的在线物理课程。与此同时，我们反思了这些技术的可用性所带来的好处，这些技术可能会被转化为物理物理教室。
2020-09-06 physics.ed-ph
Teaching and understanding of quantum interpretations in modern physics courses
正如物理专家对量子力学的解释有不同的个人立场一样，在现代物理学入门课程中，教师们对是否以及如何教授量子现象的解释也各不相同。在本文中，我们记录了最近在科罗拉多大学教授的两门类似的现代物理课程中关于解释的教学方法的变化，并研究了量子物理对学生观点的相关影响。我们发现学生更倾向于量子力学系统的现实主义的解释时，教师在解决学生本体不太明确。我们还观察到学生对量子系统的信念的上下文变化，这表明选择解决量子力学中的本体论问题的教师应该在一系列主题中明确地这样做。
2012-08-28 physics.ed-ph quant-ph
