第二节物理学科知识类型与学习方式
一、物理知识的类型
物理科学是由知识、观念、方法和实验组成的有机整体，高中物理教材的知识内容是以物理概念和物理规律（包括物理定律、定理、原理、法则以及公式等）为主线组织起来的。概括起来，高中物理学习的内容分为以下六大类：①物理知识，物理学习的直接对象，它包括物理现象、物理概念和物理定律。②物理观念，人对物质世界根本认识。③物理方法，解决物理问题的手段，是沟通知识与能力的桥梁。④物理知识结构，物理学习内容中的基本概念、基本规律、基本观念和基本方法的组织形式和相互联系。⑤物理应用，学生利用物理知识对环境的作用。⑥物理技能，学生在物理学习中形成的个体经验，它是一个合乎客观法则的行动方式，包括动作技能和智慧技能[1]。这种分类主要从生活和生产实际的角度，将物理知识内容由低到高地细分为六类，但分类层次不够清晰，如物理方法与物理技能有交叉。
认知心理学将知识分为三类：陈述性知识、相对自动化的程序性知识以及受意识控制的策略性知识。参照认知心理学的知识分类框架，我们将物理知识内容划分为三类：一是陈述性物理知识，即物理现象、物理概念、物理定律等物理理论知识。二是程序性物理知识，即物理规律、物理方法等用于解决实际问题的物理操作技能知识。三是策略性知识，是集思维能力、探究能力、合作能力、反思能力于一身的物理建模知识，它是一种高层次的受意识控制的认知技能。每类知识均有其不同的性质。
（一）陈述性物理知识
陈述性知识描述我们所知事物的状况。从功能类别上说，陈述性知识主要说明事物是什么、怎么样，用于区别、辨别事物。学习者在掌握陈述性知识之后能够有意识地回忆出来，并能在大脑中进行知识表征。陈述性知识主要以命题网络或图式来表征。陈述性知识是学生采用接受式学习或自主学习的主要对象。
陈述性物理知识主要指物理概念、物理定律和物理事实等物理理论知识。物理概念可以分为两个层次，较低层次的一般称为物理术语，在日常生活中人们常常提及，比如，温度、气压、压力、路程等。较高层次的就是经过严格定义而形成的物理量，比如，质点、参考系、位移、速度、加速度等概念。物理事实主要指教科书上出现的著名实验、技术起源、名人札记等介绍性的知识。较高层次的物理定律指的是在可靠的经验事实的基础上，物理学家经过观察、概括、总结或合理外推而得到的原理性知识。
陈述性物理知识的掌握是程序性物理知识和策略性物理知识学习的基石，它制约着学生问题解决的水平，制约着学生物理学习能力的发展。因此，促进学生对陈述性物理知识的掌握是物理教学的主要任务。
（二）程序性物理知识
加涅从自动与受控维度将程序性知识分为自动化的程序性知识和受意识控制的程序性知识。自动化的程序性知识是由经过充分练习而自动激活的产生式系统构成的知识。受意识控制的程序性知识就是指未能达到熟练化的、不能自动激活的产生式系统构成的知识（即策略性知识）。这里的程序性主要指自动化的程序性。从功能上看，程序性知识就是有关“知如何”、“怎么办”的问题，这种知识难以言传，其心理表征方式为产生式或生产式系统。掌握程序性知识是物理学习的基本目标，也是学生知识内化的必经阶段。
程序性物理知识是依据物理规律和物理方法而形成的认知技能、实验操作能力、问题解决技能。其中，认知技能是指通过练习而形成的、依靠智力解决某一问题的活动方式，如压强与浮力的复杂计算、欧姆定律的熟练运用等。物理学是一门以实验为基础的科学，观察和实验是了解物理现象、获取有关数据、获得感性知识的源泉，是建立、发展和检验物理理论的实践基础，是获得思维材料的有效途径，因此，观察技能和实验技能是物理知识的重要内容，学生应具有初步的实验操作技能，会使用简单的实验仪器和测量工具，能测量一些基本的物理量。问题解决是指对问题形成一个新的答案或解决方案，这一答案不是简单应用已经学过的规则，而是对已有的知识、技能或概念、原理进行重新改组，形成一个适应问题要求的方案。