伽利略科學研究方法

A. 伽利略開創的科學研究方法對今日的科學,技術和社會產生了怎樣的作用

古希臘在物理學說方面有兩大學派，一派以哲學家亞里士多德為代表，另一派則以自然科學家阿基米德為代表。兩人皆是古代希臘蓍名的學者，但由於兩人的觀點和方法不同，其科學結論也就各異，並形成了鮮明的對立。亞里士多德學派的觀點基本是唯心的，他是憑主觀思考和純推理方法作結論的，所以是充斥著謬誤。而阿基米德學派的觀點基本是唯物的，他完全依靠靠科學實踐方法得出結論。

然而從11世紀起，在基督教會的扶持下，亞里士多德的著作得到了經院哲學家的重視，他們排斥阿基米德的物理學，把亞里士多德的物理學奉為經典，凡違反亞里士多德物理學的學者均被視為「異端邪說」。但伽利略卻對亞里士多德的物理學抱懷疑態度，相反他特別重視對阿基米德物理學的研究，他重視理論聯系實際，注意觀察各種自然現象，思考各種問題。在伽俐略十八歲那年，一次到比薩教堂去做禮拜，他注意到教堂里懸掛的那些長明燈被風吹得一左一右有規律地擺動，他按自己脈博的跳動來計時，發現它們往復運動的時間總是相等的。就這樣他發現了擺的等時性，後來荷蘭物理學家惠更斯根據這個原理製成掛擺時鍾，人們稱之為"伽利略鍾"。

伽利略根據阿基米德的學說，作了迅速確定合金成分的流體靜力天平的研究，發明了可以測定物質密度的"小天平"，寫出了名為《小天平》的論文。後來他又潛心研究了物體重心的幾何學，於1588年發表了《固體的重心》的論文，引起學術界的注意。第二年，在友人的推薦下，被比薩大學聘任為數學教授。

亞里士多德認為兩個物體以同一高度落下，重的比輕的先著地。但伽利略經過反復的研究與實驗後，得出了與之截然相反的結論：物體下落的快慢與重量無關。1590年，伽利略在比薩斜塔公開作了落體實驗，驗證了亞里士多德的說法是錯誤的，使統治人們思想長達2000多年的亞里士多德的學說第一次發生動搖。而應邀前來觀看的一些著名學者卻否認自己親眼見到的一切，他們群起攻擊伽利略。1591年，伽利略被比薩解聘。

從科學史上看，伽利略並不是落體實驗的首創者，其首創者是比利時的斯台文。但伽利略的比薩斜塔實驗所造成的影響卻是更為深遠的。

1592年，伽利略來到威尼斯的帕多瓦大學任教，開始了他科學活動的黃金時期。在這一時期，他研究了大量的物理學問題，如斜面運動、力的合成、拋射體運動等。他還對液體與熱學作了研究，發明了溫度計。1609年，伽利略製成了天文望遠鏡，並用這台望遠鏡去探索宇宙的奧秘，他發現月球的表面凹凸不平，有高山深谷；木星有四顆衛星圍繞它旋轉，金星和月亮一樣有盈有虧；土星有光環；太陽有黑子，能自轉。銀河是由於千千萬萬顆暗淡的星星所組成。這些發現為哥白尼、布魯諾的觀點提供了有力的證據。對教會的信條進行了嚴厲的打擊。

第二年，他出版了《星際使者》，通俗地向讀者介紹他觀察到的天空現象，宣傳了他的觀點。這部著作在歐洲引起了極大的轟動，伽利略因此被稱為「天空的哥倫布」。1613年，他在羅馬發表了《論太陽黑子》。該書以書信形式明確指出了哥白尼學說是正確的，托勒密學說是錯誤的。由此伽利略觸怒了教會，開始受到宗教裁製所的審訊。

在教廷的壓制下，伽利略仍繼續科學研究，在長期觀察和研究天體運動的實踐中，他更加堅信哥白尼學說的正確性。1632年1月，伽利略在佛羅倫薩出版了《關於托勒密和哥白尼的兩大世界體系的對話》。他在書中用三位學者對話的形式，作了四天的談話。討論了三個問題：1、證明地球在運動；2、充實哥白尼學說；3、地球的潮汐。《對話》總結了伽利略長期科研實踐中的各種科學發現，宣告了托勒密地心說理論的破產，從根本上動搖了教會的最高權威，從而推動了唯物論思想的發展。這部著作一經出版便受到廣大讀者的歡迎。但卻遭到了羅馬教會的反對。伽利略因此而受到了長期的監禁。

