實驗的意義及實驗研究的意義

1、中學(xué)物理實驗教學(xué)中學(xué)物理實驗教學(xué)專題專題 In the matter of physics, the first lessons should contain nothing but what is experimental and interesting to see. A pretty experiment is in itself often more valuable than twenty formulae extracted from our minds. - Albert Einstein http:/www.hazelwood.k12.mo.us/grichert/sciweb

2、/applets.html 一 物理實驗的重要性Experiment plays many roles in sciencevOne of its important roles is to test theories.vCall for a new theory: an accepted theory is incorrect; a new phenomenon is in need of explanation. vExperiment can provide: hints toward the theory; evidence for the existence of theories.

3、 vIt may also have a life of its own, independent of theory. Such experiments may provide evidence for a future theory to explain. vA single experiment may play several of these roles at once. /entries/physics-experiment/ 物理實驗在物理學(xué)研究與發(fā)展中的作用 從物理學(xué)史看物理實驗的重要性經(jīng)典物理學(xué)的建立： 近代物理學(xué)的建立： 取自

4、取自 周魯衛(wèi)周魯衛(wèi)ppt材料：物性測試、新材料的發(fā)現(xiàn)（如材料：物性測試、新材料的發(fā)現(xiàn)（如C60、高溫超導(dǎo)、高溫超導(dǎo) 材料等）材料等） 新材料制備方法的研究（如離子束注入、激新材料制備方法的研究（如離子束注入、激 光蒸發(fā)等）光蒸發(fā)等）三、三、 物理實驗對物理學(xué)在其他學(xué)科中應(yīng)用的意義物理實驗對物理學(xué)在其他學(xué)科中應(yīng)用的意義化學(xué)：化學(xué)：光譜分析、放射性測量、激光分離同位素、光譜分析、放射性測量、激光分離同位素、 量子化學(xué)量子化學(xué)生物：生物：各類顯微鏡各類顯微鏡 雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)；雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)；DNADNA操縱、切割、重組操縱、切割、重組醫(yī)學(xué)：醫(yī)學(xué)：診斷診斷XX光、光、CTCT、核磁共振、超聲波、核

5、磁共振、超聲波 治療治療放射性、激光、微波、放射性、激光、微波、 刀刀材料：材料：物性測試、新材料的發(fā)現(xiàn)物性測試、新材料的發(fā)現(xiàn) 新材料制備方法的研究新材料制備方法的研究 物理實驗對物理學(xué)在其他學(xué)科中應(yīng)用的意義取自取自 周魯衛(wèi)周魯衛(wèi)ppt百般呵護(hù)好奇心盡情釋放好奇心6物理實驗在物理實驗在“全人教育全人教育”上上有獨(dú)特作用有獨(dú)特作用取自取自 周魯衛(wèi)周魯衛(wèi)ppt 好奇心是每個健康 孩子天生就 有的，然而它常常過早地消失。 -Albert Einstein取自取自 周魯衛(wèi)周魯衛(wèi)ppt丁肇中：“科學(xué)很大一個作用是滿足人的好奇心好奇心，這是人和動物的最大區(qū)別?！薄盀榱嗣屠プ隹茖W(xué)是危險的?！比∽匀∽?周

6、魯衛(wèi)周魯衛(wèi)ppt 埃拉托色尼埃拉托色尼測定地球周長測定地球周長的實驗（約公的實驗（約公元前元前300年）年） 問題：問題：給你一根直給你一根直桿，你能否桿，你能否測出地球的測出地球的周長？周長？亞歷山大城和塞恩城亞歷山大城和塞恩城 9取自取自 馬世紅馬世紅ppt 埃拉托色尼測定地球周長的實驗埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前（約公元前300）L = 360 800 / 7.2 千米千米10取自取自 馬世紅馬世紅ppt 埃拉托色尼測定地球周長的實驗埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前（約公元前300）117.2oC=(360o/7.2o)X800km取自取自 周魯衛(wèi)周魯衛(wèi)ppt 問題問題2

7、：當(dāng)你躺在海灘上看到太陽落下而消失在：當(dāng)你躺在海灘上看到太陽落下而消失在平靜的海面時，如果緊接著站起來，會再一次看到太平靜的海面時，如果緊接著站起來，會再一次看到太陽落下。假如能測出這兩次太陽落下對應(yīng)的時間間隔，陽落下。假如能測出這兩次太陽落下對應(yīng)的時間間隔，你就可以估計出地球的半徑。你就可以估計出地球的半徑。 那么，這樣的簡易觀察是那么，這樣的簡易觀察是如何能用來測量地球半徑？如何能用來測量地球半徑？12取自取自 馬世紅馬世紅pptd 2+ r2 = (r + h)2，d = HE,d 2 =2rh + h2， h r,d 2 =2rh / 360 = t / 24h,d = r tan ，

