物理学的核心特征是科学精神，而在一定程度上科学精神与批判性思维是同向而行，相互依存的。它们具有如下共同特征：
一是以问题为导向，对具体问题进行具体分析，对于具体的研究对象，寻求事物间的规律，并由此构建理论体系。
二是具有开放性和客观性，理性、真实、可查证、无边界、重事实、讲道理，一切以客观事实的观察为基础，探寻现象背后的原因，揭示现象发生或变化的内在规律，通过证据，依据理性和逻辑推导出结论，通常科学家会设计实验并控制各种变量来保证实验的准确性及解释理论的普适性。
三是存在适用范围，允许可错性和可证伪性。科学的核心是不确定性，解释物理现象的科学假说是临时的，需要越来越多的证据，所以只具有统计性质；批判性思维也认为不存在放之四海皆准的绝对真理。例如：广义相对论在微观世界失效，量子理论在宏观世界失效。虽然科学家们仍然在努力寻找，是否存在某种大一统理论，但这必须建立在能认识客观实践的基础之上。
四是强调独立思考和判断，不迷信权威。独立思考、独立判断，是物理学和批判性思维所共同具有的寻求真理所需的思维品格。科学理论来自实践，也必须回到实践，它必须能够解释其适用范围内的已知的所有事实，能通过实验验证，不唯书、不唯上、只唯实。
具体到物理学科教学，教师需要对学生进行批判性思维和科学思维的训练，引导学生尊重事实和证据，有实证意识和严谨的求知态度；理性务实，逻辑清晰，能运用科学的思维范式认识事物、解决问题、规范行为等。其思维范式为“提出命题→理论解释→理论预言→实验验证→反思完善理论”，具体如下：
（1）命题一般是从新的观测事实或实验事实中提炼出来，或从已有原理中推演出来。
（2）尝试用已知理论对命题做解释、逻辑推理和数学演算。如现有理论不能完美解释，需修改原有模型或提出全新的理论模型。
（3）新理论模型必须提出预言，并且预言能够为实验所证实。
（4）一切物理理论最终都要以观测或实验事实为准则，当一个理论与实验事实不符时，它就面临着被修改或被推翻的风险。
学生通过对高中物理学科的学习，应具有批判性思维的意识，能基于证据大胆质疑，从不同角度思考问题，追求科技创新；具有构建理想模型的意识和能力；能正确运用科学思维方法，从定性和定量两个方面进行科学推理、找出规律、形成结论，并能解释自然现象和解决实际问题；具有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测，最终促进批判性思维和创新性思维的形成。
