中學(xué)物理知識的價值集中體現(xiàn)在兩個方面：從物理學(xué)的角度來看，物理知識是構(gòu)成自然科學(xué)知識體系的一個重要組成部分，是人類認(rèn)識自然和改造自然的基礎(chǔ)，是推動社會經(jīng)濟發(fā)展的動力之一；從教育學(xué)的角度來看，在物理知識的形成和運用過程中有著豐富的科學(xué)思想和科學(xué)方法，它們是形成科學(xué)觀念和提高科學(xué)技能的土壤和階梯，對提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)有著積極的促進作用。上述兩個方面是研究并確定中學(xué)物理教育科學(xué)知識體系的構(gòu)成及其分類的依據(jù)。

　　1 中學(xué)物理科學(xué)知識體系

　　物理科學(xué)的內(nèi)容不單由物理知識構(gòu)成，而是由知識、觀念、方法和實驗基礎(chǔ)組成的有機整體。因此，物理學(xué)習(xí)就不單是知識的學(xué)習(xí)，還包括觀念、實驗基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)。由于物理理論是建立在實驗現(xiàn)象基礎(chǔ)上的，實驗基礎(chǔ)與理論知識密切結(jié)合在一起，因此在學(xué)習(xí)內(nèi)容分類時，我們把理論知識和實驗基礎(chǔ)歸為一類，統(tǒng)稱為物理知識。這樣，我們就有了物理知識、物理觀念、科學(xué)方法三類物理學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

　　上述三類學(xué)習(xí)內(nèi)容還不能明確地反映出物理知識的邏輯體系以及知識、觀念、方法三者間的有機聯(lián)系，因此學(xué)習(xí)內(nèi)容分類中還必須加進物理知識結(jié)構(gòu)這一部分。不掌握物理知識結(jié)構(gòu)就無法達(dá)到學(xué)習(xí)物理的目的。布魯納就把結(jié)構(gòu)的重要性放在首位，他強調(diào)指出：“不論我們選教什么學(xué)科，務(wù)必使學(xué)生理解該學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)。"布魯納的這一思想是很有借鑒意義的 ^[1]。

　　另外，由于學(xué)習(xí)過程是學(xué)生與環(huán)境相互作用的過程，沒有學(xué)生對環(huán)境的作用就不能形成真正的學(xué)習(xí)，而學(xué)生對環(huán)境的作用主要表現(xiàn)在運用物理知識去分析、解決問題，同時形成相應(yīng)的物理技能。因此，掌握物理技能也是物理學(xué)習(xí)中必不可少的內(nèi)容。

　　綜上所述，中學(xué)物理科學(xué)素質(zhì)教育的內(nèi)容包括：（1）科學(xué)知識及其結(jié)構(gòu)；（2）科學(xué)觀念；（3）科學(xué)方法；（4）科學(xué)技能；（5）科學(xué)態(tài)度。

　　2 物理知識及其結(jié)構(gòu)

　　物理學(xué)作為自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)科學(xué)，它是研究構(gòu)成自然界的物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和運動規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)。具體地講，物理學(xué)研究大到天體，小到基本粒子的各種物質(zhì)的性質(zhì)和相互作用，以及它們的運動規(guī)律，從研究對象的性質(zhì)和運動形式來劃分，物理學(xué)可分為力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)和分子物理學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子和原子核物理學(xué)等分支，而每一分支的內(nèi)容都包括物理現(xiàn)象、物理概念和物理規(guī)律三方面的內(nèi)容。或者說，物理現(xiàn)象、物理概念和物理規(guī)律是對物理知識的一種概括，也是呈現(xiàn)物理知識的三種基本形式，它們跟物理學(xué)各分支的內(nèi)容一起構(gòu)成物理科學(xué)知識的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　2．1 物理現(xiàn)象

　　物理現(xiàn)象是指物質(zhì)在運動、變化和發(fā)展過程中所表現(xiàn)出的外部的形態(tài)和聯(lián)系。物理現(xiàn)象通常可以分為自然現(xiàn)象和實驗現(xiàn)象兩類。就中學(xué)物理而言，自然現(xiàn)象主要是指在日常生活中，學(xué)生能經(jīng)常觀察到的物理現(xiàn)象；實驗現(xiàn)象主要是指通過物理實驗（有目的、可控制、能重復(fù)）能觀察到的物理現(xiàn)象。

