伽利略的科學研究方法論

1. 如何評價伽俐略對於近代科學在方法論上的貢獻

伽利略開創了以實驗事實為基礎並具有嚴密邏輯體系和數學表述形式的近代科學，為推翻以亞里士多德為旗號的經院哲學對科學的禁錮、改變與加深人類對物質運動和宇宙的科學認識做出了巨大的貢獻，被譽為「近代科學之父」。

伽利略對近代科學最重要的貢獻在於創立了新的科學思想和科學研究方法。在伽利略的研究成果得到公認之前，物理學乃至整個自然科學只不過是哲學的一個分支，沒有取得自己的獨立地位。當時，哲學家們束縛在神學和亞里士多德教條的框框里，得不出符合實際的客觀規律。伽利略繼承和發展了阿基米德的方法論——注重科學實踐的唯物主義世界觀，敢於向傳統的權威思想挑戰，他不是先臆測事物發生的原因，而是先觀察自然現象，由此發現自然規律。他摒棄神學的宇宙觀，認為世界是一個有秩序的服從簡單規律的整體，要了解大自然，就必須進行系統的實驗定量觀測，找出它的精確的數量關系。基於這樣的新的科學思想，伽利略倡導了數學與實驗相結合的研究方法，這種研究方法是他在科學上取得偉大成就的源泉，他以系統的實驗和觀察推翻了以亞里士多德為代表的、純屬思辨的傳統的自然觀，開創了以實驗事實為根據並具有嚴密邏輯體系的近代科學。

2. 伽利略運用什麼方法來研究物理

伽利略 (1564～1642)

伽利略是偉大的義大利物理學家和天文學家，科學革命的先驅。歷史上他首先在科學實驗的基礎上融會貫通了數學、物理學和天文學三門知識，擴大、加深並改變了人類對物質運動和宇宙的認識。為了證實和傳播N.哥白尼的日心說，伽利略獻出了畢生精力。由此，他晚年受到教會迫害，並被終身監禁。他以系統的實驗和觀察推翻了以亞里士多德為代表的、純屬思辨的傳統的自然觀，開創了以實驗事實為根據並具有嚴密邏輯體系的近代科學。因此，他被稱為「近代科學之父」。他的工作，為I.牛頓的理論體系的建立奠定了基礎。

生平和學術生涯

早年活動 伽利略1564年2月15日生於比薩,父親芬琴齊奧·伽利萊精通音樂理論和聲學，著有《音樂對話》一書。1574年全家遷往佛羅倫薩。伽利略自幼受父親的影響，對音樂、詩歌、繪畫以及機械興趣極濃；也像他父親一樣，不迷信權威。17歲時遵從父命進比薩大學學醫，可是對醫學他感到枯燥無味，而在課外聽世交、著名學者O.里奇講歐幾里得幾何學和阿基米德靜力學，感到濃厚興趣。1583年，伽利略在比薩教堂里注意到一盞懸燈的擺動，隨後用線懸銅球作模擬(單擺)實驗，確證了微小擺動的等時性以及擺長對周期的影響，由此創制出脈搏計用來測量短時間間隔。1585年因家貧退學，擔任家庭教師，但仍奮力自學。1586年，他發明了浮力天平，並寫出論文《小天平》。

1587年他帶著關於固體重心計演算法的論文到羅馬大學學求見著名數學家和歷法家C.克拉維烏斯教授，大受稱贊和鼓勵。克拉維烏斯回贈他羅馬大學教授P.瓦拉的邏輯學講義與自然哲學講義，這對於他以後的工作大有幫助。

