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物理概念不仅是物理基础知识的重要组成部分，而且也是构成物理规律，建立物理公式和完善物理理论的基础和前提，正确地理解、掌握物理概念是学好物理的基础.
1 学生形成概念的困难分析
（1）缺少认知体验.概念形成的过程，是一个对体验事物的归纳过程.缺少感性认知，必然导致概念形成困难.如“机械波”，学生能否通过大量的体验之后，一看到这个概念，脑子里就出现横波与纵波的图景.
（2）数学表达不等于物理意义.很多概念最终的表现形式是数学公式，但只从数学角度理解却是错误的.如电场强度“E=F/q”，学生经常会错误的理解为“某点的电场强度与该点处电荷电量成反比”.
（3）前概念的干扰.如“力”概念与“力气”口语表达.
（4）概念碎片化，没有形成知识结构的完整体系.
（5）缺少相似概念的辨析和本质属性的挖掘.遇到相似概念的干扰时，马上暴露问题.
2 元认知理论角度分析概念教学
2.1 元认知相关理论
元认知不是指学生对学习内容的认知，而是对自身认知过程的认知，是对当前认知活动的意识过程、控制与调节过程.
如在学习活动展开时，将正在进行的认知活动作为意识对象，并对其进行积极和自觉的调节和控制，具体包括：明确活动目标、计划实施步骤、选择应用策略、预测结果等.
2.2 三维目标与元认知理论一致
新课程标准提出了体验性要求的学习目标，从三个层次（经历、反应、领悟）强调物理学习的体验性、过程性，强调直接经验的价值和意义，要求学生能进入积极的、深层次的体验性学习，从学习中获得积极的情感体验和深层的内心感悟.这些要求与元认知理论中的体验要求完全一致.
2.3 元认知理论对物理概念教学的指导意义
在学生形成概念的五点困难中，第一点“缺少认知体验”和第三点“前概念的干扰”主要原因在于缺少对知与不知、成功与失败的元认知体验.第五点“缺少相似概念的辨析和本质属性的挖掘”原因在于缺少对归因的认知体验.第二点“数学表达不等于物理意义”和第四点“概念碎片化，没有形成知识结构的完整体系”主要在于学生元认知监控能力的不足，不能在认识与运用知识时通过监控，调整学习策略，以更利于个体学习.
3 元认知视角下的概念教学重构
3.1 课堂教学案例分析
《简谐运动的回复力与能量》教学片段——回复力
（1）演示实验：水平方向的弹簧振子.（配合动画）
学生活动：想象周期性运动的图象.
（2） （感知体验）哪些物理量变化我们可以从实验中看出来？
学生活动：速度、位移、力（弹簧形变）…
（3）不同的位置时这些量的大小和方向变化情况？
动画示范（画5个点）：A点，A→O，O，O→B，B.
学生活动：（视觉感知）在运动过程中速度，位移的变化情况并填表.
小组活动：结合动画分析向同桌讲述，形成思维冲突，自我纠错.
（4） （引导提升）学生根据填好的表格总结一下速度、位移变化的特点？周期性；反向变化（一增一减）
（5） （归因分析）振子为什么做这种往复运动？
学生反思迁移：根据力学知识，物体的初速度和受力决定物体的运动，因此从动力学角度分析运动原因？振子受到哪几个力？合力由什么力决定？
学生回顾：胡克定律，分析弹力大小和方向的变化情况.
⑹从作用效果的角度得出回复力的定义.
学生体验：发给每个学生一根弹簧，学生边思考边感受弹力变化情况.
学生归纳：从表格中寻找规律.
得出表达式F=-kx.
学生讨论：公式中“-”的含义.
（7）知识迁移：音叉叉股上各点的振动，摆钟摆动.归纳，所有的简谐运动其回复力都满足关系式F=-kx，注意k不一定是弹簧的劲度系数.
课堂设计遵循科学的认知规律，从典型现象到简单模型，从直观现象到本质思考，环环相扣，不断将学生的探究引向深入，让学生用自己的思路引导自己研究，体验主动学习的乐趣.
几个物理量的研究顺序，本课采用“先速度，位置变化，再力，加速度”的思路.有的教师上课采用“先位移，再力，再加速度，最后速度”的思路.初看起来，第二个似乎更有道理，有合外力，才有加速度，才清楚速度变化.但仔细思考后，发现有这么一个问题：当我们看到简谐运动时，是马上进行受力分析呢？还是先研究一下这个运动的特点，是否与以前所学不一样，再进一步反思，为什么会造成运动不一样，它的受力有何特点？所以从元认知的自我监控与调整的角度看，这样的设计更符合学生的元认知规律.
感受弹力变化的设计.有的老师直接讲解弹力变化，初看起来，这个问题十分简单，有了胡克定律，学生一想也就明白了.但事实没这么简单，回复力是这节课的难点，“不等于弹力”，“始终指向平衡位置”这两个点都易错.通过学生随堂实验，学生对回复力有一个元认知体验，对回复力的领会更加深刻.
