理想实验和逻辑推理与伽利略的研究思想

第17卷第l期 V01．17．No．1 呼兰师专学报 Jo帆al0fHulann批he舟CoⅡege 2001年3月 MaL200l 理想实验和逻辑推理与伽利略的研究思想 杨劲松 (东台师范学校，江苏东台224200) 摘 要：本文从物理学史的角度阐述了理想实验和逻辑推理在伽利略科学研究中的作用以 及他的科学研究思想对物理教学的启示。 关键词：理想实验；逻辑推理；科学方法 新编高中物理教材在“伽利略对自由落体 运动的研究”和“伽利略的斜面实验”中不仅 介绍了物理发展史上这一重要事件，而且较 完整地介绍了伽利略的科学研究方法。研究 这位近代科学的创始人的思想发展不仅是物 理学史的重大课题，同时也可以通过伽利略 研究思想的学习，激发学生学习物理学史的 兴趣，从中学到科学的方法，培养科学探索的 能力。 伽利略对运动的研究不仅是运动学的具 体问题，也涉及到自然哲学的基础问题，是从 亚里士多德的教义解脱出来的一场思想革命 的重要组成部分。伽利略用理想实验和逻辑 推理的有机结合，把科学的研究方法发展到 了一个全新的高度，使物理学走上了真正科 学的道路。爱因斯坦、英费尔德在《物理学的 进化》中评论说：“伽利略的发现以及他所用 的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的 成就之一，而且标志着物理学的真正开端。” 首先，伽利略从一个理想实验人手运用逻 辑推理的研究方法否定了亚里士多德观点。 在《关于力学和局部运动两门新科学的谈话 和数学证明》中他论证说，如果亚里士多德是 对的，即重物比轻物下落快，那么把重物和轻 物拴在一起下落，快者将被慢者拖慢，慢者将 被快者拖快，所以两物拴在一起下落的速度应 是不快不慢。同样，照亚里士多德的说法，两物 拴在一起应该是更重了，那么它应该下落得更 快。这两个结论都是从亚里±多德的论断推出 来的，但得到的却是相反的结果，显然亚里士 多德学说是错误的。 接着，伽利略选择了最简单的变速运动来 表示落体运动，即匀加速运动。在定义匀加速 运动时，他也跟别人想法一样，假设下落过程 中物体的速度与下落距离成正比即vocs。他又 通过理想实验作了正确的判断，假设物体落下 第一段距离后已得到某一速度，于是在落下的 距离加倍时，速度也应加倍，照此推断，则物体 通过两段距离所用的时间将和通过第一段落 距离所用时间相等，即通过第二段距离不必花 时间，这显然是荒谬的。所以，转而假设速度与 时间成正比即v∞t，这一假设是否正确，当然 也要进行实验检验。然而速度是难以直接测量 的，于是，伽利略运用数学的方法根据假设推 导得出s∞t2，这就是时间平方定律。以便于直 接测量。 伽利略之所以没有直接进行落体实验而 改用斜面来验证，是为了“冲淡重力”，把自由 落体的时间“放大”，以便当时能够测量。从伽 利略实验数据手稿中发现第三列即距离项有 115 万方数据 几个地方涂改，似乎是 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 在实验之后对数 据作了修改。所有这一切都可以看出伽利略 是为了有意识地实验中抛开一些次要因素， 创造理想化的物理条件。在验证到s篮t2这一 结论之后，伽利略应用外推法得出斜面倾角为 90。时，s。ct2结论也应该成立，建立了自由落 体定律 彻底地否定亚里士多德关于落体的 理论。这又是应用逻辑推理的科学研究方法。 过后不久，伽利略又进行了“第二斜面”的 实验，在《关于托勒密和哥白尼两大世界体系 的对话》和《关于力学和局部运动两门新科学 的谈话和数学证明》中伽利略都有描述。