1588年他在佛羅倫薩研究院做了關於A.但丁《神曲》中煉獄圖形構想的學術演講，其文學與數學才華大受人們贊揚。次年發表了關於幾種固體重心計演算法的論文，其中包括若干靜力學新定理。由於有這些成就，當年比薩大學便聘請他任教，講授幾何學與天文學。第二年他發現了擺線。當時比薩大學教材均為亞里士多德學派的學者所撰，書中充斥著神學與形而上學的教條。伽利略經常發表辛辣的反對意見,由此受到校內該學派的歧視和排擠。1591年其父病逝，家庭負擔加重，他便決定離開比薩。帕多瓦時期 1592年伽利略轉到帕多瓦大學任教。帕多瓦屬於威尼斯公國，遠離羅馬，不受教廷直接控制，學術思想比較自由。在此良好氣氛中，他經常參加校內外各種學術文化活動，與具有各種思想觀點的同事論辯。此時他一面吸取前輩如N.F.塔爾塔利亞、G.B.貝內代蒂、F.科門迪諾等人的數學與力學研究成果，一面經常考察工廠、作坊、礦井和各項軍用民用工程，廣泛結交各行業的技術員工，幫他們解決技術難題，從中吸取生產技術知識和各種新經驗，並得到啟發。

在此時期，他深入而系統地研究了落體運動、拋射體運動、靜力學、水力學以及一些土木建築和軍事建築等；發現了慣性原理，研製了溫度計和望遠鏡。

1597年，他收到J.開普勒贈閱的《神秘的宇宙》一書，開始相信日心說，承認地球有公轉和自轉兩種運動。但這時他對柏拉圖的圓運動最自然最完善的思想印象太深，以致對開普勒的行星橢圓軌道理論不感興趣。1604年天空出現超新星，亮光持續18個月之久。他便趁機在威尼斯作幾次科普演講，宣傳哥白尼學說。由於講得精采動聽，聽眾逐次增多，最後達千餘人。

1609年7月,盛傳一荷蘭眼鏡工人發明了供人玩賞的望遠鏡。他未見到實物，思考竟日後，用風琴管和凸凹透鏡各一片製成一具望遠鏡,倍率為3,後又提高到9。他邀請威尼斯參議員到塔樓頂層用望遠鏡觀看遠景，觀者無不驚喜萬分。參議院隨後決定他為帕多瓦大學的終身教授。1610年初，他又將望遠鏡放大率提高到33，用來觀察日月星辰，新發現甚多，如月球表面高低不平，月球與其他行星所發的光都是太陽的反射光,水星有4顆衛星，銀河原是無數發光體的總匯，土星有多變的橢圓外形等等，開辟了天文學的新天地。是年3月,出版了他的《星空信使》一書，震撼全歐。隨後又發現金星盈虧與大小變化，這對日心說是一強有力的支持。伽利略日後回顧在帕多瓦的18年時，認為這是他一生中工作最開展、精神最舒暢的時期。事實上，這也是他一生中學術成就最多的時期。

托斯卡納時期 20年來伽利略在物理學和天文學研究上的豐碩成果，激起了他學術上的更大企求。為了取得充裕時間致力於科學研究，1610年春，他辭去大學教職，接受託斯卡納公國大公聘請，擔任宮廷首席數學家和哲學家的閑職與比薩大學首席數學教授的榮譽職位。

為了使科學免受教會干預，伽利略曾多次去羅馬活動。1611年他第二次去羅馬，目的在於贏得宗教、政治與學術界認可他在天文學上的發現。他在羅馬受到包括教皇保羅五世和若干高級主教在內的上層人物的熱情接待，並被林賽研究院接納為院士。當時耶穌會的神父們承認他的觀測事實，只是不同意他的解釋。這年5月,在羅馬大學的大會上，幾個高職位的神父公開宣布了伽利略的天文學成就。

同年，他觀察到太陽黑子及其運動，對比黑子的運動規律和圓運動的投影原理，論證了太陽黑子是在太陽表面上;他還發現了太陽有自轉。1613年他發表了3篇討論太陽黑子問題的通信稿。另外,1612年他又出版了《水中浮體對話集》一書。

1615年，一詭詐的教士集團和教會中許多與伽利略敵對的人聯合攻擊伽利略為哥白尼學說辯護的論點，控告他違反基督教義。他聞訊後，於是年冬第三次去羅馬，力圖挽回自己的聲譽，企求教廷不因自己保持哥白尼觀點而受到懲處，也不公開壓制他宣傳哥白尼學說，教廷默認了前一要求，但拒絕了後者。教皇保羅五世在1616年下達了著名的「1616年禁令」，禁止他以口頭的或文字的形式保持、傳授或捍衛日心說。