3.2 物理概念教学优化策略及模式
以上课堂的实例分析可知，元认知理论指导下的物理概念教学更符合其形成的规律，可从以下四方面考虑.
（1）丰富的元认知体验.丰富的典型实例，包括易干扰的认知体验是学生建立正确概念的关键.教材中实例丰富，且配了不少彩图，我们教师在备课过程中还可收集更多的实例，最好能设计随堂实验，让学生能参与其中.例如“加速度”概念的形成是通过“思考与讨论”提出问题：普通的小型轿车和旅客列车速度改变相同时所用的时间不同，比较谁的速度“增加”得比较快？学生举例说明“速度大”“速度变化大”“速度变化得快”三种不同表述的物理情景.再引入了“加速度”.
（2）科学的抽象与提炼.在学习的初始阶段，师生共同研究最典型、直观的模型，接着扩充其他模型，进一步完善知识结构.如点电荷的模型，先是很小的带电微粒，再是相距很远的带电体，最后是相距较近的两个小球，分析看作点电荷时受力与距离之间的关系.
（3）知识形成的合理顺序.从原有知识开始，先感性，后理性，在学生的认知→体验→监控→再认知→再体验中逐步生成准确的概念.如简谐运动中“速度（来自图象的感性认识）→位置变化（对运动的直接体验）→弹力（旧有知识）→解释与位移关系（认识冲突，元认知监控，自我纠错）→回复力（随堂实验，再认知，体验负号的意义）→加速度→动能→势能→完整表格（学生理清思路，明白各物理的意义与变化规律）”的学习顺序.
（4）在认知过程中不断监控.自我监控是形成概念的有效方法，通过不断的自我提问，对概念本质的认识将不断深入.在简谐运动教学中，先是看到什么，反问自己：“这个运动与以前 学过的运动一样吗？”再想一下有什么特点，反问自己：“我能否总结出规律？”进一步思考，为什么做这样的运动呢？反问自己：“我应该从哪个物理量开始研究运动？”再思考，描述这个运动的其他物理量有什么规律，反问自己：“物理量之间有什么内在联系，怎样的研究顺序能更清晰地揭示这些规律.”
综上分析，形成概念主要步骤如下：首先必须给学生提供足够的感性材料（列举生活中熟悉的实例，或观察模型、实物、示意图，或进行实验等等）；然后启发诱导，让学生观察、思维、分析、比较“现象”的共同属性，不断自我提问，概括、抽象出其本质，得出物理概念的定义；最后，运用概念，对使用过程中的正确性与合理性进行分析，深刻理解内涵和外延.
由此，形成优化后的模式图，如图1所示.
1 学生形成概念的困难分析
（1）缺少认知体验.概念形成的过程，是一个对体验事物的归纳过程.缺少感性认知，必然导致概念形成困难.如“机械波”，学生能否通过大量的体验之后，一看到这个概念，脑子里就出现横波与纵波的图景.
（2）数学表达不等于物理意义.很多概念最终的表现形式是数学公式，但只从数学角度理解却是错误的.如电场强度“E=F/q”，学生经常会错误的理解为“某点的电场强度与该点处电荷电量成反比”.
（3）前概念的干扰.如“力”概念与“力气”口语表达.
（4）概念碎片化，没有形成知识结构的完整体系.
（5）缺少相似概念的辨析和本质属性的挖掘.遇到相似概念的干扰时，马上暴露问题.
2 元认知理论角度分析概念教学
2.1 元认知相关理论
元认知不是指学生对学习内容的认知，而是对自身认知过程的认知，是对当前认知活动的意识过程、控制与调节过程.
如在学习活动展开时，将正在进行的认知活动作为意识对象，并对其进行积极和自觉的调节和控制，具体包括：明确活动目标、计划实施步骤、选择应用策略、预测结果等.
2.2 三维目标与元认知理论一致
新课程标准提出了体验性要求的学习目标，从三个层次（经历、反应、领悟）强调物理学习的体验性、过程性，强调直接经验的价值和意义，要求学生能进入积极的、深层次的体验性学习，从学习中获得积极的情感体验和深层的内心感悟.这些要求与元认知理论中的体验要求完全一致.
2.3 元认知理论对物理概念教学的指导意义
在学生形成概念的五点困难中，第一点“缺少认知体验”和第三点“前概念的干扰”主要原因在于缺少对知与不知、成功与失败的元认知体验.第五点“缺少相似概念的辨析和本质属性的挖掘”原因在于缺少对归因的认知体验.第二点“数学表达不等于物理意义”和第四点“概念碎片化，没有形成知识结构的完整体系”主要在于学生元认知监控能力的不足，不能在认识与运用知识时通过监控，调整学习策略，以更利于个体学习.
3 元认知视角下的概念教学重构
3.1 课堂教学案例分析
《简谐运动的回复力与能量》教学片段——回复力
（1）演示实验：水平方向的弹簧振子.（配合动画）
学生活动：想象周期性运动的图象.