1636年，伽利略在監禁中偷偷地完成了他一生中另一部偉大的著作《關於兩種新科學的對話》。該書於1638年在荷蘭出版。這部偉大著作同樣是以三人對話形式寫的。「第一天」是關於固體材料強度的問題，反駁了亞里士多德關於落體的速度依賴於其重量的觀點；「第二天」是關於內聚作用的原因，討論了杠桿原理的證明及梁的強度問題；「第三天」討論了勻速運動和自然加速運動；"第四天"是關於拋射體運動的討論。這一巨著從根本上否定的亞里士多德的運動學說。

三．伽利略的科學研究方法

伽利略對物理規律的論證非常嚴格。他創立了對物理理象進行實驗研究並把實驗的方法與數學方法、邏輯論證相結合的科學研究方法。例如，為了說明慣性，他曾設計一個無摩擦的理想實驗：在一定點O懸掛一單擺，將擺球拉到離豎直位置一定距離的左側A點，釋放小球，小球將擺到豎直位置的右側B點，此時A點與B點處於同一高度。若在O的正下方C用釘子改變單擺的運動路線，小球將擺到與A、B兩點同樣高度的D。伽利略指出，對於斜面會得出同樣的結論。他將兩個斜面對接起來，讓小球沿一個斜面從靜止滾下，小球將滾上另一斜面。如果無摩擦，小球將上升到原來的高度。他推論說，如果減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面達到原來的高度就要通過更長的距離。繼續使第二個斜面的傾角越來越小，小球將合滾得越來越遠。如果第二個斜面改成水平面，小球就永遠達不到原來的高度，而要沿水平面以恆定速度持續運動下去。伽利略設計的實驗雖是想像中的，但卻是建立在可靠的事實的基礎上。把研究的事物理想化，就可以更加突出事物的主要特徵，化繁為簡，易於認識其規律。伽利略的這一自然科學新方法，有力地促進物理學的發展，他因此被譽為是「經典物理學的奠基人」。

四．伽利略在科學史上的地位

伽利略的科學發現，不僅在物理學史上而且在整個科學中上都佔有極其重要的地位。他不僅糾正了統治歐洲近兩千年的亞里士多德的錯誤觀點，更創立了研究自然科學的新方法。

伽利略在總結自己的科學研究方法時說過，「這是第一次為新的方法打開了大門，這種將帶來大量奇妙成果的新方法，在未來的年代裡，會博得許多人的重視。」後來，惠更斯繼續了伽利略的研究工作，他導出了單擺的周期公式和向心加速度的數學表達式。牛頓在系統地總結了伽利略、惠更斯等人的工作後，得到了萬有引力定律和牛頓運動三定律。伽利略留給後人的精神財富是寶貴的。愛因斯坦曾這樣評價：「伽利略的發現，以及他所用的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正的開端！」。

B. 伽利略的科學研究方法有什麼特點~

都是源於生活中的發現

C. 伽利略的科學研究方法有何特點

伽利略在科學研究工作中用到的科學研究方法。
伽利略在長達幾十年的科學研究工作期間開創了許多物理學研究方法，這些方法對今天的科學研究人員來說，仍然具有十分重要的指導作用。愛因斯坦曾經對伽利略及其科學方法給予高度評價，他說: 「伽利略的發現以及他所應用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，標志著物理學的開端。」下面就來看一下伽利略在科學研究工作中用到的主要科學研究方法。

科學精神 科學方法

① 觀察方法

我們從上述描述中已經知道，伽利略對於天文學的研究主要靠的是觀察的方法，更加確切地說是間接觀察法。觀察方法是指人們通過感覺器官(如眼、耳)直接地，或者藉助於科學儀器間接地進行有目的、有計劃的感知客觀對象活動，從而得到該對象的知識和觀念的科學方法。伽利略的觀察方法已經不同於古代的肉眼直接觀察，而是藉助於天文望遠鏡這一工具進行觀察。他對天體的觀察，使他發現了許多人們以往所不知道的重大信息，揭開了宇宙神秘的面紗。他在物理學力學方面的研究也離不開觀察。據說，擺針就是因為他偶然仔細觀察吊燈的擺動而發明的。伽利略的觀察方法在科學研究中的重大作用也被後來許多學科的科學家所公認。如前蘇聯著名的生理學家巴甫洛夫對他的學生說，他成功的秘訣就是 「觀察、觀察、再觀察」，「應該先學會觀察，觀察，不會觀察，你就永遠當不了科學家。」發明青黴素的英國細菌學家弗萊明在1945年獲得諾貝爾醫學獎時，深有感觸地說: 「我的唯一功勞是沒有忽視觀察。」

