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1、中学物理实验教学中学物理实验教学专题专题1义及实验研究的意义In the matter of physics, thefirstlessonsshouldcontainnothingbutwhatisexperimentaland interesting to see. A prettyexperimentisinitselfoftenmorevaluable than twenty formulaeextractedfromourminds.-AlbertEinsteinhttp:/www.hazelwood.k12.mo.us/grichert/sciweb/applets.html一物理
2、实验的重要性2义及实验研究的意义ExperimentplaysmanyrolesinsciencevOneofitsimportantrolesistotesttheories.vCallforanewtheory:anacceptedtheoryisincorrect;anewphenomenonisinneedofexplanation.vExperiment can provide: hints toward the theory;evidencefortheexistenceoftheories.vItmayalsohavealifeofitsown,independentoftheo
3、ry.Such experiments may provide evidence for a futuretheorytoexplain.vAsingleexperimentmayplayseveraloftheserolesatonce.http:/plato.stanford.edu/entries/physics-experiment/3义及实验研究的意义 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： 近代物理学的建立： 力学（伽里略）力学（伽里略） 电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦）电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦） 光学（杨氏、菲涅耳）光学（杨氏、菲
4、涅耳）三大发现（三大发现（X X光、放射性、电子）光、放射性、电子） 从宏观到微观从宏观到微观 两朵乌云（黑体辐射、迈莫实验）两朵乌云（黑体辐射、迈莫实验） 从经典到近代从经典到近代取自取自周鲁卫周鲁卫ppt4义及实验研究的意义材料：物性测试、新材料的发现（如材料：物性测试、新材料的发现（如C60、高温超导、高温超导材料等）材料等）新材料制备方法的研究（如离子束注入、激新材料制备方法的研究（如离子束注入、激光蒸发等）光蒸发等）三、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化学：化学：光谱分析、放射性测量、激光分离同位素、光谱分析、放射性测量、激光分离同位素
5、、 量子化学量子化学生物：生物：各类显微镜各类显微镜 双螺旋结构的发现；双螺旋结构的发现；DNADNA操纵、切割、重组操纵、切割、重组医学：医学：诊断诊断XX光、光、CTCT、核磁共振、超声波、核磁共振、超声波 治疗治疗放射性、激光、微波、放射性、激光、微波、 刀刀材料：材料：物性测试、新材料的发现物性测试、新材料的发现 新材料制备方法的研究新材料制备方法的研究 物理实验对物理学在其他学科中应用的意义取自取自周鲁卫周鲁卫ppt5义及实验研究的意义百般呵护好奇心尽情释放好奇心精心呵护青少年的好奇心全力释放你的好奇心好奇心是引领推动科学前进的原动力好奇心是推动科学发展的动力-物理实验在物理实验在“
6、全人教育全人教育”上上有独特作用有独特作用取自取自周鲁卫周鲁卫ppt6义及实验研究的意义 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取自取自周鲁卫周鲁卫ppt7义及实验研究的意义丁肇中：“科学很大一个作用是满足人的好好奇奇心心，这是人和动物的最大区别。”“为了名和利去做科学是危险的。”取自取自周鲁卫周鲁卫ppt8义及实验研究的意义埃拉托色尼埃拉托色尼测定地球周长测定地球周长的实验（约公的实验（约公元前元前300年）年）问题：问题：给你一根直给你一根直杆，你能否杆，你能否测出地球的测出地球的周长？周长？塞恩城塞恩城亚历山大城亚历山大城北回归线北回
7、归线亚历山大城和塞恩城亚历山大城和塞恩城地球是个球型的证据地球是个球型的证据人们如果来到海边就能看到地平线本身人们如果来到海边就能看到地平线本身便是个巨大的圆弧便是个巨大的圆弧 确定大地的形状确定大地的形状亚里士多德时期，他已经明确提出，大亚里士多德时期，他已经明确提出，大地是一个球体地是一个球体埃拉托色尼是一位埃拉托色尼是一位 杰出的数学家、天杰出的数学家、天 文学家、运动学家、文学家、运动学家、 诗人、地理学家诗人、地理学家排名第二的全能学者排名第二的全能学者 故事的主角故事的主角月食时地球的阴影显然是个圆形月食时地球的阴影显然是个圆形北京时间北京时间2008年年2月月21日（元宵节）上午