1624年，他第四次去羅馬，希望故友新任教皇烏爾邦八世能夠同情並理解他的意願，以維護新興科學的生機。他先後謁見6次,力圖說明日心說可以與基督教教義相協調，說「聖經是教人如何進天國，而不是教人知道天體是如何運轉的」;並且試圖以此說服一些大主教,但毫無效果。烏爾邦八世堅持「1616年禁令」不變；只允許他寫一部同時介紹日心說和地心說的書，但對兩種學說的態度不得有所偏倚，而且都要寫成數學假設性的。在這辛勤奔波的一年裡，他研製成了一台顯微鏡，「可將蒼蠅放大成母雞一般。」

此後6年間,他撰寫了《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系對話》一書，1630年他第5次到羅馬,取得了此書的「出版許可證」。此書終於在1632年出版了。此書在表面上保持中立，但實際上卻為哥白尼體系辯護，並多處對教皇和主教隱含嘲諷，遠遠超出了僅以數學假設進行討論的范圍。全書筆調詼諧，在義大利文學史上列為文學名著。

教廷的迫害和晚年生活 《對話》出版後6個月,羅馬教廷便勒令停止出售，認為作者公然違背「1616年禁令」，問題嚴重，亟待審查。原來有人在教皇烏爾邦八世面前挑撥說伽利略在《對話》中，借頭腦簡單、思想守舊的辛普利邱之口以教皇慣用辭句，發表了一些可笑的錯誤言論，使他大為震怒。曾支持他當上教皇的集團激烈地主張要嚴懲伽利略，而神聖羅馬帝國和西班牙王國認為如縱容伽利略會對各國國內的異端思想產生重大影響，提出聯合警告。在這些內外壓力和挑撥下，教皇便不顧舊交，於這年秋發出了伽利略到羅馬宗教裁判所受審的指令。

年近七旬而又體弱多病的伽利略被迫在寒冬季節抱病前往羅馬，在嚴刑威脅下被審訊了三次，根本不容申辯。幾經折磨，終於在 1633年6月22日在聖瑪麗亞修女院的大廳上由10名樞機主教聯席宣判，主要罪名是違背「1616年禁令」和聖經教義。伽利略被迫跪在冰冷的石板地上，在教廷已寫好的「悔過書」上簽字。主審官宣布：判處伽利略終身監禁；《對話》必須焚絕，並且禁止出版或重印他的其他著作。此判決書立即通報整個天主教世界，凡是設有大學的城市均須聚眾宣讀，藉此以一儆百。

伽利略既是勤奮的科學家,又是虔誠的天主教徒,深信科學家的任務是探索自然規律，而教會的職能是管理人們的靈魂，不應互相侵犯。所以他受審之前不想逃脫，受審之時也不公開反抗，而是始終服從教廷的處置。他認為教廷在神學范圍之外行使權力極不明智，但只能私下有所不滿。顯然，G.布魯諾的被處火刑和T.康帕內拉的被長期打入死牢，這兩位義大利傑出的哲學家的遭遇，給他精神上投下了可怕的陰影。宗教裁判所的判決隨後又改為在家軟禁，指定由他的學生和故友A.皮柯羅米尼大主教在錫耶納的私宅中看管他，規定禁止會客，每天書寫材料均需上繳等。在皮柯羅米尼的精心護理和鼓勵下,伽利略重行振作起來,接受皮柯羅米尼的建議繼續研究無爭議的物理學問題。於是他仍用《對話》中的三個對話人物，以對話體裁，和較樸素的文筆，將他最成熟的科學思想和科研成果撰寫成《關於兩門新科學的對話與數學證明對話集》。兩門新科學是指材料力學（見彈性力學）和動力學。這部書稿1636年就已完成,由於教會禁止出版他的任何著作,他只好托一位威尼斯友人秘密攜出國境，1638年在荷蘭萊頓出版。

