实验的意义及实验研究的意义

2、国内 意大利人、耶稣会士利玛窦（Matteo Ricci,1552-1610）于明末（1582年） 来华，以此为标志，我国的西学东渐活动开始，西方的科学技术知识开始传入中 国，我国也进入近代科学的萌芽阶段。在西学东渐的大背景下，大量的科学著作 被带到中国，并通过口授或者翻译为国人了解。在这一过程中，科学术语也随之 翻译过来。在我国物理学发展早期，对其影响最深的是由江南制造局翻译的《物 理学》。这本书是日本的物理学家饭盛挺造编著，腾田丰八和王季烈翻译的。这 是中国第一部全面系统的物理学书籍，我国的“物理学”这一术语也是在这本书 中开始被使用的。在这本书中，experiment被译为“试验”。 在洋务运动推动下，1862年清政府设立了京师同文馆，1866年同文馆增 设天算馆，1888年增设格致馆，自此物理学在各级各类学校开始开课讲授。在解 放前，我国科学教学方法深受美国杜威的影响，陶行知的思想具有代表性。在此 期间，自制简单仪器的思想也已出现（解放后，这一思想由朱正元等推广）。查 找中国期刊全文数据库和 20世纪我国中小学物理学科课程标准和教学大刚发现， 在解放前演示实验被称为“表演实验”或“示教实验”，直到解放后 1956 年， “演示实验”这一术语才出现在中学物理教学大纲中，与此同时，其它的称呼也 随之消失。雷树人最早使用演示实验这一术语。教学实验术语的变化原因可能是 在解放后，教育界全面学习苏联，“演示实验”可能是由俄语翻译而来的。在解 放后对我国物理教育界影响较大的是前苏联的兹那敏斯基，他的著作《中学物理 教学法》对我国教学论教材的结构影响深远。与此同时，在前苏联教育思想的影 响下，课外实验这种实验类型也在教学中出现。
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改变轻视实践的传统观念wenku.baidu.com
李约瑟之迷 为什么资本主义和现代 科学起源于西欧而不是 中国或其他文明？
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解答“李约瑟之迷”：
“儒家相信宇宙的道德秩序(‘天’)”， “他们使用‘道’一词，主要地——如果不是 唯一地——是指人类社会里的理想道路或秩序。 这在他们对待精神世界和知识的态度上表现得 很明显。他们固然没有把个人与社会人分开， 也没有把社会人与整个自然界分开，可是他们 向来主张，研究人类的唯一适当对象就是人本 身。因此，在整个中国历史上，儒家反对对自 然进行科学的探索，并反对对技术做科学的解 释和推广。”
取自 周鲁卫ppt
三、 物理实验对物理学在其他学科中应用的意义 物理实验对物理学在其他学科中应用的意义
材料：物性测试、新材料的发现 材料：物性测试、新材料的发现（如C60、高温超导 材料等） 新材料制备方法的研究 新材料制备方法的研究（如离子束注入、激 光蒸发等） 化学：光谱分析、放射性测量、激光分离同位素、 量子化学
杨振宁：“象我这样有了一点 名气的人也有不好的影响。在国内 有许多青年人都希望搞我这一行（指搞 理论），但是，象我这样的人，中国目 前不是急需。要增加中国的社会生产力 需要的是很多会动手的人。” 丁肇中：“我是一个做实验的工程师。希 望通过我的得奖，能提高中国人对实验的 认识。没有实验就没有现代科学技术。”
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最美的十大物理实验
1. 用单电子作的杨氏双缝干涉实验（1961） 2. 伽利略的落体实验（1600左右） 3. 密立根油滴实验（1909） 4. 牛顿用棱镜将日光分解为七色的实验（1665—1666）
5. 杨氏用光作的干涉实验（1801）
6. 卡文迪许用扭秤测定万有引力常数的实验（1798） 7. 埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前300） 8. 伽利略的斜面实验（1600左右） 9. 卢瑟福用 粒子散射发现原子核的实验（1911）
那么，这样的简易观察是
如何能用来测量地球半径？
12 取自 马世红ppt
d
d + r = (r + h) ，d = HE,
2 2 2
2
2
d =2rh + h ， h << r,
d =2rh / 360 = t / 24h, d = r tan ，
2
h << r 2h / tan2
设 t = 11.1s, =0.04625 h = 1.70m,
21 -李约瑟《中国科学技术史,V.2, 科学思想史》P8， 转引自清华大学基础物理实验A3
社会上轻视实践现象----根深蒂固
《论语》：樊迟请学稼，子曰： 吾不如老农。请学为圃，曰：吾 不如老圃。樊迟出。子曰：小人 哉，樊须也！
物理学以实验为本，但要重视实验课程 学习与科学实验训练，就如逆水行舟。
9 取自 马世红ppt
埃拉托色尼测定地球周长的实验 （约公元前300）
L = 360 800 / 7.2 千米
10 取自 马世红ppt
埃拉托色尼测定地球周长的实验 （约公元前300）
7.2o
C=(360o/7.2o)X800km
11 取自 周鲁卫ppt
问题2：当你躺在海滩上看到太阳落下而消失在 平静的海面时，如果紧接着站起来，会再一次看到太 阳落下。假如能测出这两次太阳落下对应的时间间隔， 你就可以估计出地球的半径。
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国王，王后陛下，皇族们，各位朋友：
得到诺贝尔奖，是科学家最大的荣誉。我是在旧 中国长大的，因此，想借这个机会向发展中国家的 青年们强调实验工作的重要性。 中国有句话‘劳心者治人，劳力者治于人’，这 种落后的思想对发展中国家的青年们有很大的害处。 由于这种思想，很多发展中国家的学生都倾向于理 论的研究，而避免实验工作。 事实上，自然科学理论不能离开实验的基础，特 别是物理学更是从实验中产生的。 我希望由于我这次得奖，能够唤起发展中国家学 生们的兴趣，而注意实验工作的重要性。
取自 周鲁卫ppt
丁肇中： “科学很大一个 作用是满足人的 好奇心，这是人 和动物的最大区别。” “为了名和利去做科学是危险 的。”
取自 周鲁卫ppt
亚历山大城和塞恩城 问题： 给你一根直 亚历山大城
杆，你能否 测出地球的 周长？
塞恩城 北回归线
埃拉托色尼 测定地球周长 的实验（约公 元前300年）
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物理学家看物理实验的重要性 牛顿：“探求事物属性的准确方 法是从实验中把他们推导出来。…… 考察我的理论的方法就在于考虑我所 提出的实验是否确实证明了这个理论； 或者提出新的实验去验证这个理论。”
叶企孙：“对于象李政道这样优秀的 学生，理论课可以免上，只参加考试； 但实验不能免，每个必做。”
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10. 佛科摆的实验（1851）
http://physics-animations.com/Physics/English/top10.htm
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二、实验教学的概念
1、国外
在使用美国英语的国家，实验教学是“ laboratory activities” ；在 使用英国英语的国家，实验教学被称为“practical activities”。 V.N.Lunetta等人认为学校实验这一术语是指在学校环境中，学生 接触具体物体或二手的数据（例如天文照片和虚拟实验等），来观察和理 解 物 质 世 界 的 经 历 （ The terms have meant experiences in school settings where students interact with materials to observe and understand the natural world）。这些活动既包括学生个人的实验、小组 或班级的演示实验，也包括持续数周的探究或项目研究（project），以及 在校外进行的相关活动。 在韦氏大词典中，experiment的词义是为了揭示未知事物所进行的 活动或过程；laboratory的词义是进行科学实验或研究的地方或建筑物； demonstration的词义是使事情变得明显、易懂的活动、过程或手段。
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Samuel C.C. Ting The Nobel Prize in Physics 1976
Banquet Speech
Samuel C.C. Ting's speech at the Nobel Banquet, December 10, 1976 English Chinese
From Les Prix Nobel en 1976, Editor Wilhelm Odelberg, [Nobel Foundation], Stockholm, 1977
实验是有目的、有计划地运用仪器、设备， 在人为控制条件下，使现象反复再现，从而进行 认真观测，获取大量资料的一种科学研究方法。
http://plato.stanford.edu/entries/physics-experiment/



