思想實(shí)驗(yàn)：一種適合計(jì)算思維的教學(xué)方法

王榮良

● 認(rèn)識(shí)思想實(shí)驗(yàn)

提起實(shí)驗(yàn)在科學(xué)中所發(fā)揮的強(qiáng)有力的作用，伽利略是功不可沒(méi)的。伽利略憑借他獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、高超的實(shí)驗(yàn)技巧，成就了一個(gè)又一個(gè)天才的實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)事實(shí)推翻了亞里士多德2000多年的科學(xué)統(tǒng)治地位，具有劃時(shí)代的意義。其中，比薩斜塔的自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，是一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)年伽利略登上比薩斜塔塔頂，將一個(gè)重100磅和一個(gè)重1磅的鐵球同時(shí)拋下。在眾目睽睽之下，兩個(gè)鐵球出人意料地同時(shí)落地，從而證實(shí)了亞里士多德關(guān)于“物體從高空落下的快慢同物體的重量成正比，重者下落快，輕者下落慢”的斷言是錯(cuò)誤的。

我們有理由猜測(cè)，伽利略在比薩斜塔做自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)前，已經(jīng)知道亞里士多德的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。伽利略在1636年的《兩種新科學(xué)的對(duì)話(huà)》中寫(xiě)道：如果依照亞里士多德的理論，假設(shè)有兩塊石頭，大的重量為8，小的為4，則大的下落速度為8，小的下落速度為4，當(dāng)兩塊石頭被綁在一起的時(shí)候，下落快的會(huì)因?yàn)槁亩煌下Ｋ哉麄€(gè)體系和下落速度在4～8之間。但兩塊綁在一起的石頭的整體重量為12，下落速度也就應(yīng)該大于8，這就陷入了一個(gè)自相矛盾的境界。所以，物體下落的速度應(yīng)該不是由其重量決定的。

這也是一個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，只不過(guò)與比薩斜塔所做的真實(shí)的物質(zhì)實(shí)驗(yàn)相比，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程是在人腦中完成的，通過(guò)推理來(lái)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)的步驟和過(guò)程。這種實(shí)驗(yàn)，稱(chēng)為思想實(shí)驗(yàn)。事實(shí)上，思想實(shí)驗(yàn)并不是伽利略時(shí)代才開(kāi)始有的，在各種物質(zhì)條件和觀察設(shè)備缺乏的古代，思想實(shí)驗(yàn)所起的作用有時(shí)比物質(zhì)實(shí)驗(yàn)還要大。……