作者：李德信,胡元斌
出版社：安徽人民出版社
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学校怎样培养学生科学发现能力试读：
前言
科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代，社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高，为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机，大力普及科学知识，传播科学精神，提高青少年的科学素质，是我们全社会的重要课题。
科学教育，是提高青少年素质的重要因素，是现代教育的核心，这不仅能使青少年获得生活和未来所需的知识与技能，更重要的是能使青少年获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。
科学教育，让广大青少年树立这样一个牢固的信念：科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象，研究和掌握新规律，它是创造性的，它又是在不懈地追求真理，需要我们不断地努力奋斗。
在新的世纪，随着高科技领域新技术的不断发展，为我们的科普教育提供了一个广阔的天地。纵观人类文明史的发展，科学技术的每一次重大突破，都会引起生产力的深刻变革和人类社会的巨大进步。随着科学技术日益渗透于经济发展和社会生活的各个领域，成为推动现代社会发展的最活跃因素，并且是现代社会进步的决定性力量。发达国家经济的增长点、现代化的战争、通讯传媒事业的日益发达，处处都体现出高科技的威力，同时也迅速地改变着人们的传统观念，使得人们对于科学知识充满了强烈渴求。
对迅猛发展的高新科学技术知识的普及，不仅可以使青少年了解当今科技发展的现状，而且可以使之从小树立崇高的理想：学好科学知识，长大为人类文明作出自己应有的贡献。
学校科学技术普及是指采用广大学生易于理解、接受和参与的方式，普及自然科学和社会科学知识，传播科学思想，弘扬科学精神，倡导科学方法，推广科学技术应用的活动。目的是使广大青年学生了解科学技术的发展，掌握必要的知识、技能，培养他们对科学技术的兴趣和爱好，增强他们的创新精神和实践能力，引导他们树立科学思想、科学态度，帮助他们逐步形成科学的世界观和方法论。
为此，我们特地编写了这套“学校科普活动设计与组织实施”丛书，包括《学校科技教学的创新指导与实施》、《学校怎样组织学生阅读科学故事》、《学校怎样培养学生科学幻想思维》、《学校怎样培养学生科学兴趣爱好》、《学校怎样培养学生学习发明创造》、《学校怎样培养学生科学发现能力》、《学校怎样组织学生开展试验与创造发明》、《学校怎样组织学生探索科学奥秘》、《学校怎样组织学生体验科技生活》、《学校怎样组织学生参观科普场馆》共十册，具有很强的系统性、实用性、实践性和指导性，不仅是广大师生科学教学指导的最佳读物，也是各级图书馆珍藏的最佳版本。
第一章 学生科学发现的指导
1.科学发现的涵义
科学活动中对未知事物或规律的揭示，主要包括事实的发现和理论的提出。作出科学发现是一切科学活动的直接目标，重要事实或理论的发现也是科学进步的主要标志。这两类发现又是互相联系、互相促进的。例如，19世纪末以来，电子、X射线、放射性等发现促成了原子结构和原子核理论的建立，而后者又推动了各种基本粒子的发现，为粒子物理学的诞生作好了准备。重大的科学发现，特别是重大理论的提出，往往构成某一学科甚至整个科学的革命。科学理论的发现是创造思维的结果，它往往求助于直觉、想象力的作用，这就必然要涉及科学家的文化素养、心理结构甚至性格特征等复杂的个人因素，有时还往往具有很大的偶然性。但这并不意味科学发现毫无规律性可循。科学史上有大量所谓“同时发现”的记载，说明任何发现归根结柢都是在一定社会文化背景中的社会实践和科学自身需要的产物，特别是事实的发现往往直接受到社会生产水平和仪器装置制造技术的制约。因此，科学发现在科学发展的总进程中是必然的，合乎规律的。它具有自己的“逻辑”，有人还明确地称之为科学发现的逻辑。这种“逻辑”有别于单纯从事实归纳出理论或者从理论演绎出事实的形式逻辑。
2.科学发现的引导
教师在教学设计的过程中如何处理好学生探究与课本内容的关系，让教科书和学生的思维有机结合起来，而不是将书藏起来让学生进行所谓“猜想”是一个非常强的教学技巧问题，值得每一个教师去认真探讨。
我们的教育目标不应该仅仅是教给学生死记硬背一些表层的知识，而是应该让学生学到知识背后所隐藏的科学方法和价值观念，知识背后这些内具的方法、情感和价值观才是决定学生的终生发展的最重要的方面。
虽然教材呈现的知识，通常是科学家们早已发现，已经形成定论的知识，但学生学习时并不是去寻求人类尚未知晓的事物或联系，当它应是一个用自己的头脑独立思考，亲自获得知识的探索过程。如果把学生的学习过程变成一个“再发现”或“重新发现”的过程，那么这样的学习一定能激发学生的学习兴趣，一定能使学生牢牢掌握所学的知识，一定能使学生“知其然”也“知其所以然”并能“知其何以然”。教师在这一过程中扮演的角色，不是向学生奉送真理，而是指导学生自己去发现真理。
例如，老师在讲解库仑定律这节课时，应该明白学生对科学思想和方法的掌握，是在对规律的探究过程中实现的。指导学生不仅清楚地了解教学的内容，同时在解决问题的过程中，还应经历科学家研究、探索的过程，从而使学生真正领略到科学方法和物理知识的内涵，能力得到提高。教师应该带领学生沿着科学家的足迹，再现当时的探索过程，深入讨论库仑定律中蕴含的科学思想和方法：卡文迪许如何用同心球实验，进一步检验库仑力与距离平方成反比的规律。在指导学生“重新发现”时，教师并没有完全形式化地依赖教材展开教学，而是对教材做了创造性的处理，从卡文迪许受到牛顿万有引力定律推论的启发开始，通过类比的方法，设计了同心球实验，验证库仑力和万有引力定律一样，都与距离的平方成反比。然后通过类比，引导学生猜想并分析，如果库仑力满足与距离平方成反比的关系，放在带电球壳内的金属球，是否会带电。再用验电器检查，发现内球不带电后，卡文迪许没有满足于预期的成功，还进行了进一步的误差分析。
让学生在学习的过程中体会科学家实事求是、严谨认真的科学态度。这些紧紧围绕教学目标，循序渐进地进行的探索研究活动，丝丝入扣，强烈吸引学生和教师一起去探究、去发现，当最后得出结论时，学生心中洋溢的是发现者的自豪之感，而不是被动吸收知识的厌倦之感。使学生领悟科学家研究问题的艰辛和严谨的科学态度和精神，这种设计打破了传统教学的局限，拓展了新的教学设计思路，体现了科学方法具有独特的教育功能。在《万有引力定律》、《原子的核式结构》等的教学中，都可以借鉴这种教学设计方法。
不论是教师的讲授还是实验，都应该努力创造一种有利于学生独立思考的情境，将学生始终置于探索者、发现者的位置。把科学方法教育蕴含在知识的认知过程中，按照学生的认知模式进行教学，使学生清楚地了解到教学的过程，进而引导学生去经历这一过程，从而使学生真正领略到科学方法和物理知识的内涵，并得到能力的提高。另外，当创造和发现伴随着学生的学习过程时，学习将会充满乐趣，将会产生主动学习的强大动力。
3.学生科学兴趣的培养
兴趣是最好的老师，小学生对科学产生了兴趣，就会对科学入迷，从而使他对科学有所发现，以后有可能走上成功的道路。
由于兴趣，学生通过探究学习科学知识，通过观察、提问、开展调查和多层面的活动，包括观察；提出问题；通过浏览书籍和其他信息资源发现什么是已经知道的结论，制定调查研究计划；根据实验证据对已有的结论作出评价；用工具收集、分析、解释数据；提出解答，解释和预测；以及交流结果使他有所发现。
人是天生的发现者，婴儿自呱呱坠地起，就动用所有的感官去感受、去了解周围的环境。当儿童发现令他们迷惑不解或者感到有趣的事物时，好奇心就会被激发起来，接着他们会提出一些问题，并想方设法寻找问题的答案。所有的努力都是为了了解周围的世界，这就是发现过程中最基本的东西。
作为一名科学教师，如何真正激发起所有学生的科学探究的兴趣，如何让发现，这种孩子们天生热爱的学习方式能够长期有效的维持下去，真正培养学生的发现能力呢？
给予学生多方面的支持
科学探究学习并不是专门给那些学有余力的学生准备的，而是要面对所有的学生。然而必须承认，学生之间的学习能力千差万别。如果只在一个层次上让同学们参加没有差别的科学探究活动的话，学习能力比较差的学生就可能会逐渐因为脑力不支而打退堂鼓，而学习能力比较强的学生也未必能够对这些他已经熟悉了的活动感兴趣，所以也会选择退出。比较困难但又必须要解决的问题是如何让每个学生都感受到体验科学的乐趣，特别是那些在科学探究学习方面不太积极主动的学生，他们更加害怕的不是受到教师的批评，而是学习过程中感受到教师、同学的冷落而孤独无助。让每个孩子都能够体会到科学发现学习活动所带来的乐趣，需要做到既不要让他们感到科学探究学习非常困难，也不能让他们中的任何一个受到冷落。心理学研究证明，学生的意志情感比较脆弱，他们在自主学习的过程中，一旦遇到困难往往会产生畏惧心理，如果不及时疏导，时间长了学生就会丧失自主求知、不断进取的信心。
为此，教师在组织科学探究学习活动的时候很注意给予学生以心理上的支持。创设良好的学习氛围，采取各种适当的方式，给学生以心理上的安全感和精神上的鼓励，使学生探究热情高涨。如鼓励学生选择自己最感兴趣的问题进行探究，选择好朋友组成探究小组，分工合作，一起制定研究方案，共同寻找解决问题的办法。对有新意的研究方案大力表扬，并给予一定的指导，而不是去打击学生的积极性。例如，教师在讲述“垃圾的故事”的时候，可把学生自由组成四个小组，让他们按自己的兴趣自由组合，分别研究“垃圾的来源”、“垃圾的分类”、“垃圾的处理”和“垃圾的再生”四个主题。由于是自己选择的主题，所以学生们积极性会比较高，在活动过程中，小组要分工明确，查找资料，实地调查、记录探究的过程、提出合理化建议，让每个孩子都有动手的机会，使学生们在做中学，在学中乐。这样的探究性学习才调动学生参与科学探究的兴趣。
积极开发身边的资源
在科学探究学习活动中，学生在教师的引导下能够激发起学习科学的兴趣，但是如果教师没有足够的能力引导科学探究学习活动的话，那么就有可能会打击学生学习科学的热情，使他们兴趣顿失。由此看来，科学探究学习活动进行了一两次之后就再也进行不下去的事情也难免发生，所以有人提出，开展科学探究学习活动并不难，难的是能够将这一科学探究学习活动长期有效地进行下去。
让孩子保持发现的兴趣
首先教师要善于引导学生去发现身边有价值的问题，做科学的有心人。我们的生活不是缺少问题，而是缺少发现问题的眼睛。科学教材上所提供的问题是有限的，当我们学完了教材的一些课之后，就要引导好学生新的科学探究工作。每一学期让每一个学生至少选择一个探究主题进行探究，教师可以提供一些选题的范围，由学生自主选择。
对学生而言，题目若与日常生活有密切关系，必会提高其参与的兴趣，如洗头水的试验及调查、食物的脂肪含量、冷藏食物知多少、电蕊寿命、面粉的拉力、头发的盛重力、不同洗衣粉的清洁能力、厕纸的吸水能力。其实以上例子包括不少有趣的题目，大部分的内容既和日常生活有关，亦可进行科学探究，而过程和所需器材也不复杂。例如：电蕊寿命——学生可利用电动玩具来测试不同牌子电蕊的寿命；头发的盛重力——学生可向家人或朋友搜集数根头发，然后绑上砝码或适当又已知重量的对象如硬币，测试过程中，增加重量直至头发被扯断为止，若可行的话，可尝试找出年龄或性别与头发盛重力之间的关系。
老师要根据学生的思维发展特点，从学生们感兴趣的问题中挑了一些探究性主题，引导学生探究。例如：校园植物的调查、学校绿化率、学校周边环境、废旧电池的回收……，这一些都是很好的活动主题，而且也很适合小学生的思维发展。学校保证每周都有探究活动时间让孩子们能够自主地选择自己感兴趣的主题，和伙伴一起探究发现，这样的探究性学习才能长期有效地坚持下去，我们的科学探究活动才能进行到底。