8、日（元宵节）上午9时时43分分-13时时09分天空发生了一次月全食，由于这分天空发生了一次月全食，由于这次月球食发生在中国的白天，因此中国公众无缘次月球食发生在中国的白天，因此中国公众无缘直接目睹这次天象。直接目睹这次天象。右上图右上图为乌拉圭首都蒙得维为乌拉圭首都蒙得维的亚出现的月全食。的亚出现的月全食。（北回归线。（北回归线。夏至，夏至，太阳能直射。亚里斯多太阳能直射。亚里斯多德是第二聪明的人，他是第二聪明的人。）德是第二聪明的人，他是第二聪明的人。）取自取自马世红马世红ppt9义及实验研究的意义埃拉托色尼测定地球周长的实验埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前（约公元前300）L = 3
9、60 800 / 7.2 千千米米取自取自马世红马世红ppt10义及实验研究的意义埃拉托色尼测定地球周长的实验埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前（约公元前300）7.2oC=(360o/7.2o)X800km取自取自周鲁卫周鲁卫ppt11义及实验研究的意义问题问题2：当你躺在海滩上看到太阳落下而消失在：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，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。你就可以估计出地球的半径。那么，这样的简易观
10、察是那么，这样的简易观察是如何能用来测量地球半径？如何能用来测量地球半径？取自取自马世红马世红ppt12义及实验研究的意义d 2+r2=(r +h)2，d=HE,d 2=2rh + h2，hr,d 2=2rh /360=t/24h,d = r tan ，hr 2h / tan2 r5.22 106m,在公认的地球（平均）在公认的地球（平均）半径（半径（6.37 106m）的）的20范围之内范围之内DennisRawlins,Am. J. Phys. 47(2),1979,126-128d经周老师取自马世红经周老师取自马世红pptpp设t=11.1s, =0.04625 h=1.70m,13义及
11、实验研究的意义“怎样使用表和米尺来测量地球的大小怎样使用表和米尺来测量地球的大小”，Amer. J. Phys. 47(2)(1979)126-128取自取自马世红马世红ppt14义及实验研究的意义 物理学家看物理实验的重要性物理学家看物理实验的重要性 牛顿牛顿：“探求事物属性的准确方探求事物属性的准确方法是从实验中把他们推导出来。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考察我的理论的方法就在于考虑我所我所提出的实验提出的实验是否确实证明了这个理论；是否确实证明了这个理论；或者提出或者提出新的实验新的实验去验证这个理论。去验证这个理论。”叶企孙叶企孙：“对于象李政道这样优秀的对
12、于象李政道这样优秀的学生，理论课可以免上，只参加考试；学生，理论课可以免上，只参加考试；但但实验不能免实验不能免，每个必做。，每个必做。”15义及实验研究的意义丁肇中丁肇中：“我是一个做实验的工程师。希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望通过我的得奖，能提高中国人对实验的认识。认识。没有实验就没有现代科学技术没有实验就没有现代科学技术。” 杨振宁杨振宁：“象我这样有了一点象我这样有了一点 名气的人也有不好的影响。在国内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，中国目理论），但是，象我
13、这样的人，中国目前不是急需。要增加中国的社会生产力前不是急需。要增加中国的社会生产力需要的是需要的是很多会动手的人很多会动手的人。”16义及实验研究的意义结结论论：物物理理学学是是一一门门实实验验科科学学。在在物物理理学学的的发发展展过过程程中中，实实验验是是决决定定性性的的因因素素。发发现现新新的的物物理理现现象象，寻寻找找物物理理规规律律，验验证证物物理理定定律律等等等等，都都只只能能依依靠靠实实验验。离离开开了了实实验验，物物理理理理论论就就会会成成为为“无无源源之之水水，无无本本之之木木”，不不可能得到发展。可能得到发展。从诺贝尔奖看物理实验的重要性从诺贝尔奖看物理实验的重要性1901
14、年以来的以来的100多年中，多年中，获诺贝尔奖的获诺贝尔奖的理论理论物理学家与物理学家与实验实验物物理学家的比为：理学家的比为：1:2.2其中，其中，1971年以来的年以来的30多年中，多年中，获诺贝尔奖的获诺贝尔奖的理论理论物理学家与物理学家与实实验验物理学家的比为：物理学家的比为：1:6.517义及实验研究的意义荷荷兰兰夜光公路夜光公路主题:明年荷蘭將引入夜光公路.明年荷蘭將引入夜光公路.這就是已開發國家!可提示天氣發佈時間：2012年11月01日電動車優先車道：被提出的最具創意的想法之一，電動車專用車道可以讓汽車一邊行駛一邊充電能效節約性：在公路兩旁安裝節能燈，當駕駛員駕駛著汽車駛近這些
