探究伽利略研究自由落體的科學(xué)思維

　　摘 要：創(chuàng )新是一個(gè)民族的靈魂，只有創(chuàng )新社會(huì )才能發(fā)展，時(shí)代才能進(jìn)步，我們要培養創(chuàng )新能力，關(guān)鍵是要培養創(chuàng )新思維，培養大膽質(zhì)疑和豐富的想象力，鼓勵多樣性和獨創(chuàng )性，培養不盲從教師、不盲從課本、不迷信權威的思維品質(zhì)。通過(guò)探析伽利略對自由落體運動(dòng)研究的科學(xué)思維方法，提高同學(xué)們的科學(xué)思維覺(jué)悟。“伽利略對自由落體運動(dòng)的研究”。以前我們把這個(gè)教學(xué)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(xué)們體驗伽利略科學(xué)研究的過(guò)程，讓同學(xué)們領(lǐng)會(huì )科學(xué)的過(guò)程，并學(xué)習伽利略研究自由落體運動(dòng)的科學(xué)思維方法和巧妙的實(shí)驗構思。下面和同學(xué)們一起來(lái)領(lǐng)悟這一節中伽利略的科學(xué)思維方法。

　　關(guān)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(gè)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(zhì)的東西聯(lián)合起來(lái)，建立一個(gè)輪廓清晰、主題突出的模型，伽利略對自由落體運動(dòng)的研究就是如此。在自然狀態(tài)下，落體運動(dòng)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(chuàng )設一個(gè)真空環(huán)境。于是伽利略運用抽象思維方法，撇開(kāi)空氣阻力的影響，設想在純重力狀態(tài)下的落體運動(dòng)，得出了自由落體運動(dòng)定律。

　　其實(shí)，伽利略在物理學(xué)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(shí)驗”、及“拋體運動(dòng)”。抽象思維方法是他實(shí)現科學(xué)發(fā)現必不可少的條件。所謂“理想實(shí)驗”并不是實(shí)物實(shí)驗，而是依據理想化的條件進(jìn)行推導并想象其結果。伽利略曾做過(guò)讓小球沿斜面下滾的實(shí)物實(shí)驗，由于受到了斜面摩擦和空氣阻力的作用，從一個(gè)斜面滑下沖上另一給斜面，其高度總比原來(lái)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(huì )上升到原來(lái)的高度，這就是伽利略著(zhù)名的“理想實(shí)驗”。

　　三、實(shí)驗與數學(xué)相統一

　　物理是一門(mén)以實(shí)驗為基礎的科學(xué)，在伽利略以前的不少思想家也指出過(guò)實(shí)驗的重要性，但伽利略與他們不同，他所著(zhù)眼的不是對自然界的單純觀(guān)察，而是有計劃的進(jìn)行實(shí)驗，在做實(shí)驗時(shí)，研究者就像在向自然界提出他們感興趣的問(wèn)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(shí)驗”來(lái)判斷。及時(shí)對那些已經(jīng)公開(kāi)的觀(guān)點(diǎn)也得采用實(shí)驗法加以探究。伽利略認為，在對自然界進(jìn)行實(shí)驗研究的過(guò)程中，必須同時(shí)運用數學(xué)計算法，所以他特別重視實(shí)驗的定量分析。伽利略深信，“自然界”這本“書(shū)”使用數學(xué)語(yǔ)言寫(xiě)成的，不懂得數學(xué)語(yǔ)言，就不能揭開(kāi)自然界的奧秘。

　　在對自由落體運動(dòng)的研究中，伽利略曾大膽地猜測，落體運動(dòng)是一種最簡(jiǎn)單的變速運動(dòng)，即下落物體的速度是隨著(zhù)時(shí)間均勻增大的，即v∝t,他也想通過(guò)實(shí)驗來(lái)驗證，但是如何解決時(shí)間的測量問(wèn)題是個(gè)難題。后來(lái)經(jīng)過(guò)反復思考，他設計了著(zhù)名的“沖淡重力”的斜面實(shí)驗，在實(shí)驗中同時(shí)采用了數學(xué)方法。實(shí)驗驗證：在同一個(gè)傾斜的斜面上，小銅球滾下的位移總是與運動(dòng)時(shí)間的平方成正比。斜面的傾角不同時(shí)，比例關(guān)系同樣成立，只是常數的大小有所變化。隨著(zhù)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(dòng)下落的時(shí)間很短，而但是有沒(méi)有測量時(shí)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(shí)間，他認為比例常數是隨著(zhù)傾角的增大而增大的，當斜面的傾角很大時(shí)，小球的運動(dòng)就跟自由落體運動(dòng)差不多了，當傾角等于90°，即物體豎直下落時(shí)，這個(gè)關(guān)系也應該成立，并且此時(shí)的比例常數最大，從而得出了自由落體運動(dòng)的規律。

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

　　俗話(huà)說(shuō)：授之以魚(yú)不如授之于漁，法國生物學(xué)家貝爾納說(shuō)：“科學(xué)中難能可貴的是創(chuàng )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(huì )增長(cháng)和促進(jìn)這種才華。”在科技快速發(fā)展的今天。學(xué)會(huì )學(xué)習思考的方法比學(xué)會(huì )學(xué)習更重要，我們所學(xué)的知識肯遠遠跟不上時(shí)代的發(fā)展，但千年來(lái)的方法依然指導科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，因此在平時(shí)的教學(xué)與學(xué)習中應該注重對學(xué)法的學(xué)習與總結。

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