总之充分发挥学生的学习兴趣，才能让学生有所发现。
相信我们每个教师都能坚持不懈地把学生科学探究活动开展下去，上好每一节科学课，将科学探究进行到底！激发学生的探究兴趣，努力提高学生的科学发现能力，让学生从中领悟到科学的含义及探究科学的方法，通过小组的合作学习，解决面向全体学生，特别是面向差生的问题，从而使每个学生都能在原有水平上得到发展和进步。让所有的学生掌握探究的思维方法、感受探究的乐趣，培养出我们具有创造能力的新一代人才。
4.创造与创新能力的培养
什么是创造？创造是指人类运用自己的脑力与体力生产人们所需要的前所未有的物质产品与精神产品的活动。而创造能力，是指一个人具有的运用一切已知信息产生某种新颖、独特、有社会或个人价值的产品。而创造精神是指那种不安于现状、力图改进创新的积极心理状态。创造型的人才，就是那种具有创造精神和创造能力的人。21世纪正是需要这种人才。
历史证明，一个国家要振兴，一个民族要自立，就要培养大批创造型的人才，而创造型人才的培养，已成为当今世界的一种趋势。创造型人才的培养应该从小开始。青少年时期是一个创造思维和创造力发展的重要阶段，我们要敏锐地抓住学生创造思维和创造发明的萌芽，鼓励他们积极投入于创造发明活动中去。
积极引导，培养创造兴趣
学生时期富于幻想，心中有着形形色色的向往和追求，如果教师能对学生积极引导，并通过以身作则加以潜移默化的影响，他们的创造力就会得到很好的发展。
积极引导是在尊重学生主观能动性的基础上提出来的。学生一般都有做个好学生的愿望，教师必须珍惜和保护这种愿望，引发学生的兴趣，促使学生积极主动地进行各种活动，对学生来说，憧憬和兴趣会使他获得新知和成功的体验而带来的满足。
兴趣对科学创造具有启动功能，当一个人对某种事物产生兴趣时，他总是积极地、主动地、心情愉快的去接触和观察研究。兴趣又是发挥聪明才智的重要条件，兴趣能使人入迷，入迷的程度越深，其聪明才智也就发挥得越充分。教师必须重视对青少年各种兴趣的培养。
珍惜、培养青少年的好奇心
好奇心是对新异事物进行探究的一种心理倾向。是推动人们主动积极地观察世界，开展创造性思维的内部动因。开发创造力一定要有好奇心这种心理因素。为此，要注意培养青少年的好奇心，激发求知欲。
好奇心是青少年探索活动的前导和创造力发展的起点，要珍惜和满足儿童的好奇心，促使好奇心逐步由不切实际到切合实际；由对事物外部的好奇发展到对事物内部的好奇，由对表面现象的好奇到本质规律的好奇，不断提高其好奇心的水平，这对培养儿童的创造力是非常有益的。
积极训练，发展青少年创造力的心理品质
国外心理学家对具有创造力的人的心理品质进行研究表明：思维能力是创造力的最基本的心理品质，创造发明主要靠思维能力。
有创造力的人思维能力具有广阔性、深刻性、独立性和敏捷性的思维品质。这也是衡量青少年思维能力高低的标尺。发展学生的思维能力，就要进行思维训练，思维是通过训练得到提高和发展的。
学思结合是思维训练的主要规律。孔子的“学而不思则罔，思而不学则殆”，正是遵循了思维训练的规律。思维训练也是国外创造力培养中所提出的最基本最重要的策略，尤其是美国和日本都对思维训练投入了大量的人力、物力，研制了各种思维训练的模式。
瑞士心理学家皮亚杰认为，人的一生思维发展的速度是不平衡的，是先快后慢的。这一规律告诉我们早期智力开发是非常关键的，所以思维训练要提早，特别是重视幼儿到青少年这一阶段的思维训练，这样可收到事半功倍的效果。
鼓励青少年敢于动手，促进创造力发展
翻开科学家的历史，追溯他们的成长的道路，我们会惊奇的发现，他们能在科学发明创造上获得成功，与他们从小就愿意动脑、动手有密切关系。瓦特从小喜欢各种机械，装了拆，拆了装，每天“动手”，后来终于发明了蒸汽机；莱特兄弟从小喜欢观察老鹰怎样飞行，自己动手制作风筝，后来终于发明了飞机。
从生理机制上来看。心理学家、生理学家研究发现，从小重视动手能力的发展会极大地促进大脑的发育和智能的开发。从人类的进化来看，在漫长的岁月里，劳动创造了人的手，手的发展又改造了人的大脑。
通过各种有趣的游戏和活动，有意识地让学生有实践操作的机会，促进学生手脑并用能力的发展。现代科研材料说明，在人的大脑中，有一些特殊的最富于创造性的区域，当双手做某些精细的、灵巧的动作时，就能使这些区域的活力激发出来，否则，这些区域将处于“沉睡”状态。所以，要经常设计一些让学生手脑并用的实际练习活动，加强操作练习，促进学生创造力的发展，促进学生身心的健康成长。
共同活动、共同评价，形成创造的氛围
活动是实现学生身心和谐发展的重要途径，要给予学生充分足够的活动，包括体育的、美育的、游戏的、故事的以及各种形式的有组织的或自由的活动，通过各种活动使学生的身心全面和谐的发展，教师要和学生一起活动，间接启发学生在活动中学习，在活动中思考，在活动中欢乐，而且感情的联系也是丰富多彩的，相互之间关系密切，就容易感染，学生会感到特别高兴，促进学生创造力的发展。
教师要重视对学生的作品进行评价。这个评价包括教师的评价和学生的自我评价，将两者的评价进行相互交流，能激发学生创造性思维的开发，提高学生创造力。教师对学生作品的评价以肯定为主。评价的作用在于尊重学生的创作意愿，进而启发诱导，使其有所提高，而不是扼杀学生的创作意识。
科学研究表明，过多的评价，是压制创造力品质的原因之一。教师的评价作用有两种可能，如果恰到好处，会产生强化的效果，否则，会产生负强化作用。教师可以采用延误评价的方法，以便使学生在自我评价中能畅所欲言，这样的互相启发，才能达到共同评价的最佳效果。
表扬激励，维持创造的欲望
学生的勇敢、自信和勤奋是创造型个性应有的心理品质，这种心理品质的形成，多数情况下靠老师适时适当的鼓励，帮助学生积累成功的体验，获得成功喜悦的满足，这需要了解，了解学生积极的想法与独特的设想，了解学生的兴趣，爱好与进取心，及时的真诚的给予鼓励。必须在学生完成某项艰苦任务时作适当的帮助，但是这种帮助是启发式的，不要让学生感觉到离开了老师自己就完成不了。
老师要善于倾听学生的呼声，允许学生申诉，如果学生的意见中有正确的部分，应该及时肯定并接受、采纳。这样就逐渐会形成民主的气氛。民主气氛是教师进行创造性教育的必备条件。这对于封建影响极深的民族来说，显得尤其重要。
总之，未来需要儿童去创造，儿童需要教师去培养，我们教师要立足现在，面向未来，把学生培养成为具有创造志向和创造能力的新一代人才幼苗。
5.让学生在科学课中自主发现
科学课是新课程改革中出现的一门新兴的学科，它是在自然的基础上，更全面、更科学地培养学生的发现问题，解决问题，探究科学真谛的一门学科。科学的本质就是从提出问题到解决问题，学生通过自己的研究，能发现很多的科学现象，解决很多的科学问题，当他们自己发现了一个问题，而后又亲自动手解决了这个问题时是多么高兴啊！因此我们的科学课重要的不是传授知识，而是让学生学会自己去获得知识，让学生发现问题并亲自探究。如何让学生发现问题，并亲身经历探索过程呢？
发现问题、提出问题
有问题，才有思考；有思考，才有探究；有探究，才有发现；有发现，才会进步。人类认识科学和掌握科学的干什么，决定了《科学》这门学科的教学，必须从问题入手。例如：教学《食盐哪里去了》一课，在课前作了充分准备后，举起一杯水问：（1）杯里装的是什么？（学生：水）。（2）把食盐放在水中并轻轻摇晃会有什么现象发生？（学生：会沉到杯底、会化了的、会不见了的……）。（3）让学生分级实验，并要求学生仔细观察。（4）学生汇报：（食盐不见了）。（5）对于这一现象你有什么疑惑吗？（学生：食盐哪里去了）。
问题产生了，学生自己提出了他们想要研究的问题，教师就因势利导，让学生进入下一环节的研究。这一环节很重要，教师要呵护儿童与生俱来的好奇心，培养他们对科学的兴趣和求知欲，引领他们学习周围世界有关的科学知识。教师设计的情境就是起到“引领”学生进入探究活动的作用，使学生对这一问题产生浓厚的兴趣和强烈的求知欲望。
①“兴趣是最好的老师”，教师只有善于激发学生对所学知识产生浓厚的学习兴趣，才能使学生在学习中去发现问题探究问题。例如学习《热空气》一课，出示一个自制的热气球，当点燃中间的酒精棉后，热气球飞起来。看到这种现象后，学生的兴趣顿时高涨，议论纷纷。此时，我不失时机地提问：“你们想到什么问题？”问题一提出，活跃了学生的思维：“热气球为什么会飞？”“是什么力量让它飞起来的？”“它能飞多高？”“怎样才能让它飞的时间更长一点”……通过观察、讨论，唤起了学生探索的欲望，激发了学生质疑的兴趣，使学生带着问题进行探索未知的活动。
②观察是儿童了解世界、认识世界，积累感性认识的重要途径，因此，科学教学要引导学生学会观察，并在观察中去发现。如教《播种发芽》一课，课前教师给每组分发浸泡过的花生、蚕豆、绿豆、玉米种子。从学生的脸上可以看出他们对这些种子没有多大的兴趣，因为这都是他们常见的。课堂上教师指导学生们解剖并观察蚕豆种子。让他们小心地剥开种皮、掰开子叶，然后拿起放大镜仔细观察，看能发现什么。渐渐地同学们的脸上露出了惊喜之色。“蚕豆里有两片好嫩的幼芽啊！”、“原来种子是有生命的！”、“蚕豆苗是它长成的吗？”面对这些常见的种子，学生有了新的发现，提出了问题，对学习有了积极的态度。
③实验对培养学生获得认识事物的本领大有作用，也是学生有所发现、有所创造的起点。如教学《磁铁的性质》一课，学生在教师的指导下做实验：把条形磁铁放在支架上让它自由旋转，等它停下来，观察磁铁两端指着那个方向？反复做几次，学生就会发现磁铁总是一端指南，一端指北。然后教师叫同学们用磁铁沿同一个方向把小钢针摩擦几次，做成小磁针，并把磁针穿在一小块泡沫上，把它放在盛水的水槽里，看能发现什么？学生发现小磁针也是一端指南，一端指北。这时却有学生把手高高举起，兴奋地补充说：“不仅是我们做实验用的条形磁铁和小磁针能指南、北方向，我想也许所有的磁铁都可以指示方向。”这是多么可贵的概括啊！我们不就是要让学生发现这个规律吗？
④讨论是思想的沟通，是语言的交流，也是思维的撞击，讨论使学生互相启发，获得新的发现，新的问题，从而获得新的收获。例如教学《电铃响叮当》这一课。学生做完电磁铁后，各组只了解到在自己制的电磁铁通电有磁性，断电磁性消失。但对吸起的大头钉为什么有多有少，与哪些因素有关，各组学生分析和讨论后，他们发现：“线圈匝数不同，吸起大头钉数量就不同。”“串联电电池数量不同，吸起大头钉数量也不同。”“电磁铁用来吸大头钉的位置不同，吸起大头钉的数量还不同。”……有了新的发现，又激发了学生继续研究的兴趣和积极性，他们又兴趣盎然的投入到设计实验寻找答案的探究之中。最后终于发现：线圈匝数多、串联电池多吸起的大头钉多也就是电磁特的磁力大；同一个电磁铁电磁铁两端吸起的大头钉多也就是两端磁性强等等。这些都是学生进一步发现探究的收获。
大胆猜想、提出假设
猜想就是大胆的判断。我们知道，无数的发明都是来源于科学家大胆的猜想。在《科学》的教学中，教师应当鼓励学生围绕问题，根据以往的经验，说出自己的估计。猜想的过程，主要是主学生调动已忣的经验，在观测前对事物的变化趋势进行预测。在这过程中，教师不要粗暴地干预学生的假设，应当让他们充分发表自己的意见，他们才会在实验的过程中，有一种更加求实的精神，并渴望通过实验寻求答。例如，在进行《导体与绝缘体》的教学时，首先提出问题：我们周围的物体哪些是导体，哪些是绝缘体？并鼓励学生根据日常生活经验，说出自己的猜想，诸如：“塑料是绝缘体”“金属笔壳是导体”“水是导体”等等猜想，不是马上下结论，而是提示学生通过实验来了解最终的答案。
设计实验、进行验证
现代教育理论主张“让学生动手去做科学，而不是用耳朵去听科学。”“学习任何知识的最佳途径是自己去发现，因为这种发现，理解最深，也最容易掌握其中的内在规律、性质和联系”（波得亚）因而让学生通过亲自动手做实验，对实验的结果进行观察比较，以此来检查自己的猜想是否正确。这样，在验证的过程中培养了学生观察能力、动手能力和比较能力。（1）在实验过程中，要求学生比较细致地观察到实验的每一个步骤，实验的每一次变化现象等，使学生的观察能力得到很好的锻炼。例如在进行《检测区分所给15种物体是导体还是绝缘体》的实验时，可以这样训练学生的动手能力：