8、 h r 2h / tan2 r 5.22 106m, 在公認(rèn)的地球（平均）在公認(rèn)的地球（平均）半徑（半徑（ 6.37 106m ）的）的20范圍之內(nèi)范圍之內(nèi) Dennis Rawlins, Am. J. Phys. 47(2), 1979, 126-128d13經(jīng)周老師取自馬世紅經(jīng)周老師取自馬世紅ppt設(shè) t = 11.1s, =0.04625 h = 1.70m,“怎樣使用表和米尺來測量地球的大小怎樣使用表和米尺來測量地球的大小”，Amer. J. Phys. 47(2) (1979) 126-12814取自取自 馬世紅馬世紅ppt 物理學(xué)家看物理實驗的重要性物理學(xué)家看物理實驗的重要性 牛

9、頓牛頓：“探求事物屬性的準(zhǔn)確方探求事物屬性的準(zhǔn)確方法是從實驗中把他們推導(dǎo)出來。法是從實驗中把他們推導(dǎo)出來。考察我的理論的方法就在于考慮考察我的理論的方法就在于考慮我所我所提出的實驗提出的實驗是否確實證明了這個理論；是否確實證明了這個理論；或者提出或者提出新的實驗新的實驗去驗證這個理論。去驗證這個理論?！比~企孫葉企孫：“對于象李政道這樣優(yōu)秀的對于象李政道這樣優(yōu)秀的學(xué)生，理論課可以免上，只參加考試；學(xué)生，理論課可以免上，只參加考試；但但實驗不能免實驗不能免，每個必做。，每個必做?！?5丁肇中丁肇中：“我是一個做實驗的工程師。希我是一個做實驗的工程師。希望通過我的得獎，能提高中國人對實驗的望通過我的

10、得獎，能提高中國人對實驗的認(rèn)識。認(rèn)識。沒有實驗就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)沒有實驗就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)?！?楊振寧楊振寧：“象我這樣有了一點(diǎn)象我這樣有了一點(diǎn) 名氣的人也有不好的影響。在國內(nèi)名氣的人也有不好的影響。在國內(nèi)有許多青年人都希望搞我這一行（指搞有許多青年人都希望搞我這一行（指搞理論），但是，象我這樣的人，中國目理論），但是，象我這樣的人，中國目前不是急需。要增加中國的社會生產(chǎn)力前不是急需。要增加中國的社會生產(chǎn)力需要的是需要的是很多會動手的人很多會動手的人。”16從諾貝爾獎看物理實驗的重要性從諾貝爾獎看物理實驗的重要性1901年以來的以來的100多年中，多年中，獲諾貝爾獎的獲諾貝爾獎的理論理論物理學(xué)

11、家與物理學(xué)家與實驗實驗物物理學(xué)家的比為：理學(xué)家的比為：1 : 2.2其中，其中，1971年以來的年以來的30多年中，多年中，獲諾貝爾獎的獲諾貝爾獎的理論理論物理學(xué)家與物理學(xué)家與實實驗驗物理學(xué)家的比為：物理學(xué)家的比為：1 : 6.51718荷荷蘭蘭夜光公路夜光公路結(jié)論：結(jié)論：物理學(xué)是一門實驗科學(xué)。物理學(xué)是一門實驗科學(xué)。在物理學(xué)的發(fā)展過程中，實驗是在物理學(xué)的發(fā)展過程中，實驗是決定性決定性的因素。發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)的因素。發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，尋找物理規(guī)律，驗證物理定象，尋找物理規(guī)律，驗證物理定律等等，都律等等，都只能依靠只能依靠實驗。離開實驗。離開了實驗，物理理論就會成為了實驗，物理理論就會成為“無無源之

12、水，無本之木源之水，無本之木”，不可能得，不可能得到發(fā)展。到發(fā)展。19 改變輕視實踐的傳統(tǒng)觀念李約瑟之迷 為什么資本主義和現(xiàn)代 科學(xué)起源于西歐而不是 中國或其他文明？20 解答解答“李約瑟之李約瑟之迷迷”： “儒家相信宇宙的儒家相信宇宙的道德秩序道德秩序(天天)”， “他們使用他們使用道道一詞，主要地一詞，主要地如果不是如果不是唯一地唯一地是指是指人類社會里的理想道路或秩序人類社會里的理想道路或秩序。這在他們對待精神世界和知識的態(tài)度上表現(xiàn)得這在他們對待精神世界和知識的態(tài)度上表現(xiàn)得很明顯。他們固然沒有把個人與社會人分開，很明顯。他們固然沒有把個人與社會人分開，也沒有把社會人與整個自然界分開，可是

