PAT 是什么？
PAT 全称 Physics Aptitude Test，是牛津大学物理学、物理与哲学、工程、材料科学几大类专业的入学资格专项考试。
PAT 考试时长2个小时。最新的2020年考试标准要求，在规定的时间内，考生需完成大致12个五选一的选择题（计24分），和10~12个问答题（计76分），总计100分。
PAT 考察的内容包括数学和物理，牛津大学给出了 PAT 考试的完整大纲，非常详尽，建议准备备考的同学们直接打开网页链接自行查看。
总体而言，PAT 数学部分考察的知识点大致跟 A-Level 普通数学相当。物理部分的内容除了 AS-Level 物理中涉及到的基础力学、电路分析、波以及原子物理以外，还会涉及到一些 A2 物理中才会学到的知识点，例如：
- 圆周运动
- 引力和静电力的平方反比定律
- 光量子理论和光电效应现象
- 电子能级和原子光谱
以及整个 A-Level 物理课程中没有的知识点，例如：
- 太阳系中的天体和它们的运动规律
- 光学中的折射定律、全反射现象
所以乍看起来，对于很多 AS 阶段成绩优秀地同学而言，PAT 似乎也不是那么可怕：只要在 AS 阶段所学的知识的基础上，再把额外要考的这几个为数不多的知识板块提前学一下，就能够愉快地走上 PAT 考场，考取牛津大学，走上人生巅峰了？
显然，事情没有表面看起来那么简单。我们接下来就更加具体地来聊一聊，PAT 究竟考什么？
PAT 考什么？
跟A-Level 数学和物理相对淳朴的套路化考试不同，PAT 非常侧重于考察学生灵活运用知识、甚至是吸收新信息并拓展出去解决新问题的能力。除了基础题，小编认为，PAT 考察的高阶理科能力可以大致分成几个维度。
其一，在 A-Level 数学的考核中，很多时候都是纯粹的计算问题，不用管那么多，算就完事了。在 PAT 考试里，就不仅期望考生会算，而且还要有一点大局观，能站在一个更高的视角，有数形结合的 visualisation 的能力。
PAT 每年必有几个画函数图像的问题。给你一个长得很奇怪的函数，比如 y=\frac{1-x-x^2}{x^2} （2012年），或者 y=3\mathrm{e}^{-2x+2}-2\mathrm{e}^{-x+1} （2013年），以及 y=(1+x)^n （2019年），在没有任何额外提示的情况下，你是否能够运用自己学过的知识，分析清楚这个函数的性质（渐进行为、极大极小值、零点、周期性、对称性等等），把信息碎片整合拼凑成一幅完整的函数图像。
更有些题看似是个代数问题，但实质上通过解析几何的工具会将问题变得非常直观。甚至在一些问题中，一旦构建起图像来，就会发现整个问题必须要拆解成几种不同的情况，逐个分类讨论来各个击破。
其二，PAT 很乐于考察学生对课程体系内学过的知识层面的认知深度。 针对 A-Level 里滚瓜烂熟的公式、定理，很多学生可能并没有去思考过它们背后的来龙去脉，只是拿来主义地直接照搬来刷题。PAT 就会经常引导学生思考一些更底层 formalism 的问题。
又例如大家应该都很习惯以 x 作为变量的微分和积分，但是有多少人对微积分的这套符号体系有过更深入的思考，2017年出现的一个看起来并不难地微积分计算： \displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} \int_0^{2t^2} (xt)^4 \mathrm{d}x ，就打倒了一大片同学，很多同学搞不清楚微分和积分分别是对哪个变量来进行，最后结果差之千里。
又例如在运动学里，大家都很熟悉将平均速度定义为总路程对于总时间的平均，也知道该如何写下对应的数学表达式，那如果现在想要通过对总路程作平均来定义一个新的平均速度，又该如何操作呢？
其三，PAT 也很喜欢考察学生运用数学工具来解决物理问题的能力。 在学校的课程中，数学和物理仿佛是两门独立的学科，但是实际上，很多物理、工程问题在建模后都需要用到数学工具才能求解，诸如矢量分析、三角函数、指数函数、微积分等等，在很多物理问题中都是重要的工具。考生首先对问题本身要有足够清晰的物理图像，然后才是对症下药地运用合适地数学工具来解决它。
PAT 几乎每一年都会考到一个几何光学的题，而且几乎每次都会涉及到全反射的概念，但是你永远猜不到它会怎么考你。每个题都需要考生去想象入射角连续改变时，在后续的传播过程中光路会发生怎样的变化，然后结合几何关系找出各个界面入射角、折射角的关系，利用折射定律去列出多条方程联立。
2018年的一个受力平衡问题，2010年关于地平线位置和海拔高度关系的一个问题，2007年单摆摆长有微小变化后的周期变化问题，等等，都需要用到近似计算。考生必须敏锐地意识到问题中哪些是可以忽略不计的小量，然后运用展开技巧取一阶近似完成计算。