15、燈時，燈便漸漸點亮；當駛離時，這些燈就會逐漸熄滅。落實將避免不必要的電能浪費夜光公路：明年荷蘭將引入夜光公路，使用光致冷粉末塗于道路分隔線，該材料可在陽光下進行充電，在夜晚就能發光照亮公路，維持時間高達10小時應對惡劣天氣：溫度應答動力學漆，能使透明的冰晶體變得可見據國外媒體報導，在黑夜中能發光的想法聽起來比較前衛吧，這種公路還能夠為電動車充電，這種公路的部分概念將于明年引入荷蘭。智慧公路的概念在上周的荷蘭設計周活動中被提出，智慧高速公路將採用最新的技術，設計者表示，這種公路將會更可持續、更安全以及更為直觀。負責該工程的公司表示，他們的目標是將傳統的運輸方式進行革新，將技術的應用物件集中於高速
16、公路，而不是具體的某種交通工具。那些對於未來之路最具大膽想法，都是設立一些專用車道，車道可以讓車輛在行駛的過程中進行充電。設計者還說明了另一項方案，即在公路兩旁安裝節能燈，當駕駛人員駕駛著汽車駛近這些燈時，燈便漸漸點亮；當駛離時，這些燈又會逐漸熄滅。設計者表示，真正有意義上的智慧高速公路距人們的生活還比較遙遠。不過，荷蘭的公路將用一種光致冷光粉末塗上道路分隔線，該材料可在陽光下進行充電，在夜晚就能發光照亮公路，維持時間可高達10小時。明年將在荷蘭的公路系統中應用的，另一項技術就是採用溫度應答動力學漆，它能使透明的冰晶體在駕駛員面前無所遁形。由荷蘭設計工作室StudioRoosegaarde以及
17、Heijmans提出了智慧公路的想法，該想法在荷蘭設計大獎賽上被授予了“最佳未來概念”稱號。然而，就汽車在公路上行駛如何進行充電的過程還沒有太多的資訊可供研究。StudioRoosegaarde公司在一份聲明中表示，“設計師DaanRoosegaarde與Heijmans正致力於對公路進行創新，一改先前人們集中在汽車駕駛體驗方面創新的思維。”其創新設計概念包括：夜光公路、動力學漆、交互感應燈以及感應優先車道這些想法都將在接下來五年內逐一實現。該工作室還表示，設計目標就是通過使用交互感應燈來與車道進行互動，從而使車道更可持續更具交互活動，而且有利於解決特定的交通狀況。18义及实验研究的意义结结论
18、论：物物理理学学是是一一门门实实验验科科学学。在在物物理理学学的的发发展展过过程程中中，实实验验是是决决定定性性的的因因素素。发发现现新新的的物物理理现现象象，寻寻找找物物理理规规律律，验验证证物物理理定定律律等等等等，都都只只能能依依靠靠实实验验。离离开开了了实实验验，物物理理理理论论就就会会成成为为“无无源源之之水水，无无本本之之木木”，不不可可能能得得到发展。到发展。19义及实验研究的意义 改变轻视实践的传统观念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？20义及实验研究的意义 解答解答“李约瑟之李约瑟之迷迷”： “儒家相信宇宙的儒家相信宇宙的道德秩序道德秩序(天天
19、)”， “他们使用他们使用道道一词，主要地一词，主要地如果不是如果不是唯一地唯一地是指是指人类社会里的理想道路或秩序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，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向来主张，研究人类的唯一适当对象就是人本身。因此，身。因此，在整个中国历史上，儒家反对对自在整个中国历史上，儒家反对对自然进行科学的探索，然进行科学的探索，并反对对技术做科学的
20、解并反对对技术做科学的解释和推广。释和推广。”-李约瑟中国科学技术史李约瑟中国科学技术史,V.2, 科学思想史科学思想史P8， 转引自转引自清华大学基础物理实验清华大学基础物理实验A321义及实验研究的意义社会上社会上轻视实践轻视实践现象现象-根深蒂固根深蒂固论语：樊迟请学稼，子曰：樊迟请学稼，子曰：吾不如老农。请学为圃，曰：吾吾不如老农。请学为圃，曰：吾不如老圃。樊迟出。子曰：小人不如老圃。樊迟出。子曰：小人哉，樊须也！哉，樊须也！物理学以实验为本，物理学以实验为本，但要重视但要重视实验课程实验课程学习与科学实验学习与科学实验训练，就如训练，就如逆水行舟逆水行舟。22义及实验研究的意义Sam
21、uel 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 Foundation, Stockholm, 1977Banquet Speech2323义及实验研究的意义国王，王后陛下，皇族们，各位朋友：国王，王后陛下，皇族们，各位朋友： 得得到到诺诺贝贝尔尔奖奖，是是科科学学家家最最大大的的荣
