返回物理学习是人类学习中的重要组成部分，它是在特定环境下引起特定行为变化的一种学习，有其自身的特点和规律。研究物理学习，必须以物理学习中的事实为依据，同时也要吸取一般学习研究的成果。在本章给出物理学习的概念之前，先来简略叙述一般的学习理论。尽管一般的学习理论不能直接给出有关物理学习规律的答案，但是我们可以从中吸取一些有用的概念、命题和表达方式，为以后各章探讨物理学习的事实和规律做好必要的准备。
第一节 学习概述
一 学习的定义
人人都在学习，人人都得学习。学习是人类的重要活动形式，并且是学生的主导活动形式。
我国古代教育家，对学习有许多精辟的分析和深刻的论述。最早把“学”和“习”联系在一起的是孔子。孔子说：“学而时习之，不亦说乎？”“学习”二字成为一个词，则最早见于《礼记·月令》“季夏之月，鹰乃学习”一语。
古代，所谓“学”就是获取知识，所谓“习”就是反复练习。《说文》里说：“习，数飞也。”鸟初学飞，时常数飞不已。可见，我国古代“学习”二字的内涵，主要指获取知识，形成技能。
在现代学习理论中，学习是一个含义极广的概念，它是人及动物在生活过程中获得个体的行为经验的过程。
人和动物的学习，既有共同之处，又有本质的区别。一般说来，动物的学习都是无意识的，而人的学习，主要是有意识的。更重要的是动物的学习是被动地适应环境，而人的学习则在于能动地认识世界和改造世界。另外，人的学习是他与其他人在进行社会交往中通过言语的中介掌握历史经验的认识过程，这更是动物无法比拟的。
人类的学习是复杂多样的。小孩认识动物、用筷子、懂得文明礼貌是学习，熟悉如何开汽车是学习，科学家在发明创造中也有学习。学生在学校里的学习，则更是有系统、有计划和有指导地进行的。给如此复杂多样的学习下一个简短而又全面的定义是困难的，因此它成为人们争论很久尚无定论的问题。为了我们研究问题的方便，根据近年来的一种较有倾向性的看法，这里给出学习的操作性定义为：学习是个体在生活过程中由于反复的实践和经验的结果，而产生的行为或行为潜力的比较持久的变化。
在理解上述的学习定义时，我们应该注意：
（1）学习是经验的结果，只有通过练习、通过体验才能发生学习，因此，学习在很大程度上依赖于环境，依赖于个人与环境相互作用的事件。
（2）学习是由后天的经验和实践引起的行为变化，那种由于生理功能的发育即成长所引起的行为变化不是学习。
（3）学习是行为的比较持久的变化，一般指行为水平的提高，由疲劳等因素引起的行为水平短暂的降低的变化不是学习。
（4）学习包括行为潜力的变化，不是所有的学习都表现在外显的行为上。但是，行为潜力的变化迟早要通过操作表现出来，操作把行为潜力变为行为本身。
（5）学习是可以间接测量的。例如给学习者先做预测，然后提供某种训练，立即进行后测，预测与后测之差反映了行为的变化，当然在测量中要注意控制训练因素以外的其他因素的影响。
二 学习的类型
对于学习这一极其复杂的现象，许多学者从不同的角度、不同的目的或需要，以不同的标准对学习进行分类，提出各种学习类型说。下面我们介绍三种影响较大的学习类型说。
1.我国教育心理学界对学习的分类
我国教育心理学界的一种比较倾向一致的分类是根据学习的不同内容和结果把学习划分为以下四种类型：
（1）知识的学习，包括学习知识时的感知和理解等；
（2）技能及其熟练的学习，主要是运动的、动作的技能和熟练；
（3）心智的学习，是以思维为主的能力的学习；
（4）道德品质和行为习惯的学习。
这种分类比较符合教育工作的实际需要，教师可以针对不同类型的学习形式的特点，根据不同的特殊规律进行教学和指导学生的学习。但也应该看到，事实上这四种学习类型的学习是密切联系、相互交织的，在具体教学中如何有机地把它们联系在一起，仍是需要在理论和实践上进一步探讨的问题。
2.加涅对学习的分类
加涅（R.M.Gagné，1916—）是当代西方著名的教育心理学家，他按学习的复杂程度，由简到繁，由低到高，把学习分成八类，顺次排成一个层级。低级学习向高级学习发展，高级学习要以低级学习为基础。这八类学习是：
（1）信号学习。
经典性条件反射，包括不随意反应。
（2）刺激——反应学习。
操作性条件反射。
（3）连锁学习。
一连串刺激——反应的联结。
（4）言语联结。
这实际上是一种言语连锁学习，即根据言语刺激与反应行为的顺序组合而成的反应。
（5）辨别学习。
认出多种刺激的异同之处。
（6）概念学习。
在对刺激进行分类时，对事物抽象特征的反应。
（7）规则学习。
概念的联结，实际上就是学习各种定理、定律或原理。
（8）解决问题。
在各种条件下使用规则达到最终目的。
这个分类反映了学习由低级向高级发展的层次，各类学习之间构成了有机的联系，突出了学习的过程。在设计教学时，可以根据分类中学习层次累积的性质，构成比较有效的教学方式。不过，其中前四类是学生在学龄前就已经大部分习得的，学校教育关注的是后面四类的学习。
3.奥苏伯尔对学习的分类
奥苏伯尔（D.P.Ausubel，1914—）是现代认知心理学的著名代表之一，他对学习的分类近年来引起了人们的广泛注意。他首先根据学习进行的方式，把学生的学习分为接受学习与发现学习。
在接受学习中，学习的主要内容基本上是以定论的形式传授给学生的，对学生来讲，学习不包括任何发现，只要求他们把教学内容加以内化，以便以后能够再现或派作它用。
发现学习的基本特征是，学习的主要内容不是现成地给予学生的，而是在学生内化之前，必须由他们自己去发现这些内容。
更有意义的是，奥苏伯尔根据对学习内容是否理解，把学生的学习又分为机械学习与意义学习。
机械学习是指学生并未理解由符号所代表的知识，而仅仅记住了某些符号的组合或词句。
意义学习是指学生能理解由符号所代表的知识，通过符号在头脑中接受了相应的知识内容，并把新知识与头脑中的原有观念建立起实质性的和非人为的联系。
对以上两个维度的分类常常有一种错误的理解，即把接受学习与机械学习等同，把发现学习与意义学习等同。奥苏伯尔强调，接受——发现，机械——意义，这是划分学习的两个维度，两个维度之间是互不依赖、彼此独立的（如图1-1所示）。在他看来，无论是接受学习还是发现学习，都有可能是机械的，也都有可能是意义的。在接受式学习中，只要教师讲授得法，学生完全可以进行意义学习。在发现学习中，如果学生只是机械地记住解决问题的典型步骤，而对自己正在做什么、为什么这样做却稀里糊涂，他们也可能得到正确的发现，但这还是属于机械学习。
奥苏伯尔的分类比较符合学校教学的实际。这种分类告诉教师：学生的学习应当以意义学习为基本方式；由于时间的限制，课堂教学适合于以接受学习的方式为主。总之，学校主要应采用意义接受学习。但是，如果处理不当，接受学习确实容易流于机械形式，说明这种分类在操作性上还有欠缺。
