浅析伽利略科学方法论

摘要：本文旨在通过对伽利略以往研究工作的挖掘和分析，从两个角度分析了其科学方法论——首先，伽利略实现了实验方法与教学方法相结合，成就了精密科学的理想方法；其次，伽利略创造了理想实验，实现了物理学的真正开端。最后阐述了其科学方法论产生的影响。

关键词：伽利略 科学方法论 影响

引言：伽利略是近代科学的开创者，他的科学思想和科学方法，不仅具有科学进步的意义，更对方法论理论领域作出了不可磨灭的贡献。伽利略用观察和实验的方法寻找科学定律，纠正了亚里士多德以来一直普遍采用的理性追求原因的方法，使近代科学研究方法应用于力学研究，他的科学方法论表现出科学是对人和自然的认识和思想。伽利略的科学思想在人类思想史上完成了一次重大飞跃，他的科学精神促成了“哥白尼革命”的完成，他的科学方法推动了科学认识的飞速发展，对现世有着重要的启发和指导意义。伽利略一方面坚持亚里士多德的归纳——演绎方法，一方面又不迷信亚里士多德的结论, 他在对物理, 特别是对力学的研究中, 将数学方法与实验方法结合, 创造了近代实证科学的研究方法, 被称为“实证科学之父”、“实验的自然科学的先驱”。

一．实验与数学结合：精密科学的理想方法

1. 数学：自然观到方法论的转变

在数学从自然观转变到强调方法论过程中，伽利略起到了重要作用。他既重视数学

方法的应用，又抛弃了数学先验论的神秘观点。伽利略认为数学是科学认识、定量研究

的工具，即数学不仅是计算工具，还是逻辑分析的工具。

伽利略的一项运用数学方法的成就在于对塔塔格里亚由经验而得出的抛射体运动轨迹理论作了科学的解释和证明。伽利略对抛射体的运动进行了充分研究，他把抛体运动分解为两种运动：一种是竖直方向的上抛和自由落体运动，另一种是水平方向的匀速直线运动（均不考虑空气阻力）。若是斜抛，其运动轨迹则是一条过最高点垂线两边对称的抛物线。而测量射程时，只需要计算运动时间里物体的水平运动的距离。伽利略利用公式算出各抛射角θ时的轨迹曲线，并证明了这些抛物线与实验相符合。他还证明抛射角θ=45°时射程最大，而θ=45°±α时，即抛射角互为余角时的射程相同。

伽利略是近代第一个系统地采用数学方法的人。他认为，在用实验方法揭示自然现象的本质和规律的过程中，同时必须结合数学的方法，因此他非常强调实验中的定量计算。在伽利略的思想中，数学不仅是科学研究的工具，而且是理论建构及其规范化的象征，以几何形式和代数法则表述的自然知识才真正具有现实价值。伽利略在科学研究中人为地创造出可供测量的条件，在实验中充分发挥数学的作用，并从实验结果中抽象出数量关系式。由此，数学在实验中的应用，使研究力学尤其是运动学迈出了可贵的一步。

2.实验：作为科学系统方法的确立

实验方法是探索物理现象及其规律的基本方法，是获取第一手科研资料重要的和有力的手段。实验方法是探索自然奥秘创立新理论的必由之路。实验方法也是检验真理的标准和推动自然科学技术发展重要的途径。

例如，在研究自由落体定律过程中，伽利略通过设计著名的“斜面实验”来论证“冲淡引力”设想。在伽利略看来，自然科学的结论必须是正确的、必然的、不以人们意志为转移的。自然科学的结论要从客观事实出发，就离不开观察和实验。伽利略把实验方法看成是他研究工作的最基本的方法，认为基本原理必须来自经验与实验，他不仅是实验方法的实践者，同时他还从科学研究程序的高度上确立了实验方法的地位。

伽利略设计的实验不但构思巧妙，而且蕴涵着极其丰富的实验思想。如斜面实验中，他忽略空气阻力的影响，抓住问题的主要方面，撇开一些次要因素，这正是科学实验不同于一般观察之处。他还变更一些实验条件(如改变斜面的倾角)，使研究对象的诸量成为可控制量或可测量量，由此获得变化的实验结果·这同样是科学实验区别于一般观察的另一特点。

