Aps-ajp-11-1001-Book indb

Assessment of student learning. We have assessed student
learning by comparing results from pretests and post-tests.
The following post-test question, which requires multistep
reasoning, is an example.
A system of three incompressible blocks is pushed across
a frictionless table by a hand that exerts a constant horizontal
force
共see Fig. 4兲.
16
Students are asked how, if at all, the
acceleration of block A and the net force on block A changes
if block B is replaced by a block of greater mass while the
hand continues to exert the same constant force. To answer
correctly, students must recognize that the inertial mass of
the system has increased while the net force on the system
共due to the hand兲 remains unchanged. Newton’s second law
may be applied to determine that the acceleration of the en-
tire system and thus that of block A has decreased. Using
similar reasoning, the students can then infer that the net
force on block A has also decreased.
When this question was administered in introductory
physics courses after standard instruction, fewer than 20% of
the students
共N⬎100兲 answered correctly.
7
About 90% of
the teachers
共N=45兲 who worked through the Dynamics
module gave a correct response. We have also given this
question to introductory students after they had worked
through Tutorials in Introductory Physics.
17
共This curriculum
addresses the intellectual issues discussed previously, but in
a form adapted to a large introductory course.
兲 About 55% of
the students
共N⬃720兲 answered correctly. Although this re-
sult represents a sizable gain over that obtained with standard
instruction, it is not good enough for prospective teachers.
Even when an introductory physics course is supplemented
with research-based materials, students are unlikely to de-
velop the depth of understanding that is possible with the
type of instruction provided by PbI. There is evidence from
other topics that not only is the resultant gain in conceptual
understanding greater, it is also persistent.
18
Commentary. To illustrate our instructional approach in
preparing teachers, we have used an example from dynamics.
A topic from earlier grades would have served equally well.
Elementary and middle school teachers need the same type
Fig. 4. Question about Newton’s second law.
共a兲 Students are shown a figure
in which three incompressible blocks are pushed across a frictionless table
by a hand.
共b兲 They are then told that block B is replaced by a block of
greater mass. The question asks how, if at all, the acceleration of block A
and the net force on block A change if the hand exerts the same horizontal
force in both cases.
765
765
Am. J. Phys., Vol. 74, No. 9, September 2006
McDermott et al.

---

150 
Teacher Education in Physics
of preparation. Although the topics that they are expected to
teach may appear simple to a physicist, it takes a significant
amount of time and effort to develop the depth of under-
standing needed to teach this material in a coherent manner,
rather than as a set of separate activities.