Comparison of Pre-service Physics Teachers’ Conceptual Understanding of Classical and Quantum Mechanics

Comparison of Pre-service Physics Teachers’ Conceptual Understanding of Classical and Quantum Mechanics

Sungmin Im · Jae-Gyung Kim ^∗

Department of Physics Education, Daegu University, Gyeongsan 712-714, Korea (Received 13 December 2013 : revised 24 December 2013 : accepted 17 January 2014)

In spite of the ample literature on students’ pre-conception about various parts of physics, little is known about students’, especially of pre-service teachers’, understanding on quantum physics.

The purpose of this study was to investigate pre-service physics teachers’ conceptual understanding of classical mechanics and quantum mechanics and to compare their understandings of two differ- ent areas so as to draw information on teaching and learning quantum mechanics for pre-service physics teachers. For this, the authors asked 40 pre-service physics teachers about their concep- tual understandings of classical and quantum mechanics, and analyzed the results for comparisons.

As a result, the respondents showed a better understanding of quantum mechanics than classical mechanics, and a weak correlation existed between the two fields. In addition, some correlations existed between understanding quantum mechanics and some themes in classical mechanics, but the reverse was not true.

PACS numbers: 01.40.Fk

Keywords: Classical mechanics, Quantum mechanics, Conceptual understanding, Concentration factor, Mis- conception

;

dR  ö n ÚP w ‹ ô p §8 ý w Š ¹ ÅW Ä] K ¡Ê Ý W ë s W Ä] K ¡8 ý M € ¾4 G › È T A 0 R w ‹



™ ») ç  * > ·  ™ »< # Ü  ^∗

@

/½ ¨@ /† < Ɠ § Ó ü t o “ §¹ ¢ ¤ õ ,  â í ß – 712-714

(2013¸   12 Z 4 13{ 9  ~ à Î6 £ §, 2013¸   12 Z 4 24{ 9  à º& ñ ‘ : r ~ à Î6 £ §, 2014¸   1 Z 4 17{ 9  > F  S X ‰& ñ )

² D

G ? /ü @& h Ü ¼– Ð † < ÆÒ q t_  Ó ü t o  > h¥ Æ \  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨ F  g# 3 0 A >  ”  ' Ÿ ÷ &# Q M ® o t ë ß – ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ › ' aº   > h

¥ Æ

 s K \  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨, : £ ¤ y  \ Vq  Ó ü t o “ § “ §¹ ¢ ¤ õ  › ' aº   ) a ƒ  ½ ¨  H  Ò7 á ¤ ô  Ç ¼ # s  . s \  s  ƒ  ½ ¨\ " f  H

\

Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  “ ¦„  % i † < Æ x 9  € ª œ % i † < Æ_  l œ í> h¥ Æ \  @ /ô  Ç s K \  ¦ › ¸  “ ¦ q “ §† < ÊÜ ¼– Ð" f Ó ü t o  “ §



“ §¹ ¢ ¤ \ " f € ª œ % i † < Æ t • ¸\  @ /ô  Ç & ñ ˜ Ð\  ¦ ] j/ B N “ ¦  % i  . s \  ¦ 0 AK  ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ õ 3 l q s  © œ`  ¦ s  Ã

ºô  Ç \ Vq  Ó ü t o “ §  40" î `  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð “ ¦„  % i † < Æ x 9  € ª œ % i † < Æ_  l œ í> h¥ Æ \  @ /ô  Ç s K \  ¦ › ¸  “ ¦    õ

\  ¦ q “ § ì  r$ 3  % i  . ƒ  ½ ¨   õ  \ Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  € ª œ % i † < Æ_  l œ í> h¥ Æ \  @ /ô  Ç s K  “ ¦„  % i † < Æ _

 l œ í> h¥ Æ  s K \  q K   ™ è Z  } Ü ¼ 9 s  ¿ º % ò % i _  > h¥ Æ  s K  ç ß –\   H €  •ô  Ç  © œ › ' a`  ¦ ˜ Ð% i  . : £ ¤ y  € ª œ



% i † < Æ_  „  ì ø Í& h “   l œ í> h¥ Æ  s K  & ñ • ¸  H “ ¦„  % i † < Æ_  0 A Å Ò] jZ >  > h¥ Æ  s K ü <  © œ › ' a› ' a > \  ¦
 ? / t

ë ß –, Õ ª % i “ É r
 
t  · ú §€ Œ ¤ .

PACS numbers: 01.40.Fk

Keywords: “ ¦„  % i † < Æ, € ª œ % i † < Æ, > h¥ Æ  s K , 6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t à º, š ¸> h¥ Æ 

∗

E-mail: [email protected] 56

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

I. " e  ] Ø

1970¸  @ / s A – Ð õ † < Ɠ §¹ ¢ ¤ ƒ  ½ ¨ü < z  ´…  ; ì  r  \ " f  © œ

×

 æ כ ¹ô  Ç s  : r& h  C  â s  ÷ &“ ¦ e ”   H ½ ¨$ í Å Ò_ \ " f  H † < Æ_ þ v

`

 ¦ > h“  _  0 p x1 l x& h  _ p  ½ ¨$ í Ü ¼– Ð ç ß –Å Òô  Ç . s  Qô  Ç › ' a& h 

\

  Ø Ô€   õ † < Æ “ §Ã º·† < Æ_ þ v \  e ” # Q" f “ § ü < “ §Ã º (teach- ing) ˜ Ð  † < ÆÒ q tõ  † < Æ_ þ v (learning)`  ¦ ˜ Ð  ×  æ כ ¹r  €  " f, :

£

¤ y  † < ÆÒ q ts  s p  · ú ˜“ ¦ e ”   H t d ” s  † < Æ_ þ v \  e ” # Q" f 



© œ ×  æ כ ¹ô  Ç Ø  ¦ µ 1 Ï& h s  “ ¦ # Œ|    [1]. s  Qô  Ç › ' a& h “ É r š ¸Ã º 6

\ š (Ausubel)_  Ä »_ p † < Æ_ þ v (meaningful learning) s  : r õ

 Ð  o| à Ì`  ¦ ° ú  s  €  " f 1970¸  @ /\  [ þ t # Qü <" f ‘ : r  & h Ü ¼– Ð

†

< ÆÒ q t_  õ † < Æ > h¥ Æ  s K  ¢ ¸  H š ¸> h¥ Æ \  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨  Ö ¸ µ 1 Ï y

 ”  ' Ÿ ÷ &% 3  . : £ ¤ y  Ó ü t o “ §¹ ¢ ¤ ì  r  \ " f  © œ  Ö ¸ µ 1 Ï > 

”

 ' Ÿ ÷ &# Q Ó ü t o † < Æ_  0 A ? /6   x ì  r  Z > – Ð  © œ{ © œy  F  g# 3 0 A

“ ¦• ¸ u x 9  >  ƒ  ½ ¨÷ &% 3 Ü ¼ 9, s \  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨   õ \  ¦

&

ñ o  “ ¦ ì  r À Óô  Ç ƒ  ½ ¨ t  1 p x  © œ % i   [2–4]. † < ÆÒ q t_  õ 

†

< Æ > h¥ Æ  s K \  ¦ › ¸    H ƒ  ½ ¨ q “ §& h  š ¸Ï ? @1 l x î ß – Ó ü t o 

“

§¹ ¢ ¤ ì  r  \ " f  © œ  Ö ¸ µ 1 Ïy  ”  ' Ÿ ÷ &# Q M ® o6 £ § \ • ¸ Ô  ¦ ½ ¨ 

“

¦ ? /6   x % ò % i s  Ó ü t o † < Æ_  „   ì  r  \  ¦ “ ¦Ø Ô>   À Òt  3 l w 

“

¦ ¼ # ×  æ ÷ &# Qe ” “ ¦, ƒ  ½ ¨ @ / © œ % i r  ™ èà º_  : £ ¤& ñ ƒ  § î 8 £ x \ 

² D

G ô  Ç÷ &# Q e ”  . ² D G ? /\ " f { 9 Â Ò ƒ  ½ ¨ [ þ t s  „  ² D G ½ ©— ¸– Ð F 

g# 3 0 A >  ³ ð| 9 ô  Ç ² D G ? / ×  æ1 p x † < ÆÒ q t[ þ t`  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð ×  æ1 p xÓ ü t o

“ §¹ ¢ ¤ õ & ñ \ " f  À ҍ  H Ó ü t o † < Æ ? /6   x _  „   ì  r  \  ¦ Ÿ í F ‹ c

  H † < ÆÒ q t_  Ó ü t o  š ¸> h¥ Æ  t • ¸\  ¦ ] j Œ •   H ƒ  ½ ¨\  ¦ à º' Ÿ  ô

 Ç   e ” t ë ß – [5], › ¸  @ / © œs  ×  æ “ ¦1 p x † < Ɠ § † < ÆÒ q t\  ² D G ô  Ç

÷

&% 3 “ ¦ ? /6   x % ò % i  % i r  Õ ª { © œr _  ² D G “ §¹ ¢ ¤ õ & ñ “   ] j7 

“

§¹ ¢ ¤ õ & ñ \ " f  À ҍ  H ? /6   x Ü ¼– Ð ] jô  Ç÷ &% 3  .