伽利略在皮柯羅米尼家中剛過了5個月,便有人寫匿名信向教廷控告皮柯羅米尼厚待伽利略。教廷乃勒令伽利略於當年12月遷往佛羅倫薩附近的阿切特里他自已的故居，由他的大女兒維姬尼亞照料，禁例依舊。她對父親照料妥貼，但4個月後竟先於父親病故。

伽利略多次要求外出治病，均未獲准。1637年雙目失明。次年才獲准住在其子家中。在這期間探望他的除托斯卡納大公外，還有英國著名詩人、政論家J.彌爾頓和法國科學家、哲學家P.伽桑迪。他的學生和老友B.卡斯泰里還和他討論過利用木衛星計算地面經度的問題。這時教廷對他的限制和監視已明顯放鬆了。

1639年夏，伽利略獲准接受聰慧好學的18歲青年V.維維亞尼為他的最後一名學生，並可在他身邊照料，這位青年使他非常滿意。1641年10月卡斯泰里又介紹自己的學生和過去的秘書E.托里拆利前往陪伴。他們和這位雙目失明的老科學家共同討論如何應用擺的等時性設計機械鍾，還討論過碰撞理論、月球的天平動、大氣壓下礦井水柱高度等問題，因此，直到臨終前他仍在從事科學研究。

伽利略於1642年1月8日病逝，葬儀草率簡陋，直到下一世紀，遺骨才遷到家鄉的大教堂。

學術成就

新的科學思想和科學研究方法 在伽利略的研究成果得到公認之前，物理學以至整個自然科學只不過是哲學的一個分支，沒有取得自己的獨立地位。當時，哲學家們束縛在神學和亞里士多德教條的框框里，他們苦思巧辯，得不出符合實際的客觀規律。伽利略敢於向傳統的權威思想挑戰，不是先臆測事物發生的原因，而是先觀察自然現象，由此發現自然規律。他摒棄神學的宇宙觀，認為世界是一個有秩序地服從簡單規律的整體，要了解大自然，就必須進行系統的實驗定量觀測，找出它的精確的數量關系。

基於這樣的新的科學思想，伽利略倡導了數學與實驗相結合的研究方法；這種研究方法是他在科學上取得偉大成就的源泉，也是他對近代科學的最重要貢獻。用數學方法研究物理問題，原非伽利略首倡，可以追溯到公元前3世紀的阿基米德,14世紀的牛津學派和巴黎學派以及15、16世紀的義大利學術界，在這方面都有一定成就，但他們並未將實驗方法放在首位，因而在思想上未能有所突破。伽利略重視實驗的思想可見於1615年他寫給克利斯廷娜公爵夫人的一封信上的話：「我要請求這些聰明細心的神父們認真考慮一下臆測性的原理和由實驗證實了的原理二者之間的區別。要知道，做實驗工作的教授們的主張並不是只憑主觀願望來決定的。」

伽利略的數學與實驗相結合的研究方法，一般來說，分三個步驟：①先提取出從現象中獲得的直觀認識的主要部分，用最簡單的數學形式表示出來，以建立量的概念；②再由此式用數學方法導出另一易於實驗證實的數量關系；③然後通過實驗證實這種數量關系。他對落體勻加速運動規律的研究便是最好的說明。

從落體的加速運動所能作出的最簡單設想，可能是其瞬時速度□與路程□成正正,此□□也可能與下落時間□成正比。這就是研究方法的步驟①。通過數學論證，不難發現第一種假設對於勻加速運動是不能成立的。於是採取□□□或□=□□的假設，這里□是加速度。

由於□值無法直接測量,所以將此式轉換為可測量路程的形式：□□如此則落體在□1，2，3，……□秒末所通過的路程依次為□由此得知每隔1秒落體下落的一段距離依次為□□ □依等差級數遞增。如此便完成了步驟②。

最後的步驟是用實驗驗證：由於自由落體的加速度□值大,即使在短時間內下落的路程也會很大，難於測量。為了「沖淡」加速度，使其減小，伽利略設計了斜面滾球實驗，測量從斜面上的光滑小槽內往下滾的青銅小球的行程與時間的關系。他採用精密的漏壺,反覆實驗100次。所得結果與步驟②中所設想的□-□數量關系符合,且重復性良好，肯定了落體作勻加速運動設想的正確性。