13、他們也沒有把社會人與整個自然界分開，可是他們向來主張，研究人類的唯一適當(dāng)對象就是人本向來主張，研究人類的唯一適當(dāng)對象就是人本身。因此，身。因此，在整個中國歷史上，儒家反對對自在整個中國歷史上，儒家反對對自然進(jìn)行科學(xué)的探索，然進(jìn)行科學(xué)的探索，并反對對技術(shù)做科學(xué)的解并反對對技術(shù)做科學(xué)的解釋和推廣。釋和推廣?！?李約瑟中國科學(xué)技術(shù)史李約瑟中國科學(xué)技術(shù)史,V.2, 科學(xué)思想史科學(xué)思想史P8， 轉(zhuǎn)引自轉(zhuǎn)引自清華大學(xué)基礎(chǔ)物理實驗清華大學(xué)基礎(chǔ)物理實驗A321社會上社會上輕視實踐輕視實踐現(xiàn)象現(xiàn)象-根深蒂固根深蒂固論語：樊遲請學(xué)稼，子曰：樊遲請學(xué)稼，子曰：吾不如老農(nóng)。請學(xué)為圃，曰：吾吾不如老農(nóng)。請學(xué)為圃，曰：吾

14、不如老圃。樊遲出。子曰：小人不如老圃。樊遲出。子曰：小人哉，樊須也！哉，樊須也！物理學(xué)以實驗為本，物理學(xué)以實驗為本，但要重視但要重視實驗課程實驗課程學(xué)習(xí)與科學(xué)實驗學(xué)習(xí)與科學(xué)實驗訓(xùn)練，就如訓(xùn)練，就如逆水行舟逆水行舟。22Samuel C.C. TingThe Nobel Prize in Physics 1976 EnglishChineseSamuel C.C. Tings speech at the Nobel Banquet, December 10, 1976From Les Prix Nobel en 1976, Editor Wilhelm Odelberg, Nobel Found

15、ation, Stockholm, 1977Banquet Speech2323國王，王后陛下，皇族們，各位朋友：國王，王后陛下，皇族們，各位朋友： 得到諾貝爾獎，是科學(xué)家最大的榮譽(yù)。我是在舊得到諾貝爾獎，是科學(xué)家最大的榮譽(yù)。我是在舊中國長大的，因此，想借這個機(jī)會向發(fā)展中國家的中國長大的，因此，想借這個機(jī)會向發(fā)展中國家的青年們強(qiáng)調(diào)實驗工作的重要性。青年們強(qiáng)調(diào)實驗工作的重要性。 中國有句話中國有句話勞心者治人，勞力者治于人勞心者治人，勞力者治于人，這，這種落后的思想對發(fā)展中國家的青年們有很大的害處。種落后的思想對發(fā)展中國家的青年們有很大的害處。由于這種思想，很多發(fā)展中國家的學(xué)生都傾向于理由于這種

16、思想，很多發(fā)展中國家的學(xué)生都傾向于理論的研究，而避免實驗工作。論的研究，而避免實驗工作。 事實上事實上，自然科學(xué)理論不能離開實驗的基礎(chǔ)，特，自然科學(xué)理論不能離開實驗的基礎(chǔ)，特別是物理學(xué)更是從實驗中產(chǎn)生的。別是物理學(xué)更是從實驗中產(chǎn)生的。 我希望由于我這次得獎，能夠喚起發(fā)展中國家學(xué)我希望由于我這次得獎，能夠喚起發(fā)展中國家學(xué)生們的興趣，而生們的興趣，而注意實驗工作的重要性注意實驗工作的重要性。2424最美的十大物理實驗最美的十大物理實驗 1. 用單電子作的楊氏雙縫干涉實驗（用單電子作的楊氏雙縫干涉實驗（1961）2. 伽利略的落體實驗（伽利略的落體實驗（1600左右）左右）3. 密立根油滴實驗（密立

17、根油滴實驗（1909）4. 牛頓用棱鏡將日光分解為七色的實驗（牛頓用棱鏡將日光分解為七色的實驗（16651666）5. 楊氏用光作的干涉實驗（楊氏用光作的干涉實驗（1801）6. 卡文迪許用扭秤測定萬有引力常數(shù)的實驗（卡文迪許用扭秤測定萬有引力常數(shù)的實驗（1798）7. 埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前300）8. 伽利略的斜面實驗（伽利略的斜面實驗（1600左右）左右）9. 盧瑟福用盧瑟福用 粒子散射發(fā)現(xiàn)原子核的實驗（粒子散射發(fā)現(xiàn)原子核的實驗（1911）10. 佛科擺的實驗（佛科擺的實驗（1851）物理實驗之美物理實驗之美http:/physics