他认 为，由于摩擦力非常小，小球会沿第二斜面滚 上与第一斜面基本上相同的高度。接着他进 行推论，如果没有摩擦的理想状态，那么小球 肯定会滚上相同的高度，如果减少第二斜面 的倾斜度，小球滚过的路程将越来越长，还会 滚上相同的高度。伽利略继续推论，如果第二 斜面变成水平面，那么小球将以不变的速度 沿水平方向永远运动下去。他得出结论：“当 一个物体在一个水平面上运动，没有碰到任 何阻碍时，⋯⋯它的运动将是匀速的并将无 限地继续进行下去，假如平面是在空间中无 限延伸的话。”这就是“惯性原理”。从而否定 了亚里士多德关于强迫运动的论点。这里需 要指出的是由于伽利略同时又认为，等速圆 周运动也是惯性运动，所以并没有正确地表 达惯性定律。与他同时代的笛卡儿完善了他 的论点，认识到惯性定律是解决力学问题的 116 关键所在。牛顿在前人研究的基础上，结合自 己的研究，摆脱旧观念的束缚，把惯性定律作 为第一运动定律正式提出来，成功地建立经典 力学体系。 这里所讲的伽利略“第二斜面”实验是一 个理想实验，没有摩擦力的斜面找不到，平面 也不可能在空间无限延伸，所以理想实验方法 实质是一种科学思维的方法。它是人们在思想 中塑造的一种理想过程，也是逻辑推理的一种 特殊形式。随着科学技术的发展，实验水平的 提高，有些理想实验可以变成实际上可操作的 实验厂，但是应该看到这种理想实验方法在物 理学中是一种很有用的方法。伽利略把理想实 验和逻辑推理有机地结合起来，在对旧观念批 驳的基础上，结合数学的方法建立新理论。实 验中更大程度突出主要因素，忽略次要因素， 并能自由地超越当时技术水平的局限，用实验 去验证理论。在实验的基础上，进行理论的演 绎和逻辑的推理，得出超越实验本身更为普遍 的理论，更深刻地揭示自然规律。从而形成了 一套完整的科学研究方法，即：对现象一般的 观察．÷提出假设叶运用数学和逻辑进行推理 一通过物理或理想的实验进行检验．+对假设 进行修正和推广形成理论。理想实验和逻辑推 理这种科学研究的思想对我们物理教学有很 大的启示，在教学中启发学生善于运用以大脑 为实验室。用思维进行操作，对于深入思考问 题，确切理解物理知识，发展思维和创造能力 将是十分有益的。 万方数据 理想实验和逻辑推理与伽利略的研究思想 作者： 杨劲松 作者单位： 东台师范学校,江苏,东台,224200 刊名： 呼兰师专学报 英文刊名： JOURNAL OF HULAN TEACHERS COLLEGE 年，卷(期)： 2001，17(1) 引用次数： 0次 相似文献(6条) 1.期刊论文 文军 "理想实验"与物理教育 -渭南师范学院学报2004,19(2) "理想实验"对物理学的形成和发展,对物理理论的补充和完善起着重要的作用.它又是物理教育的重要组成,物理教育中引入"理想实验",对培养学生 的想象力、创新思维能力、科学抽象能力都具有重要的作用. 2.期刊论文 张景生.谢星海.Zhang Jing-sheng.Xie Xing-hai "理想实验"与物理学的发展 -自然杂志2000,22(4) 本文通过大量事例的分析,说明"理想实验"方法是一种重要的科学研究方法,它对物理学新理论的建立、对已有理论的补充、完善、对物理学的革命 性发展都起到重要作用.科学工作者应重视对"理想实验"的研究和应用. 3.期刊论文 张景生.谢星海 理想实验与创造性人才培养 -聊城师院学报（自然科学版）2002,15(1) 通过大量典型的理想实验事例,分析说明了理想实验方法在创造性人才培养中具有重要作用. 4.期刊论文 曾志旺.