由此可見，伽利略進行科學實驗的目的主要是為了檢驗一個科學假設是否正確,而不是盲目地收集資料,歸納事實。

物理學概念和原理的創新 慣性原理和力與加速度的新概念 推動重物時需要的力大，而推動輕物時需要的力小，是人們的直覺經驗。亞里士多德據此得出普遍性的結論：一切物體均有保持靜止或所謂尋找其「天然去處」的本性，認為「任何運動著的事物都必然有推動者」，並用比例定律把動力與速度聯系起來。伽利略則得出新的概念，他觀察到一個沿著光滑斜面向上滑動的物體，因斜面的斜角不同而受到不同程度的減速，斜角越小，減速越小。如在無阻力的水平面上滑動，則應保持原速度永遠滑動。因而得出這樣的結論：「一個運動的物體，假如有了某種速度以後，只要沒有增加或減小速度的外部原因，便會始終保持這種速度——這個條件只有在水平的平面上才有可能,因為在斜面的情況下,朝下的斜面提供了加速的起因，而朝上的斜面提供了減速的起因；由此可知，只有在水平面上運動才是不變的」（《兩門新科學的對話》，第三天，問題9,假設23注）。這樣,伽利略便第一次提出了慣性概念,並第一次把外力和「引起加速或減速的外部原因」即運動的改變聯系起來。與前述的勻加速運動實驗結合在一起，伽利略提出了慣性和加速度這個全新的概念，以及在重力作用下物體作勻加速運動的全新的運動規律，為牛頓力學理論體系的建立奠定了基礎。這種新的慣性概念，推翻了1000多年以來亞里士多德學派認為物體運動靠精靈或外界迂迴空氣推動的說法，也澄清了中世紀含糊的「沖力」說。這是人類長期以來研究機械運動的理論成果，並且得到了當時地動說支持者們的擁護。伽利略雖然沒有明確地寫出慣性原理，可是表明了這是屬於物體的本性的客觀規律,在研究其他物理問題時,他熟練地運用了它。然而他未能擺脫柏拉圖關於行星作圓運動的觀點，相信「圓慣性」的存在，因此未能將慣性運動概念推廣到一切物體運動上。完整的慣性原理是在伽利略逝世後兩年由R.笛卡兒表述的。

伽利略把物體速度的大小和方向的改變或加速度的產生歸諸力的作用，這是對力的性質的客觀認識，也是牛頓第二定律的雛形。慣性原理的發現破除了力是運動原因的舊概念，而認為力是改變運動狀態的原因。牛頓在《自然哲學的數學原理》一書中高度評價伽利略對第一、第二兩運動定律所作的開創性工作（見牛頓運動定律）。

運動獨立性原理和運動的合成、分解定律 在彈道的研究中，伽利略發現水平與垂直兩方向的運動各具有獨立性，互不幹涉，但通過平行四邊形法則又可合成實際的運動徑跡。他從垂直於地面的勻加速運動和水平方向的勻速運動，完整地解釋了彈道的拋物線性質，這是運動的合成研究的重大收獲，並具有實用意義。

慣性參照系概念 伽利略用物理學原理為哥白尼地動學說進行辯解時，應用運動獨立性原理通俗地說明了石子從桅桿頂上掉落到桅桿腳下而不向船尾偏移的道路。他又進一步以作勻速直線運動的船艙中物體運動規律不變的著名論述，第一次提出慣性參照系的概念。這一原理被A.愛因斯坦稱為伽利略相對性原理，是狹義相對論的先導。

單擺周期性質的發現 伽利略由觀察到教堂懸燈的擺動對擺進行實驗研究，發現單擺的周期與擺長的平方根成正比，而與振幅大小和擺錘重量無關。這個規律的發現為此後的振動理論和機械計時器件的設計方案建立了基礎。

