前段时间，我突然冒出个想法：能不能让所有人都能理解中学物理到底在教什么，以及为什么要教这些？我想问题的答案不仅对学生有指引作用，让他们对这门课有个高屋建瓴的认识，还能让家长——特别是那些想要给孩子的学习出一把力却无从下手的家长，了解孩子在面对什么。
首先，答案一定不该是牛顿运动定律、万有引力定律、电磁感应定律等专业词汇，因为这是知识点的汇总，是课本的复述，并不能让原本不了解这门学科的人收获理解，也不能让已经学过的人增添新的认识。
其次，答案也不能脱离这些专业词汇，因为它们是物理学的核心，是一代代物理学家智慧的结晶。
因此，答案要以它们为基础，围绕它们展开，长出血肉。而这也就意味着，我们要看向历史。
中学物理的学习从力学开始，力学是什么？是研究物体运动和相互作用的物理分支。运动好理解，那相互作用呢？
就是分析力：要分析物体在受力情况下的状态，是运动还是平衡静止？如果运动，又做怎样的运动。或者反过来，从物体的状态，反推它的受力情况。
那为什么要研究这些？因为现实需要。
早在几千年前，古埃及人、古希腊人就造出了各种用于运输、建筑和军事用途的机械装置。
像建造金字塔时，往高处拉巨石用到的、用土堆起来的斜面；像撬动并翻转大石头、被用来当投石武器的杠杆；还有建造古希腊神庙时用到的滑轮。
很多人学物理的时候特烦那些斜面滑块题，觉得它们既不切实际，又变着花样地折磨自己。其实啊，这些题实不实际，最有发言权的是古埃及人。
要是能穿越时光回到过去，你只要能根据斜面的摩擦力、石头的重量、拉石头的方式等条件，给出最合适的斜面坡度，加快了施工进度，法老高低得给你封个工程总监当当。
因为你懂的那些东西——像什么受力分析——在接下来直到17世纪的几千年里，懂得人只有你。
没错，古人发明、发现了很多东西，例如公元前3世纪的阿基米德发现了杠杆原理、浮力定律，但能解决的实际问题有限。
就拿打仗用的投石器来说吧，能不能投准全靠摸索，杠杆原理可解决不了。
他们需要理论来指导，但真正要解决投得准的问题，得等到17世纪，那时投石器已经进化成了火炮，而所有炮弹的运动问题，都可以归为“抛体”。
伽利略是力学研究的先驱，中学课本也是以他对运动的研究开篇，例如匀加速运动、自由落体运动、抛体运动。
很多人不知道，在他那个时代，研究炮弹的运动轨迹其实是个大问题。因为“国之大事，在祀与戎”，戎就是打仗，打仗少不了火炮，研究它有实打实的收益。
现在逻辑很明朗了，人们一直在从生产、生活乃至战争中摸索客观世界的规律，更高的需求则进一步促进了对这些规律的深入研究。
但这并不是全部。
人类对物理规律的研究不仅出于现实需要，还有好奇，而最好奇的，是对天上的东西。
古人最初观天的时候，同样有现实需要，例如编制历法、航海导航、占星算命。这些促成了古人对天体运动的研究，并逐渐建立起了描述天体运动的宇宙模型。
公元2世纪，托勒密提出的地心说模型是集大成者，一千多年后，它又被哥白尼的日心说取代。
可这不是终点。在哥白尼之后，开普勒又花了二十多年的时间，只为确定天体到底在做何种运动。
其实，托勒密的地心说模型、哥白尼的日心说模型都和观测数据符合得很好，虽然有误差，但绝对能满足历法、导航的需要。
但开普勒不能容忍误差，追求更为准确的宇宙模型已经成了他的一种执念、一种对宇宙规律的好奇。
其实，开普勒的职业生涯以占星术开端，但他对占星的态度一直比较暧昧：他并不怎么信自己占出来的东西，但又不得不占。正如他自己所说：
天文学是智慧的母亲，占星术是愚笨的女儿；母亲要活下去，就得靠女儿挣钱糊口。
1619年，开普勒的行星运动三定律完成；1638年，伽利略关于运动的研究收官。
