一般而言，知识元件不仅包括基本知识组成单元的形状和颜色等外观，还应当包括相关联的学科领域知识。从图形元件的定义可知，附带学科领域知识的图形元件即称为知识元件。例如：对于物理力学知识系统中的知识元件杠杆来讲，它不仅包含表示杠杆的形状、颜色及其支点等外形描述，还包含对木棍及支点的材质、密度、长度、光滑度、湿度以及其它类型的学科领域性知识。
知识元件的概念外延比图形元件的概念外延小，但对于智能教育学科平台的表达来讲，它仍然是一个相对一般的概念。在实际运用中，为了将知识元件的概念在某一具体学科知识范围内使用，可以将知识元件的概念外延范围缩小到相关学科领域知识之内，以某种具体学科知识元件的形式加以应用，并形成结合学科的一套知识元件表达系统，如物理知识元件。
定义的知元件、图形元件、知识元件、物理知识元件的外延包含关系如图所示。它们之间的外延关系为:物理知识元件⊂知识元件⊂图形元件⊂基本组成单元。而它们之间的内涵包含关系为:基本组成单元⊂图形元件⊂知识元件⊂物理知识元件。
可见，将所讨论某一领域知识中相互联系、相互作用的各基本知识组成单元放在一起以表示一定范围内的信息或知识的一个知识体系就是一个系统。如果把相互联系、相互作用的这种知识元件用的图形表示，则可称为图形知识元件。
为了在物理平台研究中有效地描述物理学中的问题与现象，我们引入并定义了以下一些重要概念，以便对物理学科问题和现象及涉及的物体及其物理状态、物理过程、物理规律等进行有效的描述。这种物理现象和问题描述的实现一般将采取属性化的方式完成。一般来讲，物理量的描述往往依附于物理问题和现象中的某一具体物体。物理问题和现象中的物理量之间的关联关系是通过物理定律来建立的。
如图所示，对物理量的描述一般由两部分组成，即物理量的计量单位及其计数值。物理量的计量单位用来衡量物理量的取值大小标准。它是我们对物理量进行测量的一种基本约定。事实上，从哲学意义上说，如果我们把物理量的度量单位的改变看成是对物理度量表示的“质”的改变，那么，在同一物理量度量单位（或标准）下的物理量数值的改变可以看作是在同一“质”作度量参照时，物理量表示的的“量”的变化。
在特定约定下，为了更方便地表达和描述物理问题，在物理问题描述中，一旦物理量的“量”积累到一定程度，问题的描述方式是可以进行“质”变的(即物理量单位的变换)。显然，量变可以引起度量关系的质变，质变也可以引起度量关系的量变。这种度量关系的（大小）改变，可以是正向的，也可以是负向的。
鉴于以上讨论可知，由于物理量值是物理量在数量上的度量，其取值大小是可以有正负的,但物理量的度量单位是一种度量标准，它是没有正负的。物理量值的正负与所研究的物理问题和现象中的参照系有关，正负变化可以看成是选定参照系中对应的正方向与反方向变化。由于物理量值，变化的这一性质，物理量的表示和度量中还需要考虑特定参照系下的物理量值变化的方向问题。为此，分别对物理标量和物理矢量进行了定义。在物理问题表示研究中的物理量分类如图所示。
一般来讲，在一个正向物理规则中，被合成物理量的优先级高于用于合成的各个物理量的优先级，用于合成的各个物理量的优先级则相同。这种优先关系在进行物理知识元件的知识组织时能够很好地降低知识之间的关联关系的复杂度，在问题表示与生成推理中能够很好地降低推理算法的复杂度。
例如:在物理知识元件系统中,物体的质量(m)物理量、重力加速度物理量(g)和重力(G)物理量的关系在正向物理规则框架下对应的规则形式为mg/G或gm/G。此时，物理量G的优先级高于物理量m和物理量g，而物理量m和物理量g优先级相同。
在正向物理规则框架下，当多个物理量之间满足正向物理规则约束下的合成与被合成关系时，被合成物理量n和用于合成的物理量1~物理量m之间优先级别的层次结构如图。
在一个物理知识元件系统中，为实现问题自动动态生成及推理，必须要解决以下三大基本规则的表示问题：(1)物理知识元件内生规则;(2)物理知识元件系统冲突分解规则(3)物理知识元件间生规则。
在物理知识元件内，由优先级最低的物理量通过正向物理规则推演模式逐层向上生成优先级较高物理量的规则称为物理知识元件内生规则。
由物理知识元件内的顶层物理量开始，可以逐级形成系统中物理主知识元件主式的物理特征子项、物理特征项或物理特征量等各级物理量所组成的一个规则或关系网。当系统内有多个特殊物理主知识元件时，系统将不能自动识别或区分出它们的优先级别高低。此时，须通过系统冲突分解策略或规则，将其分解成多个物理知识元件子系统来进行处理。
