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伽利略在圣母玛利亚像前潜心学习。学习的课程有《圣经》，以及亚里士多德的《物理学》《天论》《气象学》《伦理学》《逻辑学》等。
伽利略在家中只是由父亲进行过启蒙教育，学习的东西比较少。进入修道院后，接触到亚里士多德的多项学科知识，感到非常有趣。
中学时代的伽利略是聪明和善于思考的，但是，教会学校需要的不是学生的思考，而是对宗教神学的忠诚与信任。伽利略不崇拜任何权威，只对探求真理感兴趣。这种倾向使学校的老师很不喜欢他，把他看做有反叛意识的学生。
随着学习科学知识的兴趣日渐浓厚，伽利略对学校越来越反感。过了一段时间，文森西奥最后一次到修道院去看望伽利略，让他大吃一惊，伽利略的个头已经超过了自己。
但是，伽利略越来越明显的变化让文森西奥也着实吃了一惊。他真是没有想到，修道院会把活泼、聪明、执拗的儿子变成那副样子。
伽利略整天沉浸在神学经典当中，他好像看破了红尘，于是把自己牢牢地封锁在修道院的高墙之内，他整天就是祷告、念经，还有聆听钟楼低沉的钟声。
伽利略几乎变成了“傻子”，过去活泼聪明的劲头没有了，这回可把文森西奥吓坏了。他可不指望儿子在修道院里度过一生，做一个一辈子低头哈腰、整天口中念念有词的修道士。
文森西奥有他的如意算盘。他认为像伽利略这样聪明过人、才华横溢的年轻人，以后一定会大有作为的。
如果伽利略进入上流社会，那么，他就可以重振家风，可以加官晋爵，可以光宗耀祖了。
退一步想，就算儿子没有能够做到这些，至少，凭他的才华，可以挣上一笔钱，以后让他、他的一家人享受荣华富贵。
那样，女儿的嫁妆就有了着落；那样，小儿子学习音乐的费用也不用发愁了。
小儿子也是他的一个希望。因为他从小就表现出了非凡的音乐才能，最近，他发现小儿子的音乐才能甚至超过了自己。因此，文森西奥决定让小儿子学习音乐，如果学有所成的话，说不定会成为宫廷的首席乐师。
可是，学习音乐是需要很大一笔费用的，到哪里去筹这笔钱？他把这个希望寄托在了伽利略的身上。
可是，如果让伽利略一直沉浸在神学经典里，让他从此弃绝尘世的一切亲情、一切追求，那么，他所有的计划就全都化为泡影了。文森西奥知道自己必须采取一些行动来“拯救”伽利略。
文森西奥希望伽利略能够更好地修炼自己的性情，学会谨慎小心地做人、做事，改一改他的执拗性格。可是，他又会时常跟伽利略谈起他对于家庭的责任，以免他把世俗事物忘得一干二净。
文森西奥不愿意让伽利略长大之后成为一名神甫，因此，在离开宗教学校这一点上，父子俩不谋而合。
中学二年级快要结束时，伽利略得了眼病，不能正常看书，需要回家治疗和静养。父亲便把儿子接回家中。就这样，伽利略又回到了佛罗伦萨。
伽利略离开中学后，在家自学了几个月。他是个善于学习、肯钻研的少年，所以，在家养病也不闲着。只要眼睛能够看见东西，他就读书或者作实验。
当时，文化发达的佛罗伦萨已经有了图书馆。父亲为他办理了借书证。伽利略利用这个便利条件，经常到图书馆寻找自己喜欢的书。
文森西奥看着伽利略的眼睛渐渐好了起来，严肃地对伽利略说：“我不允许你用一生的时间去当个修道士，但是也不能一直待在家里面无所事事。”
伽利略问道：“可是，父亲，您不准我去当修道士，那我还能做什么呢？”
文森西奥淡淡地说道：“至于这个，我都已经替你安排好了。你已经17岁了，也已经接受了初级教育，下一步，我想让你继续去深造。”
伽利略疑惑地问：“父亲，你不准我学习神学，那我还能深造什么呢？”
文森西奥充满期望地说道：“孩子，你可知道我给你取了‘伽利略’这个名字，这里面有我多少期望。同时，我相信这个名字也能带给你一个美好的、光明的前程。”顿了一下，他又接着说道：“我打算让你去学医。”
当医生？伽利略从来没想过。
过去，他曾经想当一个像达·芬奇那样的画家，因为达·芬奇的艺术作品不仅能像镜子似的反映事物，而且还以思考指导创作，从自然界中观察和选择美的部分加以表现。
达·芬奇的著名壁画《最后的晚餐》《安吉里之战》和肖像画《蒙娜丽莎》是世界艺术宝库珍品中的珍品，是欧洲艺术的拱顶之石，它曾经使伽利略仰慕不已。
伽利略还想当一个像哥白尼那样的天文学家。哥白尼论述的地球绕其轴心运转、月亮绕着地球运转、地球和其他所有行星都绕太阳运转的理论让伽利略十分着迷。他曾经非常想进入这样一个世界。
而进了修道院以后，他又很想当一个修道士。现在父亲要让他去当一个医生，他不知道当医生有什么好处，也不知道怎样去当好医生。
他想了一会儿说：“父亲，可是，学习医学要很大一笔钱的啊。”
文森西奥马上举起手，冲伽利略摇了摇：“这个你不用担心，我都已经替你准备得差不多了，你只管去学医吧！”
“到哪里去学呀？”伽利略又问道。
“我们老家比萨城的比萨大学。下个月就去。学成后，你会名利双收的，孩子。”文森西奥深情地说道。
伽利略深受感动，不知道该说什么才好。他知道家里拿出这笔钱来是很不容易的。父亲为了这个家能够重新振兴起来，不知付出了多少心血。
虽然学医这个决定对于伽利略来说有点太意外了，可是，他看到父亲爬满了皱纹的额头和如雪的白发，最后的一点点反对意见也被收藏起来了。