三 学习的生理机制
一般认为，学习的最基本的生理机制是条件反射的形成，条件反射的形成是由于大脑皮层建立起暂时神经联系。近来的研究进一步表明，学习是由广泛的、复杂的神经元之间的相互联系的活动来完成的。
1.第一信号系统
条件反射又叫信号反射。凡是由具体事物的作用而形成的条件反射系统，就叫做第一信号系统，它是人和动物所共有的。
2.第二信号系统
凡是由语言刺激作用而形成的条件反射系统，就叫第二信号系统，这是人所特有的现象。
第一信号系统的活动是第二信号系统形成的基础，反过来，第二信号系统又对第一信号系统起支配和调节作用。学习就是靠两种信号系统相互协同活动来完成的。
3.条件反射和无条件反射的区别
条件反射是相对于无条件反射而言的。动物和人都具有一些不学而能、生来就会的从遗传获得的反射活动，如食物反射、防御反射和性反射等，这类反射叫做无条件反射。无条件反射的神经通路是固定的联系，引起反射的刺激是具有生物意义的非条件刺激，不需要后天的学习和训练。条件反射是动物和人后天获得的、经过训练而建立起来的反射活动，如按照铃声作息、“望梅止渴”等。条件反射是由与机体无关的刺激物同非条件刺激物多次结合而产生的，它的神经通路是暂时接通的，可以建立，也可以消退。
4.条件反射的分类
条件反射分为两大类：经典性条件反射和操作性条件反射。
（1）经典性条件反射。
俄国生理学家巴甫洛夫（I.P.Pavlov，1849—1936）最早对经典性条件反射进行了系统的研究，发现了人和动物学习的最基本机制。在他的引起唾液分泌的条件反射实验中，当狗受到铃声或节拍器响声（无关刺激物）刺激的同时，将肉松等食物（非条件刺激物）送入狗的口中。经多次重复后，即使不给食物，狗只要再单独受到铃声或节拍器响声的刺激就开始分泌唾液。这时无关刺激已经变成了条件刺激，条件反射已形成。这种条件反射叫经典性条件反射。
经典性条件反射形成的神经机制，是大脑皮层暂时神经联系接通的过程。这是无关刺激在大脑皮层引起弱兴奋区，被非条件刺激在大脑皮层引起的强兴奋区吸引，二者之间形成了暂时神经联系。
巴甫洛夫把无关刺激和非条件刺激的结合过程称为“强化”。强化的次数越多，条件反射越巩固；长期不予强化，条件反射就会逐渐消退，已经建立起的暂时神经联系就会中断。
（2）操作性条件反射。
美国心理学家斯金纳（B.F.Skinner，1904—1990）的实验研究表明，在经典性条件反射之外，还存在着一种操作性条件反射。在他设计的“斯金纳箱”内，安装一小杠杆，当压动一次杠杆，一粒食丸就会滚进食盘。将饥饿的白鼠放入箱内，白鼠开始在箱内各处嗅闻，后来偶然压动杠杆，一粒食丸滚进食盘，白鼠吃掉食丸。经过多次偶然性的按压活动后都能吃到食丸，白鼠便学会按压杠杆去寻找食丸，主动去取得食物。这样在按压杠杆和获得食物之间形成了一种条件反射，这种条件反射称之为操作性条件反射。
按压杠杆的行为，无论是否出于偶然性，都是由白鼠进行的自发性反应，因此操作性反应具有自发性。此外，按压杠杆变成了取得食物的手段或者工具，所以操作性条件反射又称为工具性条件反射。
（3）两类条件反射的区别。
经典性条件反射是刺激型条件反射，刺激在先，反应在后，而且强化是同刺激相结合，强化的作用主要增强刺激——反应的联结。而操作性条件反射是反应型条件反射，操作反应发生在刺激之前，强化物是同反应相结合，强化作用主要是增加操作的强度（即操作发生的概率）。
两类条件反射的区别可用图1-2表示。
图中S代表刺激，R代表反应。在经典性条件反射中，假定刺激S1已与反应R形成了巩固的联系，再把S2，S3，…，Sn与S1相结合，通过几次强化，S2，S3，…，Sn可以代替S1，起到与S1所引起的类似反应。这是一种刺激替代。在操作性条件反射中，S1开始与多种反应即R1，R2，…，Rn结合，通过强化R1，而不强化R2，R3，…，Rn，R1就可替代R2，R3，…，Rn，最后与S1形成巩固的联系。这是一种反应替代。
经典性条件反射与操作性条件反射是两种最基本的学习的生理模式。通过经典性条件反射，有机体可以使一个无关刺激作为有关刺激的信号，从而可能辨别周围世界，知道外界事件与事件之间的一定关系。在操作性条件反射中，有机体知道自己的行动与外界刺激的关系，从而可以操纵环境或改变环境，以满足自己的需要。
第二节 学习理论概述
学习理论是在阐明行为变化的原因、揭示学习依据的机制时所形成的理论。关于学习，人们做了很多实验，并对实验做了种种不同的解释，在探索学习的规律中形成了多种各具特色的学习理论。这些工作，不断加深了人们对学习这个重要而又复杂的领域的认识。学习的理论，派别很多，但概括起来主要有两大流派，即行为主义派和认知理论派。这里先就两大流派做些说明，然后简要介绍一下当前较有影响的信息加工理论，以及中国对学习理论的研究。
一 行为主义理论
行为主义理论认为，学习就是刺激与反应之间的联合（简称联结学说）。常用S—R加以表示。该派理论的代表人物主要有桑代克（E.L.Thorndike，1874—1949）、华生（J.B.Watson，1878—1958）、斯金纳等。他们在研究方法上强调动物与人的行为类比的客观研究，着重于客观的观察和实验。
1.联结学说
桑代克是学习理论的奠基人之一，他通过对动物的研究，提出了学习的联结学说。在他设计的用猫解决疑难笼问题的著名实验中，笼外放有鱼和肉，放入笼中的猫开始东抓西抓，乱撞乱闯，在这种冲动的过程中，猫会偶然拉动门闩逃出笼外，取得食物。然后再将猫放回笼中，猫仍需经过乱抓乱跳，最后打开笼门吃到食物，不过所花的时间减少了。如此连续实验多次，所需时间逐渐减少，无效的动作逐渐摒除，最后，猫一入笼内，就能打开门闩取得食物。
因此，桑代克认为，学习是一种渐近的尝试与错误的过程。随着错误反应逐渐减少，正确反应逐渐增加，终于形成稳固的刺激一反应的联结，即S—R之间的联结。
通过一系列动物和人的学习实验，桑代克提出了三条基本学习定律和五项学习原则，形成了一整套比较系统的学习理论。
（1）桑代克的三条基本学习定律。
①准备律。
联结的加强和削弱取决于学习者的心理准备和心理调节。当任何传导单位准备传导时，给予传导就引起满意；当任何传导单位不准备传导时，勉强要它传导就引起烦恼。
②练习律。
一个已形成的可以改变的联结，若加以应用，就会使这个联结增强。一个已形成的可以改变的联结，如不应用，就会使这个联结减弱。
③效果律。
在情境与反应间建立可以改变的联结，并发或伴随着满意的情况时，联结力量就增强；并发或伴随着烦恼的情况时，联结力量就削弱。
（2）桑代克的五项学习原则。
