自然的节奏

自然的节奏

引语：要想深入了解事物和现象的性质，得出更具一般性与可操作性的结论，就必须要在定性研究的基础上进行定量研究，揭露各因素之间的数量关系。因此，许多科学实验的设计，都是先进行定性实验研究，得到一些要素之间的定性关系，然后再以一定的科学事实和科学原理为依据，作出假定性说明，提出一些假说，设计特定的实验方案，对确定的某些因素进行数值实验，通过这些基本的数量分析，从而独具慧眼地发现未知事物及其规律性。许多科学研究的模式，都是通过事实依据、假说、实验验证、实践检验的过程才上升到科学结论的。

1583年的一天， 伽利略来到比萨大教堂跪着祈祷。大厅里一片寂静，一个教堂司事， 刚注满一盏从教堂顶悬挂下来的油灯， 吊灯像钟摆一样晃动，漫不经心地在空中来回画出看不见的圆弧。这本来是件很平常的事，可是，摆动着的挂灯链条的“嘀嗒”声惊扰了这位年轻学生的祈祷。 他像触了电一样，目不转睛地跟踪着摆动的吊灯，一连串与他的祷告距离越来越远的思绪进入了他的脑海。同时，他用右手按着左腕的脉搏，计算着吊灯摆动一次脉搏跳动的次数，以此计算吊灯摆动的时间。

通过计算的结果，伽利略发现了一个秘密，就是吊灯摆一次的时间，不管圆弧大小，总是一样的。一开始，吊灯摆得很厉害，渐渐地，它慢了下来，可是，每摆动一次，脉搏跳动的次数是一样的。

伽利略的脑子里翻腾开了，他想，书本上明明写着这样的结论：摆经过一个短弧要比经过一个长弧快些，这是古希腊哲学家亚里士多德的说法，谁也没有怀疑过。难道是自己的眼睛出了毛病，这是怎么回事。

他像发了狂似的跑回大学宿舍，就找来两根同样长的绳索， 并各坠上一块相同质量的石块， 然后分别将两根绳子系在不同的厅柱上， 准备做他那个以后轰动科学界的实验。他请他的教父穆契柯•铁达迪帮助他进行这个实验。“我要你数一数绳索摆动的次数， 而我则同时数另一条。”老头子耸一耸肩， 说道： “又是一桩伽利略发疯的念头。”伽利略手拿两个石摆， 将一个拉到距离垂直线四手掌阔的距离， 另一个则拉到两手掌阔的距离， 然后同时放手。两个人同时计数， 然后加以比较。伽利略成功了！两条绳索的起点虽不相同， 但在同样的时间内， 同样的摆动次数， 达到同样的点上。

然而，他还是不敢确信，当然谁也不会相信一个医科大学生的科学发现会否定大名鼎鼎的亚里士多德的权威说法。于是他又找了不同长度的绳子、铁链，还有不知从哪里搞到的铁球、木球。在房顶上、在窗外的树枝上，用沙漏记录摆动的时间，着迷地一次又一次地重复。最后，伽利略不得不大胆地得出这样的结论：亚里士多德的结论是错误的，决定摆动周期的，是绳子的长度，和它末端的物体质量没有关系。而且，相同长度的摆绳，振动的周期是一样的。

在教堂油灯的摆动中， 伽利略发现了自然的节奏原则。今天， 这项原则已应用在计数脉搏、时针计时、计算日食和推算星辰的运动等方面。

启示：孩子们有时会得到一些定性的结论，但不会进一步深入进行研究，进而揭示事物中存在的定量关系。家长要引导孩子，经常作一些从定性到定量的研究。就像伽利略一样，从吊灯摆动这一事实出发，通过简单测量发现吊灯摆一次的时间不变。进一步猜想出摆动周期与振子的质量、摆动的振幅无关，又通过大量的定量实验来验证这一假说，得到单摆的周期规律。通过摆钟等计时工具的实践，将单摆的周期规律上升为一个科学结论。

训练支招：

（1）引导孩子在寻找不同因素之间的数量关系时，先要进行定性实验。先确定了某些因素是否存在，不同因素之间是否有联系，了解和掌握了试样的定性组成及其大约含量，才能进行定量研究。

（2）教育孩子，从定性到定量，要进行猜测与假定。而这种猜测与假定，要从事实出发，又要超越事实。同时，要以科学原理为根据，要有科学性，要进行逻辑论证，不是信口开河。

（3）要培训孩子进行定量研究，要掌握或了解有关量的测试或测量的方法，要尊重事实，要形成自主探究、质疑问难、合作交流、收集并处理信息等科学研究的基本素质。要让孩子理解，假说是一种猜测或猜想，可能是正确的，经过实践检验可能上升为科学理论；也可能是错误的，在实践中被淘汰。