①提出问题：我们周围的物体中，哪些是导体？哪些是绝缘体？
②大胆猜想：让学生猜测准备检测的15种物体是导体还是绝缘体。
③动手操作：教师先组织学生讨论，做这个实验，需要哪些材料？怎样做实验？小组内应该怎样分工合作？通过讨论让学生明白应该按怎样的顺序实验，在实验中要注意什么，自己的职责是什么，然后各组再进行试验。像这样的实验，通过问题引发学生的兴趣，通过讨论确定实验的方案和分工，通过动手操作实验得出结果，对培养学生的动手能力很有帮助。（2）在教学活动中，留给学生足够的实践活动空间，通过问题引发学生的兴趣，通过动手实验得出结果，通过比较寻求异同，使学生在动手中学习，在比较中掌握规律，在动手的过程中探究和创新。如教学《比较油菜与豌豆的花、果实和种子》一课时，学生通过实际观察，进行比较，归纳出油菜与豌豆无论是花、果实、种子都有许多相同之处。而它们又有许多不同点。这样经过观察比较，学生的比较能力增强了，归纳能力也得到了锻炼。
总结分析、得出结论
上好科学课，必须教会学生重视数据的搜集和积累，学会写好实验结论。因为结论是通过实验验证后，得到的最终结果，它是印证学生猜想的根本依据。因此，教师要指导学生将实验结果写在记录本上，以此来培养学生勤写结论的习惯。
随着课程改革的进一步深入，我们越来越认识到：我们的学生生活在日新月异的科技时代，应该有意识地培养他们自己去发现问题，发展他们的思维，培养他们的好奇心、探究欲以及各种能力，积极倡导他们亲自经历探究为主的学习活动，学会探究解决问题的策略。
6.激发学生探究科学兴趣的方法
创设问题情景，激发探究兴趣
问题是引发学习的根本，没有问题，也就难以诱发和激起探究的欲望。因此教师的职责就是要把教学内容转换成具有潜在意义的问题情境。在学生思维的最近发展区，提出问题是，引起矛盾冲突，使学生原有的认知结构与新知内容之间产生一种不协调，激发学生探究的欲望，从而把学生引入“问题——探究——发现——解决”的学习过程中。（1）制造悬念，激发问题意识。
动力是内驱力，探究需要一种内在的激励力量。如果学生对自己从事的探究活动具有强烈的欲望和追求，这种内驱力就会把探究欲望充分地调动起来，从而持久的维持下去，投入到探究活动中。在教学中，教师要注意利用学生对事物倍感新鲜好奇的心理特点，通过矛盾或悬念情境的创设等种种方法，向学生展示科学的奥秘，让学生置身于探究问题的情景当中，激起探究兴趣，形成探究的动机，从而在探究大自然奥秘的过程中闪耀创造性思维的火花。
如三上《淀粉的踪迹》一课的教学，在学习知识前，可增加了这样一个环节：
老师：出示一张“白纸”（课前在一张白纸上用米饭的汤写下“淀粉的踪迹”五个字，并晾干）。
老师：这是什么？
学生：这是一张白纸。
老师：白纸上有其它东西吗？
学生：没有。
老师：再仔细看看？（请一学生上前观察）
学生：没有。
老师：老师能在白纸上变出几个字来，你们相信吗？
学生：不相信。
老师：用药棉往白纸上一擦（药棉中有碘酒），出现了“淀粉的踪迹”五个字。
这是怎么回事？他们很想知道这是为什么，学生的兴趣被充分激发起来了，从而为淀粉踪迹的探究铺垫了基础。
又如五上《美丽的彩虹》一课的教学，步入教室前，在学生不知晓的前提下，增加了这样一个环节：我在窗户外面用三棱镜把太阳光反射到教室的墙壁上，墙壁上出现了光彩夺目的七色光。在学生的惊讶声中，我走进了教室，并提问：想知道刚才的情景是怎么回事吗？学生发出了内心一致的心声：想！通过情景的创设，学生产生了极大的兴趣，从而引发了学生对太阳光奥妙的探究欲望。（2）问题难度，贴近生活经验。
教师提出问题前，要充分考虑学生的年龄特点和现有的生活经验。要让学生感觉到老师提出的问题只要稍做努力，就能摘到“果实”，让学生通过自己或小组成员间的合作探究，经过对提出问题的探究，得到结论，使学生尝到科学带来的喜悦，唤起学科学的热情。如教学四上科学《一杯水里能溶解多少食盐》一课时，老师问学生：在往杯里加食盐时，每勺盐不一样多怎么办？学生说：“用天平称、用肉眼观察……”。教师又提问：有没有什么其它简单的办法？学生左思右想，其中所蕴含的问题，依靠学生已有的经验不能立即解决，但问题是中表露出的矛盾能引起学生的认知冲突，这就吸引学生非解决不可的意愿。这时出示一把尺，用尺把勺上的盐刮平，告诉学生，这是一平勺盐，我们加盐时为了使毎次保持相等的量，可以用这种简单科学的办法进行。这种“一平勺盐”的方法非常生活化，而且操作简单，适合学生的生活经验。
提供典型材料，亲历探究过程
对于探究科学知识，在以往的教学中，往往会出现教师对学生干预、指导过多，管得太死的现象。老师往往在课前准备了很多活动材料，为了让同学们有用武之地，就武断地给学生分配探究的任务。让学生按照老师的要求去探究，验证假设，剥夺了学生所希望的自主探究的权利。
著名自然教育专家刘默耕提出：自然课就是教孩子们“搞科学”的。这个“搞”字既包括读书，接受前人的科学成果，更重要的是让孩子们在摆弄材料的过程中验证假设，探究出科学的规律。用科学大师爱因斯坦的话说，“科学”是“探究意义的经历”。教师要提供典型的探究材料，让学生亲历探究过程，通过观察和实验，探究科学规律，发现科学问题。（1）精心设计探究材料，诱发探究欲望。新课标《科学》与以往的《常识》不同，它没有明确的答案，许多知识是利用材料，通过实验让学生自行探究的方法获取知识的。如在教学三年级下册《了解空气》时，课前为学生准备众多的材料：气球、塑料袋、缝衣针、纸、杯子、塑料棒、针筒、水槽、石头等。课堂上引导学生利用材料感受空气的存在。学生把塑料袋在空中舞动，袋子装满空气时体会到空气就在我们身边；用缝衣针在塑料袋上扎一个小孔，让空气吹在脸上，听听气流发出的声音，体会到空气的存在。利用揉皱的纸，塞入玻璃杯的底部，并把玻璃杯倒过来，直立着按入水中，结果出乎意料，纸没有被水浸湿。通过分析，发现纸没有浸湿是由于空气占据了一定的空间缘故；……。利用探究材料，学生亲历探究过程，发现了空气就在我们身边；空气要占据一定空间；空气可以被压缩；空气有重量；空气既没有一定的体积，也没有一定的形状等许多有关与空气相关的知识。（2）选择兴趣材料，引发好奇心。古今中外的教育实践证明，兴趣能开发人的潜力，引发人的灵感，有兴趣的教学才是成功的教学。如教学《马铃薯在水中是沉还是浮》一课，课前准备两大两小四个马铃薯、两杯清水和两杯盐水（可以使马铃薯浮起来）。在导入时，老师让学生猜测，如果把四个马铃薯分别放入杯子中，会出现什么现象？学生提出了自己的猜测：四个马铃薯都会沉下去；大个马铃薯会沉下去，小个马铃薯会浮起来。演示的结果是：一大一小两个马铃薯下沉，另外两个马铃薯上浮。学生观察后，心中产生疑问，同时也产生了“好奇”，这是怎么回事？老师又问：你能解释马铃薯的沉浮现象吗？学生又进行了猜测：马铃薯的沉浮可能与杯子里的水有关。接着安排分组实验，以小组合作的形式，开展实验探究。通过带着问题，用学生喜欢的材料去探究，真正学到了物体浮沉的原因。（3）选择生活材料，开展个性化学习。科学内容面向生活，贴近生活，许多学习材料可以从生活中获取，通过个性化学习，获得相应的知识。如讲四年级下册《一天的食物》时，要求学生课前记录自己一天的食物，准备生活中喜欢吃的食物、蔬菜和水果。通过对食物的想象和观察，引导学生充分感知各种食物的特征，指导学生给自己喜欢的食物进行分类，并说明分类的理由。又如教学五上《选择健康食品》时，我利用课件展示学生较为熟悉的食品：方便面、腊肉、香肠、火腿肠、罐头、猪肉（检疫与无检疫）、霉变的粮食、薯条、腌制的咸菜、颜色鲜艳的糖葫芦等，引导学生开展讨论、分析：哪些不能吃或尽量少吃，为什么？在知道健康食品的概念后，对如何选择健康食品上，我又利用学生喜欢的牛奶、海苔、牛肉干等作为学习材料（其中包含：生产日期和保质期不同、过期食品、绿色食品标志的食品），让学生进行个性化选择。在活动中，学生的思维得到了发挥，活动空间也得到了拓展。在汇报、交流、倾听中，学生在个性化学习中的知识得到了肯定或者补充。通过学习，学生对绿色食品的概念和如何选择健康食品也有了一个正确的认识，同时也提高了生活中的购物能力。
提供充足时间，延伸教学空间
以前，老师们都认为：“创设情境→提出问题→探究问题→得出结论”，是最佳的教学方法，一定要让有问题的学生达到“无疑”才能结束，自己的任务才算完成。新的课程标准指出：“教师不要把上下课铃当作教学的起点和终点，小学生探究活动科学的活动往往不是一节课所能完成的。”因此，科学教育不能“以问题开始，以答案结束”，而要“以问题开始，以问题结束”。标准还指出：“科学课程的开放性，表现在时间、空间、过程、内容、资源、结论等多方面。”也就是说，科学课不受课时的束缚，教师要鼓励学生进行课外学习活动；科学课不受课堂的束缚，教师要带领学生走向校园、家庭、社会和大自然。在课堂教学中要让学生通过问题来学习，再通过学习来产生问题，这样的教学就能推动学生打破时空的限制，以便开展课后的后续性研究活动。
如科学五下《蔷薇花丛》的教学，为了让学生直观了解生活在蔷薇花丛里的生物，观察蔷薇花丛里动物的食性，我把课堂搬到了学校花坛。学生在“课堂”上，利用放大镜、小铲子等工具，以小组合作的形式，结合课文要求的观察内容——蔷薇花丛附近是否有其它植物？嫩枝上有小虫吗？它们在吃什么？盛开的花朵吸引了什么动物？它们是来干什么的？蔷薇的叶上、根旁、花丛下的土壤里有没有小动物？在花丛里一共观察到多少种动物？哪些动物栖在这里？哪些是来往的过客？它们是靠吃什么为生的？等一系列问题开展观察和记录活动。虽然学生在“课堂”上表现出了极大的兴趣，但对于探究中的众多问题是并不是一节课就能完成的，因此我要求各小组把课堂中没有完成的任务在课后继续观察，把新的发现及时进行记录。带着末尽的观察兴致，学生又进入了课后的自发性探究中，知识得到了进一步的发现和拓展。
又如五上科学《建立栖息地》的教学，是在《动物的栖息地》学习的基础上进行的。要求学生在给鱼和蚯蚓建立栖息地并对它们的生活环境进行观察的基础上，对自己熟悉的动物，（如：鸡、芽、羊、狗、牛）在：动物怎样运动？吃什么？怎样吃？动物活动什么时候活跃，什么时候不活跃？动物受到惊吓往哪里躲？对天气变化有反应吗？动物之间怎样互相接触？等方面进行观察，我没有对这些问题进行过多的说明，由于多数学生对动物比较感兴趣，他们已经把这个问题作为课后探究的对象了，并积极投入到这一活动中去。五年级科学课程中，《种子发芽实验》、《秋冬季的生物》、《记录动物的特征》、《被“种下”的材料》等对知识延伸探究的内容都得到了体现。通过自主探究、观察和记录，学生把在课堂中看不到的知识，在课后的探究中不仅得到了补充，同时也培养了学生严谨的科学态度。
积极评价探究，培养探究志向
小学生的探究活动重要的是过程，过程比结果更重要。要让学生经历知识的发现过程，培养他们发现知识和创造知识的意识和能力。因此，只要学生能够真正参与科学探究活动，即使探究没有得到预期的结果，但学生经历了一个充满乐趣的过程，他们在这一个过程中激发了求知的欲望，即使他们得到的结论是错误的，但失败的教训同样是一种收获。在探究活动中，教师要用一种全新的、赏识的眼光来积极评价孩子们的探究活动。要让孩子们充分体验到的喜悦，要把他们遭遇的挫折和失败转化成再探索再学习的动力。