①多重反应的原则。对同一情境先后可能发生多种反应，当一种反应不能适应外在情境时，学习者就会触发、产生另外一种新的反应，一直到某一反应最终导致满意为止。
②心向和态度的原则。
心向或从事活动的意向对于反应的始发是重要的，学习者的态度在决定他的行动和成功等方面具有一定意义。
③反应的选择性原则。
学习者对情境中的某些因素的反应具有选择性的倾向，这种反应的选择与学习的分辨能力有关。
④同化或类比的原则。
学习者对于各种类似的情境有发生同一反应的倾向，即学习者能从已有经验中抽出或辨别出它与新情境的相同因素，作出类似的反应。
⑤联想交替的原则。
如果有甲、乙两个刺激经常共同或先后出现，并且受到了学习者的注意，那么，以后刺激甲出现，也可引起本来只能由刺激乙所激起的那一种反应。
2.刺激—反应学说
华生在巴甫洛夫条件反射实验的影响下，提出了刺激—反应学说。华生的理论认为，有机体的行为完全是以刺激与反应的术语进行解释的。他不考虑有机体的内部状态，认为这一部分是“黑箱”。因此，该学说的公式也是S—R。华生认为学习的实质是形成习惯，而习惯是通过学习将由于遗传对刺激做出的散乱、无组织、无条件的反应，变成有组织、确定的条件反应。他提出了两条学习的基本规律。
（1）频因律。
能解决问题的动作在每次练习中是不可缺少的；这种S—R刺激联结建立的次数越多，联结越牢固。
（2）近因律。
让尝试与错误过程最后的成功动作，总是前一次练习中的最后一个动作，于是，在下一次练习中，这一动作必获得较早发现。
3.操作性条件反射学说
斯金纳在上节所述的操作性条件反射研究的基础上，进一步发展了行为主义的学习理论。他认为，由于人的行动多半是各种各样的操作，因此操作行为更能代表实际生活中人的学习情境。他把重点放在结果控制下的操作学习上。
斯金纳十分重视强化的作用。他对强化的解释与巴甫洛夫有所不同，他把凡能增强反应概率的刺激，均称作强化物。他指出，行为之所以发生变化，是由于强化的作用。他认为，强化所增加的不是刺激——反应的联结，而是使反应发生的一般倾向性，即发生的概率。对有机物偶然出现的某一动作，若能立即给以强化，则该动作复现的概率就会大于其他动作；若强化多次，这个动作就能得以保持。他认为，练习本身并不提高速率，它只是为进一步的强化提供机会。所以，强化是塑造行为和保持行为强度的关键。他把学习定义为反应概率上的变化。
斯金纳认为，直接控制强化物就是控制行为，因此必须严格控制强化的程序，采取连续接近的方法去塑造行为，即把动作分成许多小步子，当有机体每往所需的动作接近一步，就给该步骤以强化，直到最后达到所需要的所有动作。他认为，倘若采取这样的方法，无论操作性行为离所设想的目标多么遥远，或者所设想的行为多么复杂，只要一直稳步前进，就有可能达到预期的目的。斯金纳把他的理论运用到程序教学和教学机器中去，在教学上影响较大。
4.新行为主义的学说
以赫尔（C.L.Hull，1884—1952）、斯彭斯（K.W.Spence）、莫勒（O.H.Mowere）、米勒（N.E.Miller）等人为代表的新行为主义对经典的S—R公式作出了修正，他们认为，刺激与人表现出的外显反应之间有中介体。他们把中介体设想为人们的语言和思维的等价物。赫尔以环境的各种因素为自变量，以反应的各个方面为因变量，在中介体中设置动因、诱因、习惯强度、反应势能等中介变量，用行为的数理理论展开了较严密的理论推理，列出了借助中介变量而形成的自变量与因变量间的函数关系。
二 认知理论
认知理论强调有机体自身的能动作用，认为学习是认知结构的改变过程，因此心理学的任务主要不是去观察、改变或塑造人的外部行为，而是去分析人的认知程序结构及规律。该派理论的主要代表人物有苛勒（W.Kohler，1887—1967）、托尔曼（E.C.Tolman，1866—1959）、皮亚杰（J.Piaget，1896—1980）、布鲁纳（J.S.Bruner，1915—）和奥苏伯尔等，他们有以下几种主要学说。
1.完形学说
以苛勒等人代表的格式塔学派在对知觉的实验研究中，逐渐形成了完形学说的一般理论。格式塔学派认为，我们通过感官知觉所得到的都是一些整个的“形”、“式样”，即“完形”。当环境发生变化，遇到困难和问题时，这个“形”就出现了某些“缺口”或“缺陷”。有机体的活动有一种渡过“缺口”、弥补“缺陷”、完结“图形”的倾向，即有在一定的条件下尽可能看见“好形”或“完形”的倾向。这种知觉的不断重新组织，使头脑中不断出现一个又一个的完形。知觉重新组织的活动和完形作用就是学习。
格式塔学派在以组织或完形作用解释学习时，强调有机体反应的整体性，他们认为有机体的反应不是对情境中的各部分而是对整个的模型。他们认为，知觉本身显出一种有组织的整体性，一种形式，一个完形，如果力图加以分析，这种整体性就被破坏。
格式塔学派反对行为主义“尝试与错误”的理论，他们认为，知觉经验的变化过程，即学习过程，不是渐进的尝试与错误的过程，而是由于完形的出现，由于“顿悟”，即突然地理解了。他们认为，尝试与错误除了干扰外，对学习并不起作用，学习的成功完全是由于顿悟的结果。
2.托尔曼的认知——目的学说
托尔曼自称是行为主义者，却吸收了格式塔学说的思想，认为学习不是S与R的直接联结，主张把S—R公式改为S—O—R公式。在S—O—R公式中，O代表有机体（Organism）的内部变化。这样，刺激与反应之间就不存在直接的机械联系，而是存在着一个称为“有机体的内部状态”的中介环节。他通过老鼠走迷宫的实验，证明通过学习，有机体形成了一种有关环境的“图画”，这张“图画”称为认知地图（即认知结构）。这样，学习的实质就是形成认知结构，而原有的认知结构是有机体内部状态中的最重要的因素。
托尔曼还通过实验否定了行为主义关于强化是产生学习的必要因素的观点。他发现，动物在未获得强化前学习已出现，只不过未表现出来，这就是“潜伏学习”。他在解释未经强化的潜伏学习的发生时指出，有机体的行为是有目的的行动，有机体对于环境的认知是达到目的的手段，目的的达到或预期的结果也是一种强化。这就是所谓内在的强化，即由学习活动本身所带来的强化。目的也是S—O—R公式O中的重要因素。
3.皮亚杰的认知—发展学说
（1）认知—发展理论中的概念。
皮亚杰把学习看作有机体对觉察到的环境的组织与适应。他的认知—发展理论中有四个最重要的概念：图式（schemate），同化（assimilation）、顺应（accommodation）和平衡（equilibrium）。图式是认知或心理结构，图式的变化导致认知的形成和发展，图式变化的原因在于同化和顺应。同化是人们把新的知觉要素或刺激物整合到原有的图式或行为模式中去。顺应则是新图式的创造或旧图式的修改。为了形成适量的、概括性的图式，同化与顺应之间的均衡是必要的，皮亚杰把这种均衡称为平衡。