问题解决必须是受目标指引的，必须包含一系列的操作，必须经过一系列的智力技能才能实现，智力技能是经验获得与问题解决的必要条件。比如，用动能定理解决问题时，先要确定研究对象，明确初、末状态，再分析运动过程受到哪些力的作用，还要明确各个力的做功情况，最后才能列出动能定理表达式解决问题。问题解决者必须按照客观的、合理的、完善的程序组织自己的认知活动。在长期的或反复的认知活动中掌握正确的思维方式和方法，逐渐形成一种内隐的智力操作，练就解决问题的技能。
（三）策略性物理知识
策略性物理知识是用来调节自己内部认知活动，如注意、学习、记忆、思维等过程的技能。它是由学习方法、学习调控和元认知等要素构成的监控系统。它受意识控制，是不能完全自动化的程序性知识。程序性知识侧重的是具体操作技能，如实验技能、认知技能、解决问题技能等，这些都是显性知识，而策略性知识则是在长期的学习中潜移默化得到的，属于隐性知识。策略性知识作为一种特殊的程序性知识日益引起心理学家和教育学家的关注。从知识分类的观点看，策略性知识也属于程序性知识的范畴，它属于对内调控的技能，是个人调控自己的认知活动以提高认知操作水平的能力。
策略性物理知识是指学习者在物理学习情境中对学习任务的认识、对学习方法的选择和对学习过程的调控。物理学习中策略性知识的获得是在长久地获得程序性知识的过程中完成的。因为，策略性知识的习得不是靠一两次探究性实验就可以获得，它是在不断地持之以恒地探究问题、解决问题、操作实验过程中逐步培养起来的。策略性知识的学习对于发展学生的思维能力、创造能力甚至交流合作能力的培养具有十分重要的意义。
不同的物理知识类型具有各自不同的特点，其学习方式的选择也有不同的要求。物理知识类型是制约学习方式选择与运用的重要因素。
二、物理知识的学习方式
（一）陈述性物理知识的学习方式
1。陈述性物理知识学习的类型
奥苏伯尔用同化概念来解释陈述性知识学习的心理机制，提出了知识学习同化说。具体来说，陈述性知识的学习主要有三种类型：表征学习、概念学习和命题学习。
（1）表征学习。表征学习可以分为两个阶段，早期阶段是连接生成阶段，是将表征客体事物的表象、形符和音符统一起来。后期阶段是反应检测阶段，是从客观事物的表象或形符能够反映出它的音符，或者从音符能够联想到它的表象或形符。表征学习实质上是“刺激—反应”的联结[2]。物理教学中，学习某物理量的名称或符号就是一种表征学习，学生要把代表物理量的符号与这个物理量的名称联结起来，或者把名称或符号与表示这个物理量的意义的表象联结起来。表征学习是个体学习历程的起点，任何个体的学习都是从表征学习开始的。
（2）概念学习。概念学习是较表征学习高一级的学习形式。物理概念学习是掌握一类物理事物或一类物理过程的共同的本质属性。概念学习有两种方式，一种是概念形成；另一种是概念同化。概念形成是在日常生活中自然地形成一些常识性概念。而在课堂教学条件下，学生获得物理概念不需要重复物理学家探索发现的曲折过程，而主要是采取概念同化的方式，接受前人已经总结的知识。概念同化是一种有意义的接受性学习，它要求学生主动地运用旧知识去理解新概念，经过一个复杂、积极、紧张的思维过程，把新概念纳入原有的知识结构之中，以完成新概念的学习。换言之，材料的逻辑意义与学生认知结构中原有观念相互作用，产生个体的心理意义。在物理课堂上，某个概念，一般由教师直接给出定义，学生从中获取关键词，以此表征所学概念的关键特征。再让学生利用认知结构中原有的适当观念，理解新概念，把其纳入原有的认知结构中，从而获得新概念。比如，学习“位移”这个新概念时，由教师直接陈述其定义“某个运动过程的初位置到末位置的有向线段表示位移”，学生看到“从初位置到末位置”自然会联系到已有的概念“路程”，并比较这两个概念的异同。