教育部高等学校物理学本科指导性专业规范人才培养提出了"素质、能力和知识"三个基本要求，其中在创新能力方面，首次强调了培养学生应具备"批判性思维能力"。《格物致理·批判性科学思维》目的在于使理工科学生更富于批判性地思考我们周围的这个科学世界。探讨了批判性思维的几个核心要素：解读、分析、评价、推理的意义；对论辩、悖论和博弈论进行了深度解读；列举了大量物理实例来阐明科学发现中质疑、逻辑和想象的作用；最后还设计了一些思维能力测试选择题目。《格物致理·批判性科学思维》共8章。《格物致理·批判性科学思维》适合于普通高等院校理工科各专业的素质教育用书，可选为文科物理教材，本科生学习力学、热学及统计物理的辅导材料；对大学新生入学教育有积极作用，亦不失为一般读者了解物理学背后故事的有益读本。
第1章 批判性思维
两位中世纪思想家如是说：“我疑故我知”(安塞姆)； “我思故我在”(笛卡儿)。
一位旅居北美的华裔学者比较了他在国内念本科生、国外读研究生的经历，写下了如下一段文字①：
在国内做学生时，我经常看到书里说，认识、实践和继承前人的经验传统的过程，就是“去伪存真、去粗取精、由此及彼”的过程。但是，到底怎么去进行这些工作呢？直到在英国和加拿大的研究生课堂上，我才不断地、而且是痛苦地体会到自己缺乏的东西：对思想和论证的合理分辨、解释、挖掘和扩展的能力。在聆听西方同学们的分析发言时，我坐在那里，不知怎么提出合适的问题、有新意的推断、有根据的反驳，……多半时间里我只是一个讨论班上的听众，对讨论的主题没有贡献。
① [加]董毓. 批判性思维原理和方法——走向新的认识和实践.北京：高等教育出版社，2012.
这个故事表明，缺乏认知发展和批判性思维基本功训练的学生们，在开放、求真和反思的面前会显得无力和迷茫。那么，什么是批判性思维？我们如何养成批判性思维能力？让我们就此在科学的世界里开始充满奇趣和挑战的批判性思维之旅吧！
1.1思维的种类
现在你正在思考。想一想，准确地说，你现在正做什么？当你思考之时你大脑中正在发生什么？与我们的大脑比较起来，我们对于宇宙基本规律、原子核以及我们身体的认知要多得多。牛顿给出了连接地球和星体的万有引力定律，爱因斯坦给出了质能公式，沃森和克里克破解了基因遗传密码，但是大脑的模型至今还没有真正建立起来。
如果未来的十年里我们没有获取新思想，生活会怎样呢？我们对于夸克和纳米技术作何感想呢？我们如何与他人谈话呢？当然了，思想是积累的，我们伴随着思考成长，并因此而改变我们将来之思考能力。
简言之，思维就是思考。思维的重要性、核心性是通过思维活动将听、看、读的输入信息转换成说、做、写的输出结果。
一、批判性思维
“批判的” (critical)源于希腊文 kriticos(提问、理解某物的意义和有能力分析，即“辩明或判断的能力” )和 kriterion(标准 )。从语源上说，该词意味着发展“基于标准的有辨识力的判断”。人们常以赞美的态度使用“批判性思维”一语，因为这个命名要求我们坚持不懈地聚焦于重要问题，客观地遵循引导我们走向答案的理由和证据。批判性思维的渊源可追溯到古希腊苏格拉底所倡导的一种探究性质疑，即“助产术”：
在关于某种道德品质的本性或美德本质的会话中，一个问题出现了。苏格拉底表露出对这个问题的迷惑或无知，而他的朋友用一个说明来帮助他。这个说明变成一个论题。面对苏格拉底的诘问审查，这位朋友不得不对该论题加以辩护。在回应者进行某种初步的说明之后，苏格拉底提出一连串的问题，初看起来这些问题似乎并不直接对那个说明有什么影响，而回应者几乎总是要对这些问题给予“是”或“否”的回答。这种盘问是苏格拉底反驳的核心。最终，苏格拉底归纳出他的朋友在回答这些问题的过程中所承认的东西，而这一归纳的结果与他的朋友先前所提出的那个说明是矛盾的。结果，那个说明现在要被修改或放弃。然后，更多这样的说明做类似的尝试，最终被修改或抛弃。
可以看出，苏格拉底方法的实质是：通过质疑通常的信念和解释，辨析它们中的哪些缺乏证据或理性基础，强调思维的清晰性和一致性。这一事例体现了批判性思维的精神，因此苏格拉底被尊为批判性思维的化身。
对于批判性思维，我们或多或少都有所接触。大多数的日常活动都会用到批判性思维的一些基本技巧，比如：判断我们的所见所闻是否可信；采取措施去探究某一个事物是真是假；当有人不相信我们时，为自己辩护。因此，“批判性思维是智力的训练过程”。
虽然我们具有批判性思维，却未必一直都在使用，也未必用得很好。不过这很正常，因为我们不需要用同等的批判性思维来处理每一件事情。但是，想在大多数的职业中取得成功，良好的批判性思维是必不可少的。每一阶段的学习也需要更深层次的批判性分析，以便分析所见、所闻、所为，拥有更加清晰的思路，更好地进行论辩，解读新的情况和事件。
二、创造性思维
说到创新，就不可避免地考虑创造性思维，进而思考创造性思维和批判性思维的密切关系。创造性思维是能引发新的和加以改进的解决问题的方法的思维方式。创造性思维引发新观点的产生，批判性思维是对所提供问题的解决方法进行检测，以保证其有效性的思维方式。这两种思维方式对有效解决问题都是必要的。