（2）认知结构发展的原因。
按照皮亚杰的理论，可以这样来解释人的认知过程：当人感受到一个新的刺激物时，他就试图把这一刺激物同化到一个原有的图式中去，如果他成功了，与特殊刺激事件有关的平衡就暂时达到了；如果人不能同化这一刺激，那么他试图通过修改某一图式或创造一个新图式以顺应这一刺激，当完成这一顺应时，对刺激物的同化就继续进行下去，并达到了平衡。因此，可以把顺应过程看作是认知或心理结构（图式）的质变，而同化仅仅是把刺激物增添到原有的结构中去，这是一种量的变化。这种质量互变，即同化与顺应的协调与整合是认知结构的生长与发展的原因。
（3）内在动机是智力发展的主要动力。
皮亚杰广泛探讨了认知行为的动机问题，他拒绝行为主义“强化”这一概念，也拒绝把外在的需要看作是推动有机体认知行为的主要原因。他认为，参与认知活动的需要是一种内在的需要，动机来自有机体的内部。他认为，“……幼儿的最基本的需要是属于一种机能的范畴。器官的活动通过它本身的存在，引起……一系列替代性的需要，这一替代性需要的复杂性从一开始就超出简单的器官的满足（原始需要）……因此把事物纳入到主体的图式中的需要就成为智力活动的主要动力……但实际上，智力活动的主要动力是同化的动作而不是这些需要。”这就是说，动机是有机体本身所固有的。当儿童遇到那些和他们所希望或预料的不一致的经验时，就处于不平衡状态，同化和顺应的机制就被启动，而同化是儿童试图达到平衡的首要选择。
（4）环境对认知发展的作用。
在皮亚杰看来，对环境的动作是认知发展的一个必要条件。动作可以是外显的，也可能是内在的。儿童只有动作于环境，才能形成物理知识、逻辑数学知识和社会经验知识。
（5）遗传对认知发展的影响。
皮亚杰认为遗传对认知发展影响最大。他通过大量的研究发现，儿童心理发展的各年龄段都有其独特的认知特点。他把儿童认知发展大体上分成四个阶段。即感觉运动智力阶段（0—2岁）；前运算思维阶段（2—7岁）；具体运算阶段（7—11岁）；形式运算阶段（11—15岁或更大些）。他指出，尽管儿童通过各阶段的速度可能不同；但每一个儿童必须以同样的顺序通过认知发展的各个阶段。
4.布鲁纳的认知—发现学说
（1）认知发展的三个阶段。
现代认知理论的代表人物布鲁纳认为，学习是通过主动发现而形成认知结构的过程。他认为，儿童的认知发展不是刺激与反应结合的渐次复杂化的量的连续过程，而是由结构上迥异的三个阶段组成的阶段性的质的过程。这三个阶段是行为把握、图像把握和符号把握。行为把握是同手足的直接行动联系在一起的。而图像把握以视觉图像为主，也包括听觉图像。在行为把握中，一个刺激只产生一个反应，但在图像把握中，一个刺激，可以对它具有的两个以上的侧面同时作出反应。符号把握是最高的认知方式，它是依靠语言符号来表现的认知。符号把握可以自由地交流，还可以作出种种的变形或发展，从而可以逻辑地把握事物，认识事物诸要素间的关系。
由于符号把握具有无穷的生命力和发展力，布鲁纳强调，处于学科核心地位的基本概念和基本主题是促进、增进儿童的智力所必需的，要突出学科基本结构的学习。
（2）学习动机的作用。
关于学习动机，布鲁纳非常强调内部动机是促进学习的真正动力。所谓内部动机，是想要在学习本身中发现学习的源泉和报偿。所要求的报偿是对于该活动的出色结果的满足感，或者是对活动过程本身的喜悦。因此，布鲁纳主张学习者自己去发现教材的结构，在发现中培养发现的喜悦感。他的发现学习理论，对全世界的教育产生了极其深远的影响。
（3）直觉思维的作用。
布鲁纳非常重视发现学习过程中的直觉思维，他把分析思维和直觉思维做为发现学习中并驾齐驱的两部马车。布鲁纳把直觉思维同他的行为把握→图像把握→符号把握的认知发展阶段理论紧密联系在一起。直觉思维通常采取图像的方式进行，因而不受时间顺序和逻辑顺序的束缚，可以同时一览无余地把握构成的各种要素。另外，直觉思维多是图像把握或图像之前的情绪性的感知，是难于言传的，具有非语言的性质，因此直觉思维可以先于分析思维对事物进行认知，在发现中起到逻辑的分析思维所不能起到的作用。
（4）教育意义上的准备观。
布鲁纳对学习心理学中的准备观给予了严酷的批评。准备观是说儿童的智力发展要经历其自身的自然过程，学习的内容要同智力发展的准备相适应；学习内容一旦超越了准备的时期，学习者即使努力，也收效甚微。布鲁纳认为这种生理概念上的僵化的准备观是有害的，而且与学习的事实相矛盾。正确的准备观应当是教育意义上的准备，充分掌握先行的、较简单的知识技能，构成学习后行的、较高深的知识技能的认知基础，这才是准备的真正涵义。布鲁纳的准备观是现代课程论、早期教育论的重要理论基础。他认为，“即使是高级的科学命题，它的幼芽也已经在幼儿的生活中占有相当的势力……让幼儿学习科学命题的初步，不仅可能，并且有效而又必要。为什么这样说呢？因为在日后系统地教授该科学命题时，儿童已经形成了直观易懂的基础了。”在这个意义上，他断言：“凡是用现行手段教授的一切题材，都可能用单纯的形式，更早期地教给儿童。”
5.奥苏伯尔的认知—意义接受学说
在上一节，我们介绍了奥苏伯尔对学习的分类。奥苏伯尔认为，学校主要应采用意义接受学习。奥苏伯尔在以此为基本线索的研究中，形成了他的认知—意义接受学习理论。
（1）认知结构变量。
奥苏伯尔认为，影响意义接受学习的最重要因素是学生的认知结构。所谓认知结构，就是指学生现有知识的数量、清晰度和组织程度，它是由学生眼下能回想出的事实、概念、命题、理论等构成的。学习则是认知结构的组织与重新组织。每一个学生的认知结构各有特点，个人认知结构在内容和组织方面的特征称为认知结构变量。奥苏伯尔提出了三个影响意义接受学习的主要认知变量：<1>在认知结构中是否有适当的起固定作用的观念可以利用；<2>新的学习内容与同化它的原有观念的可以辨别的程度；（3）原有的起固定作用的观念的稳定性和清晰性。可见，起固定作用的观念对新的学习是否有意义，起着十分重要的作用。
（2）同化理论的核心。
奥苏伯尔的意义接受学习是以学习的同化理论为基础的。他扩大了皮亚杰提出的同化概念的内涵，认为同化是任何学习的基本形式。奥苏伯尔同化理论的核心是：学生能否习得新信息，主要取决于他们认知结构中已有的有关观念；意义学习是通过新信息与学生认知结构中已有的有关观念的相互作用才得以发生的；由于这种相互作用的结构，导致了新旧知识的意义的同化。
（3）意义学习的三种类型。
对于意义学习，奥苏伯尔进一步将其按由低到高的层次分为三种类型：
<1>表征学习。
