使专家过程可见：理论物理学家如何在研究中运用假设与类比及其缘由

理解物理学家如何解决问题可以指导开发帮助学生学习和改进解决复杂问题的方法。利用认知任务分析的框架，我们对理论物理学家（N=11）进行了半结构化访谈，以深入了解他们在专业研究中使用的认知过程与技能。在理论家描述的众多活动中，我们在此阐明他们通常认为对其工作不可或缺的两项活动：作出假设与使用类比。理论家描述在其研究过程中持续作出假设，特别是在确定项目方向与目标、建立其模型与数学的相互作用，以及在排查故障时修正模型时。他们描述了关于模型的假设如何影响其数学决策，以及数学步骤反馈到模型适用性的实例。我们发现理论家使用类比来产生新项目想法以及克服概念性挑战。理论家有意寻找或构建类比，表明这是一项学生可以练习的技能。在将知识从一个系统映射到另一个系统时，理论家使用了具有高度数学相似性的系统；然而，这些系统并不总具有相似的表层特征。我们最后讨论了理论家使用假设与类比方式之间的联系，并提出了关于教学应用的潜在新研究方向。