Diagnosing Mental Models of Undergraduate Student and Physics Teachers: Study Case in the Momentum and Energy Conservation Principles Using Newton's Cradle
Notice bibliographique
Résumé
The Newton’s Cradle comprises a series of pendulums often used in physics classrooms to demonstrate the principles of conservation of momentum and kinetic energy in elastic collisions. By utilizing open-ended questions and several Newton’s cradle scenarios, this study aims to clarify how the Newton’s cradle can be used for assessing the mental models of the principles of conservation of momentum and energy. Interviews with 18 college students and five physics professors each lasted 30 to 45 minutes. Firstly, they were asked to explain how the Newton’s cradle works. Next, a scenario started with three balls with equal masses where one collides with the other two, they were asked to explain if the possible outcomes for a collision with initial momentum = mv1 + 0 + 0 and the final momentum = (-mv1/3) + (2mv1/3) + (2mv1/3). With a five-ball Newton’s Cradle, students were asked to explain the outcomes when 1) one collides with the other four, 2) two collide with the other three, 3) three collide with the other two, and 4) four collide with the last one. Their drawings and explanations dealing with the Newton’s cradle during the interviews were analyzed for their mental models and categorized into patterns. The results showed that both university students and physics teachers hold misinformed conceptions about conservation of momentum and energy and have unsound mental models in the context of Newton’s Cradle. We also found that they did not recognize that sound and heat or lack of exact alignment of the balls are factors accountable for loss of energy causing the Newton’s Cradle to depart from idealized situation. Based on the interview data, teaching principles of the conservation of momentum and energy through use of Newton’s cradle are deficient and curriculum review is suggested.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».