†

< ÆÒ q t_  Ó ü t o  > h¥ Æ \  @ /ô  Ç Õ ª1 l x î ß –_  ƒ  ½ ¨\  ¦ Ó ü t o † < Æ ? / 6

 

x % ò % i Z > – Ð ˜ Ð   [ jy  ¶ ú ˜( R˜ Ѐ  , % i † < Æ ì  r   „  ì ø Í\ 

@

/K " f  H ² D G ? /ü @& h Ü ¼– Ð F  g# 3 0 Aô  Ç † < ÆÒ q t | 9 é ß –`  ¦ @ / © œÜ ¼

–

Ð  Ö ¸ µ 1 Ï >  ƒ  ½ ¨÷ &% 3 “ ¦ ½ ¨› ¸ o  ) a  Ž  t • ¸ # Œ Q 7 á x s 

>

hµ 1 Ï÷ &% 3  . : £ ¤ y  ‚   + þ A ë  H † ½ ÓÜ ¼– Ð > hµ 1 Ï  ) a j Ë µ > h¥ Æ  Ž   (Force Concept Inventory) [6] ü < % i † < Æ l œ í Ž   (Mechan- ics Baseline Test) [7]  H 1992¸   % ƒ6 £ § > hµ 1 Ï  ) a s A  p ² D G @ /

†

< ÆÒ q t[ þ t`  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð F  g# 3 0 A >  & h 6   x # Œ ³ ðï  r  o  ) a > h¥ Æ 

 Ž

 • ¸½ ¨– Ð  o  ¸ ú šÜ ¼€  " f ² D G ? /ü @& h Ü ¼– Ð ´ ú §“ É r ƒ  ½ ¨\ " f

•

¸½ ¨– Ð" f  Ö ¸6   x ÷ &“ ¦ e ”  . % i † < Æ ì  r  \  q K " f \ P % i † < Æ, „  



l † < Æ, F  g † < Æ x 9   1 l x, ‰ & ³@ /Ó ü t o  1 p x   É r ì  r  \ " f_  ƒ  

½

¨  H  © œ@ /& h Ü ¼– Ð & h “ É r ¼ # s  . s  ì  r  \ " f  H % i † < Æ ì  r   ü

<  H ² ú ˜o  y Œ • [ jÂ Ò ì  r  \ " f  À ҍ  H Ó ü t o  > h¥ Æ `  ¦ Ÿ í F ‹ c  t

 3 l w “ ¦ { 9 õ  \  -t , \ P õ  “ : r • ¸, „  l  r– Ðü < „  À Ó, y n C õ

  © œ, ™ èo  1 p x { 9  © œÒ q t Ö ¸ \ " f ] X  “ ¦ “ §¹ ¢ ¤ õ & ñ \ • ¸ Ÿ í† < Ê

÷

&  H Å Ò] j\  ¦ ×  æd ” Ü ¼– РŠҖ Ð œ í×  æ1 p x † < ÆÒ q t`  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð 



 H ƒ  ½ ¨ ´ ú §s  ”  ' Ÿ ÷ &% 3 “ ¦, @ /† < ÆÒ q t[ þ t _  Ó ü t o  > h¥ Æ   Ž  



 H  © œ@ /& h Ü ¼– Ð ] jô  Ç& h Ü ¼– Ð Ã º' Ÿ ÷ &% 3  . ô  Ǽ #  € ª œ Ó ü t o 

  © œ@ / : r õ  ° ú  “ É r ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ ì  r  \  @ /ô  Ç † < ÆÒ q t_  Ó ü t o 

>

h¥ Æ  s K  ƒ  ½ ¨  H  8¹ ¡ ¤  Ò7 á ¤ ô  Ç ¼ # s  . ² D G ? /\ " f à º' Ÿ ô  Ç

„

 ² D G ½ ©— ¸_  † < ÆÒ q t_  Ó ü t o  š ¸> h¥ Æ  t • ¸ ƒ  ½ ¨\ " f• ¸ ‰ & ³@ / Ó

ü

t o † < Æ ì  r  \  @ /K " f  H œ í×  æ1 p x “ §¹ ¢ ¤ õ & ñ \ " f  À ҍ  H ? / 6

 

x _  ô  Ç> – Ð “  K " f ƒ  ½ ¨ @ / © œ`  ¦ õ † < Ɠ ¦1 p x † < Ɠ § † < ÆÒ q tÜ ¼

–

Ð ² D G ô  Ç % i “ ¦ { 9 ì ø Í>  “ ¦1 p x † < ÆÒ q t s  \  ¦ @ / © œÜ ¼– Ѝ  H › ¸



 t  3 l w % i  . > h¥ Æ  › ¸ \ " f  À ҍ  H ? /6   x ¢ ¸ô  Ç " é ¶  

½

¨› ¸ x 9   © œ@ / : r \  ² D G ô  Ç÷ &% 3   [5]. ² D G ü @\ " f à º' Ÿ ô  Ç ƒ  ½ ¨ [

þ

t % i r  ×  æ1 p x † < ÆÒ q t s  \  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð   H ƒ  ½ ¨  H ¹ 1 Ôl  j Ë µ [

þ

t “ ¦ @ / Òì  r Ó ü t o  „  / B N @ /† < ÆÒ q t s  © œ`  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð   H ƒ  

½

¨ à º' Ÿ ÷ &€  " f s \  @ /ô  Ç › ¸  • ¸½ ¨ > hµ 1 Ï÷ &% 3  . þ j



 H \   H @ /† < ÆÒ q t[ þ t _  € ª œ % i † < Æ > h¥ Æ  s K \  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨

p

² D G`  ¦ ×  æd ” Ü ¼– Ð  Ö ¸ µ 1 Ï >  ”  ' Ÿ ÷ &  H ¼ # Ü ¼– Ð" f, Ó ü t o  „   /

B

N @ /† < ÆÒ q t`  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð > hµ 1 Ï  ) a • ¸½ ¨– Ð" f ‘€ ª œ % i † < Æ r 



o• ¸½ ¨’ (Quantum Mechanics Visualization Instrument) [8], ‘ € ª œ % i † < Æ> h¥ Æ  Ž  t ’ (Quantum Mechanics Concept Inventory) [9], ‘ € ª œ % i † < Æ> h¥ Æ › ¸ ’ (Quantum Mechanics Concept Survey) [10], ‘  1 l x-{ 9   s ×  æ$ í \  @ /ô  Ç › ¸ ’ (A survey on the wave-particle duality) [11] 1 p x s  > hµ 1 Ï÷ &% 3  Ü

¼ 9, y Œ • › ¸  • ¸½ ¨Z > – Ð  À ҍ  H ? /6   x # 3 0 Aü < à ºï  r _   s

\  ¦ ˜ Г   . ô  Ǽ #  I ² D G õ    ñÅ Ò_  @ /† < ÆÒ q t`  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð 

#

Œ l ” > r _  ƒ  ½ ¨\ " f ˜ Ð  l œ í& h “   € ª œ Ó ü t o  > h¥ Æ s K 

\

 ¦  À ҍ  H ‘ € ª œ Ó ü t o  > h¥ Æ › ¸  (Quantum Physics Con- ceptual Survey)’ [12]  > hµ 1 Ï  ) a   e ” Ü ¼ 9 ² D G ? /\ " f• ¸ s 

\

 ¦   î ß – # Œ & h 6   x l • ¸ % i   [13].

ô

 Ǽ #  ×  æ1 p x x 9  @ /† < Æ Ó ü t o “ §¹ ¢ ¤ \ " f € ª œ % i † < Æ`  ¦ q 2 Ÿ © ô  Ç

‰

&

³@ /Ó ü t o † < Æ_  q ×  æ s  & h   y © œ› ¸÷ &“ ¦ e ”   H Æ Ò[ j\ " f Ä º o


  † < ÆÒ q t[ þ t _  € ª œ % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K \  @ /ô  Ç › ¸ 

 כ ¹½ ¨÷ &“ ¦ e ”  . : £ ¤ y  2009 “ §¹ ¢ ¤ õ & ñ \     > h& ñ  ) a “ ¦ 1

p

x † < Ɠ § Ó ü t o I x 9  Ó ü t o II õ 3 l q \ " f  H Ô  ¦S X ‰& ñ $ í " é ¶ o , à »ø @

` ç

  ~ ½ Ó& ñ d ” õ   1 l x † < Êà º, € ª œ  ' V , a A ´ òõ  1 p x s „   “ §

¹

¢

¤ õ & ñ  t   À Òt  · ú §€ Œ ¤~   € ª œ % i † < Æ ? /6   x s   à º Ÿ í† < Ê

÷

&# Q e ” # Q" f [14], “ ¦1 p x † < ÆÒ q t_  Ó ü t o  t • ¸\  ¦ 0 AK " f • ¸

€

ª œ % i † < Æ\  @ /ô  Ç † < ÆÒ q t_  > h¥ Æ  s K  › ¸  ƒ  ½ ¨ € 9 כ ¹ 



. t ë ß – s \  q K  ×  æ1 p x Ó ü t o “ §  € ª œ$ í õ & ñ \ " f s \ 

@

/ô  Ç ƒ  ½ ¨  H  f ”  p f  ¨ ô  Ç ¼ # s  . ×  æ1 p x † < Ɠ § Ó ü t o “ §   

 

l ï  r \ " f כ ¹½ ¨   H 8 > h_  ‘l ‘ : r s à ºõ 3 l q’ ×  æ \ " f ‰ & ³@ / Ó

ü

t o † < Æõ  € ª œ % i † < Æs  y Œ •y Œ • € 9 à º õ 3 l q Ü ¼– Ð t & ñ ÷ &# Q y Œ •

@

/† < Æ   î  r% ò ÷ &“ ¦ e ” “ ¦ / B Nw n † < Ɠ § “ §" é ¶ e ” 6   x Ê ê˜ Ð  ‚  µ 1 Ï r

+ « >\ " f• ¸ ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æõ  € ª œ % i † < Æ\  @ /ô  Ç ë  H ] j Ø  ¦ ] j

÷

&“ ¦ e ” Ü ¼
, “ ¦„  % i † < Æõ  „   l † < Æ`  ¦ ×  æd ” Ü ¼– Ð l ‘ : r& h 

“

  > h¥ Æ † < Æ_ þ v \  @ /K " f  H q “ §& h   Ö ¸ µ 1 Ïô  Ç “ §¹ ¢ ¤ ƒ  ½ ¨ s  À

Ò# Q”    כ \  q K  ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æs 
 € ª œ % i † < Æ_  “ §Ã º† < Æ_ þ v

\

 @ /K " f  H ƒ  ½ ¨  ) a    © œ@ /& h Ü ¼– Ð & h   [13,15]. Õ ª1 l x î

ß – à º' Ÿ ÷ &# Q“ : r ƒ  ½ ¨[ þ t s  ŠҖ Ð ² D G ü @_  @ /† < ÆÒ q t[ þ t`  ¦ @ / © œ

Table 1. Construction of Mechanics Baseline Test (MBT).

Theme Items

Kinematics Linear motion 1, 2, 3, 23, 24, 25

Curvilinear motion 4, 5, 6, (8, 9,) 11, 12

Dynamics

Law of motion 8, 9, 13, 14, 17, 18, 26

Superposition principle 7, 19

Work-energy 10, 20, 21

Impulse-momentum 15, 16, 22

Table 2. Construction of Quantum Mechanics Conceptual Survey (QMCS).