如五上科学《种子发芽实验》一课的教学，根据“只改变其中的一个条件：光照、温度和水”，小组制定实验计划，学生根据实验要求进行开展活动，进行实验观察和数据的记录工作（放学后带回家）。一星期后，我利用一节课的时间组织学生进行了实验情况反馈。多数学生得到的结果与课前对实验结果的猜测相同，即：“浇适量水的绿豆比浇少量水的绿豆发芽快；温度高的比温度低的发芽快；受到光照的比放置在黑暗中的发芽快”。但有两位同学得到的结果跟课前对实验结果的猜测不同，他们得到的结果分别是：“浇少量水的绿豆比浇适量水的绿豆发芽一样快；放在黑暗环境下的绿豆比放在受到光照下中发芽快”，同学们也对这两位同学的实验结果提出了质疑。虽然两位同学的实验结果不符合种子发芽的规律，但我没有把学生的实验成果一棍子打死，相反还表扬了他们实事求是的科学态度。但我利用这一有利时机，及时请这两位同学进行实验汇报，师生在倾听中分析原因，最终找出了原因所在：（1）“浇少量水的绿豆比浇适量水的绿豆发芽一样快”的原因。
由于自己事先没有告知父母实验的意图，妈妈“做好事”，毎天给相互对比的两组实验及时浇水。（2）“放在黑暗环境下的绿豆比放在受到光照下中发芽快”的原因。
该同学实验时所使用的土壤是用沙子代替的，控制的“黑暗”环境是指客厅内太阳光没有直射的环境，并非真正的黑暗环境；而光照的环境是在强光下的环境，那几天气温很高，水分很快就干了，虽然她每天都在浇适量的水，但最后还是被强烈太阳光产生的高温烫死了。通过交流、倾听和分析，学生不仅找出了问题所在。在课后的再实验中，有了具体的体现。
教科版科学面向生活，贴近生活实际，许多知识都要通过实验探究去发现。但由于学生的年龄特点和生活经验的不足，在实际操作中往往会出现操作不规范或与自己的设计要求脱钩，甚至出现错误的现象。作为教师不要急于纠正他们的做法，不要进行批评或责备，而要正确引导，给他们提供分析问题的机会。教育学生，科学探究来不得半点虚伪，根据实验设计，方法得当，操作规范，才有可能少走弯路，取得实验成功。告诫学生一个信念，科学是要经过不断探索、不断实践得到的，要坚信自己，“失败”同样是获得锻炼和发展的契机。
综上所述，随着课程改革的不断深化，以教师为主导、学生为主体的课堂学模式成了当前教学的主流，只要我们科学教师时刻准确把握以探究为核心的教学理念，引导学生面向生活，走进科学，开展探究，就一定会发现许许多多的科学知识。
7.使学生成为科学发现者的方法
前苏联著名的教育家苏霍姆林斯基曾意味深长地说：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，那就是希望自己是一个发现者、研究者和探索者。而在儿童的精神世界中，这种需要则特别强烈。只有在探索活动中不断地扶植、巩固和实现学生想要成为发现者的愿望，才能最终带给学生以欢乐。”换句话说：就是要想让学生体验到探究的快乐，那就必须让学生实现成为一个发现者的愿望。那又何为一个发现者呢？结合多年的教学实践和体验，我认为“一个发现者”，不仅要是新现象、新问题、新方法、新规律的发现者，而且要是一个敢于尝试，勇于挑战失败，乐于思考的发现者。因此，我们在引导学生进行科学探究的过程中，应始终把“让每一个学生都成为一个快乐的发现者”作为探究教学的核心。
让学生成为新现象的发现者
要想让学生成为一个快乐的探究者，就必须引导学生从学会观察开始，通过自己的观察去发现新现象。不同的学生，由于观察的角度不同，所以发现的现象也各不相同，因而每一个学生只要通过自己的认真观察，都能满足自己成为发现者的愿望。如《把物体放入水中》，在教学一开始，我用事先准备好的三个鸡蛋（其中有一个是空的）分别放入三杯水中（其中有一杯是盐水），让学生观察会发生什么现象，结果学生惊奇发现，“同样的鸡蛋”放入“同样的水”中却出现了三种不同的现象。一下子点燃了学生参与探究的欲望，可是当自己把鸡蛋放入三杯水中后，却怎么也现出不了三种不同的现象，于是不得不思考“水”的问题、“鸡蛋”的问题，最终发现了老师实验中的秘密，在这一探究过程中，学生还同时发现把鸡蛋放入水中后，不仅出现了沉浮现象，而且还发现了很多新奇的现象，请看下面的一个片断：
学生：我把鸡蛋放入水中后，还发现鸡蛋变大了。
老师：你是怎么看的？
学生：我是从旁边看的。
老师：如果换个角度看看，又会怎样？
学生：从上面看，鸡蛋在杯子中的位置变浅了，可大小不变。
学生：如果从杯口斜着看，我发现水中的鸡蛋变成2个了。
学生：我还发现水中的鸡蛋“生气”了，在它的周围有许多小气泡。
……
把鸡蛋放入水中，本是一个生活中学生最常见、最普通的事，可是由于创设了一个特定的探究、观察的情境，从而使得学生在自己的观察中发现了许多自己平时不曾注意过的新现象，充分体验到了成为一个发现者的快乐，同时，也使学生感悟到，只要平时留心观察生活，那么随时都会有意想不到的发现，意想不到的快乐。
让学生成为新问题的发现者
问题是任何科学探究的起点，一个不会发现问题的人，是无法真正参与到探究活动之中的。爱因斯坦也说过：“发现和提出一个问题的比解决一个问题更重要”，因此，要想让学生成为一个真正的快乐的探究者、发现者，就必须千方百计地让学生成为问题的发现者。也可能有的教师担心，学生提出问题，自己回答不出来怎么办？其实，我们完全没必要为此担心，有时反而要真心诚意地去请教学生，去与学生共同参与下一步的研究之中，这样反而更能使学生体验到自己是一个真正的发现者。如《光的颜色》一课时，学生便提出：黑色的物体不发光，我们为什么还能看见它？光的三原色又从哪儿来的，如果没有了光的三原色会怎样？光为什么有热量？再如《凸透镜》的教学，学生提出：凸透镜为什么能聚光，凹透镜会吗？如果通过两面凸透镜能使物体成正像吗？从这些问题提出中，我们可以想象，学生的思想在涌动、在翻腾，创造性的思维火花在闪烁、在飞扬，当这些“问题”被老师肯定、赞赏时，便使他们充分体验到了成为发现者的快乐。
让学生成为新方法的发现者
科学探究需要科学的方法，但科学的方法也需要在探究中去发现，如果我们在引导学生探究的过程中，能让学生通过自主的探究，主动地去发现一些适合于自己的方法，那么势必有利于学生创新思维的发展，同时也使学生以发现者的角色去享受发现的快乐。如在教学《鱼》时，学生在探究“鱼为什么要不停地喝水？”这一问题时，除了在鱼嘴前的水中滴墨水的方法，还想出了把鱼头朝下放入水中的方法，甚至还想出了把鱼从水中取出，直接把墨水滴入鱼嘴的方法，这样一来，鱼喝“水”后，水会从哪儿流出便一目了然了，观察效果十分明显，当学生看到墨水清楚地从鱼鳃中流出时，那种兴奋、雀跃、欢愉之情状，是别人无法用言语所能描述的。
下面是教学《大气压力与人类生活》的一个片断，从中，也可以发现，只有让学生真正地参与探究，才能使学生成为一个真正的发现者。（每小组的桌上有一只装满纯净水的饮料瓶，瓶口的橡胶塞上穿了一根长玻璃管）
老师：你们的面前有一瓶纯净水，想喝吗？
学生：想！
老师：不过有个条件，不许拔掉塞子，只能通过玻璃管喝，喝的时候可要小心哟！（学生分组喝水）
老师：水喝到了吗？
学生：喝到了！
老师：你们是怎么喝到水的？用了什么方法？
学生：刚开始，怎么使劲也喝不到（水），后来，我发现，用手一捏，水就自动从管子里喷出来了！
学生：我们组发现水不易被吸上来的原因，是因为瓶口处有塞子把空气挡住了，要是把塞子拔掉就行了。可是老师又不允许拔，于是我们就用小刀在瓶脖上开了一个口子，这样才喝到水。
学生：这样不把瓶子弄坏了吗？
学生：可老师没说不许弄坏瓶子呀！（他的说法得到同学的赞同）
学生：我们组是先向瓶内吹气后，再吸，这样也能喝到水。（他边说边示范，看到他憋气的样子，同学们都大笑起来。当他松开嘴后，水一下子从管口喷出来，喷得他满脸是水。同学们都兴奋地鼓起掌来）。
在这一探究活动中，由于创设了特定的问题情境，触发了学生的探究思维，促使学生千方百计地去思考、去寻找解决问题的方法。因而这些富有创造性的方法便从学生的心灵深处喷涌而出了。那时时飞扬在课堂上的欢快的笑声不也正是学生充分体验到发现快乐的最好说明吗？
让学生成为敢于尝试的发现者
无数的事实证明，没有大胆的尝试，也就没有惊人的发现。只有敢于大胆尝试的人，才有可能成为一个真正的发现者。没有第一个敢于吃螃蟹的人，又怎能享受到蟹的美味呢？因此，我们在引导学生参与科学探究活动时，应多鼓励学生敢于去试一试，而不人云亦云，没有自己的主见。《制氧和二氧化碳》一课，用双氧水和胡萝卜制取氧气是一种简单方便、效果显著的实验方法。教学中，当学生把带火星的木棒放入制氧的烧瓶，看到微弱的火星又重新剧烈地燃烧，发出耀眼的火花时，都惊奇地瞪大了眼睛，兴奋得鼓起掌来。
正当教师想趁热打铁引导学生归纳氧气的特性时，一个学生突然冒出一句：“老师，如果不用胡萝卜，用别的东西行吗？”“这个老师没想到也没试过，课后你去试一试好吗？”老师如实说。
课后，这个学生要了一些双氧水。过了一节课后，他兴奋地跑来说，“老师，我在双氧水里鼓了满满一下气，把您的火柴借给我验证一下好吗？”当老看到他把微弱的火星放入瓶子里同样燃烧并发出耀眼的火光时，老师一下子惊呆了：“这怎么可能？！”他却兴奋得蹦跳起来。老师想，既然粉笔灰都能与双氧水产生氧气，那么说不定还有很多物体能与双氧水反应产生氧。于是，老师便激励他回家后再实验，看看还有什么新发现。
第二天，这个学生一见老师便迫不急待地说，“老师，我发现有很多东西都能与双氧水反应产生氧气呢！我先用白菜梗、黄瓜、土豆、西红柿等蔬菜做实验，都能产生氧气，后来我又用土壤、砂子做，发现产生的氧气更多更快，能与双氧水产生大量的氧气，而且还会发热，热得瓶子都烫手了……”听着他这些说不完的新发现，看着他那因实验成功而充满欢快的笑脸，老师不由得感到深深的自责；是啊！实验的方法并不是唯一的，教学时，我为什么就不能突破教材所设的框框，多年想一想别的方法，而要受教材的约束去束缚学生的思维？为什么就不能充分地发散学生的思维，让学生自己去寻找、去探究，去发现新的方法、新的现象呢？如果我们在平时的教学中，能多给学生一些时间，多让学生去想一想，多让学生去试一试，那么诸如此类的新方法、新发现，定会层出不穷，学生的创造性思维也一定会得到充分的挖掘和发挥！
让学生成为勇于战胜失败的发现者
人常说：“失败是成功之母”，没有哪一项的发现和发明不是经历过无数次失败而获得成功的。因此，在科学探究教学中，让学生去亲身体验一下失败的情感也是必不可少的一个环节，也只有让学生从自己失败的探究中，去学会思考，才会促使他们努力去寻找，去发现新的方法。如教学《发电》课时，为了引导学生通过实验发现“热能可以转换成电能”。要求学生把连接在电流表上的铜丝和铁丝的另一端缠绕在一起后，再放在酒精灯上加热，观察电流表指针的变化。
可是，学生在分组实验过程中，发现电流表的指针并没有什么明显的变化。于是，便纷纷向老师发问：“指针为什么不动呀？”“热没有产生电呀？”面对这一新情况，老师通过对实验装置的检查，都没有问题。“问题究竟出在哪呢？”这时，老师让学生围绕这一问题展开探究活动：“请同学们开动脑筋，看谁能想出办法，让热转变成电，比一比哪一组电流表的指针变化大！”学生探究的热情一下子被点燃了，在不到几分钟的时间内，老师就发现学生动用了好多独特的方法：有的将缠着的铜铁丝弯成环形，以增加受热面；有的把铜、铁丝弯成双线缠绕起来再烧；有的用小刀刮去铜，铁丝表面物质后再实验；有的两小组合起来。用两个酒精灯加热；有的根本不把它们缠绕在一起，而是先加热其中的一根，再用未加热的另一根去接触……经过这些方法的改进，学生惊奇地发现电流表指针的变化明显了，后来又通过对比实验，他们发现“不把铜铁丝缠在一起，而是先加热其中一根，再用另一根去接触”这一实验方法实验效果最好，指针摆动辐度最大。
通过上述学生的探究活动，我们不难发现蕴藏在学生思维深处的创造潜力是多么的惊人！我们姑且不去看实验的结果如何，就单单看学生实验失败之后所设计的新方法，就可以发现闪烁在学生思维中的创造性火花是多么的耀眼。学生自有自己的思维方式，他们的想象力是我们教师难以想象的。如果在教学中，我们总是用自己的思维方式去约束，去要求学生，那么学生的想象又如何得到飞扬，又如何使他们在挑战失败的探究中迸发出创造性的思维火花，最终，成为一个快乐的发现者呢？
让学生成为乐于思考的发现者