指学习单个符号或一组符号的意义，即学习的符号是代表什么。表征学习的主要内容是学习词汇，即明确所学的词汇代表什么。这种学习的心理机制是，符号和它们所代表的事物或观念在学习者认知结构中建立了相应的等值关系。尽管表征学习具有机械学习的基本特征，但由于符号与实体之间有实质性的联系，因而表征学习从总体上看仍属于意义学习。
<2>概念学习。
指掌握由符号所代表的同类事物的共同的关键特征。如果某类事物的这种特征在学习者认知结构中有了一般意义，那么他就掌握了这个概念。获得概念有两种基本形式：概念形成与概念同化。学习者根据直接经验，从多个具体事例中抽象出它们的关键属性，这种获得概念的形式叫概念形成。以定义的方式直接向学习者呈现，学习者利用认知结构中原有的有关概念理解新概念，这种获得概念的形式叫概念同化。奥苏伯尔认为，后者是学校中学生获得概念的主要形式。
<3>命题学习。
是指学习由几个概念联合所构成的由符号代表的复合意义。命题是以句子的形式来表述的。命题学习是新命题的内容同认知结构中原有的有关观念以特定方式相结合并产生相互作用的结果。这种结合可以是下位关系（又称类属关系）、上位关系（又称总括关系）或并列关系。
下位关系是指新学习的命题类属于学习者认知结构中已有的、包摄性较广的观念。下位关系有两种形式，一种是派生类属，即新的学习内容仅仅是学生已有的、包摄面较广的命题的一个例证，或是能从已有命题中直接派生出来的。这种具体命题相对来说比较容易学习，只需少量认知活动就能领会其意义。另一种下位关系是相关类属，当新内容扩展、修正或限定学习者已有的命题，并使其精确化时，表现出来的就是相关类属。
上位关系是指新学习的命题比学习者认知结构中已有的观念包摄程度更高，而且已有的有关观念可以类属于新命题之下。
并列关系是指新学习的命题与学习者认知结构中已有的观念既不产生下位关系，又不产生上位关系，而它们并列组合在一起，会产生新的意义。
（4）学习动机——内驱力的作用。
关于学习动机，奥苏伯尔认为，它主要由三个方面的内驱力所组成：
①认知内驱力。
认知内驱力是指学生渴望认知、理解和掌握知识，以及陈述和解决问题的倾向。它是一种内部动机，是意义学习中最重要的一种动机。它发端于学生好奇的倾向，以及探究、操作、理解和应付环境的心理倾向。
②自我提高内驱力。
它反映了学生要求凭自己的才能和成就获得相应的社会地位的愿望。这是一种外部动机。奥苏伯尔认为，这种外部动机的作用也是不可低估的，因为在事实上很少有人能形成足以推动他掌握大量学科内容的强烈的认知内驱力。
③附属内驱力。
是指学生为得到家长和教师的赞扬而学习。这也是一种外部动机。随着学生年龄的增长，这种动机的重要性日趋降低。
三 信息加工理论
20世纪70年代以来，一些心理学家开始试图用信息加工模式来解释学习活动，形成了各种各样的学习的信息理论。这方面最有影响的人物是加涅。下面我们就来介绍一下加涅的以信息加工理论为基础的认知——指导学习理论。
加涅博采各家各派之长，一方面承认行为的基本单位是刺激与反应的联结，另一方面又注重探讨刺激与反应之间的中介因素——心智活动，因此被认为是行为主义与认知学派的折衷主义者。加涅在对学习理论的探讨中，试图阐明学生的认知结构，并着重用信息加工模式来解释学习活动。在加涅看来，信息加工理论代表了人类学习研究方面的重要进步。
1.学习的结果
我们在上一节介绍了加涅按由低到高层次对学习分成的八个类别。事实上，这是对学生学习的智力技能而言的。智力技能是学习的结果之一。加涅在他所著的《学习的条件》一书中认为，一共有五类学习结果：智力技能、认知策略、言语信息、运动技能、态度。
（1）智力技能。
智力技能是指能使学生运用概念符号与环境相互作用的能力，这是学校教育中最重要、最基本的学习结果，它包括最基本的语言技能到高级的专业技能。第一节所述的八类学习，就是智力技能学习的子类别。学习每一种智力技能，都是以前面较简单的技能为先决条件的（如图1-3）。
（2）认知策略。
认知策略是学生用来调节自己注意、学习、记忆和思维的一种技能。认知策略的性质与心智技能不同，心智技能指向学生的环境，使学生能处理“外部的”数字、文字和符号等；而认知策略则是在学生应付环境事件过程中控制自己“内部的”行为。在认知信息加工模式中，认知策略起执行控制的作用，对于下列几方面起调节作用：<1>注意哪些特征；<2>如何编码以便于提取；<3>如何从事问题解决过程；<4>怎样才能有利于迁移。由此可见，要把学生培养成独立的思维者，认知策略作为学习目标是很重要的。
（3）言语信息。
言语信息是学生通过听或看习得的用言语来表达的知识，特别是书本知识的信息。学校教育主要是通过言语信息把人类千百年累积起来的知识一代一代传递下去。言语信息的学习实际上就是知识的学习。言语信息的学习使学生具备进一步学习的条件，影响学生将来的职业和生活方式，并构成学生解决新问题的基础。
（4）运动技能。
运动技能是指由一系列有组织的肌肉动作组成综合活动的一种技能。运动技能的一个显著特点是，只有经过长期不断地学习，才能日益精确和连贯。
（5）态度。
态度是影响个人选择行动的内部状态。它也是学习的一种结果。一个人对某件事情态度强烈的程度，往往是由他在各种不同情况下选择这件事情的频率决定的。
2.信息加工的模式
加涅关于学习的信息加工模式的基本内容可以用图1-4所示的框图加以表示。
现在我们借助框图，简略介绍学习的这种模式。
（1）神经信息。
学习者从环境接受刺激，刺激推动感受器并转变为神经信息。这个信息进入感觉登记处，登记进行得很快，一般在百分之几秒内就可以把来自各感受器的信息登记完毕。在感觉登记处，由于注意或选择性知觉的作用，信息的某些部分被加强，另一些部分被削弱，使登记的信息发生了一个转变。经过转变了的信息很快进入短期记忆，在这里可以持续20秒钟。短期记忆的能力很有限，一般只能贮存7个左右的信息项目。一旦超过了这个数目，新的新息进来，就会把原有部分信息赶走。若欲延长短期记忆的持续时间，可以采用复述的方法。但复述并不增加短期记忆中所贮藏的项目数。
（2）编码。
当信息离开短期记忆而进入长期记忆时，信息便发生了关键性的转变。这个转变过程称为编码。编码包括表格、图表、空间矩阵、详尽的想象、信息的“图画”等形式。通过编码，使长期记忆中的信息不是简单的收集，而是以各种方式有意义的组织起来，并且是以概念的形式贮存的。信息在长期记忆中可以被长久贮藏。
为了使所学习的东西得到证实，必需从长期记忆中检索信息。检索过程要求提供一定的线索，这种线索或者来自外在情境或者来自学习者的其他记忆。利用线索则可把有关的信息联结起来。经过检索提取出来的信息可以直接通向反应发生器，也可以再回到短期记忆。在回到短期记忆的情况中，又有两种可能。一种可能是回到短期记忆的信息同新输入的别的信息结合而进行新的编码，另一种可能是经适当转变而推动反应发生器。
