Gerek eğitimin genelinde gerekse özel olarak fizik eğitiminde öğrenme ve öğretmeye ilişkin birçok farklı kuram, yaklaşım ve yöntem bulunmaktadır. Bir öğretim programında tek bir kuramı, yaklaşımı veya yöntemi temel almak diğerlerinin sağlayabileceği avantajı yok etmenin yanında, öğretmenler arasında olduğu kadar öğrenciler arasındaki bireysel farklılıkları göz ardı etmek anlamına gelecektir. Aynı zamanda anlamlı bir öğrenmenin gerçekleşebilmesi için öğrenmeye ilişkin birçok kuram, yaklaşım ve yöntemin ortak paydası olan bazı ilkelerin benimsemesi de kaçınılmazdır. Fizik eğitiminde temel olarak aşağıdaki ilkelerin temel alınması ön görülmektedir.
Öğrencilerin fizikle ilgili ne öğrendikleri, daha öncesinde ne bildikleriyle ilişkilidir.
Öğrenciler öğrenme sürecine daha önce kazandıkları bilgi ve becerilerle katılırlar. Söz konusu bilgi ve beceriler sadece daha önceki sınıf içi deneyimlerinden kazandıkları bilgi ve becerilerle değil, aynı zamanda kendi tecrübeleriyle ve yaşadıkları sosyal ortamla etkileşimleri sonucu kazandıkları birtakım bilgiler ve becerilerdir. Öğrenmeyi bir skalaya koyacak olursak iki ucu vardır. Bir ucunda ezber, ki buna öğrenme demek bile mümkün değildir, diğer ucunda ise anlamlı öğrenme vardır. Anlamlı öğrenmede öğrenciler kendilerine sunulan bilgiyi önceden sahip oldukları bilgilerle yorumlayarak öğrenirler. Bu nedenle fizikte öğrenme her zaman varsayıldığı şekilde gerçekleşmeyebilir. Öğrencilerin önceden kazandığı birtakım bilgi ve beceriler yeni bazı bilgilerin öğrenilmesinde pozitif bir katkı sağlarken, başka birtakım bilgi ve becerileri ise zorlaştırabilir. Öğrenme ve öğretme sürecine ilişkin planlama yapılırken öğrencilerin sahip olduğu bilgi ve becerilerin neler olduğu kadar, bu bilgilerin öğrenme sürecinde nasıl bir role sahip olabileceği üzerinde de düşünülmelidir.
Sorgulama ve araştırma fiziği öğrenmenin önemli bir parçasıdır.
Öğrenmeyi sadece birtakım kavramların tanımlarını ve belirli formülleri bilmeye, bunları kullanarak rutin diye tanımlayabileceğimiz belirli tip problemleri çözebilmeye indirgersek, o zaman “doğrudan anlatım” oldukça etkili bir öğretim yöntemi olarak kabul edilebilir. Fakat öğrenme sadece birtakım tanım ve formülleri bilmek değil, bu bilgileri gerçek anlamda içselleştirmek, mevcut bilgileri kritik edebilmek ve yeni bilgiler oluşturabilmektir. Bir öğrenme sürecinin bu kazanımları sağlayabilmesi için öğrencilere mutlaka sorgulama, araştırma ve elde edilen bulgu ve sonuçları tartışma fırsatları sağlanmalıdır.
Öğrenme bireysel olduğu kadar sosyal bir olaydır.
Fizik öğretiminde öğrenmenin en önemli göstergelerinden biri de öğrenilen alanın ortak dilini kullanabilmektir. Bu nedenle bazı kuramlara göre öğrenmenin seviyesi, öğrenilen alanla ilgili konuşmalara katılabilme seviyesi olarak tanımlanmıştır. Sahip olunan bilgiler paylaşıldıkça, tartışıldıkça derinleşir ve zenginleşir. Öğrenciler kimi zaman kendi akranlarıyla olan etkileşimlerinde öğretmenleriyle olan etkileşimlerinden daha çok şey öğrenebilir. Bunun nedeni, akranlar arası bilgi ve beceri seviyesinin birbirine yakın olmasıdır. Öğrenmeyi bir çıta atlamak olarak görürsek, öğretmenler bu çıtanın yüksekliğini ayarlamakta kimi zaman zorlanabilirler. Oysaki akranlar arasında bu çıtanın seviyesi doğal olarak çok yüksek değildir. İyi tasarlanmış iş birlikli öğrenme yöntemleriyle öğrenciler belirli engelleri birbirlerine destek olarak aşabilirler.
Öğrenilen bilgi ve becerilerin başka bağlamlara transferi kendiliğinden gerçekleşmez.