Theme Items

Uncertainty principle 2, 6

Quantization of states 1, 3, (8, 9)

Wave-particle duality 4, 5, (12)

Tunneling effect 7

Schrodinger equation 8, 9, 10

Wave function and probability (4, 5), 11, 12

Ü

¼– Ð % i l \  Ä ºo 
 _  @ /† < ÆÒ q t[ þ t, : £ ¤ y  \ Vq Ó ü t o “ §



\  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð   H € ª œ % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K  ƒ  ½ ¨  8

¹

¡ ¤ € 9 כ ¹  . ¢ ¸ô  Ç Õ ª1 l x î ß –_  € ª œ % i † < Æ > h¥ Æ s K  › ¸  • ¸

½

¨[ þ t s  y Œ •y Œ • ] jô  ǝ ) a 8 £ ¤€  õ   © œé ß –& h `  ¦ ° ú “ ¦ e ” l \  ü @² D G

\

" f > hµ 1 Ï  ) a ô  Ç¿ º t _  > h¥ Æ  › ¸  • ¸½ ¨\  ¦ ² D G ? /\  & h 6   x

  H  כ ë ß –Ü ¼– Ѝ  H ô  Ç>  e ” Ü ¼ 9  € ª œô  Ç › ¸  • ¸½ ¨\  @ / ô

 Ç & h 6   x õ  ì  r$ 3 s  כ ¹½ ¨  ) a  . : £ ¤ y  € ª œ % i † < Æ_  l œ í> h¥ Æ  [

þ

t“ É r   É r Ó ü t o † < Æ ì  r  \  q K  f ” ] X  › ' a ¹ 1 Ïs  # Q§ > “ ¦ Æ Ò



© œ& h s  9 7 á x7 á x “ ¦• ¸_  à º† < Æ& h  — ¸+ þ As  € 9 כ ¹ l  M :ë  H \ 

%

i † < Æs 
 „   l † < Æ 1 p x _  “ ¦„   Ó ü t o † < Æ\  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s K  ü

<  H   É r 7 á x À Ó_  > h¥ Æ  s K  € 9 כ ¹½ + É  כ Ü ¼– Ð \ V © œ  ) a   [16]. Õ ª QÙ ¼– Ð ³ ðï  r  o  ) a  Ž   • ¸½ ¨ > hµ 1 Ï  ) a “ ¦„  % i † < Æ

>

h¥ Æ  s K ü < q “ § # Œ # Q‹ "  : £ ¤f ç õ  s  e ”   H t \  ¦ µ 1 ß )

€? /  H  כ • ¸ € 9 כ ¹  .



 " f s  ƒ  ½ ¨\ " f  H \ Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  “ ¦„  % i † < Æ l 

œ

í> h¥ Æ  s K ü < € ª œ % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K \  ¦ y Œ •y Œ • › ¸  

“

¦ s \  ¦ q “ §† < ÊÜ ¼– Ð" f \ Vq Ó ü t o “ § “ §¹ ¢ ¤ x 9  @ /† < Æ_  „   /

B

NÓ ü t o “ §¹ ¢ ¤ \ " f € ª œ % i † < Æ > h¥ Æ  t • ¸\  @ /ô  Ç & ñ ˜ Ð\  ¦ à º

| 9

 “ ¦  ô  Ç . s \  @ /ô  Ç ½ ¨^ ‰& h “   ƒ  ½ ¨ õ ] j  H  6 £ § õ 

° ú   .

' Í

P :, \ Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  “ ¦„  % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  x 9  € ª œ 

%

i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K \  ¦ y Œ •y Œ • › ¸  “ ¦ ì  r$ 3 ô  Ç .

Ñ ü

t P :, \ Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  “ ¦„  % i † < Æ x 9  € ª œ % i † < Æ > h¥ Æ  s

K  & ñ • ¸\  ¦ q “ § ì  r$ 3 ô  Ç .

II. Ž ì ŏ Œ U ê s0 n É

1. Ž ì ŏ Œ y ¢ Œ

1) “ ¦„  % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K  › ¸ 

“

¦„  % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K \  ¦ › ¸  l  0 Aô  Ç • ¸½ ¨– Ѝ  H Hestenes ü < Wells > hµ 1 Ïô  Ç % i † < Æ l œ í Ž   (Mechanics Baseline Test)\  ¦  Ö ¸6   x % i   [7]. 8 ú x 26 > h_  ‚   + þ A ë  H † ½ Ó Ü

¼– Ð ½ ¨$ í  ) a s  > h¥ Æ  › ¸  • ¸½ ¨  H 1 " é ¶ x 9  2 " é ¶  © œ S ! 

`

 ¦  À ҍ  H î  r1 l x † < Æ ÷  r  m   ¾ »‡  _  î  r1 l x Z O g Ë :, { 9 õ  \ 



-t  & ñ o , î  r1 l x | ¾ Óõ  Ø  æ  | ¾ Ó & ñ o  1 p x 1 l x% i † < Æ_  Å Òכ ¹ ? / 6

 

x`  ¦ Ÿ í F ‹ c “ ¦ e ”  . q 5 p w ô  Ç r l \  µ 1 ϳ ð÷ &# Q ‰ & ³F  t  F 

g# 3 0 A >   6   x ÷ &“ ¦ e ”   H j Ë µ > h¥ Æ  Ž   (Force Concept Inventory) [6]  ŠҖ Ð j Ë µ > h¥ Æ `  ¦ ×  æd ” Ü ¼– Ð & ñ $ í & h “   > h

¥ Æ

 s K \  œ í& h `  ¦ ¿ º“ ¦ e ”   H  כ \  q K , % i † < Æ l œ í Ž    H î

 r1 l x † < Æõ  1 l x% i † < Æ_  Å Òכ ¹ Å Ò] j\  ¦ Ÿ í F ‹ c   H €  \ " f “ ¦„  

%

i † < Æ „  ì ø Í\    • 2 ; l œ í> h¥ Æ `  ¦  À ғ ¦ e ” Ü ¼ 9 ¢ ¸ô  Ç & ñ $ í

&

h “   > h¥ Æ  s K ü <  8Ô  ¦ # Q { 9 Â Ò ë  H ] j  H & ñ | ¾ Ó& h “   ë  H ] j K 

 

 0 p x§ 4 • ¸ כ ¹½ ¨ “ ¦ e ”  . j Ë µ > h¥ Æ  Ž  _  $  s l • ¸ ô  Ç Hestenes \   Ø Ô€  , j Ë µ > h¥ Æ  Ž   Ó ü t o “ §¹ ¢ ¤ s „  \  † < Æ Ò q

ts  ° ú “ ¦ e ”   H f ” › ' a& h  j Ë µ > h¥ Æ `  ¦ › ¸    H X <\  ˜ Ð  y © œ

›

¸\  ¦ ¿ º% 3  €   % i † < Æ l œ í Ž    H “ ¦1 p x † < Ɠ § Ó ü t o  Ò'  @ /

†

< Æ { 9 ì ø ÍÓ ü t o \  s Ø Ôl  t  + þ Ad ” & h “   Ó ü t o “ §¹ ¢ ¤`  ¦ : Ÿ x K " f

%

i † < Æ\  @ /ô  Ç l ‘ : r † < Æ_ þ v`  ¦ “ ¦ è ß – s Ê ê_  † < ÆÒ q t[ þ t _  Ó ü t o 

>

h¥ Æ  s K \  ¦ › ¸    H X <\  œ í& h `  ¦ é  H  כ Ü ¼– Ð, ¿ º  Ž  t 



 H  © œ˜ Ð& h Ü ¼– Ð  Ö ¸6   x| ¨ c à º e ” 6 £ §`  ¦ ] jî ß – % i  . s  ƒ  ½ ¨\ 

Table 3. Item response analysis of MBT.

Item C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13

RCA 82% 76% 82% 47% 11% 71% 32% 49% 39% 74% 57% 22% 68%

C-factor 0.69 0.60 0.68 0.44 0.08 0.52 0.20 0.22 0.15 0.55 0.30 0.19 0.46 D. I. 0.10 0.30 0.50 0.10 0.30 0.40 0.40 0.40 0.20 0.30 0.10 0.50 0.70

Item C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 Total

RCA 52% 70% 62% 46% 61% 24% 52% 44% 47% 43% 50% 56% 38% 52%

C-factor 0.24 0.53 0.39 0.17 0.45 0.03 0.27 0.10 0.13 0.17 0.25 0.30 0.09 0.32 D. I. 0.70 0.30 0.70 0.60 0.20 0.50 0.10 0.70 0.40 0.50 0.90 0.80 0.80 0.44

Fig. 1. (Color online) Ratios of Correct Answers of MBT.

"

f  H ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ s  © œ_  õ 3 l q`  ¦ à ºy © œô  Ç @ /† < ÆÒ q t[ þ t`  ¦ @ /



© œÜ ¼– Ð € ª œ % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K ü < q “ § l  0 Aô  Ç 3 l q& h  Ü

¼– Ð “ ¦„  % i † < Æ > h¥ Æ  s K \  ¦ › ¸    H  כ s l \ , j Ë µ > h¥ Æ 

 Ž

 ˜ Ð   H % i † < Æ l œ í Ž  \  ¦ ‚  × þ ˜ # Œ  6   x % i  . " é ¶

$

 [ þ t“ É r % i † < Æ l œ í Ž  _  ½ ¨$ í `  ¦ î  r1 l x † < Æ (kinematics),

•

¸+ þ A (diagram), > í ß – (calculation) 1 p x _  3t  # 3 ŠҖ Ð ½ ¨ ì

 r “ ¦ y Œ • # 3 Å ÒZ >  0 A # 3 Å Ò\  ¦ ½ ¨ì  r % i Ü ¼
, ƒ  ½ ¨ [ þ t

“ É

r s \  ¦ “ ¦„  % i † < Æ_  ? /6   x ^ ‰> \  ¦  „ ½ ÓÜ ¼– Ð ß ¼>  î  r1 l x † < Æ õ

 1 l x% i † < ÆÜ ¼– Ð ½ ¨ì  r ô  Ç Ê ê 6t  0 A # 3 ŠҖ Ð F ì  r À Ó % i 



 (Table 1).

2) € ª œ % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K  › ¸ 

\

Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  € ª œ % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K \  ¦ › ¸   l

 0 AK " f  H McKagen õ  Wiemans  > hµ 1 Ïô  Ç ‘€ ª œ % i † < Æ> h

¥ Æ

› ¸ ’ (Quantum Mechanics Conceptual Survey)\  ¦   6

 

x % i   [17]. s  › ¸  • ¸½ ¨  H ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ õ 3 l q`  ¦ s à º ô

 Ç Ó ü t o † < Æ „  / B N @ /† < ÆÒ q t[ þ t`  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð > hµ 1 Ï÷ &# Q Y >  Y V _

 \ Vq › ¸ \  ¦  5 g" f þ j7 á x& h Ü ¼– Ѝ  H 12ë  H † ½ Ó_  ‚   + þ AÜ ¼

–

Ð ] jî ß –÷ &% 3  . s  › ¸  • ¸½ ¨\ " f  À ғ ¦ e ”   H ? /6   x“ É r „   + þ

A& h “   ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ õ 3 l q \ " f  À ҍ  H ? /6   x`  ¦ Ÿ í† < Ê “ ¦ e ”  Ü

¼€  " f „  / B N € ª œ % i † < Æ Ã ºï  r ˜ Ð   H ± ú “ É r € ª œ % i † < Æ_  l 

Fig. 2. Item 5 of MBT.

