概念问题解决在物理学习中的作用：一项广义相对论课程研究

有效的物理学习，尤其是在复杂主题方面，需要在数学规范和概念理解之间进行平衡。概念问题解决涉及将数学与物理现实关联，并使用问题框架等认识论框架帮助学生对其数学决策进行合理化。这种方法通过将理论与实践相结合来深化学生的理解，并增强其推理能力。本研究探讨了概念问题解决在学习广义相对论（GR）等复杂主题方面的有效性，通过一种强调定性与定量推理集成的教学框架进行教学。我们在2021和2022年在卡利里亚大学进行了一个案例研究，考察学生如何构建问题框架以及这种实践如何影响其对GR的概念理解。研究结果表明，能够有效将概念推理与数学规范结合的学生表现出对物理原理的更深入理解，并具备更强的解决问题能力。该研究强调了符号感知和问题框架迭代性质的重要性，表明集成方法——即结合视觉、符号和自然语言表示——可以提高学生的概念参与度。此外，方法论为教师提供了关于学生思维过程的宝贵见解，支持更有效、更有针对性的反馈。