在现今的科学教学中，似乎存在着这样一个误区：科学教育＝观察＋实验。其实，观察和实验只是科学教学的重要手段之一，也可以说只是科学教学的血与肉，并不代表科学教学的全部。而融汇于观察、实验过程中的假设、猜想等思维活动更是科学教学中必不可少的组成部分，也可以说是科学教学的灵魂。一个没有思想的观察和实验活动，充其量也只是一个空泛的机械操作而已。一个只有伴有思想的观察与实验，才能让学生充分体验到科学探究的乐趣，才是一个有生命活力的科学探究，才是一个真正意义的科学探究！
实践证明，正确的科学教育观应是：科学教学＝（观察＋实验）科学思维。只有将科学思维纳入科学教学之中，去点燃学生科学探究的激情，去激活学生的科学探究思维，才能使我们的科学教育取得事半功倍的效果，才能让我们的学生充分享受科学探究、科学思维的乐趣！成为一个真正的快乐的发现者。
8.在教学中让学生学会自己发现
发现问题是人类主动认识世界的一种表现，也是培养学生进行创造性思维活动的一个重要途径。怎样让学生在认识客观世界的过程中学会发现问题，使他们表现出自己的创造素质，并使这种素质得到培养和发展呢？我们在进行科学启蒙教育的过程中，采用了“玩中学、学中有创造、寓科学启蒙教育于游戏、实验之中”的方式，和学生独立支配实验材料并在集体交流的过程中去发现问题，并用主动获取的知识和能力去解决新问题。
引起兴趣，是激起发现愿望的手段
激发兴趣和发现的欲望有多种途径，我们从以下几个方面入手：（1）充分发挥游戏、实的魅力，激发学生发现问题的愿望。（2）在游戏、实验之中，把学生的好奇心引向进行科学发现的轨道。（3）让学生在克服困难的喜悦之中，迸发出更强烈的求知欲望。
在引导学生用感官认识物体属性的教学中，我们先拿一个装得鼓鼓的牛皮纸袋问学生：袋里有东西吗？你是怎么知道的？怎样才能准确地知道袋里装的是什么？
于是，这个平常而又神秘的纸袋引起学生研究的兴趣，这个疑问吸引学生要用眼睛去看袋里的物体。
然后，我们给学生提出：不用眼睛看，能知道袋里装的是什么吗？学生在尝试用听和闻的方法都失败后，提出用手摸的办法，最后，我们让学生做“蒙眼摸物”的游戏，让他们借助已有的生活经历去发现认识物体的某些属性。
引导质疑，是发现问题的重要前提
质疑是解放思想、不迷信权威的一种表现。因此，我们十分重视引导他们在观察的过程中多想一些为什么，对已成定论的条文敢于质疑，激发他们去发现问题。
在学习“鸡、鸭、鹅”时，当学生寻找出它们外部形态的共同特征和它们都是同一祖先的后代之后，有学生就提出：“为什么鹅不孵蛋”的问题。这一问题引起了学生的强烈反响。有的说鸭的肚皮下面有油，蛋要滑跑；有的说鸭的肚皮扁、翅膀短，抱不住蛋；有的则认为鸭的腿太短孵蛋不方便等。在这些不尽正确的幼稚的解释之中，却闪烁着它们力求依靠自己的力量去探索发现的智慧火花，而这火花只有精细的观察和勇于质疑才能迸发。
揭示矛盾，让学生在矛盾之中去学会发现问题
在研究“太阳和影子”的活动中，有学生说他的影子在北方，有的说他的影子早晨在西方。活动结束时，我们引导学生注意一个矛盾，提出：“为什么影子的方向不一样？”学生说：“是时间不一样。”“为什么不同的时间物体的影子就有不同的方向呢？”我们号召学生课后去进行广泛的观察来解决这个矛盾。第三天，周阳同学兴奋地拦住我说，他观察了整整一天，终于发现了太阳在天上的位置在变，影子的方向也就发生了变化。这对于小学生来说确实是个了不起的发现，更重要的是这种活动已推动学生把课内研究发现问题的兴趣迁移到了他们的日常生活中去，使他们在日常生活的丰富内容中提高自己发现问题的本领。
创设研究的条件，让学生能从多种角度去进行发现
在研究沉和浮的教学中，我们给学生提供了他们所喜欢的橡皮泥、玻璃球、小石头、小铁圈、小木块、海绵、乒乓球、瓶盖和一盆水。研究前，只给学生提出：自己想办法去摆弄这些材料，看能有什么发现。学生通过观察会把这些物体和水联系起来，根据物体在水中沉浮的现象把它们分成了三类。接着，我们再提出：想办法让所有下沉的物体浮起来，使浮在水面上的物体沉下去。由于在设计这些材料时就考虑到了下沉物与上浮物能有多种相互作用的联系，因此，学生在解决这一问题时，少的找出六、七种方法，多的则找出十几种方法。这说明，只要教师能为学生创设研究的条件，为他们提供合理的、科学的实验材料，使他们的聪明才智得到充分的发挥，学生是能够进行广泛的发现的。
每一个学生都有潜在的进行发现和创造的愿望，教师如能充分相信学生，在学生遇到困难的时候，给予他们情感上的支持，尊重他们的自尊心，帮助他们树立起自信心，利用他们的好奇心给予适当的点拨，就会调动他们去发现问题的主动性。当然，怎样培养学生自己会发现问题并非一朝一夕之功，需要我们坚持不懈地去研究探索。
第二章 学生天文发现的启迪
1.“日心说”的发现
1543年5月的一天，一位白发苍苍的老人奄奄一息地躺在病榻上。他的学生把刚刚出版的凝结着他毕生心血的《天体运行论》送到他的手中，但他已经没有力气翻开这本书，只是用手摸了摸，不久，就与世长辞了。
他没有想到，在他死后，他的这本书在世界上掀起了轩然大波。有人咒骂它是异端邪说，不惜使用暴力禁止它的传播；有人赞美它是科学真理，为了捍卫它献出自己的生命。
这本书的作者，就是伟大的天文学家哥白尼，在《天体运行论》这部不朽的著作中，哥白尼向世界庄严宣布：地球是绕着太阳旋转的！
哥白尼的“日心说”是向封建教会发出的檄文，它第一次把科学从神学的桎梏中解放出来，拉开了近代科学史的帷幕，掀起了人类认识论上的一场伟大革命。
地心说
在哥白尼的那个时代，“地心说”已统治世界一千多年了。那时候，在各个大学中，天文学教授的都是托勒密的“地心说”。“地心说”并不是托勒密的发明。自古以来，人们看到太阳、月亮、星星从东方升起，向西方落下，就开始思索一个问题，到底是天旋还是地转。
公元前三百多年以前，古希腊的哲学家亚里士多德提出，地球是不动的，日月星辰都绕着地球旋转。这种看法与人们的感觉相符，因此被世人所接受。
另一位古希腊哲学家阿利斯塔克提出地球是绕着太阳转的。可惜他的理论没有引起人们的重视。
托勒密是公元2世纪的古希腊天文学家，同时也是一位数学家、地理学家。他集前人之大成，写成了《天文大全》一书，把“地心说”发展为一个完整的体系。
托勒密主张，宇宙是一个有限的球体，地球处于宇宙的中心，岿然不动。月亮、太阳还有其他行星一方面绕着自己的小本轮作匀速圆周运动，另一方面又沿着均轮绕地球作匀速圆周运动。它们距地球的位置依次是月球、水星、金星、太阳、火星、木星、土星，行星之外是恒星天。托勒密建立了一套严密的数学计算方法，可以比较精确地算出行星的位置，预报日食、月食。
托勒密的“地心说”本来是作为一种科学理论提出来的，后来却被教会利用了。
中世纪（公元5世纪到15世纪），欧洲处于最黑暗的封建时代。代表封建主的基督教会统治着欧洲，他们不仅横征暴敛，而且不准人们自由的思想，圣经上怎么说的，人们就得怎么想，谁要是敢于怀疑和反对，就会被宗教法庭处以残酷的刑罚。
教会本来也反对托勒密的地心说，可是后来他们却发现地球处于宇宙中心不动的观点，可以为上帝创世说服务。
圣经中说，上帝创造了宇宙万物，同时又按着自己的形象创造了人，让人来管理地上的万物。因此，上帝自然对人格外恩宠，把人安排在宇宙的中心——地球上。日月星辰的位置也是上帝安排的。地球外边包着九重天，最低的一重天是月亮天，然后是水星天，金星天，太阳在第四层上，接着是火星天、木星天、土星天，第八层天是恒星天，全部恒星像宝石一样镶在这层天界上。在恒星天之上还有最高的一重天——原动天，上帝就居住在这里，统治着整个宇宙。
于是，地心说成了维护教会统治的重要理论支柱，被教会奉为金科玉律，不准人们超越雷池一步，变成了阻碍科学进步的“紧箍咒”。
科学反对神学
15世纪，随着生产技术的发展，资产阶级诞生了。那些新兴的商人们迫切希望开辟新的海上航线，到海外通商贸易，寻找财富。特别是13世纪有个叫马可·波罗的意大利人，他曾从陆路到过中国、印度，在他的游记中，把中国、印度等东方古国描绘成遍地是黄金的宝地，这对那些商人们来说，更是一个巨大的诱惑。
在“黄金梦”的驱动下，一些商人、航海家开始了大规模的航海冒险。葡萄牙人达·伽马绕过非洲好望角，开辟了到达印度的新航线，哥伦布穿过大西洋，发现美洲新大陆，麦哲伦率船队进行环球航行……
航海活动带来了地理大发现，促进了世界贸易，同时也直接推动了天文学的发展。在茫茫的大海中航行，只有参照天空中星星的位置，才能确定船只所在的经纬度。这样，就需要编制精确的航海用的行星运行表。人们发现用托勒密的地心说为指导而编制的天体运行表，误差太大，已满足不了要求了。
资产阶级在用火与剑为自己在经济上、政治上开路的同时，也用笔与舌在思想文化领域与封建势力展开了殊死搏斗。最有名的就是欧洲的文艺复兴运动，它的矛头指向封建势力的精神支柱——宗教与神学，科学与文化广为传播。
在这种情况下，僧侣们已无法用圣经来完全控制人们的思想了。作为基督教基本教义的亚里士多德——托勒密体系也开始受到人们的怀疑。罗马教会枢机主教库萨的尼古拉就认为地球是个行星，不是宇宙的中心。达·芬奇也有太阳不动的想法。意大利天文学家、数学家诺瓦拉指出，托勒密的体系太复杂，不符合数学的和谐。
山雨欲来风满楼，一场天文学的巨大变革已经酝酿成熟，科学反对神学的革命暴风雨就要来临了。
哥白尼创立日心说
尼古拉·哥白尼于1473年诞生在波兰托伦城的一个富商家里。他10岁的时候父亲就去世了，是由在教堂中担任牧师的舅父把他抚养成人的。
哥白尼的少年时代是在教会学校中度过的。18岁时，舅父送他到克拉科夫的亚哥龙大学学医，这所大学是欧洲有名的学术中心，很注重数学和自然科学。哥白尼在那儿对天文学开始发生了浓厚的兴趣，学会了用天文仪器来观测天体。
23岁时，哥白尼来到文艺复兴的中心意大利，先后在波伦亚大学、帕多瓦大学、法拉腊大学学习数学、天文学、医学、哲学。
哥白尼最早也是信奉托勒密的地心说的，但是在实际观测中，他对此越来越感到怀疑了。为什么行星有些日子亮些，似乎离地球近一些，有些日子又暗些，似乎离地球远一些？它们为什么有的日子跑得快一些，有的日子跑得慢一些，和绕着地球转的月亮的情况完全不同呢？
用托勒密的学说计算星座的位置，需要列出那么繁杂的算式。一次，哥白尼的一位朋友计算时竟引入了79个本轮、均轮，结果仍然是破绽百出。哥白尼断定：“托勒密的体系不是忽略了必不可少的细节，就是塞进了毫不相干的东西！”
在意大利，哥白尼深受文艺复兴运动的影响。文艺复兴是由复兴古希腊的文化开始的，因为古希腊以工商业为主的城邦经济及奴隶主民主政治与新兴资产阶级要求相一致，因此，他们掀起了一股研究古代学术的热潮，文艺复兴运动也由此而得名。哥白尼孜孜不倦地阅读了他所能得到的古希腊、古罗马著作，他发现古希腊哲学家中已经有人描述过地球绕太阳运动，这使他受到了极大的启发。
那么，怎么样解释人们感觉不到“地动”而是天在运动呢？哥白尼引用了一位诗人的名言：“我们离港向前航行，陆地和城市后退了”。当船向前行驶时，坐在船上的人不感到船动，而是看到两旁的景物后退。与这个道理相同，位于地球上的人，感觉不到地球在运动，而是看到日月星辰东升西落。
日心说的思想在哥白尼头脑中形成了：如果把太阳看成是宇宙的中心，地球和其他行星都围绕着太阳旋转，那么就可以构成一个美丽和谐的天文体系了。
光有新思想是不够的，如果没有大量的观测和计算来证明日心说体系，那么这一学说与古希腊学者所提出的地球绕太阳转一样，只能算作是一种哲学推测。
1503年，哥白尼回到了波兰，在波兰的海边的佛劳恩堡担任牧师职务。在他供职的教堂墙垣的西北角有一座小阁楼，哥白尼就在这里建起了一个简易的天文观测台。他亲自动手制做了各种天文仪器，每天不断地观察，不断地计算。在他的《天体运行论》一书中，记载有日食、月食、火星冲日、木星冲日、黄赤交角、春分点的移动等27项观察实例，其中25项是他自己的观测结果。
正是建立在富有想像力的哲学思考、精密的实际观察和严格的数学计算之上，哥白尼的日心说诞生了。
哥白尼认为，太阳屹立在宇宙的中心，行星沿着圆形轨道绕太阳运行，离太阳最近的是水星，依次是金星、地球、火星、木星、土星。地球仅仅是一颗普通的行星，月亮是地球的卫星。在行星轨道以外，是布满恒星的恒星天。地球每天自转一周，造成了天穹的东升西落。