前者关乎天上，后者着眼地面。二者看似泾渭分明，但自开普勒提出行星运动三定律起，一个“天大”的问题占据了17世纪科学家的心智：天体为什么要如此运动？
没有人能回答并给出严格的数学证明，直到牛顿的出现。
为了解决这个问题，牛顿吸取了伽利略研究中的运动分解思想、惯性思想，惠更斯碰撞研究的动量守恒、圆周运动、作用力对称的思想，系统提出了三大运动定律和受力分析方式。
但这还不够，直到他发明了微积分，再结合开普勒定律、三大运动定律，这才得出了解释（而非仅描述）天体运动的万有引力定律。
从现实需要，到好奇心的驱动，在几千年里，物理学家积累了很多发现。
牛顿这个集大成者，则把天体的运行和地面的运动统一起来——二者遵循同一套规律——完成了物理理论的首次大一统。
中学物理的必修一和必修二，也就是力学部分的主线，就是带领学生把必要的知识学会，再走一次这场统一。
说到这里，关于本文第一个问题的回答其实已经差不多了（电磁学部分专门再讲），但我细想后意识到：
对于那些正在被，或者即将要被物理习题磨练的学生来说，还能再深入些。
从理论层面来说，讲到万有引力定律，力学部分也快结束了，但真正让学生感到困难的，并不是最后的引力定律（因为考的不深），而多是前面学的受力分析，也就是各种和斜面、支架、绳子等装置相关的题。
这些题花样繁多，但本质上是现实场景的抽象，哪些场景呢？
斜坡上做运输、支架支撑横梁、绳索悬吊重物……换句话说，脱胎于和生产生活最相关的工程领域。
牛顿的时代有没有这类问题呢？当然有，但我想牛顿没有把它们放在眼里。
而当后人发现这些问题越来愈复杂时，不得不发明了正交分解（18世纪的欧拉）、矢量分析（19世纪的吉布斯、亥维赛）等工具。
在19世纪，人类迎来了工程大爆发的时期，建设了大量铁路、桥梁等设施，咱们光是看到那些横梁、支架的复杂结构，就得想到其中的受力分析得多复杂了。
在这个阶段，苏格兰工程师和物理学家William Rankine编写了很多工程教材，将图解受力分析玩得炉火纯青；
1866年，德裔瑞士土木工程师Karl Culmann出版了一本名叫《图解静力学》的书，将图解受力分析系统化。
而当时间来到20世纪二三十年代，被誉为现代材料力学之父的俄裔美籍力学家铁木辛柯出版了多本经典力学教材，把受力分析的标准方案固定下来，最终普及到了欧美的工科教育中。
咱们中国的教育体系最初学习苏联，自然，吸纳的也是欧美的这套东西。
显然，中学物理课本教的知识很“物理”，但训练学生的题目很“工程”。或者也可以说，课本呈现给学生的是宏大的自然规律，但最终，得靠更现实的问题把能力落地。
是时候谈谈本文的第二个问题了：为什么要教这些？
我就不说那些培养学生的物理思维、科学素养等虚的东西了。我最想说的，在《兰茨贝格基础物理学》这本书里：
“物理学依靠实验来发现现象的规律，建立理论；而理论又能帮助物理学家预测现象中尚未被发现的新特征，并指出这些特征出现的条件。
这些理论推导出的结论还需再次通过实验验证，而实验结果往往又能帮助修正或完善理论。通过这种方式，复杂而模糊的现象逐渐变得清晰易懂，人们也逐渐掌握了随意控制这些现象的方法。
这种对自然现象的控制能力，正是现代工业力量的源泉。”
为什么要学这些，因为它们能让年轻人认识到，人类完全可以靠自己的能力控制自然，并改变世界——
再也没有比这更酷的理由了！
（本文只谈了中学物理中的力学部分，之后我将继续谈谈电磁学部分、热学部分等内容。在这个过程中，我还会分享优秀图书，以及关于教育、学习的有价值的内容。关注我吧~）