18、- 在使用美國英語的國家，實驗教學(xué)是“l(fā)aboratory activities”；在使用英國英語的國家，實驗教學(xué)被稱為“practical activities”。 V.N.Lunetta等人認(rèn)為學(xué)校實驗這一術(shù)語是指在學(xué)校環(huán)境中，學(xué)生接觸具體物體或二手的數(shù)據(jù)（例如天文照片和虛擬實驗等），來觀察和理解物質(zhì)世界的經(jīng)歷（The terms have meant experiences in school settings where students interact with materials to observe and understand the natural world）。這些活動既

19、包括學(xué)生個人的實驗、小組或班級的演示實驗，也包括持續(xù)數(shù)周的探究或項目研究（project），以及在校外進(jìn)行的相關(guān)活動。 在韋氏大詞典中，experiment的詞義是為了揭示未知事物所進(jìn)行的活動或過程；laboratory的詞義是進(jìn)行科學(xué)實驗或研究的地方或建筑物；demonstration的詞義是使事情變得明顯、易懂的活動、過程或手段。2、國內(nèi) 意大利人、耶穌會士利瑪竇（Matteo Ricci,1552-1610）于明末（1582年）來華，以此為標(biāo)志，我國的西學(xué)東漸活動開始，西方的科學(xué)技術(shù)知識開始傳入中國，我國也進(jìn)入近代科學(xué)的萌芽階段。在西學(xué)東漸的大背景下，大量的科學(xué)著作被帶到中國，并通過口授

20、或者翻譯為國人了解。在這一過程中，科學(xué)術(shù)語也隨之翻譯過來。在我國物理學(xué)發(fā)展早期，對其影響最深的是由江南制造局翻譯的物理學(xué)。這本書是日本的物理學(xué)家飯盛挺造編著，騰田豐八和王季烈翻譯的。這是中國第一部全面系統(tǒng)的物理學(xué)書籍，我國的“物理學(xué)”這一術(shù)語也是在這本書中開始被使用的。在這本書中，experiment被譯為“試驗”。 在洋務(wù)運(yùn)動推動下，1862年清政府設(shè)立了京師同文館，1866年同文館增設(shè)天算館，1888年增設(shè)格致館，自此物理學(xué)在各級各類學(xué)校開始開課講授。在解放前，我國科學(xué)教學(xué)方法深受美國杜威的影響，陶行知的思想具有代表性。在此期間，自制簡單儀器的思想也已出現(xiàn)（解放后，這一思想由朱正元等推廣）

21、。查找中國期刊全文數(shù)據(jù)庫和20世紀(jì)我國中小學(xué)物理學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大剛發(fā)現(xiàn)，在解放前演示實驗被稱為“表演實驗”或“示教實驗”，直到解放后1956年，“演示實驗”這一術(shù)語才出現(xiàn)在中學(xué)物理教學(xué)大綱中，與此同時，其它的稱呼也隨之消失。雷樹人最早使用演示實驗這一術(shù)語。教學(xué)實驗術(shù)語的變化原因可能是在解放后，教育界全面學(xué)習(xí)蘇聯(lián)，“演示實驗”可能是由俄語翻譯而來的。在解放后對我國物理教育界影響較大的是前蘇聯(lián)的茲那敏斯基，他的著作中學(xué)物理教學(xué)法對我國教學(xué)論教材的結(jié)構(gòu)影響深遠(yuǎn)。與此同時，在前蘇聯(lián)教育思想的影響下，課外實驗這種實驗類型也在教學(xué)中出現(xiàn)。 發(fā)現(xiàn)新事物和探索新規(guī)律驗證理論測定常數(shù)推廣應(yīng)用 實驗是有目的、有計劃地運(yùn)用儀器、設(shè)備，在人為控制條件下，使現(xiàn)象反復(fù)再現(xiàn)，從而進(jìn)行認(rèn)真觀測，獲取大量資料的一種科學(xué)研究方法。主主要要特特點(diǎn)點(diǎn)可控性可重復(fù)性主主要要作作用用科學(xué)實驗與教學(xué)實驗的比較科學(xué)實驗教學(xué)實驗?zāi)康陌l(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，探索新規(guī)律幫助學(xué)生掌握知識和學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)能力，提高素質(zhì)。內(nèi)容由需要探索的新問題而定，內(nèi)容是新的，一般是未知的。按一定的教學(xué)