探究伽利略研究自由落體的科學思維

探究伽利略研究自由落體的科學思維

　　摘 要：創新是一個民族的靈魂，只有創新社會才能發展，時代才能進步，我們要培養創新能力，關鍵是要培養創新思維，培養大膽質疑和豐富的想象力，鼓勵多樣性和獨創性，培養不盲從教師、不盲從課本、不迷信權威的思維品質。通過探析伽利略對自由落體運動研究的科學思維方法，提高同學們的科學思維覺悟。“伽利略對自由落體運動的研究”。以前我們把這個教學內容作為閱讀材料處理，現在新教材把它單列為一節，目的是讓同學們體驗伽利略科學研究的過程，讓同學們領會科學的過程，并學習伽利略研究自由落體運動的科學思維方法和巧妙的實驗構思。下面和同學們一起來領悟這一節中伽利略的科學思維方法。

　　關鍵詞：伽利略 自由落體 思維方式

　　一、歸謬法

　　伽利略巧妙的用了一個佯謬否定了亞里士多德得出的“重的物體下落快”的論斷，得出一種可能：重物與輕物應該下落的同樣快。

　　二、抽象思維方法

　　抽象即事物主要的、本質的東西聯合起來，建立一個輪廓清晰、主題突出的模型，伽利略對自由落體運動的研究就是如此。在自然狀態下，落體運動受空氣阻力的干擾，如果要排除空氣阻力的干擾，那就需要創設一個真空環境。于是伽利略運用抽象思維方法，撇開空氣阻力的影響，設想在純重力狀態下的落體運動，得出了自由落體運動定律。

　　其實，伽利略在物理學中的許多成就都可以歸功于他能在種種復雜情況下作出抽象，如 “理想擺”、“伽利略的理想實驗”、及“拋體運動”。抽象思維方法是他實現科學發現必不可少的條件。所謂“理想實驗”并不是實物實驗，而是依據理想化的條件進行推導并想象其結果。伽利略曾做過讓小球沿斜面下滾的實物實驗，由于受到了斜面摩擦和空氣阻力的作用，從一個斜面滑下沖上另一給斜面，其高度總比原來低。伽利略設想了一種理想化條件：如果所有阻力減小到零，小球就會上升到原來的高度，這就是伽利略著名的“理想實驗”。

　　三、實驗與數學相統一

　　物理是一門以實驗為基礎的科學，在伽利略以前的不少思想家也指出過實驗的重要性，但伽利略與他們不同，他所著眼的不是對自然界的單純觀察，而是有計劃的進行實驗，在做實驗時，研究者就像在向自然界提出他們感興趣的問題并且得到回答一樣。伽利略認為，理論和自然是否相符，必須由“選擇得當的實驗”來判斷。及時對那些已經公開的觀點也得采用實驗法加以探究。伽利略認為，在對自然界進行實驗研究的過程中，必須同時運用數學計算法，所以他特別重視實驗的定量分析。伽利略深信，“自然界”這本“書”使用數學語言寫成的，不懂得數學語言，就不能揭開自然界的奧秘。

　　在對自由落體運動的研究中，伽利略曾大膽地猜測，落體運動是一種最簡單的變速運動，即下落物體的速度是隨著時間均勻增大的，即v∝t,他也想通過實驗來驗證，但是如何解決時間的測量問題是個難題。后來經過反復思考，他設計了著名的“沖淡重力”的斜面實驗，在實驗中同時采用了數學方法。實驗驗證：在同一個傾斜的斜面上，小銅球滾下的位移總是與運動時間的平方成正比。斜面的傾角不同時，比例關系同樣成立，只是常數的大小有所變化。隨著斜面傾角的增大，比例常數的比值也逐漸增大。

　　四、合理外推法

　　由于自由落體運動下落的時間很短，而但是有沒有測量時間的好方法，伽利略只能測量出斜面傾角小于50°情況下的時間，他認為比例常數是隨著傾角的增大而增大的，當斜面的傾角很大時，小球的運動就跟自由落體運動差不多了，當傾角等于90°，即物體豎直下落時，這個關系也應該成立，并且此時的比例常數最大，從而得出了自由落體運動的規律。

　　伽利略把斜面實驗的結論推廣到豎直運動的情況，這是他思維方法上的一種升華，這種方法稱為合理外推法，伽利略“理想實驗”同樣采用了合理外推法，小球滾上第二個斜面的高度只與它在第一個斜面上滾下的高度有關，而與第二個斜面的傾斜程度有關，所以我們可以不斷減小第二個斜面的傾斜程度，隨之小球在第二個斜面上運動的路程也就不斷增長，如果我們設想斜面的傾斜程度減小到零，即把它變為平面，那么小球就應該一直向前滾動，永遠也不會停止下來，這就是最早形成的“慣性”的概念。

　　俗話說：授之以魚不如授之于漁，法國生物學家貝爾納說：“科學中難能可貴的是創造性才華，由于方法的拙劣可能被消弱，甚至被扼殺，而良好的方法則會增長和促進這種才華。”在科技快速發展的今天。學會學習思考的方法比學會學習更重要，我們所學的知識肯遠遠跟不上時代的發展，但千年來的方法依然指導科學與技術的發展，因此在平時的教學與學習中應該注重對學法的學習與總結。

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