œ

í> h¥ Æ `  ¦  À ғ ¦ e ” # Q" f, ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ õ 3 l q`  ¦ s à ºô  Ç @ /

†

< ÆÒ q t[ þ t s  €   € ª œ % i † < Æ s à ºü < Á º › ' a >  Û  ¦ à º e ”   H à º ï

 r Ü ¼– Ð ½ ¨$ í ÷ &% 3  . y Œ • ë  H † ½ ÓZ >  ? /6   x“ É r & ñ | ¾ Ó& h  > í ß – Û  ¦ s 

˜

Ð   H & ñ $ í & h  > h¥ Æ  s K ü < K $ 3 \  y © œ› ¸\  ¦ ¿ º“ ¦ e ” Ü ¼ 9, 

1 l x † < Êà º_  $ í | 9  1 p x K $ 3 `  ¦ כ ¹½ ¨   H ë  H † ½ Ó_   â Ä º  ïK $ ™


 p K $ 3  { 9  © œ`  ¦ 2 [ “ ¦ e ”  . " é ¶ $  \   Ø Ô€   s  › ¸



 • ¸½ ¨  H € ª œ % i † < Æ_  Å Ò] jZ > – Ð ß ¼>  6t  0 A # 3 Å Ò\  ¦

½

¨ì  r ½ + É Ã º e ”   (Table 2).

2. Ž ì ŏ Œ6 V ê s õ m Í Ä Z ØV ÄU ê s0 n É

s

 ƒ  ½ ¨  H  â  © œ· ¡ ¤ • ¸ ™ èF  @ /† < Æ\  F † < Æ ×  æ“   \ Vq  Ó ü t o 

“

§  8 ú x 40" î `  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð % i  . s [ þ t“ É r — ¸¿ º Ó ü t o “ § 



  l ï  r \ " f כ ¹½ ¨   H ‘‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ I’ õ 3 l q`  ¦ s à º % i  Ü

¼ 9, s [ þ t ×  æ 11" î “ É r › ¸  { © œr  ‘€ ª œ % i † < Æ I’ õ 3 l q s  © œ

`

 ¦ à ºy © œ % i  .

†

< ÆÒ q t[ þ t _  6 £ x ² ú š   õ   H MS-Excel`  ¦ l ‘ : r : Ÿ x > á Ԗ ÐÕ ªÏ þ › Ü

¼– Ð  6   x # Œ l œ í& h “   l Õ ü t: Ÿ x >  x 9  ë  H † ½ ÓZ >    Z > • ¸ü <

’

 ø @• ¸\  ¦ ½ ¨† < ÊÜ ¼– Ð  6   x ô  Ç • ¸½ ¨_  & h ] X $ í `  ¦  Ž 7 £ x % i  .

¢

¸ô  Ç l Õ ü t: Ÿ x >   « Ñ\  ¦  „ ½ ÓÜ ¼– Ð y Œ • ë  H † ½ ÓZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦ (ratio of correct answer: RCA) õ  6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t à º (concentration factor: c-factor)\  ¦ ½ ¨ “ ¦, s \  ¦ Å Ò] j x 9  ë  H † ½ Ó Ä »+ þ AZ > – Ð ì

 r$ 3  % i  . ¢ ¸ô  Ç “ ¦„  % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K ü < € ª œ % i † < Æ l

œ í> h¥ Æ  s K \  ¦ q “ § l  0 A # Œ  © œ › ' a ì  r$ 3 `  ¦ z  ´r  

%

i  .

Fig. 3. (Color online) RCA vs. C-factor distribution.

3.  º y ¢ Œ8 ý X ì ı n ÇV R Ë ß e Ȃ º

s

 ƒ  ½ ¨\ " f  6   x ô  Ç ¿ º 7 á x _  > h¥ Æ  s K  › ¸  • ¸½ ¨  H

"

é

¶  7 Hë  H \ " f ] j/ B N ô  Ç • ¸½ ¨\  ¦ ô  Ç/ å J – Ð   % i  # Œ  6   x ô  Ç  כ s

 . % i † < Æ l œ í Ž  _   â Ä º 1992¸  • ¸\  The Physics Teachers t \  › ¸  • ¸½ ¨ / B N > h÷ &# Q Õ ª1 l x î ß – ² D G ? /\ " f• ¸

#

Œ Q  7 Hë  H \ " f   î ß –÷ &# Q  6   x ÷ &“ ¦ e ” % 3 Ü ¼ 9, " é ¶  7 Hë  H \ 

"

f• ¸ s p  p ² D G _  “ ¦1 p x † < ÆÒ q tõ  @ /† < ÆÒ q t[ þ t`  ¦ @ / © œÜ ¼– Ð F  g

#

3 0 A >  & h 6   x ÷ &# Q s p  ³ ðï  r  o÷ &# Q e ” % 3  . € ª œ % i † < Æ l

œ í> h¥ Æ  s K  › ¸  • ¸½ ¨ % i r  > hµ 1 Ï   H õ & ñ \ " f „  ë  H

[ þ t _  ž Џ : r õ   Ž 7 £ x õ & ñ `  ¦  u “ ¦ p ² D G _  @ /† < ÆÒ q t[ þ t`  ¦

@

/ © œÜ ¼– Ð z  ´r ô  Ç \ Vq › ¸ \  ¦ : Ÿ x # Œ > hµ 1 Ï÷ &% 3 “ ¦ † < ÆÕ ü t t 

\

 ƒ  ½ ¨   õ  µ 1 ϳ ð÷ &% 3 Ü ¼
 " é ¶ › ¸  • ¸½ ¨  H / B N > h÷ &t 

· ú

§€ Œ ¤ . s  ƒ  ½ ¨\ " f  H s  • ¸½ ¨_  Õ þ ˜e ” $  “   McKagen

“

§Ã º\ >  " f€  Ü ¼– Ð ) ‡| à Ì`  ¦ ½ ¨ # Œ " é ¶ › ¸  • ¸½ ¨\  ¦ ] j/ B N

~ Ã

΀ Œ ¤Ü ¼ 9, " é ¶ › ¸ • ¸½ ¨_  ? /6   x  { © œ• ¸ü < ë  H † ½ Ó_  & h ] X $ í

`

 ¦ ’  ø @ # Œ s \  ¦ Õ ª@ /– Ð Ã º6   x # Œ  6   x # Œ % ò # Q– Ð  ) a

"

é

¶ë  H • ¸½ ¨\  ¦ / å L& h  f ” % i  # Œ  6   x % i  .   % i  ) a › ¸ 

•

¸½ ¨\  @ /K " f Ó ü t o “ §¹ ¢ ¤ † < Æ x 9  “ ¦^ ‰Ó ü t o † < Æ “ §Ã º“   ƒ  ½ ¨



 2 “  _   © œ  ñ “ §  Ž ž Ð\  ¦ : Ÿ x # Œ " é ¶ë  H õ  q “ § # Œ ? / 6

 

x  { © œ• ¸\  ¦ S X ‰ “   % i  .

8

ú x 40" î _  ƒ  ½ ¨ @ / © œ\  @ /ô  Ç 6 £ x ² ú š   õ \  ¦  „ ½ ÓÜ ¼– Ð ë  H

†

½ Ó_  & h ] X $ í `  ¦  Ž ž Ðô  Ç   õ , “ ¦„  % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K  › ¸



ü < € ª œ % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K  › ¸ _  ë  H † ½ ÓZ >  ¨ î ç  H   Z > 

•

¸  H y Œ •y Œ • 0.44ü < 0.45– Ð" f q “ §& h  € ª œ  ñô  Ç Ã ºï  r Ü ¼– Ð
 

z Œ ¤ .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

1. ; dR  ö n ÚP w ‹ ô p §8 ý w Š ¹ ÅW Ä] K ¡ M € ¾4 G › È T A 0

1) ë  H † ½ ÓZ >  ì  r$ 3 

†

< ÆÒ q t[ þ t _  6 £ x ² ú š`  ¦ ë  H † ½ ÓZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦ – Ð
  · p   õ   H Ta- ble 3 x 9  Fig. 1õ  ° ú   . 8 ú x 26 > h ë  H † ½ Ó\  @ /ô  Ç ¨ î ç  H & ñ

² ú

šÒ  ¦“ É r 52% – Ð
 z Œ ¤Ü ¼ 9, ë  H † ½ ÓZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦ ì  r Ÿ í  H þ j$  11% \ " f þ j“ ¦ 82%% i Ü ¼ 9 18%_  ³ ðï  r¼ #  \  ¦
 Í Ç x .

 © œ ± ú “ É r & ñ ² ú šÒ  ¦`  ¦ ˜ Г   ë  H † ½ ӓ É r / B G‚   î  r1 l x`  ¦   H Ó ü t ^ ‰ _

 þ j$ & h \ " f_  í  H ç ß – 5 Å q • ¸ ~ ½ ӆ ¾ Ó`  ¦ ¶ n s  H 5   ë  H † ½ ÓÜ ¼– Ð

"

f (Fig. 2), 5 Å q • ¸\  @ /ô  Ç & ñ $ í & h  s K \  ¦ ¶ n s  H é ß –í  H ô  Ç

| 9

ë  He ” \ • ¸ Ô  ¦ ½ ¨ “ ¦ (& ñ ² ú š“ É r A)  à º_  † < ÆÒ q t[ þ t s  ”    _

 þ j$ & h \ " f 5 Å q • ¸ 0s    H š ¸² ú š`  ¦ # Œ & ñ ² ú šÒ  ¦ s  ß

¼>  ± ú € Œ ¤Ü ¼ 9, s ü < ° ú  “ É r   õ   H ‚  ' Ÿ  ƒ  ½ ¨_    õ ü <• ¸ Ä

»    [7].

y

Œ

• ë  H † ½ ÓZ >  6 £ x ² ú št  | 9 ×  æ & ñ • ¸\  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ҍ  H 6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t  Ã

º (Concentration or C-factor)\  ¦ ˜ Ѐ   þ j$  0.09\ " f þ j

@

/ 0.69_  ì  r Ÿ í\  ¦ ˜ Г   . ë  H † ½ ÓZ > – Ð & ñ ² ú šÒ  ¦ õ  6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t