3.实验——数学方法

伽利略的实验——数学方法是：在实验的基础上，重视把数学概念、理论、公式用于对物体运动的研究，把物理概念及其相互联系用简洁的数学形式表达出来，从而使物理概念量化，形成物理量，并用数学形式揭示出自然界的物理本质，把观察与实验的结果上升到理论的高度。这种方法的特点是：从量的方面研究物体运动，使实验与逻辑推理互相验证、互相补充。

伽利略提出的实验——数学方法意味着经验与理性相结合的科学研究方法得以成型，尤其还强调了实验在认识过程中举足轻重的地位。伽利略所开创的研究方法，使物理学的研究从定性描述过渡到定量描述。伽利略使物理学的建立与发展依据可靠的实验基础和数学的逻辑证明，而且这一方法满足了科学研究中对确定性与精确性的要求，也使科学研究完全脱离了经院式哲学的束缚。他的这种研究方法，成为近代科学研究中的一般程序和经典模式，并对自然科学的研究产生了深刻的影响。

二．物理学中理想实验的开端

1.伽利略的理想实验

所谓理想实验是指通过人们的思维，依据理想化条件进行推导，对实际过程进行更深层次的抽象分析，以求得更具有普遍性的结论。

为接近现象的实质，伽利略提倡进行理想实验。理想实验建立在事实基础上，经过抽象思维，忽略次要因素，抓住主要因素，可以更深刻揭示自然规律。例如：物体下落，如果忽略空气阻力，它就会以一恒定之加速度落下，这样伽利略就发现了自由落体定律；小球在斜面滚动，忽略它与斜面之摩擦力，小球就会沿直线一直运动下去，于是伽利略就得出了惯性定律。类似地，伽利略还发现摆的等时性、抛射体的同步性等等。伽利略的这一科学方法论在现代科学中被证明是极其有效的。

2.开创理想实验的意义

理想实验基于传统的科学实验，同时又超越了当时的科学技术条件和发展水平。理想实验对自然科学理论的发展具有重要的方法论意义——其一，它具有一般的现实科学实验所达不到的纯化程度，有利于深入地发现自然规律。例如，伽利略发现惯性定律所设想的在纯粹理想状态下的实验在实际当中是无法实现的。其二，运用理想实验方法，是提出科学假说的重要途径之一，可以导致科学理论体系的建立。通过理想化实验，以极端的形式提出问题有利于科学的起步，为科学假说的创立提供一个全新的视角。其三，理想实验能够超越现有科学条件和发展水平，提出新的研究方向。其四，理想实验使逻辑证明和反驳更直观、更有力，理想实验是想象与逻辑活动的对立统一。

三．科学方法论的影响

从某种程度上说，没有科学方法论就没有真正意义上的科学。科学方法论是对科学认识活动和科学知识反思的产物。同时，科学方法论也是科学的一个重要因素，它的发展促进了科学的发展。因此，可以认为科学与科学方法论相互促进、相互制约、相互影响。

伽利略对科学方法论独特的贡献是确立了实验方法论。这对科学进步产生了推动作用，并具有重大意义。他复兴了古希腊的数学方法论，为实验科学向精密科学发展提供了准备。而且他是最早自觉地提出实验和数学相结合的科学方法论并努力实践，从而留下了许多宝贵的实验方法论成果。

伽利略把实验——数学方法上升为科学研究的一种普遍方法，实现了对自然界现象的全面研究。一方面，物理实验与理想实验相结合的方法成为后来科学实践中不可缺少的研究方法。另一方面，在构造性自然观的背景下，使用理性和实验的方法，奠定了经典力学的基础，并作为伽利略之后的自然科学家们所公认的现代自然科学研究的经典方法而影响深远。

参考文献

[1].徐建科 孙波 《数学与伽利略的科学方法论》 黑龙江史志 2009.

[2].顾翠霞 《体验伽利略的科学推理之美》 文化体育 2009

[3].兰智高 《伽利略与科学实验方法的创立》 枣庄学院学报 2006

[4].兰智高 《伽利略对理想实验的贡献》 黄冈师范学院学报 2004

[5].侯建超 郎和 《伽利略的实验思想和方法的新思考》 中国科教创新导刊 2007

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