（3）反应发生器的作用。
当信息到达反应发生器后，反应发生器就将决定人做出反应的基本形式（包括说话、身躯或手各部分肌肉的动作等等），以及动作的顺序和时间，以保证将要发生一种有组织的动作。反应发生器发出的指令使反应器激活，从而完成讲话、写字这样的可观察到的活动。
（4）反馈信息的作用。
学习者的动作构成了环境中的事件，学习者对事件的观察提供了反馈信息，他可以根据反馈判断自己的学习是否达到了目的，从而巩固所学的内容，为再次深化学习提供信息。可见，信息流并不终止于环境，而是经过环境形成一个闭合的环。
图1-4的框图上方“执行的控制”与“期望”两项决定学习者加工信息时所采用的方式。加涅所以不把这两者与学习模式中其他结构联起来，一方面是由于这两者能够影响信息加工过程中的所有阶段，另一方面也由于它们之间相互联结的关系目前还不很清楚。执行的控制即加涅所讲的认知策略，它决定感觉选择的内容、短期记忆中要复述的内容、编码的计划、信息在长期记忆中如何贮藏、检索的计划、选择反应的形式等。期望是指学生希望达到目标的动机，它倾向于完成一个目标，是一种继续不断的心向。这种心向使学习者能够选择每次加工阶段的输出，如影响他们要注意什么，影响他们对信息如何编码以及影响他们如何组织他们的反应。反馈之所以有用，是因为它肯定了学习者的期望，使反馈具有强化的作用。由此可见，执行的控制与期望两项在信息加工过程中起着极为重要的作用，它们使学生学会怎样去学习，成为有自学能力的人。
3.学习过程与指导
从学习模式中可以看到，学习是学生与其环境之间相互作用的结果。学习的内部过程要受到发生在学习者之外的事件的影响，而外在事件可以人为地加以控制、计划和执行。教学就是有目的、有计划地发动、激化、维持和促进学习者的学习的一整套外部事件。加涅认为，教学设计的目的，是要影响学习的内部过程。加涅十分强调教学在学生学习过程中的指导作用，并且认为，学习的各个阶段应当与各个教学阶段的指导相吻合。图1-5给出了学习的八个阶段与相应的教学指导之间的关系。
四 中国的学习理论
1.中国古代思想家有关学习的一些言论
（1）学而知之。
“吾尝终日而思矣，不如须臾之所学也。”（《荀子·劝学》）
“不学自知，不问自晓，古今行事未之有也。”（王充：《论衡·实知篇》）
（2）学思结合。
“学而不思则罔，思而不学则殆。”（《论语·为政》）
“思而得之则深。”（郑玄：《郑志》）
（3）知行统一。
“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。”（子思：《中庸·二十章》）
“君子之学也，入乎耳，箸乎心，布乎四体，形乎动静；端而言，蠕而动，一可以为法则。”（《荀子·劝学》）
“学至于行而止矣。”（《荀子·儒效》）
“学之之博，未若知之之要，知之之要，未若行之之实。”“论先后，知为先；论轻重，行为重。”（朱熹：《朱子全书》）
（4）立志乐学。
“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”（《论语·雍也》）
“为学须先立志，志既立则学问可以次第著力。”（朱熹：《朱子全书》）
2.中国学习理论的结构模式
中国古今流传的学习理论包含着丰富而深刻的内容，尽管这些理论是分散的，不具备系统化的特点，但经过整理、总结和提高，却能得到一套具有中国特色的、确实能反映学习的本质、特点、过程和规律的比较系统的学习理论。在这一方面，近年来我国教育工作者做了许多工作，其中以乔炳臣按中国学习理论总结出的学习过程和结构模式的叙述最引人注目。
这个具有中国特色的学习过程和结构模式可以概括地用图6表示。该图表明，构成这个学习过程结构模式的主线有两条：
一条是围绕智力因素展开的，包括学、思、习、行在内的生理条件对“知行统一”过程发生作用，其中学与思又分为博学、审问、慎思、明辨四个阶段；另一条是围绕非智力因素展开的，包括情、意为主的心理条件对“知行统一”过程发生的影响作用。这两条主线反映的知、情、意、行过程，正是人才成长不可缺少的综合要素，构成了比较全面、系统、完整的学习过程。
图1-6还表明，围绕智力主线展开的学、思、习、行活动，又可以分为博学、审问、慎思、明辨、时习、笃行六个阶段，而且前四个阶段都要与“时习”直接发生联系，促使学习及时地达到巩固记忆、熟练技能、开发智力的目的，为笃行奠定基础。“笃行”是完成学习过程的暂时终结，是掌握知识技能、发展能力、形成德行的集中表现。该图显示出，由“行”到“知”是一个学习反馈过程，它表明学习是由低层次向高层次转化，由量变到质变的循环往复过程，这正是“知行统一”观的科学反映。
五 各派学习理论述评
1.各派学习理论基本特征的比较
在前述的四大类学习理论中，行为主义理论和认知理论的区别十分显著，信息加工理论则结合了前两者而加以折衷，中国的学习理论是在中国古老文化背景下独立形成的一种注重整体性的理论。
行为主义理论和认知理论的基本区别大体上如表1-1所示。
表1-1 行为主义理论与认知理论的比较
信息加工理论既承认行为的基本单位是刺激与反应的联结，又注重探讨刺激与反应间的心智活动；既强调影响学习的外部条件，又注意分析学习的内部过程。这个理论试图给出心理运演每一具体步骤的程序，甚至采用计算机加以模拟。可见，信息加工理论是以它所引入的“信息流”为线索的综合行为主义学习论和认知学习论的一种折衷理论。
中国的学习理论是中国历代教育家、思想家通过自身的学习与教育实践总结出来的应用理论。它不以动物或人的行为变化为依据，而专指人的社会活动范畴。中国的学习理论既重视掌握知识技能的活动过程，又强调运用知识于实践的活动过程，它是一种整体性的理论。中国的学习理论又是一种特别概括的理论，与学习的经验相符，其正确性是毋庸怀疑的。
2.各派学习理论简评
在本章的开头，我们就指出，我们是为了研究物理学习这一目的来介绍派别林立的一般的学习理论，虽然我们不能从这些理论中得到有关物理学习规律的答案，但是我们已经从中获得了对研究物理学习十分有用的词汇和工作语言。共同的工作语言不仅使后面的叙述变得方便和简洁，而且使物理学习的研究不致成为整个学习研究中的孤立事件。除了语言之外，我们还从这些理论中获得了许多有益的启示，虽然我们不是照搬这些理论或将其在物理学习中具体化，但是其中的一些成果无疑会被我们所吸取，有的成果甚至会作为物理学习理论的重要依据。
或许有人问：在介绍过的各派学习理论中，哪一种理论更适用于物理学习的研究？在我们看来，目前还没有一种完全适用于物理学习的一般学习理论，而已有的每种学习理论中，又都或多或少地具有适用于物理学习的成分。我们采取一种兼收并蓄的态度，即吸收每种理论中的合理成分，摒弃它们之中的不合理成分。不要以为这是在搞折衷，我们的出发点不是这些已有的理论，而是物理学习的事实，我们的工作并不为这些已有的理论所局限。有了这样的基本考虑之后，我们就可以对各种学习理论做一个大概的审视。