哥白尼深知，他的学说为教会所不容，如果公开发表，不仅他的学说将被扼杀在摇篮中，他本人也将受到教会的迫害。在1506到1512年间，他写了一个日心论的提纲《试论天体运行的假设》，分送给他最亲密的朋友。此后，他开始撰写《天体运行论》这部书，但却一直不敢发表。直到他已69岁时，知道自己的时间已经不多了，在他的朋友的再三敦促之下，才破釜沉舟，决定出版这本书。
罗马一位诗人说过，一部著作必须经过9年才可以发表。哥白尼的《天体运行论》从1506年开始酝酿，到1543年发表，经过了37年！
在《天体运行论》一书的前言中，哥白尼写道：“摆脱错误的思想，寻求真理，是学者应有的责任和权利。我相信我的主张终究会被人们所接受。如果有人曲解圣经，对我的著作进行非难和攻击，我决不理睬，因为我鄙视他们。”《天体运行论》出版之时，正是哥白尼弥留之际。这位伟大的学者虽然去世了，但他的学说却在全世界传播开来。
为真理献身的布鲁诺《天体运行论》发表的初期，教会还以为这不过是一本普通的天文学著作，直到日心说在欧洲广为流传，动摇了基督教教义时，教会才大为震惊，下令禁止这本书。但是，真理是压不住的，越来越多的人接受了日心说。这些人中，有一位热情宣传、勇敢捍卫日心说的斗士，他就是意大利哲学家、天文学家布鲁诺。
布鲁诺出生在意大利那不勒斯附近诺拉镇的一个贫苦家庭，他很小的时候父母便去世了，成为一名孤儿。村中的神甫们周济他长大并让他读书。15岁时，由于家境贫寒，无法再继续上学，他进了修道院，当了一名修士。
他所进的修道院圣多米尼克，有欧洲藏书最多的图书馆。布鲁诺博览群书，熟读了古今哲学家、科学家、戏剧家、诗人的著作。他非常聪颖，记忆力惊人，对书中的警句、精彩章节，可以倒背如流。靠着顽强的自学，布鲁诺获得哲学博士学位，成为当时知识渊博的学者之一。
在修道院生活过多年的布鲁诺，格外了解教会中的种种黑幕，他对僧侣们的贪婪、自私、迷信、虚伪深恶痛绝。他阅读了文艺复兴时代的许多进步书籍，包括揭露教会、主张宗教改革的书籍、哥白尼的《天体运行论》等，这更加激发了他对教会的反抗。
1575年，布鲁诺因抨击宗教，受到教会迫害，不得不逃出意大利。在瑞士，他又因反对新教被加尔文教会抓进监狱。
历经磨难的布鲁诺后来逃离日内瓦，来到法国，受聘在图卢兹大学讲授天文学。正是在这里的短短几年中，他奋笔疾书，写出了著名哲学著作《论原因、本原和统一》、《论无限性、宇宙和诸世界》。
布鲁诺以火一般热情，宣讲哥白尼的学说，坚决反对亚里士多德——托勒密的宇宙体系。不仅如此，他还以天才的哲学思想和勇敢的革命精神发展了哥白尼的学说。
布鲁诺认为，不仅地球不是宇宙的中心，太阳也不是宇宙的中心，宇宙是无限的，没有边界，因而也就不可能有中心。太阳系仅是宇宙中极其微小的一部分。太阳也不是不动的，地球在转动，太阳也在转动，每个“世界”都围绕着另一个“世界”转动。在无限的宇宙中，有无数个“世界”在诞生，也有无数个“世界”在死亡，作为宇宙本身，永恒存在，既无开始，也无终结。
布鲁诺的学说弥补了哥白尼“日心说”的不足，他的许多天才思想，已为今天科学的发展所证明。
哥白尼把地球逐出了宇宙中心，而布鲁诺根本否认了宇宙存在中心，这样就把上帝从宇宙中驱逐出去了，沉重地打击了宗教神学关于“上帝创造世界”、“上帝主宰一切”的谎言。
布鲁诺比哥白尼更大胆和勇敢，他走到哪儿，就在哪儿用他的嘴和笔勇敢地捍卫日心说，无情地痛斥经院哲学和宗教神学，揭露教会的黑暗和虚伪。因此教会把他看作是一个最危险的革命者，对他恨之入骨，非欲置他于死地而后快。
为了免遭屠杀，布鲁诺不得不从一个国家逃到另一个国家，在异国他乡过着飘泊不定的逃亡生活。
1592年，罗马教庭策划了一个恶毒的阴谋，他们收买了一个威尼斯商人。不久，布鲁诺收到了这个商人的一封信，信中甜言蜜语假惺惺地赞扬布鲁诺，并邀请他到威尼斯讲学。
1592年5月23日，布鲁诺乘船回到威尼斯，他刚刚踏上阔别多年的祖国的土地，几个彪形大汉就一拥而上，把布鲁诺绑进了一辆马车。翌年2月，他又被从威尼斯转押到罗马，投入宗教裁判所的监狱。
布鲁诺被关押在监狱中近8年，受尽了严刑拷打。由权威神学家组成的检查小组不断从他的书中找出一些矛盾，企图说服他放弃自己的观点，声称只要他改过自新，就可以保全他的生命。但无论如何威逼利诱，布鲁诺都毫不动摇。
1600年2月8日，宗教裁判所对他作出最后判决：“布鲁诺宣扬异端邪说，亵渎神灵，处以火刑。”
布鲁诺毫不畏惧，他对那些高高在上的宗教法庭的法官们高声嘲笑地说：“你们宣布对我的判词，比我听到判词还要恐惧，还要胆战心惊！”
2月17日，衣衫褴褛，被折磨得瘦弱不堪的布鲁诺被押到了罗马鲜花广场。火刑柱旁堆满了干柴。神甫最后拿出了刻有耶稣受难的十字架让他忏悔，布鲁诺高昂着头，露出蔑视愤懑的目光。“烧死他！烧死他！”教会的刽子手们高喊着。
在熊熊的烈火中，这位欧洲文艺复兴时期卓越的唯物主义哲学家、著名的自然科学家和勇敢的抗逆中世纪天主教黑暗势力的不屈战士，为追求真理，献出了自己宝贵的生命。
布鲁诺牺牲了，然而他为之献身的真理却是无法消灭的。
两次受到审判的伽利略
在为捍卫和发展日心说的斗士中，还有一位就是著名的物理学家、天文学家伽利略。
伽利略1564年生于意大利比萨城的一个没落的贵族家庭，17岁时进入比萨大学医学院，后来，他的兴趣从医学转向了数学和物理学。
伽利略从青年时代就表现出杰出的才华，引起学术界的重视，被人们称作“当代的阿基米德”。
还在医学院读书时，有一次伽利略在教堂作祈祷，发现一盏挂灯在空中来回摆动，他用自己脉搏的跳动来计时，发现挂灯每往返摆动一次，时间都是一样长，这就是著名的摆的等时性原理。
伽利略是经典力学与实验物理学的开创者，他设计了许多实验来研究物体运动的规律。
最有名的就是落体实验。许多人都熟知这个故事。为了证实自由落体定律，1590年，伽利略登上了比萨斜塔作公开表演。他同时丢下两个不同重量的球，结果两个球同时落地。这就证明了，在忽略空气阻力的情况下，不同重量物体以等加速下降，这就是自由落体定律。
不过，据考证，历史上并无其事，这仅仅是一个传说。伽利略的实验是让一个光滑的黄铜球沿一个可以改变倾角的光滑斜面滑下，用一台简陋的水钟测定小球在斜面上下滑的时间。结果发现，不同质量的物体沿相同倾角的斜面运动，加速度相等。当倾角为90°，物体自由下落时，这个结论也成立。这样就推论出自由落体定律。这个定律推翻了亚里士多德提出的物体越重落得越快的说法。
伽利略还发现了惯性定律、合力定律、抛物体运动规律、相对性原理等等。
伽利略在比萨大学任教时就接受了哥白尼的学说，他在1597年写给开普勒的信中，透露了他的这一观点。但是伽利略一直不敢公开发表自己的观点，他不愿意遭到像哥白尼、布鲁诺那样的命运。为寻求真理，他在私下进行了许多观察、实验。
1609年，伽利略从一位朋友来信中得知，一个荷兰商人利用镜片组合可以看见远处的东西。伽利略非常感兴趣，经过反复研究，他制造出了由二组透镜构成的第一架天文望远镜，放大倍数达到32倍。
当伽利略把这架望远镜指向天空时，所看到的景象使他惊喜若狂。他写道：“我惊讶得忘乎所以，感谢上帝，它使我发现了如此壮观和迄今还不知道的奇迹。”伽利略看到了许多过去从未有人看到过的新的天文现象。因此，人们称哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙。
伽利略发现，月球表面并不是光滑无瑕的，像地球一样有高山有峡谷，他还发现太阳上有黑子，也就是说，天体并不像传统的亚里士多德学说所说的那样，比地球更完善和优越。伽利略发现，金星与月亮一样，不时从新月变成满月，这就表明金星是一个黑暗的球体，它是被太阳照亮而发光的，是绕着太阳旋转的。他还发现，木星有4个卫星，它们绕着木星旋转，这也间接证明了地球并不是宇宙惟一的中心。伽利略还观察了银河，发现它是由无数恒星聚集在一起形成的星团。
所有这些发现都证明，哥白尼的学说是正确的，地球与其他行星一样，也是一个普通的天体，在宇宙中并不占有特殊的位置。
伽利略欣喜地宣传他的新发现，一再邀请那些经院哲学家和神学家用望远镜观察天象。他们不但拒绝，而且骂伽利略是骗子，说望远镜是魔鬼的发明，是伽利略用符咒把新星星从天上咒出来的。
有人向罗马法庭告发了伽利略，说他宣传哥白尼的日心说，对圣经进行随心所欲的解释。1616年，宗教法庭传讯伽利略并对他作出审判：禁止哥白尼的日心说，警告伽利略不得再宣传日心说。
由于伽利略是一位著名科学家，而且在宗教界有有权势的朋友，因此教庭对他还算是客气的。
1623年，新的教皇乌尔班八世即位。这位教皇早年对科学感兴趣，是伽利略的朋友。伽利略赶往罗马，希望取消对哥白尼著作的禁令，虽然没有达到目的，但教会同意他写《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，前提是不能损害上帝创造世界的基本信条。
伽利略花了整整9年时间，写成了这本关于天文学总清算的名著。他采用威尼斯市民沙格列陀、新科学家萨尔维阿蒂和亚里士多德学派辛普利邱三人对话的形式，用新颖通俗的文体，无情地批驳和嘲弄了亚里士多德——托勒密体系的各种陈词滥调，有力地论证了地球的自转和围绕着太阳的公转。
这部书出版后，人们争相阅读，在欧洲产生了巨大的影响。
罗马教庭被激怒了，《两种新科学的对话》被禁止销售，并传讯伽利略到罗马受审。这时的伽利略已年近70，正在病中。教庭下令：“就是用铁链锁，也要把他押到罗马来。”
拖着病弱身体的伽利略被押到罗马宗教法庭，10名法官对他进行了审判，罪名是违反教庭的禁令，坚持宣传哥白尼著作中的异端邪说，伽利略被判处有罪和下狱。
在教庭上，伽利略被迫当着众人宣誓，放弃地球绕着太阳转的异端邪说。一个人被迫否定自己多年来追求的真理，这是何等痛苦啊。据说，当伽利略精疲力尽地离开法庭时，还在喃喃自语：“可是，地球还是在运动的啊！”
伽利略后来被幽禁在佛罗伦萨他郊外的别墅中，不许他和亲友来往。伽利略的病越来越重，视力迅速衰退。他没有退却，倾注了自己全部精力，完成了《两种新科学的对话》。这部不朽的名著总结了他一生的研究成就。当这部书出版时，伽利略已双目失明，最后，伽利略死于幽禁中。
日心说的胜利
教会的残酷镇压可以使人们一时沉默不语，但是它改变不了地球绕太阳旋转的事实，也阻止不了人们对真理的追求与认识，日心说冲破了重重阻力，在斗争中不断发展，日臻完善。
与伽利略同时代的德国著名天文学家、数学家开普勒，发现了行星运动三定律，进一步发展了哥白尼的日心说。
开普勒在蒂宾根大学读书时，就开始研究哥白尼学说。由于反对新教，29岁的开普勒被迫离开家乡来到布拉格，在这里他结识了著名的天文学家第谷，这成为他一生命运的转折点。
丹麦天文学家第谷被认为是近代天文学的始祖。他在弗恩岛上建立了福堡天文观测台，在这里进行了20年的天体方位测量。
第谷有惊人的机械操作能力与技巧，设计制造了许多仪器。他对各个行星位置的测量，误差不大于4角分，即0.067度。他收集了丰富的有关恒星和行星方位的数据，编制的恒星表，相当准确，因此被人们誉为“星学之王”。
1599年第谷定居布拉格。1600年，他开始与开普勒合作，共同进行天文研究。可是不幸的是，第二年第谷就去世了。第谷临死前，把毕生观测所得的宝贵资料，全部送给了开普勒。
开普勒不仅是天文学家，还是有很高造诣的数学家。他善于思考，有丰富的想象力。他相信，宇宙是有秩序的，全部行星构成一个整体，并存在统一的定律，可以用数学关系表示出来。
他选择火星为研究对象，因为在第谷的资料中，对火星的观测占有最多篇幅，而且这个行星的运行与哥白尼理论出入很大。
开普勒按照哥白尼体系也即行星轨道是正圆作了多次计算，但结果总是与实际观测数据差8角分。开普勒幼年患天花，损伤了视力，不能亲自进行天文观测，但他相信第谷的测量是非常准确的，自己的计算也没有问题。于是他敏锐地感到行星的轨道为正圆是错误的。正是凭这8角分的差异，开普勒开始了天文学的革新。