à º\  ¦ † < Êa 
  · p Fig. 3\  ¦ ˜ Ѐ   @ /^ ‰– Ð ë  H † ½ ÓZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦ õ

 6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t à º q Y V   H € ª œ © œ`  ¦ ˜ Г   . s  M : & ñ ² ú š Ò

 ¦ s  Z  }“ É r ë  H † ½ Ó_   â Ä º  H 6 £ x ² ú š _  6 £ x ² ú šs  & ñ ² ú št \  | 9 

×

 æ ÷ &# Q e ” 6 £ §`  ¦ _ p  “ ¦ & ñ ² ú šÒ  ¦ s  ± ú “ É r ë  H † ½ Ó_   â Ä º  H

š

¸² ú šs   € ª œ >  ì  r Ÿ í† < Ê`  ¦ _ p ô  Ç . ë ß –€  • & ñ ² ú šÒ  ¦ s  ± ú 

“ É

r ë  H † ½ Óe ” \ • ¸ 6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t à º  © œ@ /& h Ü ¼– Ð Z  } Ü ¼€   s   H 6

£

x ² ú š [ þ t s  : £ ¤& ñ ô  Ç ² ú št \  | 9 ×  æ& h Ü ¼– Ð ì ø Í6 £ x ô  Ç   H _ p 

–

Ð" f, † < ÆÒ q t[ þ t s  : £ ¤& ñ ô  Ç š ¸> h¥ Æ `  ¦ ° ú “ ¦ e ”  “ ¦ K $ 3 ½ + É Ã º e ”

  [18]. s  ƒ  ½ ¨\ " f 6 £ x ² ú š [ þ t s  % i † < Æl œ í> h¥ Æ   Ž  

\

" f ˜ Г   ì ø Í6 £ x`  ¦ ˜ Ѐ   & ñ ² ú šÒ  ¦ s  ± ú “ É r ë  H † ½ Ó[ þ t _  6 £ x ² ú š| 9 

×

 æ t à º• ¸ ± ú > 
 
  H X <, : £ ¤& ñ š ¸² ú št \  | 9 ×  æ   H  â

†

¾ Ó`  ¦ ¹ 1 Ô ^  ¦ à º \ O Ü ¼Ù ¼– Ð š ¸> h¥ Æ  M :ë  H \  & ñ ² ú šÒ  ¦ s  ± ú “ É r

 כ

s   m   Õ ª ? /6   x  ^ ‰\  ¦ ¸ ú ˜ s K  t  3 l w   H  כ Ü ¼– Ð ó

ø Íé ß –½ + É Ã º e ”  .

ô

 Ǽ #  ë  H † ½ ÓZ >    Z > • ¸\  ¦ ¶ ú ˜( R˜ Ѐ     Z > • ¸ t à º (D.I.)

þ

j™ è 0.10\ " f þ j@ / 0.90_    Z > • ¸ t à º° ú כ`  ¦ ˜ Ðs  9 ¨ î ç  H

“

É r 0.44 s  . ë  H † ½ ÓZ >    Z > • ¸  H & ñ ² ú šÒ  ¦ x 9  6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t à º ü

<  H  © œ › ' a`  ¦ ˜ Ðs t  · ú §“ ¦, ë  H † ½ Ó ? /6   x \      Ø Ô> 
 

è ß – . î  r1 l x † < Æ › ' aº   ë  H † ½ Ә Ð   H 1 l x% i † < Æ, : £ ¤ y  î  r1 l xZ O g Ë : õ

 î  r1 l x | ¾ Ó-Ø  æ  | ¾ Ó & ñ o \  ¦ & h 6   x   H ë  H † ½ Ó_    Z > • ¸ t à º

 Z  }“ É r  כ Ü ¼– Ð × ¼ Qz Œ ¤ .

Table 4. RCA of MBT by theme and group.

Theme Items

RCA by group

Group1 Group2

(Modern (Quantum Total

Physics) Mechanics) (N=40)

(N=29) (N=11)

Kinematics

Linear motion 1, 2, 3, 23,

59% 84% 64%

24, 25 Curvilinear motion 4, 5, 6, 8,

37% 60% 42%

9, 11, 12

Dynamics

Law of motion 8, 9, 13, 14,

46% 71% 52%

17, 18, 26

Superposition principle 7, 19 36% 59% 42%

Work-energy 10, 20, 21 56% 53% 55%

Impulse-momentum 15, 16, 22 44% 72% 50%

Total 47% 69% 52%

2) Å Ò] j x 9  | 9 é ß –Z >  ì  r$ 3 

†

< ÆÒ q t[ þ t _  6 £ x ² ú š`  ¦ # Œ$ Á t  Å Ò] jZ > – Ð
¾ º# Q & ñ ² ú šÒ  ¦

`

 ¦ ì  r$ 3 ô  Ç   õ   H Table 4 ü < ° ú   . ì  r$ 3    õ , 1 " é ¶ f ” ‚   î

 r1 l x \  @ /ô  Ç s K   © œ Z  } € Œ ¤“ ¦ 2 " é ¶ î  r1 l x x 9  j Ë µ_  ½ + Ë

$ í

Å Ò] j\ " f  ™ è ± ú “ É r & ñ ² ú šÒ  ¦`  ¦ ˜ Ð% i Ü ¼
 þ j$  42%\ 

"

f þ j@ / 62%– Ð ¼ #   Õ ªo  ß ¼t  · ú §€ Œ ¤ . | 9 é ß –Z > – Ð ¶ ú ˜( R

˜

Ѐ  , ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ õ 3 l q  t ë ß – s à ºô  Ç | 9 é ß – 1_  ¨ î ç  H & ñ

² ú

šÒ  ¦ (47%) \  q K  € ª œ % i † < Æ õ 3 l q  t  s à ºô  Ç | 9 é ß – 2_ 

¨ î

ç  H & ñ ² ú šÒ  ¦ (69%) s   8 Z  } € Œ ¤ . † < ÆÒ q t[ þ t s  “ ¦„  % i † < Æ > h

¥ Æ

 s K \ " f # Q 90 >   H  Òì  r“ É r î  r1 l x † < Æs 
 1 l x% i † < Æ, ¢ ¸



 H î  r1 l xZ O g Ë :s 
 { 9 -\  -t  & ñ o  1 p x õ  ° ú  “ É r : £ ¤& ñ Å Ò] j\ 

@

/ô  Ç # Q 9¹ ¡ § s   m   @ / Òì  r l ‘ : r > h¥ Æ \  @ /ô  Ç & ñ $ í & h  s

K \ " f ˜ Ðs   H # Q 9¹ ¡ § s  . Õ ªo “ ¦ s ü < ° ú  “ É r € ª œ © œ“ É r

‰

&

³@ /Ó ü t o † < Æ t ë ß – s à ºô  Ç † < ÆÒ q t | 9 é ß –s 
 € ª œ % i † < Æ t  s

à ºô  Ç † < ÆÒ q t | 9 é ß –\ " f Ä »  > 
 z Œ ¤ .

2. ; dR  ö n ÚP w ‹ ô p §8 ý W ë s W Ä] K ¡ M € ¾4 G › È T A 0

1) ë  H † ½ ÓZ >  ì  r$ 3 

†

< ÆÒ q t[ þ t _  6 £ x ² ú š`  ¦ ë  H † ½ ÓZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦ – Ð
  · p   õ   H Ta- ble 4 x 9  Fig. 4õ  ° ú   . 8 ú x 12 > h ë  H † ½ Ó\  @ /ô  Ç ¨ î ç  H & ñ

² ú

šÒ  ¦“ É r 59% – Ð
 z Œ ¤Ü ¼ 9, ë  H † ½ ÓZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦ ì  r Ÿ í  H þ j$  29% \ " f þ j“ ¦ 81%% i Ü ¼ 9 17%_  ³ ðï  r¼ #  \  ¦
 Í Ç x .

 © œ ± ú “ É r & ñ ² ú šÒ  ¦`  ¦ ˜ Г   ë  H † ½ ӓ É r 1 " é ¶ ( J $ ™[ >  Ä ºÓ ü t \ " f _

 à »ø @` ç   ~ ½ Ó& ñ d ” _  K \  ¦ & ñ $ í & h Ü ¼– Ð ½ ¨   H 10   ë  H

†

½ ÓÜ ¼– Ð" f (Fig. 5) 29%_  & ñ ² ú šÒ  ¦`  ¦ ˜ Ð% i  .

y

Œ

• ë  H † ½ ÓZ >  6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t à º  H þ j$  0\ " f þ j@ / 0.64s “ ¦

¨ î

ç  H 0.29 _  ° ú כ`  ¦ ˜ Ðs  9, ë  H † ½ ÓZ > – Ð & ñ ² ú šÒ  ¦ õ  6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t

à º\  ¦ † < Êa 
  · p Fig. 6`  ¦ ˜ Ѐ   6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t à º ± ú “ É r A

á

¤ \  u Ä º5 g e ” Ü ¼€  " f ë  H † ½ ÓZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦ õ  6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t à º

@

/^ ‰– Ð q Y V   H ì  r Ÿ í\  ¦
  · p . é ß –, F  g   (photon)_  s

×  æ_ þ ta Å @ ç ß –[ O Á º] (\  @ /ô  Ç K $ 3 `  ¦ ¶ n s  H ë  H † ½ Ó 12_   â Ä º

&

ñ ² ú šÒ  ¦ (38%) \  q K  6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t à º 0.30Ü ¼– Ð  © œ@ /& h  Ü

¼– Ð Z  }“ É r X <, † < ÆÒ q t[ þ t _  š ¸² ú šs  : £ ¤& ñ š ¸> h¥ Æ \  q “ §& h  | 9 

×

 æ ÷ &# Q e ” 6 £ §`  ¦
  · p . s  š ¸> h¥ Æ “ É r îF  g   s ×  æ _ þ t a Å

@_  # QÖ ¼ ô  Ç _ þ ta Å @ë ß –`  ¦ : Ÿ x õ Ù þ ¡t ë ß – # QÖ ¼ A á ¤`  ¦ : Ÿ x õ Ù þ ¡  H t

  H · ú ˜ à º \ O  ï   H 6 £ x ² ú šÜ ¼– Ð" f, 6 £ x ² ú š [ þ t _  Ó ü t| 9 _  s 

×

 æ$ í x 9  Ô  ¦S X ‰& ñ $ í \  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s K  y n Cõ  „   _   â Ä º y

Œ

•y Œ • Z > • ¸– Ð Ò q ty Œ •   H  ⠆ ¾ Ós  e ” 6 £ §`  ¦
  · p “ ¦ K $ 3 

½

+ É Ã º e ”  .