首先我们来看一看行为主义学习理论。行为主义理论以动物实验为基础，把从动物实验得出的“尝试与错误”的学习过程援引到人的学习上，认为人的学习只是在量的方面复杂化了，与动物的学习没有根本的区别。因此，行为主义理论不能反映人类学习的特性，难以直接应用于人类课堂学习情境中的学习。此外，行为主义理论把意识和行为等同起来，把意识也归结为行为，而全部行为不外是肌肉的收缩和腺体的分泌。这样，它就把人类学习的高级智力活动排除在研究的范围之外，无法解释复杂的学习现象。
尽管如此，行为主义理论中仍然有不少合理的成分。在我们研究的学生与物理环境的相互作用中，仍然存在着刺激——反应这样的基本组元，只不过学习并不是刺激与反应间的简单联结，中间要有一连串的心理转换活动。物理学习的结果，也总是要直接或间接地表现为行为，对学习的测量和评价正是依据学生学习前后的行为做出的。可见，行为主义理论对物理学习的两头，即从环境输入和向环境输出的阶段是有一定参考价值的。另外，行为主义注重严格实验的研究方法也是值得我们借鉴的。
再来看认知学习理论。认知学派较多以学生的学习为研究对象，着重研究人在学习中的内部心理过程，因此比较适用于人类的复杂学习。认知理论注重分析新知识和原有知识经验的相互作用，把学习的结果归结为认知结构的变化，这启示我们应该把物理学习研究的重点放在分析学生的认知结构及其变化方面。可见，认知理论在研究物理学习的中间阶段——思维加工阶段，有较强的适用性。
然而，认知理论并没有彻底揭示学习的心理活动的实质，其理论带有先验的倾向，还缺乏有力的实验依据。另外，认知理论企图用“认知”概括人的全部学习活动，事实上在学习中除了认知因素外，还有意向因素的参与，也有环境与人之间的交互作用。
关于信息加工理论，它吸收了行为主义理论和认知理论的精华，对已有成果采取一种有选择的继承和进一步发展的态度，这种研究方法是可以借鉴的。信息加工理论在探求学习实质方面向前迈出了一步，它所揭示的人脑加工处理信息的各个阶段，使人们初步了解了学习的某些微观过程，我们利用它能够比较具体地说明物理学习中的一些现象。但是，仅用信息过程来解释学习是远远不够的，信息加工只能描述学习的某种流程，它还不是学习的微观活动本身。
最后谈一谈中国的学习理论。中国的学习理论是我们民族文化的宝贵遗产，是数千年来中国人学习经验的正确总结。在研究物理学习的时候，我们应该突出它的地位，这是因为学生的物理学习也是在民族文化的氛围中进行的，每个人学到的物理知识和观念都不可避免的带有民族文化的痕迹。当然我们也应该承认，中国的学习理论过于概括，用于说明具体学习问题时显得有些牵强和不够深入。我们相信，随着研究工作的深入，具有中国民族特色的学习理论一定会得到进一步的丰富和发展，带给物理学习研究以更多的启示。
第三节 物理学习
研究物理学习，有必要首先给出它的定义。它与一般的学习定义之间有着密切的联系，它是一种在特定环境下引起特定行为变化的一种学习。下面，在给出物理学习定义的同时，概略讨论一下它的特定环境和特定行为变化。
一 物理学习的定义
本书研究的学习限定于学生在学校中以物理科学为对象的学习。在我国，学生一般是从初中二年级开始学习物理，因此本书中泛指的学生包括从初中二年级开始的初中生、高中生和学习基础物理的理工科大学生。
1.教育环境
学生在学校中的学习是在教育环境中的学习。它与日常生活和工作环境下的学习不同。学生在学校中的学习，是在教师指导下，有目的、有计划、有组织地进行的，是按照教育目标改变学生行为的过程，因此，它具有如下三个显著的特点：
①学习的内容主要是前人积累起来的间接经验，不必经历独自的探索和发现，因而可以避免走前人走过的曲折道路，使学习有可能是高速度、高效率的。
②个体在生活中直接经历的情况是自然的，而学生学习的情境是人为的，学生的学习主要通过文字、语言或其他符号、实验，并在有人指导的条件下进行。
③学生的学习主要不是为了满足当前的生活需要，而是为将来参加社会实践做准备，这与成年人在工作中的学习有所不同。
2.物理客观环境
以物理科学为对象的学习又是在物理客观环境中的学习。它与其他学科的学习在内容和方法上都有明显的区别。同一自然现象在不同学科看来会有不同的环境。例如，对一支点燃的蜡烛，化学家注意的是蜡油和空气中的氧气化合，变成水和二氧化碳；数学家看到火焰下方蜡烛熔化成一个凹下的曲面，他会想，这样的曲面怎样计算才好呢？而物理学家在想，为什么火焰会发出光辉？他将测定外侧白色火焰的温度和内侧青色火焰的温度哪个高，再用分光器观察从火焰发出来的光的光谱。他将发现，这是被加热的碳原子所发出的光。可见，物理客观环境是由实际事物中的各种物理因素所构成的，它只是实际事物的一个方面。
3.物理环境
由上述讨论可以看出，物理学习有两个环境：一个是作为其存在形式的教育环境；另一个是作为其学习对象的物理客观环境。这两个环境相互交织、相互影响，其整体构成了物理学习的环境。为方便起见，在今后的讨论中，我们把物理学习的环境简称为物理环境。这就是说，物理环境包括物理客观环境和教育环境两个因素。
4.物理学习的定义
物理学习是学生与物理环境相互作用的过程。相互作用的结果使学生的某些行为或行为潜力发生了比较持久的变化。只有通过相互作用才能发生这样的变化，也只有通过相互作用才能表现出这些变化。于是，我们可以给出物理学习的定义，其表述如下：
物理学习是学生由于与物理环境相互作用的结果，而产生的某些有关的行为或行为潜力的比较持久的变化。
二 物理学习与行为变化
学生在物理学习中，将产生哪些行为和行为潜力的比较持久的变化呢？回答这一问题，将有助于消除为学习物理付出艰辛努力的一些学生常常来自心底的疑惑：“花费这么多时间和精力学习物理功课是否值得？学习物理究竟会给我们带来什么？”
物理学习带给学生的行为或行为潜力的变化是多方面的，其中带有根本性的大的变化可以概括为三点。
1.使人能够适应现代社会的需要
在科学技术落后的社会中，例如一百年以前，人出生后只要经过一般的生活常识学习和简单的劳动技能训练，不必通过学习科学，成人后就能参与社会生活，靠简单的体力劳动谋生。今天的社会，科学技术在各个领域全面普及，并且以前所未有的速度在飞速发展。科学技术已经成了现代社会生产和生活中的基本要素，按早先的要求所培养的人已经无法在现代社会中从事劳动和进行生活了。人要想适应现代社会，就必需学习科学技术。