　　物理現(xiàn)象是物理學(xué)研究的基礎(chǔ)：同類物理現(xiàn)象在外部形態(tài)方面的質(zhì)的同一性是形成物理概念的前提；物理現(xiàn)象中，有關(guān)物理量之間定性或定量的聯(lián)系，是建立物理規(guī)律的依據(jù)^[2]。例如，根據(jù)日常生活中大量存在的物體間發(fā)生的“推”、“拉”、“壓”現(xiàn)象，通過分析和抽象，提煉出它們的“質(zhì)”──物體之間的相互作用，進而形成了力的概念。又如，根據(jù)日常生活中有關(guān)氣體的現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)氣體的壓強、體積、溫度之間有著一定的聯(lián)系，再根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，通過分析和歸納，概括出氣體的三個實驗定律。

　　物理現(xiàn)象也是中學(xué)物理教學(xué)的基礎(chǔ)：豐富多彩的物理現(xiàn)象能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，興趣既是教學(xué)手段又是教學(xué)目的^[3]。因此通過物理現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生的興趣是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力的基本途徑；形象、具體的物理現(xiàn)象有助于建立物理表象，是形成物理概念和規(guī)律的前提；從現(xiàn)象到概念、規(guī)律的認(rèn)識，是完成從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的第一次飛躍的過程，其中有著豐富的科學(xué)思想和科學(xué)方法以及教育的內(nèi)容，它有助于指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識物理學(xué)研究方法和思維方法，是培養(yǎng)和提高思維能力的重要途徑；物理現(xiàn)象也為學(xué)生運用物理概念和規(guī)律解決實際問題提供了具體、生動的實例，有助于學(xué)生鞏固物理概念和規(guī)律，認(rèn)識物理知識的科學(xué)價值，是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、提高學(xué)生分析與解決實際問題能力的一條有效途徑。

　　2．2 物理概念

　　物理概念是客觀事物的物理方面的共同屬性和本質(zhì)特征在人腦中的反映，是物理事物的科學(xué)抽象，是反映研究對象物理屬性的思維形式。物理概念具有內(nèi)涵和外延兩個方面的內(nèi)容。所謂內(nèi)涵是指概念的含義，或概念所反映的本質(zhì)屬性；所謂外延是指概念所包含的范圍，或是它所涉及事物的總和^[4]。例如，壓強概念的內(nèi)涵是單位面積上所受的壓力，它能反映壓力的作用效果；壓強概念的外延包括固體的壓強，液體內(nèi)部的壓強，氣體的壓強等。物理概念按其“質(zhì)”和“量”可分為定性概念和物理量兩類。定性概念主要是從“質(zhì)"的規(guī)定性來反映客觀事物，如質(zhì)點、理想氣體、機械運動、慣性等；物理量是從“質(zhì)”和“量”兩個方面的規(guī)定性來反映客觀事物，如溫度、加速度、電場強度、動量等。

　　物理概念具有如下特點：（1）物理概念是通過對物理現(xiàn)象的觀察、分析、抽象得到的，因此物理概念客觀地反映了物理事物的本質(zhì)屬性，具有客觀性；（2）大多數(shù)的物理概念都可以直接或間接測量，具有可測性；（3）物理概念是一定條件下的產(chǎn)物，只能適用于一定的條件和范圍，具有一定的相對性（如重力勢能、電勢、電勢能的值是相對的）和局限性（如質(zhì)量與物體的運動狀態(tài)無關(guān)，只適用于低速宏觀范圍）。

　　物理概念是物理學(xué)研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵：物理學(xué)研究的是物質(zhì)運動的形式以及它們所遵循的一般規(guī)律和物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，而規(guī)律反映的是相互聯(lián)系的概念之間的關(guān)系，因此物理概念是物理科學(xué)知識的基本元素，是物理知識結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；物理概念既能反映物理現(xiàn)象的本質(zhì)特征，又是研究物理規(guī)律的基礎(chǔ)，因此物理概念起著承上啟下的關(guān)鍵作用；用概念反映同類事物或現(xiàn)象的共同屬性和本質(zhì)特征的方法，以及通過尋找在一定條件下不同概念之間定性或定量的關(guān)系來總結(jié)規(guī)律的方法，是自然科學(xué)研究的基本方法。

　　物理概念教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的中心任務(wù)之一：形成物理概念是深刻認(rèn)識物理現(xiàn)象本質(zhì)特征的標(biāo)志，也是領(lǐng)會物理規(guī)律的基礎(chǔ)，因此物理概念教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的關(guān)鍵；要形成和領(lǐng)會物理概念，必須通過實驗和實例，建立正確的物理表象，并通過分析、抽象等思維活動，概括出同類事物的共同屬性和本質(zhì)特征，進而形成物理概念，領(lǐng)會概念的內(nèi)涵和外延，這一過程可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察實驗?zāi)芰退季S能力，體會和認(rèn)識物理學(xué)的研究方法和思維方法；在運用物理概念解決實際問題的過程中，可以培養(yǎng)學(xué)生的分析與解決問題的能力，認(rèn)識物理知識的科學(xué)價值。因此物理概念教學(xué)是中學(xué)物理落實科學(xué)素質(zhì)教育的關(guān)鍵。