ë

 H † ½ ÓZ >    Z > • ¸  H þ j™ è 0\ " f þ j@ / 0.71_    Z > • ¸ t à º

° ú

כ`  ¦ ˜ Ðs  9 ¨ î ç  H“ É r 0.45 s  .   Z > • ¸ t à º : £ ¤ y  ± ú “ É r ë

 H † ½ Ó10“ É r q @ /g A 1 " é ¶ ( J $ ™[ >  Ä ºÓ ü t \ " f à »ø @` ç   ~ ½ Ó& ñ d ”

_  K \  ¦ & ñ $ í & h Ü ¼– Ð ½ ¨   H ë  H † ½ ÓÜ ¼– Ð" f (Fig. 5) & ñ ² ú š Ò

 ¦ % i r   © œ ± ú “ É r ë  H † ½ Ós  . 7 £ ¤, s  ë  H † ½ Ó_   â Ä º 6 £ x ² ú š



[ þ t _  € ª œ % i † < Æ > h¥ Æ  s K _  & ñ • ¸ü <  © œ › ' a\ O s  `  ¦   É r

&

ñ ² ú š (& ñ ² ú š“ É r D)`  ¦ ¹ 1 Ôt  3 l w ô  Ç “ ¦ ½ + É Ã º e ”  . ý aÄ º @ / g A“   1 " é ¶ ( J $ ™[ >  Ä ºÓ ü t \  @ /ô  Ç   É r ë  H † ½ Ó[ þ t (ë  H † ½ Ó8, ë  H

†

½ Ó9)_   â Ä º & ñ ² ú šÒ  ¦ õ    Z > • ¸ Z  } > 
“ : r ì ø ̀   q @ /g A 1 " é ¶ ( J $ ™[ > `  ¦  À ҍ  H ë  H † ½ Ó10\ " f  H Ä »1 l q ± ú “ É r & ñ ² ú šÒ  ¦ õ

   Z > • ¸\  ¦ ˜ Ðs   H X <, s   H 6 £ x ² ú š [ þ t s  „  + þ A& h “   ë  H ] j Ä

»+ þ A\  @ /K " f  H à »ø @` ç   ~ ½ Ó& ñ d ” _  K \  ¦ ½ ¨   H X < ß ¼

>

 # Q 9¹ ¡ §`  ¦ Ö ¼z t  3 l w t ë ß – €  •ç ß –_    + þ As  Å Ò# Q| 9  M : s

\  ¦ & ñ $ í & h Ü ¼– Ð s K    H X < e ” # Q" f  H # Q 9¹ ¡ §`  ¦ Ö ¼Š  



“ ¦ K $ 3 ½ + É Ã º e ”  . s   H " é ¶ $  [ þ t _  ‚  ' Ÿ ƒ  ½ ¨\ " f• ¸

Table 5. Item response analysis of QMCS.

Item C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 Total

RCA 69% 81% 68% 50% 66% 44% 48% 81% 53% 29% 77% 38% 59%

C-factor 0.49 0.64 0.46 0 0.29 0.05 0.25 0.59 0.16 0.14 0.62 0.30 0.29 D. I. 0.71 0.43 0.71 0.57 0.14 0.29 0.57 0.57 0.43 0 0.43 0.57 0.45

Fig. 4. (Color online) Ratios of Correct Answers of QMCS.

Fig. 5. Item 10 of QMCS.

Ä

» ô  Ç   õ – Ð" f, @ /† < Æ" é ¶Ò q t s  © œ_  Ó ü t o † < Æ „  / B N  [ þ t \ 

>

" f• ¸ q 5 p w ô  Ç # Q 9¹ ¡ §`  ¦ ˜ Г   “ ¦ ô  Ç  [10].

2) Å Ò] j x 9  | 9 é ß –Z >  ì  r$ 3 

†

< ÆÒ q t[ þ t _  6 £ x ² ú š`  ¦ # Œ$ Á t  Å Ò] jZ > – Ð
¾ º# Q & ñ ² ú šÒ  ¦

`

 ¦ ì  r$ 3 ô  Ç   õ   H Table 6 ü < ° ú   . ì  r$ 3    õ , \  -t  € ª œ

Fig. 6. (Color online) RCA vs. C-factor distribution.



 o\  @ /ô  Ç s K   © œ & ñ ² ú šÒ  ¦ s  Z  } “ ¦ (68%), € ª œ  '  V ,

a A ´ òõ \  @ /ô  Ç s K   © œ@ /& h Ü ¼– Ð & ñ ² ú šÒ  ¦ s  ± ú € Œ ¤Ü ¼

 (48%) ¼ #   Õ ªo  ß ¼t  · ú §€ Œ ¤ . | 9 é ß –Z > – Ð ¶ ú ˜( R˜ Ѐ  

‰

&

³@ /Ó ü t o † < Æ õ 3 l q  t ë ß – s à ºô  Ç | 9 é ß – 1_  ¨ î ç  H & ñ ² ú šÒ  ¦ (53%) \  q K  € ª œ % i † < Æ õ 3 l q  t  s à ºô  Ç | 9 é ß – 2_  ¨ î ç  H

&

ñ ² ú šÒ  ¦ (69%) s   8 Z  } € Œ ¤Ü ¼ 9, Å Ò] jZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦ _  ì  r Ÿ í € ª œ



© œ ¢ ¸ô  Ç | 9 é ß –Z > – Ð ² ú ˜| à Û . | 9 é ß – 1_   â Ä º ' V , a A ´ òõ \ 

@

/K " f  H ± ú “ É r & ñ ² ú šÒ  ¦`  ¦ ˜ Ðs “ ¦ Ô  ¦S X ‰& ñ $ í " é ¶ o \  @ /K 

"

f  H Z  }“ É r & ñ ² ú šÒ  ¦`  ¦ ˜ Ð% i t ë ß –, € ª œ % i † < Æ õ 3 l q`  ¦ s p  s  Ã

ºô  Ç | 9 é ß – 2_   â Ä º  H Ô  ¦S X ‰& ñ $ í " é ¶ o \  @ /K " f  H | 9 é ß – 1 \  q K   © œ@ /& h Ü ¼– Ð ± ú “ É r & ñ ² ú šÒ  ¦`  ¦ ˜ Ðs “ ¦ ' V , a A ´ òõ 

\

 ¦ q 2 Ÿ © ô  Ç
 Qt  Å Ò] j[ þ t \ " f  H | 9 é ß – 1˜ Ð  Z  }“ É r & ñ ² ú šÒ  ¦

`

 ¦
 Í Ç x .

3. ; dR  ö n ÚP w ‹ ô p §8 ý w Š ¹ ÅW Ä] K ¡Ê Ý W ë s W Ä] K ¡ M € ¾ 4

G › È T A 08 ý R w ‹ Ä Z ØV Ä

\

Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  “ ¦„  % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K ü < € ª œ % i 

†

< Æ l œ í> h¥ Æ  s K  ç ß –_   © œ › ' a› ' a > \  ¦ ì  r$ 3 ô  Ç   õ \  ¦ & ñ o 

€   Table 7ü < ° ú   . “ ¦„  % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K \  @ /ô  Ç ¨ î

Table 6. RCA of QMCS by theme and group.

Theme Items

RCA by group

Group1 Group2

(Modern (Quantum Total

Physics) Mechanics) (N=40)

(N=29) (N=11)

Uncertainty

2, 6 64% 59% 63%

principle

Quantization of states 1, 3, (8, 9) 64% 75% 68%

Wave-particle

4, 5, (12) 44% 64% 51%

duality

Tunneling effect 7 30% 82% 48%

Schrodinger equation 8, 9, 10 51% 62% 54%

Wave function and (4, 5), 11,

50% 73% 58%

probability 12

Total 53% 69% 59%

Table 7. Correlation coefficients between understandings of CM and QM.

Uncertainty Quantization Wave- Tunneling Schrodinger Wave QM principle of states particle effect equation function& Total

duality probability

Linear motion -0.06 -0.03 0.14 0.39 -0.21 0.11 0.03

Curvilinear motion 0.30 0.44 0.24 0.25 0.09 0.34 0.55

Law of motion 0.50 0.41 0.11 0.20 0.10 0.24 0.55

Superposition principle 0.27 0.36 0.28 0.24 0.05 0.28 0.45

Work-energy 0.04 -0.04 -0.05 0.17 -0.19 -0.02 -0.08

Impulse- momentum 0.05 -0.01 0.26 -0.24 -0.05 0.29 0.10

CM Total 0.28 0.29 0.19 0.27 -0.04 0.27 0.40

ç

 H & ñ ² ú šÒ  ¦ õ  € ª œ % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K \  @ /ô  Ç ¨ î ç  H & ñ ² ú š Ò

 ¦ ç ß –_   © œ › ' a > à º (R)  H 0.40 Ü ¼– Ð" f s  ¿ º % ò % i \  @ /ô  Ç

>

h¥ Æ  s K   H  ™ è  © œ › ' a s  e ”  “ ¦ K $ 3 ½ + É Ã º e ”  . 7 £ ¤, “ ¦

„

 % i † < Æ\  @ /ô  Ç l œ í> h¥ Æ  s K  a % ~ Ü ¼€   € ª œ % i † < Æ\  @ / ô

 Ç l œ í> h¥ Æ  s K • ¸ a % ~  “ ¦ ´ ú ˜½ + É Ã º e ” “ ¦, Õ ª % i Ü ¼– Е ¸ K

$ 3 s  0 p x    H  כ `  ¦ _ p ô  Ç .

“

¦„  % i † < Æõ  € ª œ % i † < Æ_  y Œ • 0 A Å Ò] jç ß –  © œ › ' a`  ¦ ˜ Ð 



[ jy  ¶ ú ˜( R˜ Ѐ  , “ ¦„  % i † < Æ_  2 " é ¶ / B G‚  î  r1 l x Å Ò] jü < € ª œ



% i † < Æ_  \  -t  € ª œ  o Å Ò] j ç ß –_   © œ › ' a > à º 0.44, “ ¦

„

 % i † < Æ_  î  r1 l x Z O g Ë : Å Ò] jü < € ª œ % i † < Æ_  Ô  ¦S X ‰& ñ $ í " é ¶ o  x 9

 \  -t  € ª œ  o Å Ò] j ç ß –_   © œ › ' a > à º y Œ •y Œ • 0.50õ  0.41 – Ð" f ¨ î ç  H  © œ › ' a > à º˜ Ð  Z  } > 
 
 9,
 Qt   0

A Å Ò] j ç ß –_   © œ › ' a“ É r ± ú > 
 z Œ ¤ .

