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物理是一门以实验为基础的科学，在众多教学环节中，物理实验是物理教学的重要环节之一，是落实物理课程目标，提高学生的科学素养、创新精神、实践能力的重要途径，也是实施物理课程改革的重要的课程资源。因此物理实验研究一直以来都是物理教育研究的热点。然而，目前关于物理实验研究过多地注重技术和方法，而忽视学生知识学习的认知过程分析，因而所开发出来的实验往往看起来比较好，其实与教学实际相去甚远，没有发挥物理实验应有的价值和功能。因此，有必要让学生从物理实验学习来促进认知过程的发展。
不同物理知识的学习有不同的认知过程，有的知识通过感知物理现象之后，经过简单的科学抽象就可以理解，而有的知识通过感知物理现象之后，必须通过认知结构的转化或调整才能理解。对于没有相关经验的知识的学习，必须通过实验来创设物理学习的情境，增强学生的感性认识，才能理解，这类实验称为增强感性认识实验。而对于学生已有相关经验且这些经验与科学知识完全相同时，只要唤起学生头脑中的感性认识，就可以顺利地理解。对于已有经验与科学知识部分相同的知识学习，必须通过实验来促进学生认知的调整才能理解，这类实验称为认知调整实验。对于已有经验与科学观念相违背的知识学习，必须通过实验来促进学生认知的转变才能完成，这类实验称为认知转变实验。
首先，感性认识是物理学习的基础，在学生对所学的知识没有相关的经验时，必须通过实验创设物理情境，增强学生的感性认识。因此这些实验应力争作到直观明显，突出物理的本质。
（1）物理概念和规律都是在丰富的感性认识的基础上进行科学思维的产物. 然而中学生的思维水平如何呢？ 初中学生的物理思维基本上还处于具体运算阶段和前运算阶段，即中学生的物理概念和规律的学习还必须借助具体事物、现象的支持。因此作为物理教师要清楚，知识抽象之处就是学生理解困难之处。此时，针对这些难点设计实验来架设思维的台阶是非常必要的。
比如在演示物体对外做功，内能减小的实验中。取一支大注射器，从烧杯中吸一些水到注射器筒内，让水湿润注射器筒壁。再将注射器筒内的水全部倒回烧杯中。然后吸入空气到注射筒内，给注射器筒壁上附着的水加热一会儿，加快筒壁上水的蒸发，增大注射筒内空气中水蒸气的浓度。然后用左手拇指堵住注射器管口，将筒内空气密闭，右手用力推推筒，将注射器筒空气压缩到约三分之一。让注射器内空气将拇指推开，在空气膨胀将拇指推开时，可以清楚地观察到注射器管口冒出白雾。实验现象不仅清楚，而且持续时间长。在管口出现的雾就像从工厂的烟囱 缓缓升起的白烟，再用右手将注射器筒内剩余的约20ml的空气 慢慢推出，随着空气的推出，管口也缓缓地升起“白烟”，给学生留下非常深刻的印象。据此现象，学生感知到了空气推动手指做功时，温度降低，从而自然而然得出“物体对外做功时，本身的内能减小”的结论。
（2）对于促进感性认识的实验研究来说，不应只停留在物理现象的呈现，而应该在此基础上，想方设法通过现象激发学生积极、主动地进解新知识。对于这一点我们认为：对于某个新知识的学习不要在学生毫无思想准备时贸然地强加给学生，而应想办法将意想不到的现象摆在他们面前，使他们的认知结构发生激烈冲突，在他们感觉到有寻找其他知识来解释他们所面临的现象的必要时，再开始新知识的学习。
比如在学习“信息的传递”这部分知识时，学生难于理解“解调”“调制”这样的过程，那么我们可以这样转化实验——把复读机产生的变化的声音信号加到小灯上，灯光里面就包含了变化的声音信号（即解调过程），通过光电池就能产生与声音信号变化规律相同的电流信号，通过放大后就能在扬声器里面把声音还原出来（即解调过程）。实验的过程中如果灯光过于分散，可以用一块透镜来会聚光线来取得更好的实验效果。这个实验能很好的让学生明白光通信的过程，如果再换好些的激光光源，加上平面镜能使信号传很远，而且还能拐弯，大大激发学生的好奇心，引发学生探究的热情。