经过无数次刻苦计算，尝试了70多种轨道，最后，开普勒终于发现椭圆形轨道与观测值十分吻合，而太阳恰好位于椭圆的一个焦点上，这样，开普勒终于发现了火星的真实轨道。
经过分析归纳，开普勒得到了行星运动第一和第二定律，即每个行星分别在大小不同的椭圆轨道上运行，太阳位于一个焦点上；行星的运动不是匀速的，连结太阳和行星的直线在相等的时间内扫过的面积相等。又经过十年苦战，开普勒发现了行星运动第三定律：不同行星绕日运行周期的平方，与它们到太阳的平均距离的立方成正比。
开普勒因发现行星运行的规律，被人们称为“天空立法者”。他大大地丰富和发展了哥白尼的学说，用定量的数学方程把太阳系体系表示出来，更确切地反映了行星运动的真实面貌。
在开普勒之后，1687年，伟大的科学家牛顿发现了万有引力定律，为行星绕太阳运动的原因找到了理论根据，那就是行星是受到太阳的引力，才围绕着太阳不停旋转的。
由于伽利略、开普勒、牛顿等人的工作，哥白尼的学说建立在了更加科学的基础上，日渐深入人心，教会的种种阻碍对日心说已无济于事了。
1757年，罗马教庭不得不宣布解除早已名存实亡的对哥白尼《天体运行论》一书的禁令。1882年，罗马教皇又无可奈何宣布承认日心说。
经历了300多年的斗争，日心说终于得到了最后的胜利！
哥白尼的日心说翻开了自然科学发展史上新的一页。正像革命导师恩格斯评价的那样：“从此自然科学开始从神学中解放出来。”过去，自然科学只不过是神学的奴婢，只能用来解释神学。而哥白尼的日心说使自然科学开始走上独立之路。因此，人们把1543年《天体运行论》出版那一年做为近代自然科学史的开端。
2.哈雷慧星的发现
1682年的一个晴朗的夜晚，星月皎洁，欧洲大地像往日一样平静。突然，天空中出现了一颗奇异的星星，它像一把扫帚，拖着一条长长的尾巴，闪闪发光，在群星灿烂的夜空里，显得格外耀眼。它的出现立刻引起了欧洲大陆的轰动。人们对这位不速之客的到来，议论纷纷。
它就是我们现在所说的彗星。在这以前，16世纪有一位名叫布拉的丹麦天文学家，对彗星进行了非常荒唐的解释，他把彗星当作“妖星”，说成是上帝惩罚人类的预兆。这和中国古代把彗星称为“扫帚星”，其出现是不祥之兆一样。
一连几十个夜晚，这颗彗星总是沿着自己的轨道缓慢运动在浩繁的星空，人们望着这颗“妖星”，心惊肉跳，昼夜恐慌，欧洲大地呈现一片混乱的景象。直到它渐渐远去，消失在星际里，人们才重新安定下来。
然而，在这无数双注视彗星的眼睛里，却有一双蓝色的眼睛毫无惧色。这双眼睛闪烁着智慧之光，流露出一种狂热的、渴望揭开这个幽灵般的星体之谜的感情。它们就是爱德蒙·哈雷（EdmondHalley，1656～1742，英国天文学家和数学家）的眼睛。
1656年11月8日，哈雷生于伦敦附近哈格斯顿一个富有的商人家庭。他小时候并不是一个聪明的孩子，但是他学习很勤奋，因此在中学读书期间，成绩很出色。老师给他讲解的有关天文知识，介绍的伽利略、布鲁诺为天文学事业而英勇无畏的事迹，引起了哈雷对天文学的极大兴趣。
1673年，哈雷考入牛津大学王后学院，在这所当时世界著名的高等学府里，他学到了许多有关数学和天文学的知识。他大学三年级时，父亲因病去世，哈雷得到了一笔不小的遗产。这年哈雷作出了一个惊人的决定，他决定放弃在牛津大学的学习，而到地球的南半球观测星象。这时的哈雷已经醉心于天文事业。他发现地球的南半球是观测星象的好地方，这对天文学的研究工作将会大有推进。
1676年的一天早晨，21岁的哈雷和两个忠实的青年伙伴搭乘了一条东印度公司的商船，扬帆南下航行了一百多个日夜，终于到达了距离英国一万一千多公里的南大西洋中人烟稀少的圣赫勒拿岛。
岛上的生活十分艰苦，然而哈雷把这一切困难早已置之度外。经过一番努力，终于在1677年的1月，建成了一个小小的天文台，这是人类历史上设在南半球的第一个天文台。哈雷从此开始了他的天文学的研究生涯。
哈雷经过近两年的时间，测编完成了《南天星表》，这是世界上第一个南天星表，包含341颗南天恒星的黄道坐标。1678年，该星表在英国伦敦发表后，名声大震，他也因此被选为皇家学会会员。自此，23岁的哈雷和牛顿在剑桥结为好友。受牛顿影响，哈雷开始以万有引力定律对彗星进行研究。
哈雷编纂了大量彗星的观测记录，并且是第一个全力以赴地从事彗星轨道计算的人。经过几年的努力，哈雷搜集了英国和世界各地历史上关于彗星的观测资料，找到了从1337年到他1698年观测到的24次关于彗星的记载。哈雷对这24颗彗星的轨道做了计算后，发现1531年、1607年和1682年出现的三颗彗星，轨道十分接近，而且这三颗彗星出现的时间，又恰好都是相隔75年左右。这使哈雷突然产生了一个大胆的设想：难道它们竟是同一颗彗星吗？这个想法使他兴奋不已。但是，他清楚地认识到，要使设想变成科学，必须掌握大量的真实数据。
于是，他又开始查阅更早的历史资料，果然又发现每隔 75或76年就有一颗明亮的大彗星出现。看来，这颗彗星的周期回归已经无可怀疑了。接着他又开始对这颗彗星的运行轨道作进一步的计算。
经过几个月的日夜奋战，计算、复核、计算……哈雷得到了令人欢欣鼓舞的结果：这颗彗星在运行轨道上环绕太阳运行的周期与历史上的记载完全相符。他不仅发现彗星的运行轨道，同时又一次雄辩地证明了万有引力定律的正确性，使天文学和物理学都向前推进了关键的一步。哈雷令人信服地指出：这颗彗星是太阳系的一颗行星，受太阳引力的吸引，围绕太阳运行，不过，这个椭圆形的轨道比地球绕太阳运行的轨道大得多。地球绕太阳一周需要一年，它则需时75年左右。
1720年，哈雷担任了格林威治皇家天文台台长，成为皇家天文学家。他正式宣布：“人们在1682年看到的所谓‘妖星’，是颗大彗星，实际上是1607年那颗彗星的回归。这颗彗星将在1758年底或1759年初重新出现在你们的眼前。”
这一庄严的宣告，振撼了整个欧洲大陆。整个英国社会乃至欧洲都产生了强烈的回响。社会上大多数人半信半疑，一些天主教士更是立即跳出来进行冷嘲热讽。但是，许多真正的科学家却极为重视哈雷的预言和论证，肯定了这一天文学研究方面的重大成绩。
哈雷的预言会成为现实吗？人们都拭目以待。
1758年12月25日，圣诞节之夜，这颗彗星没有辜负爱德蒙·哈雷的厚望，果然如期莅临了。人们高声呐喊：“哈雷来了！”
哈雷的预言得到证实使天文学界为之振奋，遗憾的是，哈雷没有等到这一天，他已于1742年1月14日卒于格林威治。人们为了纪念这位科学家的预言，将该彗星定名为“哈雷彗星”。此时，长眠地下达16年之久的爱德蒙·哈雷可以瞑目了。
3.发现月球的另一面
人造卫星没有上天之前，月亮的另一面对于生活在地球上的人类来说，永远是个谜。这是因为，月亮自转的周期和它绕地球旋转的周期相同，它总是一个半球对着地球，另一个半球永远背向地球。原因何在？第一个解答这个问题的，就是18世纪后期到19世纪初期的大科学家拉格朗日（Joseph LouisLagrange，1736～1813，意大利数学家、力学家。他在分析和数论的各个领域以及分析力学和天体力学中都有杰出的贡献，其最重要著作《分析力学》是以后这一学科所有研究的基础。
拉格朗日是变分法的开拓者和分析力学的奠基人。1766年，普鲁士王腓特烈大帝写给拉格朗日的信中说：“欧洲最大之希望，欧洲最大的数学家——拉格朗日在我的宫廷之中。”拿破仑曾赞美他是“一座高耸的金字塔”。
拉格朗日1736年1月25日生于意大利的都灵。父亲是陆军骑兵里的一名会计官，后又经商，因经商破产，家庭经济景况日渐衰落。拉格朗日是长子，他有11个弟弟的妹妹。因此，父亲一心想让他学法律，将来当一名大律师，重振家业。然而，拉格朗日对法律毫无兴趣，却偏偏喜爱文学。父亲因而对他大失所望，放弃了对孩子学业上的信心。
拉格朗日并不是一位“数学神童”，恰恰相反，直到17岁的时候他对数学还未发生兴趣，他特别喜欢文学。17岁那年，他偶然读到一篇英国天文学家哈雷撰写的介绍牛顿微积分方面成就的文章——《论分析方法的优点》，使他对牛顿产生了无限崇拜和敬仰，于是下决心做牛顿式的数学家。
在进入都灵皇家炮兵学院学习后，拉格朗日就开始有计划地自学数学。由于他勤奋刻苦，进步很快，尚未毕业就担任了该校的数学教学工作。18岁开始撰写数学论文，19岁竟然已经被正式任命为该校几何学教师。
这一年，拉格朗日开始研究“极大和极小”的问题，采用了纯分析的方法，全面而系统地处理了范围很广的一类问题。1755年8月，他写信把这个方法告诉了著名数学家欧拉，欧拉立即给他回了一封热情洋溢的信，祝贺他取得的巨大成就。就这样通信、讨论，拉格朗日和大数学家欧拉一起开辟了数学的一个新的分支——变分法。
1756年，在欧拉的推荐下，20岁的拉格朗日被提名为柏林科学院的通讯院士，接着又当选为该院的外国院士。
1762年，法国科学院提出“月球天平动”的问题，作为1764年的悬赏题目。要求用万有引力定律解释月球何以自转，以及自转时总是以同一面对着地球，且产生二均差。在这次悬赏征答中，拉格朗日写出一篇出色的论文，成功地解决了这一问题，获得了科学院大奖，得到了巴黎同行的赞扬。一下子，拉格朗日的名字便传遍了法国、德国、意大利，乃至整个欧洲，引起了世人的瞩目。
两年之后，法国科学院又提出了木星四卫星的问题，这是一个比克雷罗、达兰贝尔、欧拉研究过的“三体问题”复杂得多的“六体问题”。所谓“六体问题”就是木星、木星的四个卫星（当时只发现木星有四个卫星）和太阳之间的摄动问题。
这个问题精确的数学计算在当时是相当困难的。拉格朗日面对这一难题，毫不畏惧，经过数个昼夜的艰苦奋斗，最后，他终于用近似解法克服了困难，从而再度获奖。这两次获奖使他赢得了世界性的声誉。
1766年，拉格朗日到柏林科学院工作，1776年接替欧拉担任柏林科学院院长的职务。1787年，拉格朗日离开柏林到了巴黎，先后任巴黎师范学校和巴黎工艺学院教授。
在柏林科学院的20年中，拉格朗日发表了许多的论文，成果丰富，多次获得法国科学院大奖：1772年以论文《论三体问题》获奖；1773年以论文《论月球的长期方程》再次获奖；1779年又以论文《由行星活动的试验来研究彗星的摄动理论》而获得了双倍奖金。
拉格朗日在柏林科学院期间，对代数、数论、微分方程、变分法和力学等方面进行了广泛而深入的研究。他最有价值的贡献之一是在方程论方面。在对前人用来解决四次以下方程的全部方法的基础上，又进行了深入的研究。于是得出了结论：用代数运算解一般n次方程（n＞4）是不能的。虽然对于这一结论他没能给出证明，但它对后来伽罗华建立群论起到了极为重要的作用。
最值得一提的是他完成了自牛顿以后最伟大的经典著作《论不定分析》，出版时他已经52岁，整整经历了37个春秋，倾注了他的全部智慧和心血。在这部巨著中，他是利用变分原理，建立了优美而和谐的力学体系。
他在序言中写道：“我们已经有了力学方面的各种专著，但本书的计划是全新的。我曾致力于将这门科学‘力学’，以及解决与它有关问题的技巧，化归为一般性的公式，这些公式的简单推导就给出解决每一个问题所必须的全部方程……在这项工作中找不到圆形。我在其中所阐明的方法，既不要作圆，也不要求几何和力学的推理，而只是一些遵照一致而正确的程序的代数‘分析’运算。喜欢分析的人将高兴地看到力学变为它的一个分支，并将感激我扩大了它的领域。”
确实，拉格朗日把宇宙谱写成由数字和方程组成的有节奏的旋律，把动力学发展到登峰造极的地步，并把固体力学和流体力学这两个分支统一起来。毫不夸张地说，这部巨著奠定了现代力学的整个基础。因此，伟大的科学家哈密顿把它誉为“科学诗篇”。
拉格朗日堪称第一位真正的分析家，他以严谨的科学态度研究每一个问题，精益求精。他的工作对于以后几个世纪中数学所遵循的路线有着深远的影响，也为高斯、阿贝尔等一代数学家的成长提供了丰富的营养。在以后一百多年的时间里，数学里很多重大的发现几乎都与他的研究有关。
1813年4月10日早晨，这位伟大的科学家在巴黎因病逝世，走完了他那光辉灿烂的科学旅程。在科学发展史中拉格朗日是一位“总结了18世纪的数学成果，开辟了19世纪数学研究道路”的科学天才。