物理实验在物理学研究与发展中的作用
从物理学史看物理实验的重要性
经典物理学的建立： 力学（伽里略） 电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦） 光学（杨氏、菲涅耳）
近代物理学的建立：
三大发现（X光、放射性、电子） — 从宏观到微观 两朵乌云（黑体辐射、迈－莫实验） — 从经典到近代
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从诺贝尔奖看物理实验的重要性
1901年以来的100多年中， 获诺贝尔奖的理论物理学家与实验物 理学家的比为：
1 : 2.2
其中，1971年以来的30多年中， 获诺贝尔奖的理论物理学家与实 验物理学家的比为：
，
1 : 6.5
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荷兰夜光公路
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结论： 物理学是一门实验科学。 在物理学的发展过程中，实验是 决定性 的因素。发现新的物理现 象，寻找物理规律，验证物理定 律等等，都 只能依靠 实验。离开 了实验，物理理论就会成为“无 源之水，无本之木”，不可能得 到发展。
r 5.2210 m, 在公认的地球（平均） 6 半径（ 6.3710 m ）的20％范围之内 Dennis Rawlins, Am. J. Phys. 47(2), 1979, 126-128 13
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经周老师取自马世红ppt
“怎样使用表和米尺来测量地球的大小”，
取自 马世红ppt
Amer. J. Phys. 47(2) (1979) 126-128
Experiment can provide: hints toward the theory; evidence for the existence of theories. It may also have a life of its own, independent of theory. Such experiments may provide evidence for a future theory to explain. A single experiment may play several of these roles at once.
http://www.hazelwood.k12.mo.us/~grichert/sciweb/applets.html
Experiment plays many roles in science

One of its important roles is to test theories.

Call for a new theory: an accepted theory is incorrect; a new phenomenon is in need of explanation.
中学物理实验教学 专题
一 物理实验的重要性
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
生物：各类显微镜 双螺旋结构的发现；DNA操纵、切割、重组
医学：诊断―X光、CT、核磁共振、超声波 治疗―放射性、激光、微波、 刀
取自 周鲁卫ppt
物理实验在“全人教育”上 有独特作用
百般呵护好奇心 尽情释放好奇心
6 取自 周鲁卫ppt
好奇心 是每个健康 孩子天生就 有的，然而 它常常过早地消失。 ----Albert Einstein