22、荣誉誉。我我是是在在旧旧中中国国长长大大的的，因因此此，想想借借这这个个机机会会向向发发展展中中国国家家的的青年们强调实验工作的重要性。青年们强调实验工作的重要性。 中中国国有有句句话话劳劳心心者者治治人人，劳劳力力者者治治于于人人，这这种种落落后后的的思思想想对对发发展展中中国国家家的的青青年年们们有有很很大大的的害害处处。由由于于这这种种思思想想，很很多多发发展展中中国国家家的的学学生生都都倾倾向向于于理理论的研究，而避免实验工作。论的研究，而避免实验工作。事事实实上上，自自然然科科学学理理论论不不能能离离开开实实验验的的基基础础，特特别是物理学更是从实验中产生的。别是物理学更是从实验中产
23、生的。 我我希希望望由由于于我我这这次次得得奖奖，能能够够唤唤起起发发展展中中国国家家学学生们的兴趣，而生们的兴趣，而注意实验工作的重要性注意实验工作的重要性。2424义及实验研究的意义最美的十大物理实验最美的十大物理实验 1. 用单电子作的杨氏双缝干涉实验（用单电子作的杨氏双缝干涉实验（1961）2. 伽利略的落体实验（伽利略的落体实验（1600左右）左右）3. 密立根油滴实验（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（牛顿用棱镜将日光分解为七色的实验（16651666）5. 杨氏用光作的干涉实验（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
24、实验（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（伽利略的斜面实验（1600左右）左右）9. 卢瑟福用卢瑟福用 粒子散射发现原子核的实验（粒子散射发现原子核的实验（1911）10. 佛科摆的实验（佛科摆的实验（1851）物理实验之美物理实验之美http:/physics- terms have meant experiences in schoolsettings where students interact with materials to observe andunde
25、rstandthenaturalworld）。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。26义及实验研究的意义2、国内意大利人、耶稣会士利玛窦（MatteoRicci,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
26、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。
27、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
28、出现。27义及实验研究的意义发现新事物和探索新规律验证理论测定常数推广应用实验是有目的、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。主主要要特特点点可控性可重复性主主要要作作用用28义及实验研究的意义科学实验与教学实验的比较科学实验教学实验目的发现新现象，探索新规律帮助学生掌握知识和学习方法，培养能力，提高素质。内容由需要探索的新问题而定，内容是新的，一般是未知的。按一定的教学目的设计，根据教学实际的需要安排。比较成熟的。形式通过实验观察、测量、记录、计算和分析，总结出规律。通过探究等方法使学生形成概念，掌握规律29义及实验研究的
29、意义实验在教学中的作用实验在教学中的作用1、激发学生的兴趣和求知欲2、创设有效学习环境、促进学生对知识的掌握3、训练学生的科学方法4、培养学生的各种能力5、培养学生的科学态度和情感30义及实验研究的意义实验教学的主要任务1.获取和巩固科学的理论知识，学会测量某些量。2.学会使用基本仪器。3.明确进行实验的一般规范。4.能按要求正确完成实验操作，分析和处理所得实验数据。5.学习操作实验仪器、观察现象的基本技能、技巧。6.学习和初步运用误差理论。7.明了观察和实验手段研究现象的基本程序。8.培养学生在实验中的观察、思维和操作能力。9.使学生端正实验态度，养成良好习惯，培养探索精神。10.使学生感受
30、学习物理的乐趣，激发求知欲和动手操作兴趣。31义及实验研究的意义物理实验教学的基本形式v演示实验v学生分组实验v边教边实验v课外实验与制作32义及实验研究的意义物理实验教学的研究内容v物理疑难实验存在的理由物理实验教学具有特殊性；实验的难度是相对于教师的知识、能力和经验而言；33义及实验研究的意义物理实验教学的研究内容v中学物理实验教学的目的要求与教育功能的研究v物理实验教学原理、方案及其改革的研究；v实验教学心理研究v实验研究的方法、实验设计、自制教具与学具研制v多种实验手段的研究v物理实验教学的测量个评价研究34义及实验研究的意义3、我国实验教学研究的优点和存在的不足优点在实践中探索出多种实验类型对实验教学功能进行了翔实的研究研究内容从笼统到具体文章类型从经验总结到理论研究不足之处实验教学策略缺乏细致的研究忽视对学生学习、教学效果的研究教师专业化发展研究不足中外实验研究交流缺乏35义及实验研究的意义