在含有多个物理主知识元件的物理知识元件系统中，将其分解为多个仅含一个物理主知识元件的物理知识元件系统的规则称为物理知识元件系统冲突分解规则。
当对多物理主知识元件系统进行单主知识元件子系统分解时，为使整个系统的推理完整和统一。我们引入了物理知识元件间生规则。间生规则的引入不仅方便了对多物理主知识元件的复杂系统的知识表示和问题生成，也对物理知识元件系统的知识表达系统中学科领域问题表达能力的拓展带来方便。
在一个物理知识元件系统内，根据系统的物理主知识元件主式，由正向物理规则的逆向推演过程推出各物理知识元件顶层物理量的规则称为物理知识元件间生规则。
自然中各事物之间普遍存在着联系，这种联系可以看成是由前提和结论两个部分构成的因果关系，这种因果关系往往表述为规则，可以用产生式的格式来表示。
物理知识元件间推理的推理步骤：在一个物理知识元件系统内，首先找出各物理知识元件的顶层物理量；其次通过正向物理规则确立各顶层物理量之间的优先级关系，确立系统的物理主知识元件及其主式；最后采用符合物理主知识元件主式的正向物理规则逆向推出物理主知识元件与其它普通物理知识元件的联系并重新标注各层物理量及其状态优先级。
产生式系统产生式系统是相互协作的一组产生式协同工作的系统。物理知识元件系统（或物理问题表达系统）的推理过程就是推理机运用推理规则库中跟物理知识元件相关联的规则，以反映物理问题和现象的物理量集为基础，不断进行推理并检测最终目标是否被满足的一个迭代过程。
物理知识元件内推理的推理过程：在物理知识元件内，由已知的优先级别最低的物理量通过正向物理规则逐层推演到物理知识元件的顶层物理量并标注其物理量状态优先级的过程。
物理知识元件内推理的推理步骤：在一个物理知识元件内，首先找出最低优先级物理量；然后执行条件完全匹配或部分匹配且符合正向物理规则的产生式以推出新的物理量并标记其状态；重复以上两步直到本物理知识元件的顶层物理量为止。
在推理过程中的推理不动点的判断与处理方法：
（1）若一条规则完全匹配后得到新的物理量状态优先级与物理量集中该物理量已有的状态优先级一致，表明该物理量的产生路径已经存在。此时，应舍弃这一步的推理且不必修改物理量集中该物理量的状态。该物理量的当前状态是它的推理不动点。
（2）若一条规则部分匹配且得到的物理量状态优先级比物理量集中该物理量已有的优先级高，则修改物理量集中该物理量的状态优先级。若比物理量集中的该物理量优先级低，则不修改物理量集中该物理量的状态优先级。
（3）以新的物理量为条件，找出条件完全匹配或部分匹配且符合正向物理规则的新产生式，执行得到新的物理量并修改物理量集。重复以上过程直到得到该物理知识元件中优先级最高的物理量为止，即到达该物理知识元件内的推理不动点为止。
物理知识元件内的这一推理过程可以用图表示。图中表达是物理知识元件中推理过程对应的物理量集状态的变化过程。其中，Si表示物理量集的第i个状态。显然，Sn是该物理量集的状态变化过程中的不动点。
实际上，依据物理知识元件内的物理量优先级变化逐层自底向上推理生成的是以物理量为节点的一棵棵推理树。该树的生长从叶开始，一直生长到树根为止。其中，推理的层次数称为该推理树的高度。
各树中高度之极大者称为该物理知识元件系统内物理知识元件内推理的高度。在每一层上，推理树的节点个数称为该层的广度，每一高度层上各推理树的广度之和称为推理树在该层上的广度。由于物理知识元件中的物理量一般不会都是已知的，在物理知识元件中的问题求解也未必是确定的。因此，没有求解目标的推理常常也是必要的，其目的是为了推出所有问题相关的物理量结果。
在本题所示的物理知识元件系统中包含了5个物理知识元件，它们分别为细杠杆AB、重物甲、重物乙、杠杆AB连接重物甲乙的两根不计质量细线。细杠杆AB的图形包括一个长矩形和一个三角形的组合，知识包括物理量OA的长度及物理量OB的长度。重物甲的图形为一个矩形，知识包括物理量长、宽、高、密度及重力加速度。重物乙的图形为一个矩形，知识包括物理量半径、高、密度及重力加速度。杠杆AB连接重物甲乙的不计质量细线的图元形为一根线，没有（不需要）相关的知识。
物理知识元件间推理的推理过程：在一个物理知识元件系统内，通过正向物理规则建立各物理知识元件顶层物理量优先级关系，确立物理主知识元件及相应主式，并逆向运用符合正向物理规则的物理主知识元件主式连接其它普通物理知识元件，并重新标注物理量及其状态优先级的过程。
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