② 實驗方法

實驗方法是指人們根據研究目的，藉助一些物理設備，人為控制地進行一系列活動，進而重復研究自然現象和規律的一種方法。伽利略是觀察和實驗方法的積極倡導者，是倡導可重復、可檢驗性實驗的第一人，被譽為在實驗中真正應用觀察實驗這一科學方法的大思想家，是近代實驗科學的奠基人之一。他反對亞里士多德式的純屬思辨的科學方法，主張只有觀察實驗才是掌握真理的科學方法，反對過度相信權威，主張只有實驗才能幫助我們更好地認識自然。他有一句名言: 「科學的真理不應在古代聖人的蒙著灰塵的書上去找，而應該在實驗中和以實驗為基礎的理論中去找。真正的哲學是寫在那本經常在我們眼前打開著的最偉大的書裡面的。這本書就是宇宙，就是自然本身，人們必須去讀它。」這句名言充分說明了伽利略的態度。同時，他自己就是這一觀點的堅決執行者。除了天文學方面不能進行實驗以外，伽利略其他的研究無一不是建立在實驗的基礎上。例如，為了驗證自己關於自由落體問題的正確性，他設計了「斜面實驗」，並試驗了近百次才得到正確的結論；還有著名的「比薩斜塔實驗」。伽利略的實驗方法的最大特點是可重復性和可檢驗性，他的實驗方法對現在的科學研究仍有很大意義。

③ 數學方法

數學方法即用數學語言表述事物的狀態、關系和過程，並加以推導、演算和分析，以形成對問題的解釋、判斷和預言的方法。數學方法在科學研究中佔有十分重要的地位。馬克思說: 「一種科學只有成功地運用數學時，才算達到真正完善的地步。」愛因斯坦也說: 「在我們全部知識中，那個能夠用數學語言來表達的部分，就劃為物理學領域。」

伽利略在科學研究中用到的第三種重要的科學方法就是數學方法。伽利略把他的物理研究與數學緊密結合起來，為物理學的發展開辟了新的途徑。他以准確的數學語言證明物質運動的規律和表達物理的定律。他在數學方面有很深的造詣，早在1582年前後，他經過長久的實驗觀察和數學推算，得到了擺的等時性定律。在1585年因經濟原因輟學離開比薩大學後，他深入地研究過古希臘歐幾里得、阿基米德等人的著作，對於幾何學了解也很深。正是因為他對數學的濃厚興趣，才促使他在進行「斜面實驗」時運用了數學方法，從而發現小球沿斜面滾下的距離總是與時間的平方成正比，最後得到自由落體定律，即s=1/2gt^2。

④ 其他方法——理性方法

除了上述三種最主要的科學方法外，伽利略還用到了其他的科學方法。例如，在理論上駁斥亞里士多德的自由落體觀點時，用到了反證法和演繹法，利用自身的矛盾來證明其錯誤是反證法的體現，而由小球到世界萬物是演繹法的特徵。在推導「慣性定律」的過程中，還第一次採用了理想化的方法。他假定小球從一個無摩擦的斜面上滾下來，然後在一個無限延伸的光滑平面上運動。很顯然，沒有摩擦的斜面和無限延伸的平面是不存在的，這只是一種理想化的狀態。同樣，關於自由落體定律的實驗也是一樣，生活中非真空環境下，阻力是無可避免的。

總之，伽利略的最主要的研究方法還是觀察方法、實驗方法、數學方法。尤其是他在力學研究過程中把實驗和數學結合在一起，既注重邏輯推理，又依靠實際觀察和實驗檢驗，同時靈活抽象理想化狀態的科學研究方法非常值得我們學習。這完全可以總結成為一套完整的科學研究方法程序: 觀察現象→提出假設→邏輯推理→實驗檢驗→數學演繹→形成理論。伽利略所運用的這套科學研究方法後來得到許多科研工作者的認可，直到今天對科學工作者在科技創新方面仍有著重要的指導作用。

D. 伽利略的科學研究方法有什麼特點

（1）有些教授也罵得他狗血噴頭，這個不知天高地厚的後生小子想要干什麼？

分析：「也」和「罵」說明學生們對老師是如此，連教授，有思想的人也對伽利略的做法持堅決反對態度，「狗血噴頭」說明罵得很兇。「天高地厚」指事物的復雜性，「不知天高地厚」說明在這些人的心目中，伽利略是個天真無知的人，這些詞都是貶義，表明伽利略當時所面對的反對勢力之巨大。

（2）表演的地點在比薩斜塔，教授們穿著他們的紫色絲絨長袍，整隊走到塔前，學生們和鎮上的人則走在這些人的前面，大家吵吵嚷嚷，興高采烈，准備看伽利略出洋相，對他的人品宣判死刑。

E. 伽利略科學思想方法的核心是（ ） A．邏輯推理和實驗驗證相結合 B．猜想和假設相結合 C．理