“

¦„  % i † < Æ „  ì ø Í\  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s K ü < € ª œ % i † < Æ_  y Œ •  0

A Å Ò] jZ >  > h¥ Æ  s K  ç ß –_   © œ › ' a`  ¦ ¶ ú ˜( R˜ Ѐ   -0.04\ " f\ 

"

f 0.28_   © œ › ' a > à º\  ¦ ˜ Ðs   H X <, € ª œ % i † < Æ_  > hZ >  0 A Å

Ò] j\  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s K ü <  H Z >   É r  © œ › ' a`  ¦
 ? /t  · ú §



 H  “ ¦ ^  ¦ à º e ”  . ì ø ̀  , € ª œ % i † < Æ „  ì ø Í\  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s  K

ü < “ ¦„  % i † < Æ_  y Œ • 0 A Å Ò] jZ >  > h¥ Æ  s K  ç ß –_   © œ › ' a`  ¦

¶ ú

˜( R˜ Ѐ   2 " é ¶ / B G‚  î  r1 l x, î  r1 l x Z O g Ë :, j Ë µ_  ½ + Ë$ í \  @ /ô  Ç

>

h¥ Æ  s K ü < € ª œ % i † < Æ „  ^ ‰ > h¥ Æ  s K  ç ß –_   © œ › ' a > à º

y

Œ

•y Œ • 0.55, 0.55, 0.45– Ð  © œ@ /& h Ü ¼– Ð Z  } > 
 è ß – . 7 £ ¤,

“

¦„  % i † < Æ\  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s K ü < € ª œ % i † < Æ_  > hZ >  Å Ò] j\ 

@

/ô  Ç s K ü <_   © œ › ' a“ É r Z > – Ð \ O Ü ¼
, € ª œ % i † < Æ\  @ /ô  Ç > h

¥ Æ

 s K   H “ ¦„  % i † < Æ_  : £ ¤& ñ > hZ >  Å Ò] j\  @ /ô  Ç s K ü <  H



™ è  © œ › ' a s  e ”  “ ¦ K $ 3 ½ + É Ã º e ”  .  © œ › ' a ì  r$ 3 ë ß –Ü ¼– Ð ¿ º



 “   ç ß –_  “  õ  › ' a > \  ¦ Æ Ò : r   H X <\   H ô  Ç>  e ” 6 £ § \ 

•

¸ Ô  ¦ ½ ¨ “ ¦ s ü < ° ú  s  € ª œ~ ½ ӆ ¾ Ó_   © œ › ' aì  r$ 3    õ  s 


  H  כ Ü ¼– Ð p À Ò# Q Æ Ò : r ô  Ç €  , “ ¦„  % i † < Æ\  @ /ô  Ç > h

¥ Æ

 s K  a % ~  “ ¦ € ª œ % i † < Æ_  > h¥ Æ  s K • ¸ ¸ ú ˜ ô  Ç “ ¦  H

´ ú

˜½ + É Ã º \ O Ü ¼
 ì ø Í@ /– Ð € ª œ % i † < Æ\  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s K  a % ~ Ü

¼€   “ ¦„  % i † < Æ\  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s K  % i r  a % ~  “ ¦  H ½ + É Ã º e ” 



.

IV. ~ ¿W d l õ m Í + s Ç Â ] Ø

s

 ƒ  ½ ¨\ " f  H \ Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  “ ¦„  % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s

K  x 9  € ª œ % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K \  ¦ y Œ •y Œ • › ¸  “ ¦ s [ þ t ç

ß –_   © œ › ' a`  ¦ ì  r$ 3  % i  . s \  ¦ 0 A # Œ @ /† < Æ „  / B N õ 3 l q Ü ¼

–

Ð" f ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ s  © œ`  ¦ à ºy © œô  Ç \ Vq  Ó ü t o “ §  8 ú x 40" î

`

 ¦ @ / © œÜ ¼– Ð % i † < Æ l œ í Ž   (Mechanics Baseline Test) x 9

 € ª œ % i † < Æ> h¥ Æ  Ž   (Quantum Mechanics Conceptual Survey)\  ¦ & h 6   x # Œ “ ¦„  % i † < Æ x 9  € ª œ €  •† < Æ_  l œ í> h¥ Æ 

\

 @ /ô  Ç s K  & ñ • ¸\  ¦ › ¸  % i  .

\

Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  “ ¦„  % i † < Æ l œ í> h¥ Æ \  @ /ô  Ç s K \  ¦

›

¸ ô  Ç   õ  ë  H † ½ ÓZ > – Ð & ñ ² ú šÒ  ¦ _  s   H e ” Ü ¼
 ¨ î ç  H& h  Ü

¼– Ð 52%_  & ñ ² ú šÒ  ¦`  ¦
 Í Ç xÜ ¼ 9, “ ¦„  % i † < Æ_  6> h 0 A Å

Ò] jZ > – Ð ¶ ú ˜( R˜ Ѐ   2 " é ¶ / B G‚   î  r1 l x Å Ò] j\  @ /ô  Ç & ñ ² ú šÒ  ¦ s

 42%– Ð  © œ@ /& h Ü ¼– Ð ± ú > 
 z Œ ¤Ü ¼
 — ¸Ž  H 0 A Å Ò] j Z >

 & ñ ² ú šÒ  ¦ s  42 ∼ 64%– Ð" f : £ ¤& ñ Å Ò] j\  @ /ô  Ç # Q 9¹ ¡ § s 

¿

º× ¼ Qt > 
 
t   H · ú §€ Œ ¤ . ë  H † ½ ÓZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦ õ  6 £ x ² ú š

| 9

×  æ t à º_  › ' a >   H @ /^ ‰– Ð q Y V › ' a > – Ð" f : £ ¤& ñ Ä »+ þ A_ 

š

¸> h¥ Æ s 
 
t   H · ú §€ Œ ¤Ü ¼ 9 : £ ¤& ñ Å Ò] j\    É r   Z > 

•

¸ s • ¸
 
t   H · ú §€ Œ ¤ . \ Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  € ª œ 

%

i † < Æ l œ í> h¥ Æ \  @ /ô  Ç s K \  ¦ › ¸ ô  Ç   õ  ¨ î ç  H 59% _ 

&

ñ ² ú šÒ  ¦`  ¦
 ? /# Q “ ¦„  % i † < Æ\ " f_  & ñ ² ú šÒ  ¦ ˜ Ð   ™ è Z  }

€

Œ

¤ . € ª œ % i † < Æ_  0 A Å Ò] jZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦`  ¦ ˜ Ѐ    1 l x-{ 9   s

×  æ$ í Å Ò] j\  @ /ô  Ç & ñ ² ú šÒ  ¦ s  48%– Ð  © œ@ /& h Ü ¼– Ð ± ú € Œ ¤ Ü

¼
 — ¸Ž  H 0 A Å Ò] jZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦ s  48 ∼ 68%– Ð" f : £ ¤& ñ Å Ò ]

j\  @ /K " f : £ ¤Z > y  Z  }  
 ± ú “ É r & ñ ² ú šÒ  ¦ ì  r Ÿ í\  ¦ ˜ Ðs t 



 H · ú §€ Œ ¤ . ë  H † ½ ÓZ >  & ñ ² ú šÒ  ¦ õ  6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t à º_  › ' a >   H @ /

^

‰– Ð 6 £ x ² ú š| 9 ×  æ t à º ± ú “ É r ì  r Ÿ í\ " f q Y V › ' a > _  ì  r Ÿ í

\

 ¦ ˜ Ð% i Ü ¼
, F  g  _  s ×  æ_ þ ta Å @ ç ß –[ O Á º] (\  ¦ K $ 3    H ë  H

†

½ Ó_   â Ä º  H ± ú “ É r & ñ ² ú šÒ  ¦ \  q K   © œ@ /& h Ü ¼– Ð Z  }“ É r 6 £ x ² ú š

| 9

×  æ t à º\  ¦ ˜ Ð# Œ  1 l x-{ 9  _  s ×  æ$ í K $ 3 \  e ” # Q" f \ V q

 Ó ü t o “ § [ þ t s  # Q 9¹ ¡ §`  ¦ Ö ¼z “ ¦ e ” Ü ¼ 9 s   â Ä º : £ ¤& ñ Ä

»+ þ A_  š ¸> h¥ Æ s 
 
  H  כ Ü ¼– Ð K $ 3 ½ + É Ã º e ” % 3  .

\

Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  “ ¦„  % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K ü < € ª œ % i 

†

< Æ l œ í> h¥ Æ  s K ü <_   © œ › ' a`  ¦ ¶ ú ˜( R˜ Ѐ   „  ^ ‰& h Ü ¼– Ð  © œ

› '

a > à º 0.40_  €  •ô  Ç  © œ › ' a`  ¦ ˜ Г   “ ¦ ^  ¦ à º e ”  . “ ¦„  % i 

†

< Æõ  € ª œ % i † < Æ_  0 A Å Ò] jZ > – Ð > h¥ Æ  s K _   © œ › ' a`  ¦ ¶ ú ˜ (

R˜ Ѐ   “ ¦„  % i † < Æ\ " f_  2 " é ¶ / B G‚   î  r1 l x õ  î  r1 l x Z O g Ë :\ 

@

/ô  Ç > h¥ Æ  s K  € ª œ % i † < Æ\ " f_  Ô  ¦S X ‰& ñ $ í " é ¶ o , \  - t

 € ª œ  o\  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s K ü <  © œ › ' a`  ¦ ˜ Ð% i  . ¢ ¸, “ ¦„  

%

i † < Æ „  ì ø Í\  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s K   H € ª œ % i † < Æ_  0 A Å Ò] jZ > 

>

h¥ Æ  s K ü <  H  © œ › ' a`  ¦ ˜ Ðs t  · ú §t ë ß –, € ª œ % i † < Æ „  ì ø Í\ 

@

/ô  Ç > h¥ Æ  s K   H 2 " é ¶ / B G‚   î  r1 l x, î  r1 l x Z O g Ë :, j Ë µ_  ½ + Ë

$ í

1 p x _  “ ¦„  % i † < Æ 0 A Å Ò] j_  > h¥ Æ  s K ü <  © œ › ' a`  ¦  © œ@ /

&

h Ü ¼– Ð Z  }“ É r  © œ › ' a`  ¦
 Í Ç x .

s

 © œ_    õ \  ¦ 7 á x ½ + ËK ˜ Ѐ  , ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ õ 3 l q s  © œ`  ¦ s

à ºô  Ç \ Vq  Ó ü t o “ § [ þ t _  € ª œ % i † < Æ_  l œ í> h¥ Æ \  @ /ô  Ç s

K  “ ¦„  % i † < Æ_  l œ í> h¥ Æ  s K \  q K   ™ è Z  } Ü ¼ 9 s

 ¿ º % ò % i _  > h¥ Æ  s K  ç ß –\   H €  •ô  Ç  © œ › ' a s  ” > r F ô  Ç .