光速有限及其測量 前人對於光速是否有限從來沒有明確的認識。伽利略觀察了閃電現象，認為光速是有限的，並設計了測量光速的掩燈方案。但限於當時的實驗條件，用這種測量方法實際測到的主要只是實驗者的反應和人手的動作時間,而不是光的行進時間。然而,如果有了明暗變化有規律的光源或高速機械控制的器件代替人手動作，是可以測量到真正的光速的，後來木衛星食法、轉動齒輪法、轉鏡法、克爾盒法、變頻閃光法等光速測量方法都借鑒於掩燈方案。

幾種基本物理實驗儀器的研製 伽利略不但親自設計和演示過許多實驗，而且親自研製出不少實驗儀器。他的工藝知識豐富，製作技術精湛，他所創制的許多實驗儀器在當時及對後世都很有影響，下面舉出幾項：

浮力天平 這是利用浮力原理快速測定金銀器皿首飾中金銀含量比例的直讀儀器。這種儀器當時已用於金銀首飾器皿的交易中。

溫度計 伽利略首創的溫度計是一種開放式的液體溫度計，玻璃管內盛有著色的水和酒精，液面與大氣相通(見彩圖伽利略的溫度計)。這實際上是溫度計與大氣壓力計的混合體，這是由於當時他對大氣壓力的變化還沒有明確的認識。盡管如此，其學術價值仍很大，溫度從此成為客觀的物理量，不再是不確定的主觀感覺。

望遠鏡 伽利略製成的望遠鏡，可以觀察到物體的正像。經過改進後,其倍率由3逐步增大到33；不但指向星空，還可應用於船艦要塞，取得空前豐碩的發現成果。這種望遠鏡結構簡單，而其倍率和分辨本領受球差和色差的限制較大。

徹底推翻亞里士多德的物質觀 歐洲中世紀占絕對統治地位的自然觀，是經過神學改裝了的亞里士多德的自然觀，它成為封建神權統治者統制民眾思想的工具。亞里士多德認為，地球和地上萬物都由氣、火、水、土四種元素所組成，都是醜陋、不潔、不完美的，有變化和有生滅的。火和氣組成向上流動的輕物，水和土組成向下掉落的重物。而天體則是由「以太」所組成的純潔、完美、永恆的物體。又因為「上帝厭惡真空」，所以真空不可能存在。然而伽利略從望遠鏡發現月亮表面有山峰和窪地，高低不平，並不是完美無缺，金星也有盈虧變化；太陽表面還有活動不已的黑子；肉眼就能直接看到超新星的爆發及其漸漸暗淡和消失。這些都打破了亞里士多德天尊地卑，天體和地上物質的性質懸殊的思想。

伽利略通過流體靜力學對浮體的研究，得知所有物體都是重物，沒有絕對的輕物。天體和地球以及地上萬物在物質結構上是統一的。真空也可能存在和產生，而且只有在真空中才能研究物體運動的真正性質。這就徹底推翻了亞里士多德憑借主觀臆測的物質觀，從而也根本動搖了封建神權的思想統治。

科學革命的先驅

伽利略在人類思想解放和文明發展的過程中作出了劃時代的貢獻。在當時的社會條件下，為爭取不受權勢和舊傳統壓制的學術自由，為近代科學的生長，他進行了堅持不懈的斗爭，並向全世界發出了振聾發聵的聲音。因此，他是科學革命的先驅，也可以說是「近代科學之父」。雖然他晚年終於被剝奪了人身自由，但他開創新科學的意志並未動搖。他的追求科學真理的精神和成果，永遠為後代所景仰。

1799年，梵蒂岡教皇J.保羅二世代表羅馬教廷為伽利略公開平反昭雪,認為教廷在300多年前迫害他是嚴重的錯誤。這表明教廷最終承認了伽利略的主

3. 伽利略科學方法論的實質是什麼當代中國提倡嚴謹的科學作風有何意義

實質是通過精確、定量、客觀、可重復的實驗和理論的循環檢驗，逐漸提煉出物質運動的主要因素， 逐漸逼近可重復的客觀規律，從而使理論無限逼近客觀真理。換言之，伽利略的科學方法論把形而上學、 歸納推理等研究方法的本徵缺陷減小到了極限。