（2） （感知体验）哪些物理量变化我们可以从实验中看出来？
学生活动：速度、位移、力（弹簧形变）…
（3）不同的位置时这些量的大小和方向变化情况？
动画示范（画5个点）：A点，A→O，O，O→B，B.
学生活动：（视觉感知）在运动过程中速度，位移的变化情况并填表.
小组活动：结合动画分析向同桌讲述，形成思维冲突，自我纠错.
（4） （引导提升）学生根据填好的表格总结一下速度、位移变化的特点？周期性；反向变化（一增一减）
（5） （归因分析）振子为什么做这种往复运动？
学生反思迁移：根据力学知识，物体的初速度和受力决定物体的运动，因此从动力学角度分析运动原因？振子受到哪几个力？合力由什么力决定？
学生回顾：胡克定律，分析弹力大小和方向的变化情况.
⑹从作用效果的角度得出回复力的定义.
学生体验：发给每个学生一根弹簧，学生边思考边感受弹力变化情况.
学生归纳：从表格中寻找规律.
得出表达式F=-kx.
学生讨论：公式中“-”的含义.
（7）知识迁移：音叉叉股上各点的振动，摆钟摆动.归纳，所有的简谐运动其回复力都满足关系式F=-kx，注意k不一定是弹簧的劲度系数.
课堂设计遵循科学的认知规律，从典型现象到简单模型，从直观现象到本质思考，环环相扣，不断将学生的探究引向深入，让学生用自己的思路引导自己研究，体验主动学习的乐趣.
几个物理量的研究顺序，本课采用“先速度，位置变化，再力，加速度”的思路.有的教师上课采用“先位移，再力，再加速度，最后速度”的思路.初看起来，第二个似乎更有道理，有合外力，才有加速度，才清楚速度变化.但仔细思考后，发现有这么一个问题：当我们看到简谐运动时，是马上进行受力分析呢？还是先研究一下这个运动的特点，是否与以前所学不一样，再进一步反思，为什么会造成运动不一样，它的受力有何特点？所以从元认知的自我监控与调整的角度看，这样的设计更符合学生的元认知规律.
感受弹力变化的设计.有的老师直接讲解弹力变化，初看起来，这个问题十分简单，有了胡克定律，学生一想也就明白了.但事实没这么简单，回复力是这节课的难点，“不等于弹力”，“始终指向平衡位置”这两个点都易错.通过学生随堂实验，学生对回复力有一个元认知体验，对回复力的领会更加深刻.
3.2 物理概念教学优化策略及模式
以上课堂的实例分析可知，元认知理论指导下的物理概念教学更符合其形成的规律，可从以下四方面考虑.
（1）丰富的元认知体验.丰富的典型实例，包括易干扰的认知体验是学生建立正确概念的关键.教材中实例丰富，且配了不少彩图，我们教师在备课过程中还可收集更多的实例，最好能设计随堂实验，让学生能参与其中.例如“加速度”概念的形成是通过“思考与讨论”提出问题：普通的小型轿车和旅客列车速度改变相同时所用的时间不同，比较谁的速度“增加”得比较快？学生举例说明“速度大”“速度变化大”“速度变化得快”三种不同表述的物理情景.再引入了“加速度”.
（2）科学的抽象与提炼.在学习的初始阶段，师生共同研究最典型、直观的模型，接着扩充其他模型，进一步完善知识结构.如点电荷的模型，先是很小的带电微粒，再是相距很远的带电体，最后是相距较近的两个小球，分析看作点电荷时受力与距离之间的关系.
（3）知识形成的合理顺序.从原有知识开始，先感性，后理性，在学生的认知→体验→监控→再认知→再体验中逐步生成准确的概念.如简谐运动中“速度（来自图象的感性认识）→位置变化（对运动的直接体验）→弹力（旧有知识）→解释与位移关系（认识冲突，元认知监控，自我纠错）→回复力（随堂实验，再认知，体验负号的意义）→加速度→动能→势能→完整表格（学生理清思路，明白各物理的意义与变化规律）”的学习顺序.
（4）在认知过程中不断监控.自我监控是形成概念的有效方法，通过不断的自我提问，对概念本质的认识将不断深入.在简谐运动教学中，先是看到什么，反问自己：“这个运动与以前 学过的运动一样吗？”再想一下有什么特点，反问自己：“我能否总结出规律？”进一步思考，为什么做这样的运动呢？反问自己：“我应该从哪个物理量开始研究运动？”再思考，描述这个运动的其他物理量有什么规律，反问自己：“物理量之间有什么内在联系，怎样的研究顺序能更清晰地揭示这些规律.”
综上分析，形成概念主要步骤如下：首先必须给学生提供足够的感性材料（列举生活中熟悉的实例，或观察模型、实物、示意图，或进行实验等等）；然后启发诱导，让学生观察、思维、分析、比较“现象”的共同属性，不断自我提问，概括、抽象出其本质，得出物理概念的定义；最后，运用概念，对使用过程中的正确性与合理性进行分析，深刻理解内涵和外延.
由此，形成优化后的模式图，如图1所示.