Fizik eğitimin temel hedeflerinden biri de kazanılan bilgi ve becerilerin farklı bağlamlarda kullanılabilmesidir. Öğrenciler sınıf ortamında kazandıkları bilgi ve becerileri belirli bir bağlamda kazanırlar. Bu bağlamlar soyut veya somut olabilir. Öğrenme esnasında kullanılan laboratuvar araç gereçleri, simülasyonlar, gösterimler, verilen örnekler, kullanılan benzetmeler veya tanımlanan problem durumları öğrencilerin kazandıkları bilgi ve beceriler için çeşitli bağlamlar oluşturur. Çoğu zaman öğrencilerin belirli bir bağlamda kazandıkları bilgi ve becerileri benzer bağlamlarda çok iyi kullandıkları gözlemlenirken, farklı bağlamlarda kullanamadıkları gözlemlenir. Bu durum birçok öğrenme kuramı açısından beklendik bir sonuçtur. Öğrencilerin farklı bağlamlarda bu bilgi ve becerileri kullanabilmesi için gerek sınıf içerisinde, gerek sınıf dışı aktivitelerde kazandıkları bilgi ve becerileri değişik bağlamlarda kullanma fırsatları sunulması gerekir.
Fizik eğitiminde anlamlı bir öğrenmenin gerçekleşebilmesi için bir ihtiyaç veya gerekçe oluşturulmalıdır.
Öğrenme aslında doğal bir süreçtir. Doğumdan itibaren bireyler ihtiyaçları doğrultusunda yaşadıkları dünyaya uyum sağlayabilmek için, sürekli yeni şeyler öğrenirler ve çoğu zaman öğrendikleri şeyleri başkaları öğretmez, aksine kendileri keşfederler. Okul ortamıyla birlikte doğal öğrenme sürecinin yanında ihtiyaç duyulan temel bilgiler de bireye aktarılır. Bu şekilde birey doğal öğrenme sürecini pekiştiren bilgilerin temelini de edinmiş olur. Fiziğin gerek doğal hayatın gerekse teknolojinin neredeyse her alanının içerisinde olduğu gerçeğinden yola çıkarak, öğrencilerin ilgi ve merakları doğrultusunda fiziğin belirli bağlamlar içerisine yerleştirilerek (spor, sağlık, çevre, teknolojik araçlar vb.) sunulması öğrenme için bir ihtiyaç veya gerekçe oluşturma fırsatı sunacaktır.
Öğrencilerin bir konuyu öğrenebilecekleri veya öğrenemeyeceklerine yönelik inançları fiziğin öğrenilmesinde büyük etkiye sahiptir.
Öğrencinin başaramayacağına yönelik inancı başarısız olmasında önemli bir etkiye sahiptir. Çünkü bu inanç onun çaba göstermesinde ve öğrenmek için başka yollar aramasında büyük bir engeldir. Bu inancın temelinde daha önceki başarısızlıklar veya çevrenin açık veya gizli telkinleri gibi birçok kaynak olabilir. Özellikle başarısız olacağı yönünde inancı kuvvetli olan öğrencilere başarabilecekleri seviyede görevler verilerek başarı hissini tatmaları sağlanmalıdır.
Öğrencilerin gerek bilimin doğası gerekse öğrenmenin doğası ile ilgili inançları fiziği öğrenme süreçlerini etkileyebilir.
Öğrenciler çoğu zaman açık bir şekilde ifade edemeseler de gerek bilimin doğası gerekse kendi öğrenme süreçlerinin doğası ile ilgili değişik inançlar geliştirirler. Bu inançlar, özellikle öğrenmenin ne olduğu ve nasıl olması gerektiği yönündeki inançlar öğrenme ve öğretme sürecinin başarısını olumlu ya da olumsuz yönde etkileyebilir. Örneğin öğrenmeyi, sahip olduğu bilgilerle ilişkilendirmesi gerektiğine inanmayan ve her bir bilgi yapısını bir bütünün parçası olarak değil, kendi başına ele alarak ezberlemeye çalışan bir öğrencinin anlamlı bir öğrenme gerçekleştirmesi mümkün değildir. Benzer şekilde problem çözmeyi, belirli formülleri yerine koyarak bir sonuç elde etmek olarak gören ve buna inanan bir öğrencinin ortaya anlamlı problemler koyamayacağı veya anlamlı problemlere çözüm üretmekte ciddi zorluklar çekeceği açıktır. Bu nedenle öğretme ve öğrenme süreci, anlamlı öğrenmeyi pekiştirecek inançların geliştirilmesini de amaçlamalıdır.