（3）疑难实验研究是指在物理教学过程中难以操作，很难成功的实验。这种实验研究的目的是使疑难实验不再疑难，将直观明显的实验现象呈现给学生，增强感性认识的效果，以促进学生形成概念和掌握规律。因此研究的方法都是分析疑难的原因，寻找突破疑难的办法。最典型的例子就晶体的熔化实验的研究。晶体的熔化和凝固一直以来都被认为是中学物理实验中最难的实验之一，之所以难，是因为该实验中采用的晶体是热的不良导体，加热时试管壁的晶体温度已经达到熔点了，而温度计附近晶体的温度还低于熔点，它们的温差在2℃左右，而一旦试管中晶体开始熔化，变成了液体后，导热性大大加强，使得剩下的晶体很快就熔化，结果得不到理想的温度保持不变的过程，也就很难得出晶体熔化时温度保持不变的规律。针对这一点很多物理教师都在不断地改进，已经取得很大的进步，但是目前效果还是不够理想，仍需继续努力。
其次，当学习的知识在学生头脑中已有相关的经验，而且这些经验与所要学习的知识部分相符，这类知识的学习必须通过实验帮助学生进行必要的认知调整才能实现。那么如何才能促进认知的调整呢？ 学生能否学得新信息，主要取决于他们认知结构中已有的有关概念；通过学习新信息与学生认知结构中已有的有关概念的相互作用才得以发生的；由于这种相互作用的结果，导致了新旧知识的意义的同化。由此可见，认识的调整是认知的同化，而实现同化离不开学生积极的思维过程。因此作为促进认知调整的实验应该在促进学生积极思维上下功夫。
最后，当学习的知识在学生头脑中有相关的经验，而且这些经验与知识相违背，这就是平时所说的前概念。前概念有以下几个特点：广泛性、自发性、顽固性、隐蔽性。前概念普遍存在，要想让学生真正理解这些知识必须想方设法让学生的认知结构发生转变，即让学生的前科学概念转变为科学概念。那怎样才能促进认知的转变呢？可以使学生在一个具有挑战性的情景中，解决他们已有的前科学概念与公认的科学概念之间的矛盾冲突，通过新旧经验的相互作用，积极主动地构建新概念的意义：首先必须制造认知冲突的情景，能让学生经验与现实产生激烈矛盾；然后让学生意识到自己观念的不足；最后设法让学生相信新的概念适应范围更广。
物理学习不是由教师向学生传送知识，而是学生根据外在的信息，通过自己已有的经验来建构自己对知识理解的过程。作为教师要正确理解物理实验，促使学生正确理解实验的意义。
不同物理知识的学习有不同的认知过程，有的知识通过感知物理现象之后，经过简单的科学抽象就可以理解，而有的知识通过感知物理现象之后，必须通过认知结构的转化或调整才能理解。对于没有相关经验的知识的学习，必须通过实验来创设物理学习的情境，增强学生的感性认识，才能理解，这类实验称为增强感性认识实验。而对于学生已有相关经验且这些经验与科学知识完全相同时，只要唤起学生头脑中的感性认识，就可以顺利地理解。对于已有经验与科学知识部分相同的知识学习，必须通过实验来促进学生认知的调整才能理解，这类实验称为认知调整实验。对于已有经验与科学观念相违背的知识学习，必须通过实验来促进学生认知的转变才能完成，这类实验称为认知转变实验。
首先，感性认识是物理学习的基础，在学生对所学的知识没有相关的经验时，必须通过实验创设物理情境，增强学生的感性认识。因此这些实验应力争作到直观明显，突出物理的本质。
（1）物理概念和规律都是在丰富的感性认识的基础上进行科学思维的产物. 然而中学生的思维水平如何呢？ 初中学生的物理思维基本上还处于具体运算阶段和前运算阶段，即中学生的物理概念和规律的学习还必须借助具体事物、现象的支持。因此作为物理教师要清楚，知识抽象之处就是学生理解困难之处。此时，针对这些难点设计实验来架设思维的台阶是非常必要的。