在中國倡導嚴謹的科學作風，可以讓我們養成「不唯書、不唯師、唯真理」的良好習慣，養成精確 定量客觀可重復的研究方法，也只有這樣，我們的科技才能發展得更快更健康。

(3)伽利略的科學研究方法論擴展閱讀：

伽利略是近代科學的開創者，他的科學思想和科學方法，不僅具有科學進步的意義，更對方法論理論領域作出了不可磨滅的貢獻。

伽利略用觀察和實驗的方法尋找科學定律，糾正了亞里士多德以來一直普遍採用的理性追求原因的方法，使近代科學研究方法應用於力學研究，他的科學方法論表現出科學是對人和自然的認識和思想。

伽利略的科學思想在人類思想史上完成了一次重大飛躍，他的科學精神促成了「哥白尼革命」的完成，他的科學方法推動了科學認識的飛速發展，對現世有著重要的啟發和指導意義。

伽利略一方面堅持亞里士多德的歸納一一演繹方法，一方面又不迷信亞里士多德的結論，他在對物理，特別是對力學的研究中，將數學方法與實驗方法結合，創造了近代實證科學的研究方法，被稱為「實證科學之父」、「實驗的自然科學的先驅」。

4. 伽利略研究問題的五個步驟

伽利略研究問題的五個步驟是提出問題、猜想與假設、數學推理、實驗驗證、合理外推、得出結論。

伽利略在研究物體下落規律時，首先是遇到問題即對亞里士多德的觀點提出疑問，然後進行了猜想即落體是一種最簡單的變速運動，而最簡單的變速運動就是速度變化是均勻的，接著進行了實驗，伽利略對實驗結果進行數學推理，然後進行合理的外推得出結論。

伽利略的貢獻：

伽利略是第一個把實驗引進力學的科學家，他利用實驗和數學相結合的方法確定了一些重要的力學定律。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，接著在1585年因家庭經濟困難輟學。離開比薩大學期間，他深入研究古希臘學者歐幾里得，阿基米德等人的著作。

他根據杠桿原理和浮力原理寫出了第一篇題為《天平》的論文。不久又寫了論文《論重力》，第一次揭示了重力和重心的實質並給出准確的數學表達式，因此聲名大振。與此同時，他對亞里士多德的許多觀點提出質疑。

5. 伽利略和他提出的科學理論的相關資料。

伽利略（Galileo Galilei，1564.02.15-1642.01.08）。義大利數學家、物理學家、天文學家，科學革命的先驅 。伽利略發明了擺針和溫度計，在科學上為人類作出過巨大貢獻，是近代實驗科學的奠基人之一。 歷史上他首先在科學實驗的基礎上融匯貫通了數學、物理學和天文學三門知識，擴大、加深並改變了人類對物質運動和宇宙的認識 。伽利略從實驗中總結出自由落體定律、慣性定律和伽利略相對性原理等。從而推翻了亞里士多德物理學的許多臆斷，奠定了經典力學的基礎，反駁了托勒密的地心體系，有力地支持了哥白尼的日心學說 。他以系統的實驗和觀察推翻了純屬思辨傳統的自然觀，開創了以實驗事實為根據並具有嚴密邏輯體系的近代科學。因此被譽為「近代力學之父」、「近代科學之父」。其工作為牛頓的理論體系的建立奠定了基礎 。 伽利略倡導數學與實驗相結合的研究方法，這種研究方法是他在科學上取得偉大成就的源泉，也是他對近代科學的最重要貢獻 。 伽利略認為實驗是知識的唯一源泉，主張用實驗—數學方法研究自然規律，反對經院哲學的神秘思辨。深信自然之書是用數學語言寫的，只有能歸結為數量特徵的形狀、大小和速度才是物體的客觀性質。他是利用望遠鏡觀察天體取得大量成果的第一人。 伽利略對17世紀的自然科學和世界觀的發展起了重大作用 。從伽利略、牛頓開始的實驗科學，是近代自然科學的開始 。