徐立海 理想实验与中学物理教学 -物理教学探讨2005,23(9) 1 理想实验 理想实验指在理想的条件下,在头脑里进行观念性操作和逻辑推理,从而获得结论.它是一种以感官实验、日常经验、已有知识为基础 ,逻辑推理为工具,观念性操作为关键的理念世界的实验.其最大特点是假想性和超越性,即实验处于一种假想状态,可以超越实际条件的限制. 5.期刊论文 吴建英 关于创造思维 -吕梁高等专科学校学报2003,19(1) 人的思维规律是极为复杂的,但培养严格、严密有条理地去思考问题的能力,不仅可能,而且是十分必要的.首先是想象能力的培养,只有善于想象,才 能使思维灵活,思路开阔.其次是培养理想实验的思维方法,通过想象和逻辑推理相结合,掌握科学的学习和创新方法.第三是培养善于抓住思维机遇的能力 ,养成多疑好问、置疑善问的习惯不断提出问题解决问题,才能学有长进不断创新. 6.学位论文 高瞻 论思维实验 2006 思维实验是一种在人的头脑中进行的理性思维活动，它不受现实物质条件的限制，只须借助于想象力，就可以使实验者置身于任何对象的实验环境 中；在科学方法论上，它属于理性思维的范畴。思维实验在每一个领域的作用都很重要，它已经成为了一种不可替代的研究方法。它克服了客观上无法 摆脱的物质条件的限制，提高了人们的思维能力，从而促进了科学认识的发展。全文围绕这个基点，对思维实验的作用进行了详细的论述，并且探讨了 思维实验的建构和检验方法。 第一部分阐述了思维实验的特征与类型。这个部分从思维实验的内涵着手，进而介绍了思维实验的基本特征和类型 。思维实验在古代的时候就有，它是一种在人脑中进行的实验，既没有实在的仪器设备，也没有实际的实验操作；而是以逻辑推理为根据，在思维中塑 造的实验活动。思维实验可分为两种情况：理想实验和思想实验。思维实验具有抽象性、理想性、逻辑性、与经验事实关联性、低成本低风险性等特征 。从思维实验的类型上，它可分为批判型思维实验、变革型思维实验和综合型思维实验三种类型。 第二部分分析了思维实验的作用与意义。思维 实验既是一种研究方法，同时也是一种表述方法。思维实验有论证的作用，可增强逻辑证明与反驳的直观性；它有利于揭示旧理论的错误以构造新的理 论；它可克服物化实验的局限性以开拓新的研究方向。在认识论的意义上，思维实验拓展了科学认识的途径、有助于推动科学认识成果的应用、有助于 促进科学认识的发展。 第三部分讨论的是思维实验的建构与检验。思维实验的建构是思维实验整个过程中最为关键的环节。思维实验的建构，既 是超越经验的过程，又是揭示和消化以前未被充分理解的经验事实的过程，也是批判继承前人认识成果的过程。思维实验是发挥思维能动性的结果，它 的结论引发了人们对客观世界新的理解，。逻辑分析在思维实验的建构和检验过程中起着非常重要的作用，人们可以通过逻辑推演来判定某一思维实验 的结果是否符合客观规律，但它不能作为检验思维实验的唯一标准，还须通过物化实验来对思维实验进行检验。物化实验是通过社会 实践活动 劳动教育实践活动方案劳动教育实践活动方案二年级上册综合实践活动教案综合实践活动教学工作计划综合实践活动课教学计划 所提出的 相关信息资料，运用观察和实验方法，来对思维实验及其描述的内容进行验证，以检验思维实验所导出的关于事实的陈述是否与客观事实相符。对思维 实验的建构与检验应遵循借鉴性与创新性相统一原则、科学性与宽容性相统一原则、逻辑可行性与经验可能性相统一原则。 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hlszxb200101043.aspx 下载时间：2010年4月21日