此时，教师强调关键词“有向线段”，学生能够抓住“位移具有方向性”这一特点去理解新概念的优越之处，并能体会到引入新概念的必要性。“路程没有方向性，路程只有大小，那么可否认为路程就是位移的大小呢？”一个问题的抛出，学生自然想到路程的定义“运动路径的长度”，位移大小的定义“有向线段的长度代表位移的大小”，将两者仔细比较，琢磨不同之处。正是在比较和琢磨的过程中，学生将新概念的学习纳入到原有的认知结构中，原有的认知结构更加丰富、更加完善，新的概念得以理解、掌握。
（3）命题学习。命题既可以陈述简单的事实，也可以陈述一般规则、原理、定律等。命题学习是概念学习的升华。命题学习过程是个体在工作记忆中把几个激活了的节点联结起来形成新命题的过程。比如，在学习牛顿第一定律时，这个定律本身就是一个陈述性的命题：“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有力迫使它改变这种状态为止。”学生第一次听说这个命题，首先激活头脑中长时记忆库内的“匀速直线运动状态”、“静止状态”、“力是改变运动状态的原因”这几个节点（根据已有知识经验，学生头脑中已存在着这几个节点），把它们提取到工作记忆中，然后根据因果关系把它们联结起来形成一个新命题，再存放回长时记忆的命题网络中的相应的位置，学生便获得了这个新学的经验或命题。
2。陈述性物理知识的学习方式
陈述性物理知识的学习方式主要有接受式、引导—探究式、自主探究式等。
（1）接受式学习。
它是指学生接受现成的概念、结论、原理，是课堂学习中教师讲学生听的学习方式。在接受学习中，所学的全部内容都应以确定的形式传授给学习者。学习者不需要独立发现学习对象的特征和联系，仅需对学习材料加以组织、理解和记忆，然后把学习材料纳于自己已有的认知结构之中，获得意义。
案例一安培力的方向判定
“安培力是磁场对通电导体棒的作用力，它也是一种力，那么这种力的方向如何判定呢？”教师设问。学生产生了疑问，等待老师的启发。教师做一个简单的演示实验，用铁架台悬吊起一根铜棒，给铜棒通以直流电，在铜棒的周围放上U型磁铁，提醒同学们观察通电后铜棒摆动的方向，由此判定铜棒的受力方向。接下来教师直接讲述判定安培力方向的“左手定则”，再让同学们自己根据左手定则的内容判定刚才演示实验中通电铜棒所受的安培力方向。同学们很快学会了用左手定则判定安培力的方向。
上述教学采用的是接受式学习方式，简洁明了，学生容易接受。这一块教学内容是前人经过长时间摸索而得到的结论，没有必要让学生重复前人的历程，可以直接“坐享其成”。
（2）引导—探究式学习。
引导—探究式学习强**师指导学生在已有知识经验基础上，经历知识发生、发展的过程，形成结论。即让学生在丰富、生动的思考探索过程中感受、领悟积极的情感体验，获得知识。引导—探究式学习要经历一定的活动程序或阶段，从发现问题到解决问题，引导—探究式学习一般要经历：提出问题、形成假设、制定研究方案、检验假设、得出结论、反思与评价等阶段。如普通高中物理教科书中的对法拉第发现电磁感应现象过程的介绍，目的是适时培养学生的情感、态度和价值观，实现新课程的三维目标。而在实际教学中，不少老师只是一带而过，或者让学生课后自己阅读。这么做就有悖于新课程改革的初衷。不妨采取引导-探究学习方式，可能会起到意想不到的效果。
案例二电磁感应现象的发现
教师预设问题：“前面我们学习过电流的磁效应，有哪位同学借助现有的实验器材给大家表演一下？”
这一复习环节比单纯的“师问生答”要有趣得多。
提出问题：“既然有电生磁现象，那么自然界中是否有磁生电现象呢？”
学生们都在猜想。教师此时娓娓道来，列举自然界中几种对称性的存在，最后画龙点睛：“我们相信自然界的对称美，也相信自然界是一个很和谐的系统。”