6. 簡述由伽利略創立的科學方法。（求精）

首先，他對運動進行科學的定量描述。亞里士多德物理學是依賴於直觀推理、偏重於理性思辯的物理學。它的興趣在於從哲學上去探討運動的極終原理，而不是去定量地科學地研究物體運動和描述運動。伽利略在《兩門新科學的談話》中說："我的目的是要建立一門研究古老問題的嶄新學科。實№上，也許沒有什堋比運動更加古老的問題了，關於它，哲學家已撰寫了不少洋洋巨著；盡管如此，通過實驗，我還是發現了關於運動的一些值得注意的、然而至今還沒有被觀察、也沒有被驗證的特性。"他拋棄了亞里士多德把運動區分為天然運動和強迫運動的觀點，採用數學方法來定量地分析運動，對位置、距離和時間的概念給予確切的數學表達形式，運用笛卡兒創立的坐標系來定量地描述運動，把運動分為勻速運動和變速運動兩種，並引入加速度的概念。他曾受沖力說學派的影響，試圖用速度變化與通過的距離之比Δv/Δs來定義加速度，發現不妥。後改為速度變化與時間之比Δv/Δt來定義加速度。他還比較早地引人動量的初步概念。其次，建立了正確的落體定律。伽利略發現落體定律的過程，在前面已作較詳細的敘述。從這個過程中，表現出伽利略的巨大的創造性和高度的才能。第三，奠定了單擺運動的理論基礎並應用於實№。維維安尼在《伽利略》中，詳細地記敘了伽利略發現單擺規律的經過。對於這一點有人普提出疑問，但這並不重要，重要的是伽利略在著作中和書信中的確提出了有關單擺的理論。1602年末他在給吉多鮑多侯爵的信中，第一次闡述了擺動現象，試圖把單擺運動與自由落體運動聯系起來。從此對加速運動的現象產生濃厚的興趣，導致他發現正確的落體定律。他通過實驗得出擺的周期與擺錘的輕重和擺動的幅度無關、僅與擺長有關的結論。他通過斜面實驗，研究了單擺理論。通過著名的伽利略擺的理想實驗，證實了從某一高度下落的物體，不計摩擦的情況下，可以回到原來的高度，與所經歷的路徑無關。

7. 伽利略科學研究方法

觀察現象→發現（問題 ）→提出（假象或假設 ）→運用邏輯包括數學（計算 ）→通過（ 實驗）對推論進行（驗證 ）→對( 結論）進行修正和推廣。

8. 伽利略創立了現代科學研究方法，主要有哪些

伽利略創立了現代科學研究方法，主要有理想實驗法、數學與實驗相結合的科學研究方法。伽利略是近代科學史上劃時代的人物，是十七世紀科學革命中的核心人物。他在科學史上扮演了重要角色，對現代科學的形成與發展有著極為深遠的影響。伽利略的發現以及所用的實驗推理方法,是人類思想史上最偉大的成就之一。
伽利略，義大利自然科學家、天文學家和數學家。他的關於自然之書是由數學語言書寫的主張推動了近代自然科學由定性研究轉向定量研究，實驗方法成為探索、發現自然奧秘的公認的科學方法。同時，伽利略用自製的天文望遠鏡進行天文觀測顛覆了傳統的天文學理論，為哥白尼「太陽中心說」理論的廣泛傳播提供了科學基礎。在伽利略看來，科學研究和科學發現的正確道路是從觀察實驗出發，用數學定量地表達科學規律，然後用實驗加以印證。這一數學與實驗相結合的科學研究方法使得物理學擺脫了依靠形而上學思辨、自覺、猜測和定性的研究狀況，走上了堅實的科學探索的道路。同時，實驗方法改變了科學的性質和方向，最終賦予了近代科學以「實驗科學」的基本特徵。可以說，伽利略對現代科學的貢獻部分源於他在物理學和天文學方面的發現，但更加重要的是由他開始的科學從哲學中脫離出來，不再受其束縛。正是在這個意義上，伽利略被稱為實驗科學的創始人和近代科學的奠基人。

9. 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。