　　2．3 物理規(guī)律

　　物理規(guī)律客觀反映了物質(zhì)運動變化的本質(zhì)屬性之間定性或定量的聯(lián)系，或者說物理規(guī)律是物理概念在一定條件下的相互制約關(guān)系。物理規(guī)律可以分為物理定律、物理原理（理論）、物理法則（定則）、物理公式（包括定義式、定理式、定律式）等幾類。

　　物理規(guī)律具有如下特點：（1）物理規(guī)律都是通過觀察、實驗、分析、推理得到的。或者說，物理規(guī)律是在一定的可靠事實基礎(chǔ)上歸納、推理的結(jié)果，因此物理規(guī)律客觀地反映了事物間的聯(lián)系，具有客觀性；（2）物理規(guī)律總是反映物理概念之間定性和定量的聯(lián)系，具有聯(lián)系性，把握物理規(guī)律所反映的概念與概念之間定性或定量的邏輯聯(lián)系是掌握物理規(guī)律的標(biāo)志；（3）物理規(guī)律總是在一定范圍內(nèi)得到驗證，因此物理規(guī)律總有它的適用范圍和條件，即物理規(guī)律具有一定的局限性；（4）由于物理學(xué)所研究的對象或過程都不是實際物體或?qū)嶋H過程，而是采用科學(xué)抽象的方法，或多或少地作了一定程度的簡化之后，建立起的理想化模型或過程，同時，由于物理學(xué)是實驗科學(xué)，在觀察和實驗中，限于儀器的精密程度等原因，不可避免地出現(xiàn)誤差，因此反映各物理量之間關(guān)系的物理規(guī)律，只能近似地反映客觀世界，具有一定的近似性^[5]。

　　物理規(guī)律是物理學(xué)研究的核心：物理學(xué)是研究物理過程中內(nèi)在的、本質(zhì)的聯(lián)系和物理現(xiàn)象發(fā)展變化的必然趨勢的科學(xué)，這種物理過程的本質(zhì)聯(lián)系和物理現(xiàn)象發(fā)展變化的必然趨勢常用物理定律、定理、原理、法則等物理規(guī)律來表述，因此物理規(guī)律是物理學(xué)知識的核心，是物理知識結(jié)構(gòu)的骨架；中學(xué)物理知識是以物理概念和物理規(guī)律為主線而逐步加深的，如力學(xué)是以力的概念和牛頓運動定律為核心，逐步擴展到功、能、沖量、動量、動量定理、動量守恒定律、動能定理、機械能守恒定律等，形成了完整的力學(xué)體系，并以力學(xué)知識為基礎(chǔ)，拓寬到光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、原子物理學(xué)，因此物理概念和規(guī)律是物理科學(xué)知識的精髓。

　　物理規(guī)律教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的中心任務(wù)之一：形成物理規(guī)律是深刻認(rèn)識物理過程中內(nèi)在的、本質(zhì)的聯(lián)系的標(biāo)志，也是深入領(lǐng)會物理概念、建立物理知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，因此物理規(guī)律教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的核心；要形成物理規(guī)律，必須通過實驗或數(shù)學(xué)推理，揭示物理量之間定性或定量的聯(lián)系，并通過分析、概括、推理等思維活動，歸納出物理規(guī)律，這一過程可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察實驗?zāi)芰退季S能力，體會和認(rèn)識物理學(xué)的研究方法和思維方法；在運用物理規(guī)律解決實際問題的過程中，可以培養(yǎng)學(xué)生的分析與解決問題的能力，認(rèn)識物理知識的科學(xué)價值。因此物理規(guī)律教學(xué)同樣也是中學(xué)物理落實科學(xué)素質(zhì)教育的關(guān)鍵。

　　2．4 物理知識結(jié)構(gòu)

　　綜上所述，物理學(xué)各分支所包含的物理現(xiàn)象、物理概念、物理規(guī)律組成了物理學(xué)的科學(xué)知識結(jié)構(gòu)，其中物理概念是物理知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的關(guān)節(jié)點，而物理規(guī)律則是物理知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的骨架^[6]。