比如在演示物体对外做功，内能减小的实验中。取一支大注射器，从烧杯中吸一些水到注射器筒内，让水湿润注射器筒壁。再将注射器筒内的水全部倒回烧杯中。然后吸入空气到注射筒内，给注射器筒壁上附着的水加热一会儿，加快筒壁上水的蒸发，增大注射筒内空气中水蒸气的浓度。然后用左手拇指堵住注射器管口，将筒内空气密闭，右手用力推推筒，将注射器筒空气压缩到约三分之一。让注射器内空气将拇指推开，在空气膨胀将拇指推开时，可以清楚地观察到注射器管口冒出白雾。实验现象不仅清楚，而且持续时间长。在管口出现的雾就像从工厂的烟囱 缓缓升起的白烟，再用右手将注射器筒内剩余的约20ml的空气 慢慢推出，随着空气的推出，管口也缓缓地升起“白烟”，给学生留下非常深刻的印象。据此现象，学生感知到了空气推动手指做功时，温度降低，从而自然而然得出“物体对外做功时，本身的内能减小”的结论。
（2）对于促进感性认识的实验研究来说，不应只停留在物理现象的呈现，而应该在此基础上，想方设法通过现象激发学生积极、主动地进解新知识。对于这一点我们认为：对于某个新知识的学习不要在学生毫无思想准备时贸然地强加给学生，而应想办法将意想不到的现象摆在他们面前，使他们的认知结构发生激烈冲突，在他们感觉到有寻找其他知识来解释他们所面临的现象的必要时，再开始新知识的学习。
比如在学习“信息的传递”这部分知识时，学生难于理解“解调”“调制”这样的过程，那么我们可以这样转化实验——把复读机产生的变化的声音信号加到小灯上，灯光里面就包含了变化的声音信号（即解调过程），通过光电池就能产生与声音信号变化规律相同的电流信号，通过放大后就能在扬声器里面把声音还原出来（即解调过程）。实验的过程中如果灯光过于分散，可以用一块透镜来会聚光线来取得更好的实验效果。这个实验能很好的让学生明白光通信的过程，如果再换好些的激光光源，加上平面镜能使信号传很远，而且还能拐弯，大大激发学生的好奇心，引发学生探究的热情。
（3）疑难实验研究是指在物理教学过程中难以操作，很难成功的实验。这种实验研究的目的是使疑难实验不再疑难，将直观明显的实验现象呈现给学生，增强感性认识的效果，以促进学生形成概念和掌握规律。因此研究的方法都是分析疑难的原因，寻找突破疑难的办法。最典型的例子就晶体的熔化实验的研究。晶体的熔化和凝固一直以来都被认为是中学物理实验中最难的实验之一，之所以难，是因为该实验中采用的晶体是热的不良导体，加热时试管壁的晶体温度已经达到熔点了，而温度计附近晶体的温度还低于熔点，它们的温差在2℃左右，而一旦试管中晶体开始熔化，变成了液体后，导热性大大加强，使得剩下的晶体很快就熔化，结果得不到理想的温度保持不变的过程，也就很难得出晶体熔化时温度保持不变的规律。针对这一点很多物理教师都在不断地改进，已经取得很大的进步，但是目前效果还是不够理想，仍需继续努力。
其次，当学习的知识在学生头脑中已有相关的经验，而且这些经验与所要学习的知识部分相符，这类知识的学习必须通过实验帮助学生进行必要的认知调整才能实现。那么如何才能促进认知的调整呢？ 学生能否学得新信息，主要取决于他们认知结构中已有的有关概念；通过学习新信息与学生认知结构中已有的有关概念的相互作用才得以发生的；由于这种相互作用的结果，导致了新旧知识的意义的同化。由此可见，认识的调整是认知的同化，而实现同化离不开学生积极的思维过程。因此作为促进认知调整的实验应该在促进学生积极思维上下功夫。
最后，当学习的知识在学生头脑中有相关的经验，而且这些经验与知识相违背，这就是平时所说的前概念。前概念有以下几个特点：广泛性、自发性、顽固性、隐蔽性。前概念普遍存在，要想让学生真正理解这些知识必须想方设法让学生的认知结构发生转变，即让学生的前科学概念转变为科学概念。那怎样才能促进认知的转变呢？可以使学生在一个具有挑战性的情景中，解决他们已有的前科学概念与公认的科学概念之间的矛盾冲突，通过新旧经验的相互作用，积极主动地构建新概念的意义：首先必须制造认知冲突的情景，能让学生经验与现实产生激烈矛盾；然后让学生意识到自己观念的不足；最后设法让学生相信新的概念适应范围更广。
物理学习不是由教师向学生传送知识，而是学生根据外在的信息，通过自己已有的经验来建构自己对知识理解的过程。作为教师要正确理解物理实验，促使学生正确理解实验的意义。