但是，人们对批判性思维存在以下几种误解。一种误解是，有人认为批判性思维是否定的，即本质上是发现缺陷。然而，一个批判性思维者不仅仅是质疑判断，这是因为质疑、判断是为了寻求理由或确保正当性，为我们的信念和行为进行理性奠基。故批判性思维也是建设性的。批判性思维使人们意识到自己所在的世界中的价值、行为和社会结构的多样性。人们还以为，批判性思维作为一种控制的手段在起作用，是有害的、应避免的东西。其实，批判性思维是个人自治的基础。还有一种误解是，批判性思维并不包括或鼓励创造性。这可能源于一个错误观念：创造性本质上是打破规则，但是，恰恰相反，创造性常常包括大量对规则的遵循。一个原创的洞察力恰恰需要知道如何在给定的情景中解释和应用规则。现在科学工作者将取得原始创新性成果作为重要期盼。人的生活要求创造性思维和批判性思维的平衡发展。
三、科学思维
科学与其说是一种知识体系，不如说是一种思维方式。很少有哪天我们听不到在医学、信息、航天、物理学等领域又有了新的发现。科学方法成为我们理解物质世界和社会心理世界的工具，而知识爆炸日益加剧了对这种方法的依赖。科学方法往往是通过四个主要阶段向前运行的一种归纳思维类型：
①观察； ②构思假说； ③实验法； ④确证。
.科学的世界是经验的世界、观察的世界。为了应用科学方法，科学家必须能够做好观察和测量。因此，科学研究中的所有变量必须由可观察、可测量的术语界定。通过给变量以这种操作型定义我们就能向他人清楚地表明这些变，量是什么。以及观察或测量如何显示它们的存在。物理学家必须确定从一个原子核裂变中产生的物理踪迹表明了什么或者定义某些原子微粒。宇航员必须()以能够识别的方式界定一个黑色洞口 当它出现在他们对深层空间的观察时 。同样，心理学家也必须以可测量和观察的方式界定这些变量，如爱、沮丧和压力。总之，没有一个操作型定义，就无法应用科学方法。下面举几个最基本的物理量的操作型定义。 (1)-133时间的计量：以铯 原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的91926317701个周期的持续时间作为秒。这种定义的好处是：原子从一个能级跃迁至另一个能级发出或吸收的电磁波的频率很稳定，利用其振荡次数可计量时间。当人们感慨“时间哪儿去了？ ”就是希望对时间给以某种操作型定义。
(2)长度的计量： 1983年，第 17届国际计量大会规定米的新定义： 1米.等.于.光.在.真 .空.中.传 .播. 1/299 792 458秒.时.间.间.隔.内.所.经.路.径.的.长.度.。这样规定有几点好处：激光的频率和波长非常稳定，激光的测量技术满足米定义的精度要求；为保持真空中光速不变， 1975年第 15届国际计量大会推荐的光速为： c = 299792458 m/s，米的定义恰好与此推荐协调一致。
(3)原子质量单位：符号 “u”，它为碳的同位素 12C原子质量的 1/12，
1 u=1.660 565×10.27kg≈ 1.66 × 10.27kg.
巴黎国际计量局中的铂铱合金千克原器为标准物体，规定其质量为 m0 = 1kg (千克 )。
(4)惯性质量：质量本质上是物体惯性的量度，下面利用气桌动量守恒实验来定义质量。
图 1.2左边表示气桌，它包括平台和滑块，在平台上铺上白纸，两滑块置于其上，滑块内装有电池。它一方面驱动薄膜泵向下喷气形成气垫使得滑块浮于台面上以避免干摩擦；另一方面则等时间间隔地利用高压放电在滑块下面中心处打火花，在纸上形成斑点，见图 1.2右图。当滑块沿水平方向运动时，可通过处于一直线上相邻斑点距离相等，证明滑块做匀速直线运动；测量相邻斑点的距离以确定滑块速率，斑点排列方位给出运动方向。
……
前言第1章批判性思维
1.1思维的种类
1.2逻辑学的基本概念
1.3客观、美学和想象力
1.4认识批判性思维
1.5基本技能和态度
1.6学术范畴的批判性思维
1.7运用批判性思维的障碍
1.8批判性阅读、做笔记及写作
第2章论辩、悖论和博弈
2.1什么是论辩？
2.2论辩的特征和识别
2.3认识悖论
2.4从经典到量子悖论
2.5博弈论
第3章科学家如何运用批判性思维
3.1科学发现始于问题
3.2物理定律的本性
3.3牛顿的批判性思维之路
3.4爱因斯坦的突破性
3.5费曼风格
3.6霍金喜欢打赌
3.7杨振宁“兴趣—准备—突破”三部曲
3.8科学方法贴近教育
第4章批判性思维在科学事件中的作用
4.1自然法则胜过基本假设
4.2模型在于解释自然而不是赋予自然
4.3物理学中的意外实验
4.4不存在与图像或理论无关的实在
4.5科学的诡辩：电子双缝实验
4.6实在问题：EPR佯谬和贝尔不等式
4.7量子力学给人类社会带来巨大影响
4.8共振：粒子是如何探测出来的？
第5章让逻辑纠正错觉
5.1力学和它的黄金律则
5.2混沌破灭了拉普拉斯梦想
5.3质量是什么？
5.4大尺度力学效应
5.5和谐的力学世界
第6章“不可能性”体现正面价值
6.1能量转换与守恒
6.2可逆与不可逆过程
6.3猜测与推理并举
6.4热力学时间之箭
6.5无处不在的熵变
第7章
7.1
7.2
7.3
7.4
第8章
8.18.28.38.4.
连接微观和宏观世界的桥梁
从“砸蛋中奖”谈起
用微观状态解释宏观现象
经典和量子的分界线
当代科学方法论
思维能力训练
需关注的问题
力学
热学与热力学
统计物理学
最后的话