4.天王星的发现
1781年，太阳系的一个新成员，第七大行星——天王星被发现，天文学又向前发展了一大步。天王星的发现，在当时引起了科学界的巨大震动。这颗行星的发现者，竟是一位极普通的乐师——威廉·赫歇耳（Frederick William Herschel，1738～1822，英籍德国天文学家）。
威廉·赫歇耳于1738年11月15日生于德国西北部的汉诺威，当时父亲给他取名为弗里德里希·威廉姆（Friedrich Wilhelm）。父亲是汉诺威军队的中的一名乐师。由于家庭贫困，他15岁时就被父亲送到军乐队拉手风琴和吹双簧管。然而，残酷的战争来临了。1757年，法军占领汉诺威。他18岁时只身从德国流亡到英格兰，靠演奏手风琴糊口度日。后来他把德国名字改为威廉·赫歇耳。
此时，赫歇耳已经迷恋上了天文学。观察天空需要望远镜，他没有钱买，就自己磨制。1773年，他开始磨制望远镜，先后制出了焦距为2米、3米、6米及12米的望远镜。
有了自己的望远镜，赫歇耳立即把它指向星空。
1774年，赫歇耳不仅制作出世界上最好的反射望远镜，而且第一次使反射望远镜的效能真正超过了当时的折射望远镜。正是这架反射望远镜使他的天文事业进入到科学的研究阶段，进而取得一些重大发现。
在赫歇耳进行“巡天观测”的第七个年头，1781年3月的一个夜晚，晴朗的天空格外寂静，月光下，赫歇耳照例用自制的2.1米焦距反射镜和放大二百多倍的目镜作“巡天观测”。
突然，朦胧的双子星座内出现了一颗绿色的光点，他重新调节了一下焦距，没错，是一颗美丽的绿色的星，还带有草帽似的光环呢！
当时，他无比激动，寂静的夜晚无法抑制他的喉咙：“我发现新的星星了！”嘹亮的声音，响彻天空。
起初，他怀疑这可能是一颗彗星，所以他报导说，自己发现了一颗彗星。然而，他又进行了多次观测，发现这个小圆面像一颗行星那样具有明显的边缘，而不像彗星那样只有模模糊糊的边界。
后来，许多天文学家摆出了各种证据，特别是当计算出它的轨道时，赫歇耳才恍然大悟：“原来自己的确发现了一颗的新的行星，是一颗比土星更远的大行星。”这一重大发现振撼了英国，传遍了全世界。从前，人们一直把土星当作太阳系的边缘，认为太阳只有六颗行星：金星、木星、水星、火星、土星和地球。现在这一传统观念被打破了。
威廉·赫歇耳，这位英籍德国人发现新行星后，当年5月，被英国皇家学会授予科普利勋章，6月被选为英国皇家学会会员。英王乔治三世鉴于威廉·赫歇耳的重大成就，特别奖给他200英镑的年俸，还给他大笔观测费用和设备。从此以后，赫歇耳再也不必为穿衣吃饭发愁了，他把全部的精力都投入了天文学事业。“天王星”的发现，给宗教神权又一次致命的打击，为哥白尼的“日心说”增添了科学证据。这一发现开阔了天文学家的视野，导致了海王星、冥王星的发展，使行星天文学跨进了一个新的历史时期。赫歇耳成为他那个时代最重要、成就最大的天文学家。
1782年，英王乔治三世聘他为宫廷天文学家。同年他从巴斯迁居达奇特，并完全致力于天文学的研究。1786年定居于斯劳。1787年制成一架焦距6米的反射望远镜。1789年又制成一架焦距12米、口径122厘米的大型望远镜（他一生制作望远镜达数百架之多）。他用这些望远镜获得许多重要发现。
1800年，赫歇耳用灵敏温度计研究光谱里各种色光的热作用时，把温度计移到光谱的红光区域外侧，它的温度上升得更高，说明那里有看不见的射线照到温度计上，这种射线后来就叫做红外线。
由于赫歇耳发现了太阳光中的红外辐射，并推测出这种辐射的性质，从而创立了天文学中的一门新学科——彩色光度学，成为人类第一个发现大自然中除可见之光外还存在着其他辐射的光。
1821年，赫歇耳成为英国皇家天文学会第一任会长。次年8月25日在斯劳逝世。
除上述之外，赫歇耳还先后作出三份“双星表”及2500个星云和星云团，发现天王星的两颗卫星和土星的两颗卫星，发现了太阳的空间运动，提出了银河系的形状假说，并用统计恒星数目的方法，证实银河系为扁平状圆盘的假说。他企图测量银河系的大小，但没有成功。虽然他曾错误地认为银河系的深度是“不可测量的”，但他创立了恒星天文学的研究方法。
由于他对恒星及恒星系的研究作出了巨大的贡献，被人们称为“恒星天文学之父”。值得一提的是，他的妹妹C.L.赫歇耳（Caroline Lucretia Herschel，1750～1848）和儿子J.F.赫歇耳（John Frederick William Herschel，1792～1871）也都是英国著名的天文学家。
第三章 学生物理发现的启迪
1.阿基米德定律的发现
现在人们常听到“尤里卡”一词，20世纪90年代初法国总统密特朗提出过“尤里卡”计划，美国最大的太空计划也称作“尤里卡计划”。“尤里卡”是什么意思呢？“尤里卡”是希腊语的音译，中文意思是“我找到了！”
这样一句普普通通的话被现代高科技用作代称，是因为它和古代希腊一位著名科学家连在一起的。这位伟大的科学家就是阿基米德（Archimedes，约公元前287～前212）。阿基米德是古希腊数学和力学方面最伟大的人物之一，也是真正有创见的古希腊科学家中的最后一个人。他是古希腊物理学家和数学家，静力学和流体静力学的奠基人，是从实验观测推导数学定律的先驱。恩格斯在《自然辩证法》一书中赞誉他是后古典时期才开始的对科学进行精确的和有系统研究的代表人物之一。
约公元前287阿基米德生于西西里岛著名的文化古城叙拉古（今意大利锡拉库萨）。他的父亲是天文学家和数学家。阿基米德11岁时，被父亲按照当时的惯例送到当时的世界文化学术中心亚历山大里亚城王家学校去学习。学习期间阿基米德对数学、力学和天文学发生了浓厚的兴趣。在他学习天文学时，发明了用水力推动的星球仪，并用它模拟太阳、行星和月亮的运行及表演日食和月食现象。为解决用尼罗河水灌溉土地的难题，他发明了圆筒状的螺旋扬水器，后人称之为“阿基米德螺旋”。
公元前240年，他回叙拉古后，受到了国王亥厄洛的赏识，成为国王的顾问，帮助国王解决了生产实践、军事技术和日常生活中的许多实际问题。
阿基米德有一句名言：“给我一个支点，我可以撬起整个地球。”这句话至少有两个值得注意的地方。第一，阿基米德认为地球和月亮星星一样是圆球状的；第二，他从理论上掌握了杠杆原理。其实，阿基米德已经以丰富想像力把杠杆原理运用到实际问题上了。
后来，这话传到了国王的耳朵里。国王为了考验阿基米德的才能，让他把一条刚刚造好的船用简便的方法推下水去。于是阿基米德便设计了一套巨大的杠杆和滑轮机械，借助杠杆原理只要用很小的力量，就可以使很重的物体运动起来。他把一切都做好了以后，将一条绳子的末端交给国王。国王拉了一下绳子，船体竟真的有了轻微的移动。就这样，这条沉重的大船由国王亲自送下了水。全城的人像着魔般观看这一奇迹，国王立即发出告示：“从此以后，无论阿基米德说什么，都要相信他。”
阿基米德的著作很多，如《螺线》、《论抛物线形的求积法》、《论球和圆柱》、《论浮体》、《论平面图形的平衡》、《圆的度量》、《论锥体和球体》、《沙的计算》等。据现在所知，他失传的著作有《天球仪的制造》、《论杠杆》、《支持》、《原理》和《反射光学》等。在他死后过了差不多二千年之后的1670年，英国牛津出版了《阿基米德遗著全集》。经历了这么多世纪而保留下来的阿基米德的著作，就全部收在这部全集中了。阿基米德的著作是古代精确科学所达到的顶峰。无论在数学领域还是在力学领域，他都是伟大的，而且，他也和其他许多杰出的学者一样，在他们令人惊异的漫不经心的时候，会把人类天才的真正伟大的发现和引得他周围所有的人发笑的荒谬滑稽的狂举妄动结合起来。
他沉溺于科学的思索中，以至于完全忘记他是在什么地方，忘记吃饭、睡觉和休息。他在洗澡时，能长时间沉思默想地用手指往自己涂满泥皂（从沼泽底取出的淤泥，古希腊人用作肥皂）的身上画着各种各样的图形，只有强制才能使他摆脱这种入迷的状态。
国王亥厄洛是一个勇敢善战的人。有一次打了胜仗，为了庆祝胜利，他决定要献给神一顶王冠，于是下令找来了一个高明的金匠来制作。国王的会计官给了金匠必需的金子，不久王冠制成了，它玲珑剔透，金光闪闪，国王非常满意。
但是，人们私下传说金匠并没有把全部金子用到王冠上，而是掺进了一部分银子。国王听了，也起了疑心。他把金冠称一下，和交给金匠的金子一样重，颜色也黄澄澄的，看不出掺进了什么。如果为鉴别真假打碎这个精致的王冠，又觉得可惜。于是他决定让阿基米德来检验。
阿基米德接受了这个任务，回到家里左思右想，一直没想出好办法来。他茶不思，饭不想，整天焦躁不安。阿基米德思考问题非常专注，如同着了魔。让他吃饭，他好像丝毫没听见，仍然继续在火盆灰里画他的图形。她妻子须时时看着他，否则他即使在用油擦身时（古希腊贵族中流行的促进卫生和健康的一种方法），也会呆坐着用油在自己的身上画图案而忘记原来要做的事。有一次，他带着满脑子问题在洗澡。澡盆里装满了水，阿基米德慢慢把身子沉了进去。“哗啦——哗啦”，水不断地溢出来。同时，他觉得自己变轻了，入水越深，这种感觉越明显。以前，谁也没有思索过这个现象的意义。现在，阿基米德一心在寻找解决问题的方法，突然间他一下子从澡盆溢水的现象中受到启发。他意识到从盆子里溢出来的水就等于人体进入水中的体积，如果在容器里装满水，取一块和王冠一样重的纯金，把它与王冠同时放入两个充满水的容器里，如果它们溢出来的水一样多，王冠就一定是纯金的，否则就是掺了银。想到这里，阿基米德忘记了自己在洗澡，猛然跳出澡盆，光着身子跑出来，一边大声喊着：“尤里卡！尤里卡！”一边向街上跑，完全不顾赤身裸体、令人难堪的样子，穿过全城，奔向叙拉古王亥厄洛，去把自己的发现告诉他。街上的人们看着他光着身子高喊着跑出来，都以为他疯了。
阿基米德首先测出王冠的重量，然后准备了和王冠一样重的一块纯金和一块纯银，还有一个装满水的容器。阿基米德把纯金块慢慢沉入容器，算出溢出的水量，这些水的体积就是纯金块的体积。再次装满水后，他又把纯银块沉入装满水的容器，于是又得到了纯银块的体积。当然，银块的体积要比金块大。最后，他又把王冠放入装满水的容器，根据溢出的水量测出了王冠的体积。阿基米德把王冠的体积和纯金块与纯银块的体积加以比较，发现王冠的体积比纯金块的体积要大，比纯银块的体积要小，这就证明了王冠不是用纯金制成的，而是用金银混合后制作的。根据测出的结果，他还计算出有多少黄金被换成了白银，终于揭开了王冠之谜。
他对金匠说了自己的测试过程，金匠只好承认了自己的罪行。
其实，阿基米德利用的是流体静力学的最基本原理，但在他那个时代人们根本不懂得“比重”这个概念，更不懂得一个物体浸入液体以后，要利用它排开液体的重量。说阿基米德智慧过人也正是在这里。从此，一个被称作“阿基米德定律”的原理一直写到了今天的每一本物理学教科书中。
阿基米德一生的发明和科学发现非常多，他发现圆柱体积和其内接球体的体积之比（这个比例为3∶2）；他还用内接和外切多边形的方法来测量圆周，逐渐增加多边形的边数，使其逐渐与圆周长相接近。这个渐进的方法证明：圆周长与直径之比，大于31071，小于31171。这是数学上相当重要的方法——用有理数逼近无理数，叫做“无穷逼近”。
阿基米德口头上虽然看不起他那些机械发明，称它是几何学上的小玩意儿。但他在机械方面的这些发明给人们带来了相当大的实用价值。大约是他在亚历山大里亚的时候，埃及人请他帮助处理尼罗河河水排灌，他们要他提供一种能使水均衡分配的方法。结果阿基米德发明了一种水螺旋。这种水螺旋大概是一种管子绕成螺旋形，放在水里绕着轴旋转，水便从管中不断流出来。
阿基米德还利用空闲时间造了一些圆球，模仿日月及五大行星（水、火、金、土、木星）的运动，制好后，利用水来带动其旋转。他造得非常准确，可以把日食月食都运转出来。这是世界上最早的天象仪。
阿基米德进入暮年时，新兴起的罗马帝国进攻叙拉古。当时罗马军队已将整个城市包围。看到祖国面临灭亡的危险，阿基米德决心尽
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