:

£

¤ y  € ª œ % i † < Æ_  „  ì ø Í& h “   l œ í> h¥ Æ  s K  & ñ • ¸  H “ ¦„  

%

i † < Æ_  0 A Å Ò] jZ >  > h¥ Æ  s K ü <  © œ › ' a› ' a > \  ¦
 ? /t  ë

ß –, Õ ª % i “ É r $ í w n  t  · ú §  H  כ % ƒ! 3  ˜ Г   . > h¥ Æ  › ¸  • ¸

½

¨\ " f  À ҍ  H Ó ü t o † < Æ ? /6   x _  # 3 0 Aü < à ºï  r`  ¦ “ ¦ 9K ˜ Ð

€

  “ ¦„  % i † < Æ l œ í> h¥ Æ  s K   © œ@ /& h Ü ¼– Ð Ã º Z 4K  ˜ Ðs  t

ë ß –, s  ƒ  ½ ¨_    õ ë ß –Ü ¼– Ð ˜ Ѐ   ‰ & ³@ /Ó ü t o † < Æ s  © œ_  õ  3

l

q`  ¦ s à ºô  Ç \ Vq  Ó ü t o “ § [ þ t“ É r € ª œ % i † < Æ\  q K " f š ¸ y

 9 “ ¦„  % i † < Æ\  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s K \  ¦  8 # Q 90 >   H  כ Ü ¼

–

Ð
 z Œ ¤ . ¢ ¸ € ª œ % i † < Æ_  l œ í> h¥ Æ  s K _   â Ä º• ¸  

€

ª œô  Ç 0 A Å Ò] j\  @ /K " f @ /^ ‰– Ð € ª œ  ñô  Ç > h¥ Æ  s K \  ¦ ˜ Ð s

  q @ /g A ( J $ ™[ > s  Å Ò# Q”    â Ä º Ž  H  s ×  æ_ þ ta Å @ ç ß – [ O

Á º] (\  @ /ô  Ç € ª œ % i † < Æ& h  K $ 3  ë  H ] j\  e ” # Q" f  H : £ ¤Z >  ô

 Ç # Q 9¹ ¡ §`  ¦
 Í Ç x . s   H à ºd ” & h “   & ñ _  ì  r" î ô  Ç Å Ò ]

j\ " f  H ß ¼>  # Q 9¹ ¡ §`  ¦
 ? /t  · ú §t ë ß – Ó ü t o & h “   _  p

 K $ 3 s  כ ¹½ ¨÷ &  H  â Ä º\   H  © œ@ /& h Ü ¼– Ð > h¥ Æ  s K \ 

#

Q 9¹ ¡ §`  ¦
  · p   H ² D G ? /ü @ ‚  ' Ÿ  ƒ  ½ ¨[ þ t õ  Ä » ô  Ç    õ

  [10,12,13].

×

 æ1 p x “ §¹ ¢ ¤ õ & ñ \ " f € ª œ % i † < Æs  ‘ : r  & h Ü ¼– Ð Ÿ í† < ÊH † d \ 



 " f \ Vq  Ó ü t o “ §  “ §¹ ¢ ¤ \  e ” # Q" f s \  @ /ô  Ç & h F G& h 

“

  “ ¦ 9ü < t • ¸ € 9 כ ¹  . : £ ¤ y  ×  æ1 p x à ºï  r \ " f  À ҍ  H

€

ª œ % i † < Ɠ É r Ô  ¦S X ‰& ñ $ í " é ¶ o ,  1 l x † < Êà º_  S X ‰Ò  ¦& h  K $ 3  1 p x

&

ñ | ¾ Ó& h “   > í ß –s   m   & ñ $ í & h “   s K  à ºï  r \ " f  À Ò

“

¦ e ”    H & h \ " f \ Vq  Ó ü t o “ §  “ §¹ ¢ ¤ \ " f € ª œ % i † < Æ “ § Ã

º† < Æ_ þ v“ É r & ñ | ¾ Ó& h “   ë  H ] j Û  ¦ s  0 p x§ 4 ÷  r ë ß –  m   l œ í> h

¥ Æ

\  @ /ô  Ç ^ o =$ ô  Ç & ñ $ í & h  s K • ¸ B Ä º ×  æ כ ¹† < Ê`  ¦ · ú ˜ à º e ” 



. Õ ª Q
 s  ƒ  ½ ¨   õ – РÒ'  · ú ˜ à º e ” 1 p w s  \ Vq  Ó ü t o 

“

§ [ þ t“ É r & ñ | ¾ Ó& h “   > í ß – ë  H ] j˜ Ð   H & ñ $ í & h “   K $ 3  ë  H ]

j\ " f ˜ Ð   H # Q 9¹ ¡ §`  ¦ × ¼ Q · p . s  Qô  Ç € ª œ © œ“ É r  © œ@ /

&

h Ü ¼– Ð Z  }“ É r à ºï  r _   “ ¦ü < K $ 3 `  ¦ כ ¹½ ¨   H € ª œ % i † < Æ

\

" f÷  r  m   † < ÆÒ q t[ þ t s  š ¸Ï ? @1 l x î ß – ] X  # Œ • 2 ;¸ n q “ ¦ ~ 1 

>

 # Œl   H “ ¦„  % i † < Æ ì  r  \ " f• ¸  ð ø Ít – Ð ¢ ¸  H  8¹ ¡ ¤

¿

º× ¼ Qt > 
 è ß – .   É r ô  Ǽ # , s  ƒ  ½ ¨_    õ   H € ª œ



% i † < Æ_  l œ í> h¥ Æ \  @ /ô  Ç s K  ^ o =$  €   “ ¦„  % i † < Æ_  l

œ í> h¥ Æ \  @ /ô  Ç s K • ¸ a % ~`  ¦ 0 p x$ í s  e ” 6 £ §`  ¦ r   

“

¦ e ”  . ¢ ¸ô  Ç “ ¦„  % i † < Æ\  @ /ô  Ç > h¥ Æ  s K  € ª œ % i † < Æ\ 

@

/ô  Ç > h¥ Æ  s K – Ð „  s  | ¨ c 0 p x$ í “ É r Ò q ty Œ •˜ Ð  ± ú    H  0

p x$ í • ¸ r   “ ¦ e ”  . t ë ß – ] jô  ǝ ) a s  ƒ  ½ ¨   õ ë ß –`  ¦

t “ ¦ Šҁ © œ   H X <\   H ô  Ç>  e ” Ü ¼Ù ¼– Ð s \  ¦ S X ‰ “    l

 0 AK " f  H ˜ Ð  % 3 x 9  “ ¦ ì  r$ 3 & h “   ƒ  ½ ¨ כ ¹½ ¨  ) a  .

s

 Qô  Ç ƒ  ½ ¨  H \ Vq  Ó ü t o “ § \  ¦ q 2 Ÿ © ô  Ç @ /† < ÆÒ q t`  ¦ @ / © œ Ü

¼– Ð   H „  / B N Ó ü t o “ §¹ ¢ ¤, : £ ¤ y  € ª œ % i † < Æõ  ° ú  “ É r “ ¦/ å L „  

/ B

N Ó ü t o  à º\ O \ " f # QÖ ¼  Òì  r \  ˜ Ð  y © œ› ¸\  ¦ ¿ º# Q à º\ O `  ¦ K

  ½ + É  כ “  t \  @ /ô  Ç z  ´…  ;& h “   r  & h `  ¦ ] j/ B N ½ + É Ã º e ” 

`

 ¦  כ s  .

P

c p 8 ý ò k >

s

  7 Hë  H“ É r 2013 † < Ƹ  • ¸ @ /½ ¨@ /† < Ɠ § † < ÆÕ ü tƒ  ½ ¨q  t " é ¶`  ¦

~ Ã

Î  ƒ  ½ ¨÷ &% 3 6 £ §.

REFERENCES

[1] R. Driver, Pupil as Scientist? (Open University Press, 1981).

[2] H. Pfunt and R. Duit, Bibliography: Students’ Al- ternative Framework and Science Education, 2nd ed.

(IPN, 1991).

[3] R. Driver, A. Squires, P. Rushworth and V. Wood- Robinson, Making Sense of Science: Research into Children’s Idea (Routledge, London, 1994).

[4] J. Kwon and B. Kim, Students’ Misconception: Me- chanics (Korea National University of Education, 1993).

[5] J. Song, I. Kim, Y. Kim, S. Kwon and W. Oh et al., Map of Students’ Misconception on Physics (Book- shill, Seoul, 2004).

[6] D. Hestenes, M. Wells and G. Swackhamer, Phys.

Teach. 30, 141 (1992).

[7] D. Hestenes and M. Wells, Phys. Teach. 30, 159 (1992).

[8] R. Robinett, Quantum mechanics Visualization Instrument, Retrieved March 2005, from http://

www.phys.psu.edu/∼rick/oup/instructors/qmvi/

alt QMVI.htm (accessed Sep., 5, 2013).

[9] J. Falk, Masterïs thesis, Uppsala University, Swe- den, 2004.

[10] S. M. McKagan, K. K. Perkins and C. E. Wieman, Phys. Rev. ST Pys. Educ. Res. 6, 020121 (2010).

[11] A. Mashhadi, Ph.D. thesis, Oxford University, UK, 1996.

[12] S. Wuttiprom, M. D. Sharmab, I. D. Johnston, R.

Chitareea and C. Soankwan, Int. J. of Sci. Edu. 31, 631 (2009).

[13] S. Im and J. Kim, New Phys.: Sae Mulli 62, 135 (2012).

[14] Ministry of Education, Science and Technology, 2009 Revised Curriculum (MEST, Seoul, 2009).

[15] L. C. McDermott and E. F. Redish, Am. J. Phys.

67, 755 (1999).

[16] P. R. Fletcher and I. D. Johnston, Quantum Me- chanics: Exploring Conceptual Change (Paper Pre- sented at the Annual Meeting of National Associa- tion for Research in Science Teaching, 1999).

[17] S. M. McKagan and C. Wieman, The Quantum Mechanics Conceptual Survey, Retrieved December, 2006, from http://cosmos.colorado.edu/phet/survey/

QMCS/ (accessed Sep., 5, 2013).

[18] L. Bao and E. F. Redish, Am. J. Phys. 69, 545

(2001).