热逆温实验对 STEM 学生阻尼简谐运动学习与应用的影响

在本科物理课程中，存在多种促进协作与个人工作的教学方法。然而，很少有教育研究试图理解学生如何通过需要数学建模与聚焦环境问题的实验的开放式活动来学习和应用新知识。本工作中，我们提出一种新颖的家庭实验，用于模拟颗粒物在温度逆温下的动力学并将其建模为阻尼简谐运动。二十六名 STEM 专业一年级学生在设计并开展该实验后回答了六道定性问题。这些问题有助于分析学生关于物理主题及其运用的学习过程的认知信念。结果显示，此类开放式实验可促进学生对物理现象的理解。此外，该实验表明，通过给予学生寻找不同知识来源的机会并使其成为自学者而非将教授视为认知权威，可帮助物理教授促进学生的认知发展。最后，学生将该活动描述为一种积极体验，帮助他们认识到在其环境不同情境中应用物理主题的替代方式。