与初中物理有关的三大科学家的思想方法

与初中物理有关的三大科学家的思想方法

物理学作为自然科学最基础的主干学科之一，自然在所难免。而在这个过程中，亚里士多德对客观事物的“直观抽象”，伽利略的“形式逻辑论证”、“形象化与理想化”实验、“缓冲化与极限化”推论，牛顿对客观事物与规律的“数学表达方法”良好地契合了这一要求，具有尤为突出的意义！

亚里士多德与对客观事物的“直观抽象”

亚里士多德是人类科学发展童年时代的代表人物，其科学思想多来自对日常事物和生活常识的概括和总结，是一种形象化、生活化的思辨，称之为“直观抽象”。

亚里士多德认为：

（1）凡物是由“土、水、气、火”四要素组成，并且不同组成产生不同运动倾向。

———四要素说直接把四种具体事物抽象化为四种构成事物的元素。其用日常事物表述思想的方法易于理解。包含模型法、分析法、类比法的雏型。

（2）每个物体都有一个“天然处所”，“天然处所”的所在和迁移支配着各个物体的天然运动。

———物体运动与所处环境有关，强调对客观物体的运动、发展特征要注意观察与分析，体现因果律。

（3）一切非天然运动都只能在别的物体强迫下才可发生。

———那些无法归类的运动只能由物体相互作用来说明，带有假说与思辨性。

伽利略的科学思想方法

伽利略是近代自然科学发展初期的杰出代表，其思想方法对后人有十分重要的借鉴意义！

１．形式逻辑论证。逻辑是科学的内含要素之一。他在《关于两种世界体系的对话》和《两种新科学的对话》中，采用“以子之矛，攻子之盾”的方法，对“自由落体重快轻慢”这一不能“自洽”的理论进行了反驳，展现了科学的睿智，维护了真理。

亚里斯多德有个命题：重的物体比轻的物体下落得快。称为亚氏命题。

伽利略用想象实验和逻辑批驳了这个命题。他用反证法：设想，一个大物体A与一个小物体a用细线连接在一起共同下落，构成一个物体系统P。

①如果亚氏命题为真，那么，物体系统P，应该下落得比单个大物体A应该更快。

②如果亚氏命题为真，那么，由于小物体a对大物体A的拖牵，物体系统P应该下落得比单个大物体A应该更慢。

上述两个结论都是从亚氏命题逻辑地推导得出的结论，而这两个结论的互相矛盾的；因而亚氏命题不能自恰，是错误的命题。

结论：较重的物体比较轻的物体*不一定*下落得更快。

２．强调自然科学的本质上是实验科学，而实验科学的出发点是感觉和经验，特别重视定量实验研究。

３．“形象化与理想化”实验。现代自然科学的研究主要依赖于实验条件，但在其普及与日常应用中是不可能具备的。然而人的想象力可以创造实验需要的一切条件，在《关于两种世界体系的对话》中，他在的情况下，构思了一个现实中不可能具备无摩擦条件的斜面理想实验，巧妙地论证了惯性原理。由此理想实验方法成了构建物理理论假说的重要手段。

4．“等效转换”实验设计与“极限化”推论。事物的发展有个渐进的过程，但其趋势是一致的。因此在条件无法达到时，以“缓冲”或“极限”化了的状态得出的结论与原状态一般是一致的。

（1）由于当时不可能对迅速的自由下落进行实验，伽利略便把“球沿光滑斜面滚下”视为“冲淡了的”、“减缓了的”自由落体运动，得出了力与速度的正确关系。

（2）根据铅、金和木球在水银、水和空气里同时下落的实验事实，得出了下落速度差别是随媒质密度减小而减小；若极限化至完全排除空气阻力，则下落速度将相同的结论。从而为推翻亚里士多德“重快轻慢”理论提供了实验基础。

牛顿的科学思想方法

牛顿定律及其世界体系的建立，是人类认识客观世界过程中的一次飞跃。美国科学史家Kuhn把它称为科学革命。如果日心说是第一次科学革命，牛顿力学就是第二次科学革命。科学革命是技术革命的先导，在牛顿的科学革命之后大约一百年，出现了18世纪末19世纪初的工业革命或产业革命。

1 .以整体统一的观点看待物质世界，立足于揭示其内部本质联系

牛顿在《原理》中提出了力学的三大定律和万有引力定律，把地面上物体的运动和太阳系内的行星的运动统一在相同的物理定律之中，从而完成了人类文明史上第一次自然科学的大综合。它不仅总结和发展了牛顿之前物理学的几乎全部重要成果，而且也是后来所有科学著作和科学方法的楷模。

爱因斯坦：牛顿“这个物理学框架在将近二百年中给予科学以稳定性和思想指导。”

2．因果决定论的科学观

他认为天体运动的原因就是万有引力，行星运动的规律是由万有引力定律决定的。他根据万有引力定律成功地解释了行星、卫星和彗星的运动，直至最微小的细节，同样也解释了潮汐和地球的进动。在牛顿力学中只要知道质点在初始时刻的位移和速度，根据牛顿定律就可以预言其后时刻的运动情况。牛顿框架的核心是力和力所决定的因果性，认为找到了力的规律就是找到了对运动现象的解释。

3．坚持在科学研究中以经验为基础，在没有观察和实验依据时，决不杜撰假设

牛顿所遵循的认识途径是从实验观察到的运动现象去探讨力的规律，然后用这些规律去解释自然现象。许多物理学家都沿着牛顿的道路进行工作。1827年，安培在《电动力学理论》一书中，阐述了他处理电磁现象的方法：从观察事实出发，撇开力的性质的假说，推导出这些力的表达式，确立一般规律。

4．重视数学推理，创立逻辑严密的公理化体系

5．从简化复杂的自然现象出发，沿用理想的物理模型

牛顿认为宇宙间星体的相互影响是无限复杂的，”面对这一情况，不采用简化模型予以分别处理是极为困难的。他采用的简化模型是：从圆运动到椭圆运动，从质点到球体，从单体问题到两体问题。他将他的理想模型与实际比较，加以修正，最后使物理模型与物理世界基本符合。所以牛顿的万有引力定律既解释了为什么行星的运动近似地遵守开普勒定律，又说明了为什么它们又是那样或多或少偏离开普勒定律。

他还构思了一些神奇理想实验，“地球大炮”故事，来揭示天体运动与地面上物体运动的统一性。

6。提出构建理论逻辑思维的普遍原则

牛顿在他的《原理》第三篇一开始处，就写出了4条“哲学中的推理法则”，高度地概括了他的研究方法：

法则1 （简单性法则）寻求事物的原因，不得超出真实和足以解释其现象者。

“自然界喜欢简单性。”他创建的牛顿运动定律和万有引力定律在内容和数学