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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(yǎng)創(chuàng)新能力，關(guān)鍵是要培養(yǎng)創(chuàng)新思維，培養(yǎng)大膽質(zhì)疑和豐富的想象力，鼓勵(lì)多樣性和獨(dú)創(chuàng)性，培養(yǎng)不盲從教師、不盲從課本、不迷信權(quán)威的思維品質(zhì)。通過(guò)探析伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)研究的科學(xué)思維方法，提高同學(xué)們的科學(xué)思維覺悟。“伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究”。以前我們把這個(gè)教學(xué)內(nèi)容作為閱讀材料處理，現(xiàn)在新教材把它單列為一節(jié)，目的是讓同學(xué)們體驗(yàn)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(xí)伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)思維方法和巧妙的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思。下面和同學(xué)們一起來(lái)領(lǐng)悟這一節(jié)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(yīng)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(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究就是如此。在自然狀態(tài)下，落體運(yùn)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?jiǎng)?chuàng)設(shè)一個(gè)真空環(huán)境。于是伽利略運(yùn)用抽象思維方法，撇開空氣阻力的影響，設(shè)想在純重力狀態(tài)下的落體運(yùn)動(dòng)，得出了自由落體運(yùn)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(fù)雜情況下作出抽象，如 “理想擺”、“伽利略的理想實(shí)驗(yàn)”、及“拋體運(yùn)動(dòng)”。抽象思維方法是他實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)必不可少的條件。所謂“理想實(shí)驗(yàn)”并不是實(shí)物實(shí)驗(yàn)，而是依據(jù)理想化的條件進(jìn)行推導(dǎo)并想象其結(jié)果。伽利略曾做過(guò)讓小球沿斜面下滾的實(shí)物實(shí)驗(yàn)，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(shè)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，這就是伽利略著名的“理想實(shí)驗(yàn)”。
三、實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)相統(tǒng)一
物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，在伽利略以前的不少思想家也指出過(guò)實(shí)驗(yàn)的重要性，但伽利略與他們不同，他所著眼的不是對(duì)自然界的單純觀察，而是有計(jì)劃的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在做實(shí)驗(yàn)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(rèn)為，理論和自然是否相符，必須由“選擇得當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)”來(lái)判斷。及時(shí)對(duì)那些已經(jīng)公開的觀點(diǎn)也得采用實(shí)驗(yàn)法加以探究。伽利略認(rèn)為，在對(duì)自然界進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過(guò)程中，必須同時(shí)運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算法，所以他特別重視實(shí)驗(yàn)的定量分析。伽利略深信，“自然界”這本“書”使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言寫成的，不懂得數(shù)學(xué)語(yǔ)言，就不能揭開自然界的奧秘。
在對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究中，伽利略曾大膽地猜測(cè)，落體運(yùn)動(dòng)是一種最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)，即下落物體的速度是隨著時(shí)間均勻增大的，即v∝t,他也想通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，但是如何解決時(shí)間的測(cè)量問(wèn)題是個(gè)難題。后來(lái)經(jīng)過(guò)反復(fù)思考，他設(shè)計(jì)了著名的“沖淡重力”的斜面實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中同時(shí)采用了數(shù)學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：在同一個(gè)傾斜的斜面上，小銅球滾下的位移總是與運(yùn)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(shù)的大小有所變化。隨著斜面傾角的增大，比例常數(shù)的比值也逐漸增大。
四、合理外推法
由于自由落體運(yùn)動(dòng)下落的時(shí)間很短，而但是有沒有測(cè)量時(shí)間的好方法，伽利略只能測(cè)量出斜面傾角小于50°情況下的時(shí)間，他認(rèn)為比例常數(shù)是隨著傾角的增大而增大的，當(dāng)斜面的傾角很大時(shí)，小球的運(yùn)動(dòng)就跟自由落體運(yùn)動(dòng)差不多了，當(dāng)傾角等于90°，即物體豎直下落時(shí)，這個(gè)關(guān)系也應(yīng)該成立，并且此時(shí)的比例常數(shù)最大，從而得出了自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。
伽利略把斜面實(shí)驗(yàn)的結(jié)論推廣到豎直運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)”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(yùn)動(dòng)的路程也就不斷增長(zhǎng)，如果我們?cè)O(shè)想斜面的傾斜程度減小到零，即把它變?yōu)槠矫�，那么小球就�?yīng)該一直向前滾動(dòng)，永遠(yuǎn)也不會(huì)停止下來(lái)，這就是最早形成的“慣性”的概念。
俗話說(shuō)：授之以魚不如授之于漁，法國(guó)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(zhǎng)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(xí)思考的方法比學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)更重要，我們所學(xué)的知識(shí)肯遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上時(shí)代的發(fā)展，但千年來(lái)的方法依然指導(dǎo)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(xí)中應(yīng)該注重對(duì)學(xué)法的學(xué)習(xí)與總結(jié)。
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