　　使學(xué)生學(xué)會把自己所學(xué)的知識由點到面組織成有體系的知識，這是一種總結(jié)、概括的能力，是培養(yǎng)思維能力的重要方面，是學(xué)生綜合運用知識的基礎(chǔ)，也是學(xué)生記憶和理解知識的重要過程和環(huán)節(jié)。在平時的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生頭腦中常常是一個一個孤立的概念和物理量，一個一個孤立的定律和定理，不能形成體系，不能從整體上把握知識，因而很難綜合運用知識去解決實際問題。因此必須指導(dǎo)學(xué)生及時總結(jié)整理所學(xué)知識，掌握知識的內(nèi)在聯(lián)系使自己頭腦中的知識成為有體系的知識。例如穩(wěn)定電流這一章，我們可以引導(dǎo)學(xué)生抓住歐姆定律這個中心，來整理這一章的基礎(chǔ)知識，包括的基本概念有電流、電壓、電阻和電動勢，基礎(chǔ)知識是如何用歐姆定律進行電路分析──電路中電壓變化、電路結(jié)構(gòu)，能量轉(zhuǎn)化等，這樣就把電路中的各個知識點便組織成了一個知識網(wǎng)絡(luò)。

　　3 中學(xué)物理知識的構(gòu)建

　　根據(jù)物理學(xué)的特點和高考《考試大綱》要求，抓住現(xiàn)象、概念、規(guī)律和應(yīng)用四條主線，突出思想方法，把相關(guān)中學(xué)物理知識歸納成為一圖一表，幫助學(xué)生構(gòu)建知識體系，掌握知識要點，明確物理學(xué)建立的現(xiàn)象基礎(chǔ)及研究對象、內(nèi)容、方法。做到?jīng)芪挤置?、點面結(jié)合、體現(xiàn)思想、突出應(yīng)用、一目了然，對于指導(dǎo)學(xué)生理解記憶和掌握運用所學(xué)知識起到一定的作用。

　　3．1 知識架構(gòu)

　　物理學(xué)是建立在自然（實驗）現(xiàn)象基礎(chǔ)上的一門科學(xué)。主要研究揭示物質(zhì)運動變化現(xiàn)象的本質(zhì)，從力和能的角度研究發(fā)現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、運動變化的過程和規(guī)律。學(xué)科的分支主要包括力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和原子物理學(xué)五大部分^[7]。

　　學(xué)生學(xué)習(xí)物理往往覺得知識龐雜，千變?nèi)f化，不得要領(lǐng)，感到困難。為了幫助學(xué)生構(gòu)建知識架構(gòu)，理清思想，抓住共性，看清看透。我把物理學(xué)歸結(jié)成為體現(xiàn)思想方法的一盆枝葉分明的“物理之花”^[8]，如圖1所示。

圖1 中學(xué)物理知識結(jié)構(gòu)圖

　　“物理之花”展示了物理學(xué)的結(jié)構(gòu)之美。通過這一歸結(jié)，物理學(xué)的結(jié)構(gòu)簡潔對稱分支明了，從現(xiàn)象到對象，從宏觀到微觀，從物體到質(zhì)點，從機械運動到熱運動、電磁感應(yīng)、光電效應(yīng)和核反應(yīng)，知識共性躍然圖中，來龍去脈一目了然。研究的現(xiàn)象和對象清晰了，研究的方法（力和能）和方向（結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和過程）明確了。

　　3．2 知識要點

　　物理知識既形象具體又抽象模糊，學(xué)習(xí)和應(yīng)用時既需要感性又需要理性，需要培養(yǎng)觀察、聯(lián)系、設(shè)想、推理、動手能力，強調(diào)思想方法、技巧，現(xiàn)象多、概念多、公式多、研究對象和問題千變?nèi)f化是它的特點。

　　中學(xué)物理的知識的學(xué)習(xí)主要體現(xiàn)在“現(xiàn)象、概念、規(guī)律和應(yīng)用”四個環(huán)節(jié)上，所以對基本知識要點應(yīng)理解，物理思想方法要掌握，應(yīng)用方法技巧訓(xùn)練顯得很重要。

表1　中學(xué)物理知識總表^[9]

　　表中圍繞現(xiàn)象、概念問題，主要劃分為現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、過程四個方面。通過這一梳理羅列，物理學(xué)的現(xiàn)象、概念、規(guī)律和應(yīng)用的要點及縱橫關(guān)系得到了概括，所謂“力學(xué)和電學(xué)是重點”也一目了然。

　　中學(xué)物理問題千變?nèi)f化但卻不出所學(xué)。我們通過分析，去偽存真，抓住共性，正確歸類，從而歸納出了中學(xué)物理的知識體系。物理現(xiàn)象是中學(xué)物理的基礎(chǔ)和起點，物理概念和規(guī)律是中學(xué)物理的關(guān)鍵和核心^[10]。在一定的科學(xué)方法（研究方法和思維方法）作用下，完成由現(xiàn)象到概念和規(guī)律，并運用概念和規(guī)律解決實際問題的過程，構(gòu)成了中學(xué)物理的知識結(jié)構(gòu)。