作者：北京大学物理学院 穆良柱
*本文转自《科学世界》第9期
对于大众，特别是很多学生来说，物理的学习让人又爱又恨。因为一方面，物理中新奇的现象会激发人类最基本的好奇心和探索欲；另一方面，物理又非常难懂，让人有“畏惧”心理。那么什么是物理？什么是物理教育？怎么样才能学好物理？为什么要学物理呢？
物理是人采用实验和理论相结合的方法对整个自然界的客观对象进行有效认知的积累，这些认知至少要符合可证伪性的要求。与很多人理解的不同，物理不是一门专业，广义物理就是自然科学，正如牛顿的书名《自然哲学的数学原理》。但对整个自然界研究太困难了，所以物理学家采用还原论的方法，将其拆分成基本组分，之后再根据基本相互作用组装，这正是狭义物理的主要研究对象。物理学家信仰自然界存在普遍联系，可以由统一的基本原理加以解释，并为此努力。
物理是人对客观对象构建出的认知，受限于人的生理结构与认知特点，物理认知并不是绝对真理，而只是认知边界内的具有可证伪性的有效认知，其中可证伪性是区分科学与伪科学的基本判据之一。
物理学家在探索的过程中逐渐形成了一套如何思考的有效科学认知模式，可以总结为ETA物理认知模型，即完整的物理认知是由实验认知（E）、理论认知（T）、应用认知（A）三者构成的，其中实验认知、理论认知是从无到有的科学探索，而应用认知则是在探索的基础上进行技术创新，三者相辅相成。对行星运行规律的探索过程完美体现了ETA认知模型，第谷对行星的观察记录、开普勒三定律的发现是典型的实验认知，牛顿天体运行理论的构建、爱因斯坦广义相对论的突破是令人惊叹的理论认知，移民火星、星际旅行的尝试则是让人无限遐想的应用认知。物理学家为了完成科学认知，还发展出了一系列有效的物理方法，也就是物理学家如何做事的方法。例如，在观察物理现象时常用分类法等，寻找实验规律时常用极端条件法、控制变量法等，建立公理认知时常用综合法、分析法、归纳法、反证法等，实验证伪检验则常用特例法等。
物理学家在科学认知的过程中不断反省自我，逐渐形成了如何做人的物理精神。例如为了追求真理就要坚持实事求是、独立思考、寻根究底、锲而不舍等精神，而在发现无法保证认知一定是真理后，就只能积极乐观的追求可证伪的有效认知，这时需要不怕失败、勇于探索、批判怀疑、包容开放等精神。
从以上对物理的基本介绍中可以看出，物理探索的过程就是人类构建世界观的过程，并且在探索过程中构建了迄今为止最有效的如何思考、做事、做人的方法，也就是物理认知、物理方法、物理精神，三者共同构成了物理文化的核心，从广义物理的角度来说，这就是科学认知、科学方法、科学精神、科学文化。所以物理教育的本质就是传承科学文化，在构建世界观的过程中学会像物理学家一样有效的思考、做事、做人。只要理解了物理教育的本质，按照科学认知规律将学习物理的过程变成富有启发性的探索，学生就会豁然开朗。需要注意的是科学探索过程中失败是正常的，成功是不正常的。失败不是成功之母，但失败是帮助我们突破认知边界，给了我们成功的机会。成功才是成功之母，学习物理就是爬上巨人肩膀。从国家角度说，创新发展需要能探索未知的人才，物理教育恰好培养从无到有的科学认知人才；从个人角度说，只有具备科学认知能力，构建科学有效的世界观、人生观、价值观，人才能具备独立人格，在充满不确定的未来照顾好自己、家人，为国家、社会做出应有的贡献。
希望通过科普让更多的人理解什么是物理及物理文化，从而在物理教育中传递物理文化，在物理研究中发展物理文化，在政策制定中保护物理文化，在国民大众中普及物理文化，最终将科学文化融入中国文化。
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