物理学既是科学技术的基础学科，又是科学技术的带头学科，它带动、预言和展示着一些边缘科学、工程技术和国民生活的发展。以物理学为先导的科学技术，改变了工农业生产的方式和结构，也给人民的生活带来了巨大变化。在国民经济各个领域所需要的科学知识中，物理知识占有最大的比重。
1985年，中国教育学会物理教学研究会对16个行业的物理知识需求情况在全国范围内进行了较大规模的调查，这16个行业包括：电子、机械、燃化、文教、部队、纺织、地矿、交通与铁路、农林牧渔、建筑、外贸、冶金、轻工、水电、邮电、气象等。调查的对象是各行各业的一般工作人员和技术工人，要求他们根据自己所在行业的需要，分别就132项列入中学物理教学内容有争议的知识，写出不需要或需要的程度。对调查得到的72204个数据的统计结果表明，16个行业社会总需求平均值处在较大需要的范围之内。应该注意，所调查的项目中有许多是现行初、高中教材没有写入的并不是最基础的知识，而且调查的对象是各行业的一般工作人员和技术工人。这充分说明，社会上普通劳动者对物理知识的需求已经远远超出了中学物理知识的范围。
要满足这种迫切需要，现代社会中的每一个青少年都得进行物理学习。通过物理学习，学生将认识自然界和生产、生活实践中的各种丰富多彩、千变万化的物理现象，认识这些现象发生和发展的规律。这样，学生对物理世界就经历了一个由不知到知，由知之甚少到知之较多的变化。他们开始能够对身边的物理现象做出科学的解释，对物理事件的发展做出正确的估计，并据此采取相应的行动。他们开始能够比较精确地测定各种物理量，在实验室中自己动手做实验，使物理现象在人为控制条件的情形下发生。他们开始能够直接把物理知识应用于生活和生产实际，做出某种技术改造或技术发明。
以上这些由物理学习产生的行为或行为潜力的变化，形成了学生步入现代社会的必要准备。当学生进入社会以后，这些准备就成了他们在现代社会中生存和发展的重要基础。无论他们从事什么职业，所学的物理知识和技能都会在他们的工作中产生巨大影响和作用。物理的学习还使他们能以合格公民的身份对与科学技术息息相关的社会重大政治、经济等问题发表自己的意见，发挥自己的作用。物理学习的结果也直接影响着他们的家庭生活，使衣、食、住、行的方式不断趋于现代化。
物理学习产生的这种行为或行为潜力的变化，同学习其他学科产生的变化一起，把一个生来根本无法适应现代社会的人，变成能够适应现代社会并能够在现代社会中做出创造的人。
2.使人能够从事进一步的学习
相比之下，只有少数人以物理学研究和物理教育为职业，这些人必须精通物理科学，必须不断扩充自己的物理知识，跟上物理学的最新发展。他们的物理知识是不断累积起来的，在学校中学到的物理知识是以后学习的基础。其余的多数人则有各自不同的专业，经过一定的专业训练后进入国民经济的各个行业。但是，大多数专业的学习都要以一定的物理知识为基础，只有学习物理之后才能进入专业课的学习。物理学习同样是他们从事进一步学习的必要准备。
物理学成为其他各门科学技术的基础，是由于物理学的研究内容最为普遍，应用范围最为广泛。化学、生物学、医学、地理学、地质学、工程技术、交通运输等科学技术的学习都需要广泛的物理知识作为基础。与物理有关的边缘科学的学习，如生物物理学、天体物理学、化学物理、地球物理、海洋物理等学科的学习更是直接在物理学习的基础上进行的。
可见，一个人的物理学习水平决定他在什么层次上开始某门科学技术的学习，也显著影响着他今后的学习行为。正因为如此，各层次的理工科专业招生时，都把考生的物理成绩高低作为录取与否的重要依据。这表明，物理学习将使一个人开始学习某门科学技术成为可能。物理学习使人从不能学习各门科学技术到能够学习各门科学技术。显然，这是一个人的行为或行为潜力发生重大变化的过程。
3.使人的素质得到显著提高
物理学习绝不仅仅是获得知识，而且包含着使人的素质得到显著提高这样一个影响更为深远的结果。通过物理学习，人的文化素质、心理素质和思想素质都会有显著的提高。
物理学是一门科学文化，它是人类文化的重要组成部分，而且在人类文化中保持着十分重要的地位。它的观念、理论和方法，已经深深渗透到人类文化的各个部分。物理学在文化中的地位提供了通过物理学习提高文化素质的可能性。物理学习将大大增加人头脑中的知识总量，促使感官和大脑提高认识世界的速度、深度、灵敏度和正确程度，这样就提高了人的文化素质。
物理学是人类对自然界物质运动规律的认识，它反映了人类智慧发展的较高水平，它研究问题的方法本身就可以看作是智慧。同时，物理学又是一门十分吸引人而又比较难学的学科，它既使学习者感到极大的乐趣，又需要学习者付出艰苦的努力。这些特点，提供了通过物理学习发展心理素质的可能性。物理学习使人的各种智力因素和非智力因素得到发展，增强人的活动效率和自身对活动的调控，这样就提高了人的心理素质。
最初的物理学是从哲学中分离出来的，物理学中充满着活的唯物辩证法。学习物理就必须接受它内涵的思想与观念，使学生受到辩证唯物主义的熏陶。同时，物理知识的精确性，物理实验的可计量性，可导致一丝不苟、精益求精的科学态度；物理知识的客观性，概念的精细性，规律的局限性，可导致实事求是的科学品质；物理知识对自然界奥秘的揭示，它所展示的大自然的和谐和自洽，也将导致学生产生热爱大自然的情感。物理学的上述特点，提供了通过物理学习提高思想素质的可能性。物理学习将使人逐步形成科学世界观、科学态度、科学品质和科学情感，提高人的思想道德水准，即提高了人的思想素质。
学习的根本目的在于提高人的素质。素质的提高使人能够迅速接近、正确理解、妥善处理相当宽阔领域内的事物，或者能够从某一领域较容易地进入邻近领域，并能够较快地熟悉和适应新进入的领域，甚至在新进入的领域中做出突破性的工作。物理学习在提高人的素质方面所起的重要作用，反映了物理学习能够在更深入的层次上改变人的行为或行为潜力。
综上所述，我们从宏观的角度阐述了物理学习的重要意义，物理学习使人的行为或行为潜力发生巨大而持久的变化，即物理学习使人能够适应现代社会的需要，使人能够从事进一步的学习，使人的素质得到显著提高。虽然其他学科的学习也有类似的作用，但是相比之下物理学习所起的作用较为显著；如果缺少了足够的物理学习，上述行为或行为潜力改变的情况将是不完整的，甚至这些改变是无法实现的。这就告诉青少年朋友，在一个人的成长中，物理学习是必要的，尽管每个人由于以后专业选择的不同对物理知识需求的多少程度也有所不同，但是，每个人都必须在各自所需求的程度内学习好物理，在物理学习中付出艰辛努力是完全值得的。以上的讨论也告诉我们，既然物理学习有如此重要的意义，那么形成物理学习的理论、探索物理学习的规律也就成为一项非常重要、非常有意义的工作了，这一项工作的完成应该作为物理教育工作者持久追求、不懈努力的奋斗目标。