学生对对称性与高斯定律的理解

帮助学生理解为何高斯定律能够或不能轻易地用于确定特定电荷分布下各点的电场强度，进而帮助他们在存在足够对称性时学会确定高斯面的形状，可以培养他们的推理与问题解决能力。我们调查了基于微积分的入门物理课程学生在对称性、电场和电通量等对于电学高斯定律至关重要的概念上遇到的困难。利用高斯定律确定电场需要辨别特定电荷分布的对称性，并能在存在高度对称性时预测各处电场方向。这要求良好掌握如何利用叠加原理对电场矢量求和，以及面积矢量和电通量的概念。我们实施了自由回答与多项选择题测试，并采用出声思维协议对个别学生进行了访谈，以阐明学生在对称性、电场和电通量概念上的困难。在此，我们讨论学生对所实施多项选择题测试中部分问题的回答。该测试可用作教学与评估工具。