再比如2017年的一个考题，给出了一个三颗等质量恒星绕着体系质心作匀速转动的模型。求解时首先要能想清楚体系中三颗恒星的位置关系，而后在对任意单颗恒星做受力分析时，来自另外两颗恒星的引力和合力怎么找，轨道的圆周半径怎么找，都需要熟练地运用到几何关系，才能列出方程。
在2015年一个考题中，需要想清楚怎么用一个三角函数来表述一列波中的任意点在任意时刻的位移，波长、频率这些描述波的重要参数怎么写进形如 <br>y(x,t) = A\sin(kx-\omega t) 这么一个函数式里来。而到了2017年，更进一步要求考生来分析两列频率稍有不同的波的叠加会导致什么结果。其间需要将两个三角函数相加，接着处理和化简，最终看出振幅的变化和频率的信息。
最后，也是可能最考验考生能力的一层，是吸收新鲜知识，并且立刻运用解决问题的能力。 历年来 PAT 的真题中总有那么一两个令人眼前一亮的精彩考题（对很多考生来说可能是眼前一瞎），给出大段信息来讲述一个学生极大概率是从没见过的理论，寄希望学生读懂后，立刻着手答题。按照 PAT 官方大纲中的说法：
Problems may be set which require problem solving based on information provided rather than knowledge about a topic.
例如2019年的一个考题中，就介绍了一种信号延迟系统（delay system），如果考生能意识到它的本质其实是一个二进制计数系统，这个问题就好办了。
例如2018年有个精彩的问题，大概是一个人站在一个转动的圆形平台边缘，顺着一根沿半径方向的绳索把自己一路拉向平台的中心，然后问的是整个过程中做功和能量转换的问题。中间涉及到需要用积分来计算一个变力所做的功，而在分析这个力的变化时，还需要用到题干中给的关于角动量（angular momentum）的新知识，最后还需要将所求的积分表达式跟题中给出的积分公式比较，得到最终的结果，对考生能力的要求非常高。
再例如同一年的另一个考题，介绍了晶体对称性的某种表述方案，以及几条通过这种表述方法来推断晶体结构的法则，然后给出了某个未知晶体的碎片化信息，要求考生像福尔摩斯一样，现场拼凑证据，对晶体的结构做出判断。2019年又来了一个让考生现学现用位力定理（Virial theorem）。这些都是考前完全不可能准备的到的问题，比拼的完全就是考生的内功修为。
顺便再补充一点，新的 PAT 考试中开始允许使用计算器，2019年的考题中出现了给出大量实验数据要求做分析的问题，这也要广大 PAT 考生稍作留意。
常见问题解答
备考 PAT 有什么刷题资源？
最香的显然是 PAT 真题，可以在牛津大学物理系的网站上下载。
但是只有真题没有参考答案，业界良心网站 Physics & Maths Tutor 上可以找到某位大佬的手写解答作为参照。下载链接如下，资源是免费公开的，只不过登录他们家网站需要翻墙。
https://www.physicsandmathstutor.com/admissions/pat/
易天教育的烤羚羊老师精心将历年的 PAT 考题进行过按专题分类的整理，最近几年的真题也有全套的手写解答，有兴趣的 PAT 党们欢迎前来咨询。
其次可以建议剑桥大学 NSAA 入学笔试中的数学和物理版块的真题。相比 PAT 而言，NSAA 的题偏简单，但也不妨拿来找找自信和感觉。
https://www.undergraduate.study.cam.ac.uk/courses/natural-sciences#entry-requirements
此外，英国 BPhO 物理奥赛的真题也是很好的资源。BPhO 的命题也是牛津大学物理系，所以跟 PAT 的出题风格比较相似，有余力的 PAT 考生可以用 BPhO Round 1 Section 1 和 BPhO AS Challenge 的题拿来练手。
https://www.bpho.org.uk/past-papers/round-1
https://www.bpho.org.uk/past-papers/as-challenge
PAT 目标该考多少分？
每年牛津大学会给出申请物理、物理与哲学这两个专业的申请者的 PAT 成绩统计，历年的报告可以在以下网址找到。
https://www2.physics.ox.ac.uk/study-here/undergraduates/physics-admissions-reports
从历年规律来看，PAT 的平均分在50分左右，超出平均分10分可以大致确保获得面试资格（Short-listing）。 但是如果要在众多申请者中脱颖而出，考分显然是越高越好，因为虽然后续会有一轮重要的面试环节，但决定最终录取与否的是 PAT 笔试和面试的综合表现。这里给出的建议是，有志于牛津物理和工程的同学，在备考 PAT 时目标应该定在70+。