中考改革，物理成主科：学好物理，要掌握“第一性原理”

博雅小学堂
给孩子受益终生的人文底色
文| 赵智沉
谷歌大语言模型工程师
密歇根大学高能物理理论博士
在北京，今年是“旧中考”的最后一年。2025年，北京将迎来“新中考”： 历史、生物、化学、地理都不考了，物理升级成为“第四主科”。
我们知道，物理太重要了。没有物理，我们现今享受的绝大多数科技，都不可能存在。但在很多人眼中，学物理，难，枯燥！
孩子怎样拥有物理思维，进而享受学物理的快乐？物理大神赵智沉老师告诉我们，要掌握学好物理的“第一性原理”。
我深深知道，物理常常以 简洁、优雅、精确的方式描述世界，但很遗憾的是，我看到，很多孩子把物理当作枯燥的学科。
那么，如果是回到最初学习物理的时刻，“今天的我”可以会给“过去的我”提一些什么建议？
01
学物理，究竟学什么？
很多人说，学不好物理，是智商不够。
不是的。孩子学不好物理，不是智商问题，也不是不够努力的问题，而是思维方法没有完成向「第一性原理」的转变。
什么是“第一性原理”？简单说就是，剥开事物的表象，看到里面的本质，然后再从本质一层层往上走。
这么说有点晕。埃隆·马斯克经常用“第一性原理”，解释他做电池、做电动车、造火箭的思路。
设想一下，假如要做一块电池，该选什么储能材料？
一种方法是，我去看市面上有什么材料，一个一个试过来，然后做大量实验，最终确定选材。
但拥有“第一性原理”思维的人，不会采用“比较思维”去解决问题，而是会从更基础的逻辑出发：首先理解电池运作的电磁学规律，再考虑哪些材料符合这个规律，进一步分析工厂生产背后的逻辑。
拥有“第一性原理”思维的人，面对新问题，不会像面对茫茫大海，要去穷举所有可能的选项。他 可以看到清晰的解决路径，这个路径就像一棵树，随着根的脉络，经过枝丫，能找到那片想要的树叶，这是一个按图索骥的过程。

△赵智沉和爱猫“墩”
在物理学习中， 如果孩子仅仅依赖于题海战术，做每道题就像是找树上每一片叶子，面对新叶子时他们可能会感到困惑不解，不知道如何解决问题，只能去找相似的叶子。
这个大海捞针的方式，其实是个非常低效的学习过程。孩子会知识点散乱，一面对新问题就慌里慌张。
02
如何训练“第一性原理”思维？
那么让孩子拥有这种结构化的思维方式呢？
关键是要培养对知识层次的感知力：知道什么是核心知识，什么是可以由核心知识推演出来的知识。
比如，一本书有 100 条定理，但其中10条可能是极为关键的。这10条定理可以推导出其他90条，因此，理解这10条的原理比死记硬背剩下的90条更为重要。
进一步说，如果这10条中有3条是更基础的，那么深入掌握这3条就足够了，余下的知识可以由此推演得出。

一本物理书看起来可能很厚，篇幅庞大，知识点繁杂，但其实物理知识的结构类似于一个倒置的金字塔或树状图，核心理论非常简洁。
拿牛顿的三大运动定律和万有引力定律来说，这些基本公式短短5分钟就能背出来。然后孩子真正需要花时间的，不是去背剩下的几百条定律，而是去了解怎么从这几条简单的定律推导出剩下的定律。自己弄不懂，可以去请教老师。在这个过程中，孩子才知道这个物理学的知识结构是什么样子的。
一旦掌握了这种结构化的思维方式，对深化理解知识极为关键，当面对新问题时，孩子也能够活学活用，触类旁通，举一反三。
为什么很多孩子到高中就觉得自己不适合学习物理？到高中物理成绩开始下滑？
能否掌握“第一性原理”，在我看来，决定了孩子能否顺利跨过高中物理这道坎。
“第一性原理”，分解来看，其实有两个思维阶段：一个是归纳，从现象到本质，就是你有很多现象，怎么找到这个根的过程；第二个是演绎，反过来，从本质到现象，就是你一旦找到根，怎么反推出树的形状。
可以说， 初中物理是归纳的过程，高中物理就变成了演绎。
初中物理是知道有这些现象，要说出它背后的原理是什么，当然，这些原理科学家已经帮你找到了。但是 高中时候就必须知道核心原理是什么，以及怎么使用原理去推导出这些不同的现象。所以每一条公式，最好都要有自己亲自推导出来的能力，而不是去背诵就完了。因为在考试中，不会出现一模一样的公式和场景。
所以，我觉得， 孩子要尽早开始“第一性原理”的思维训练， 这个过程可能一开始会非常的艰难，但给孩子的收获一定是巨大的。
03
物理学思维，终身受用
当孩子真正找对学习方法，会发现，物理学训练的是一种通用的解决问题的思路。
还是拿我来说，博士毕业后，最初我是在银行工作，从事金融衍生品的算法建模。
当我去看待一个金融产品的时候，并不是先去看市面上的海量数据，而是去分析股价波动的逻辑。比如股票价格由交易行为驱动，交易行为又由市场逻辑驱动，然后再去分析市场逻辑是由什么驱动……当你不断地往下深挖，找到那个根的时候，你再去向上建模，这个模型就会比你完全从数据出发去建模会可靠得多。
在我看来，一上来就不断用各种统计方法去研究海量数据，这是个表象的研究方法。
而从“第一性原理”的思维习惯出发，先找到事情背后的机制，然后去推演从机制到表象的整个链条是什么样子的，这是能应万变的做事方法。
如果用完全大海捞针的方式去看问题，一旦这个方法最后得到的结果，跟预期不符，你是没有头绪的，不知道哪里出错了，只能重新再不断去尝试，直到找到那个正确的答案。但这个过程就非常低效了。
只要你找到的底层机制是准确的，是符合逻辑的，整个演化出来的结果一定是不会出错的。如果哪里出错了，不是这个机制有问题，而是我在推演过程中哪个地方出现了一个错误，只要去纠正它就可以了。

在我看来， 做其他事情的方法，跟在学校用“第一性原理”学习物理的过程，异曲同工。
我发现，学习物理的学生后来从事的职业非常多样化。而且关键的是，他们在各行各业里还都如鱼得水。
学习物理，就是要不断去培养“第一性原理”思维，这个是比考试重要得多的能力，在未来一生中都会伴随着你的整个思维过程和习惯。
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赵智沉《给孩子的经典物理学》
重要的不是知识，而是思维方式
学好“第一性原理”，学好物理学

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