加强新时期物理实验教学改革 促进创新人才培养 报告人：陕西师范大学教授 吴俊林.

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1 加强新时期物理实验教学改革 促进创新人才培养 报告人：陕西师范大学教授 吴俊林

2 主 要 内 容 一、新时期把握教育发展的重要战略机遇 二、以民族责任感加强物理实验教学改革 二、以民族责任感加强物理实验教学改革
三、培养高素质创新人才挺起民族脊梁 主 要 内 容 一、新时期把握教育发展的重要战略机遇 二、以民族责任感加强物理实验教学改革 三、培养高素质创新人才挺起民族脊梁

3 一、新时期把握教育发展的重要战略机遇 目前：我们迎来了又一次推动教育改革的大好机遇，具备了许多前所未有的有利条件和机遇：
1.国家教育规划纲要提出2020年进入 创新型国家行列 2.国家经济发展方式重大战略转变是教育 改革与发展新的强劲动力 3.国际间争端的加剧促使教育改革加速培养高素质 创新型人才 4.教育规律的内化力即将使教育回归

4 1.国家教育规划纲要提出2020年进入 创新型国家行列
1.国家教育规划纲要提出2020年进入 创新型国家行列 教育事业改革发展的工作方针： 优先发展，育人为本，改革创新，促进公平，提高质量。 坚持把教育摆在优先发展的战略地位，把育人为本作为教育工作的根本要求，把改革创新作为教育发展的强大动力，把促进公平作为国家基本教育政策，把提高质量作为教育改革发展的核心任务。

5 1.国家教育规划纲要提出2020年进入 创新型国家行列
1.国家教育规划纲要提出2020年进入 创新型国家行列 教育事业改革发展的战略目标是 ： “两基本、一进入”，到2020年基本实现教育现代化，基本建成学习型社会，进入人力资源强国行列。 实现更高水平的普及教育、形成惠及全民的公平教育、提供更加丰富的优质教育、构建体系完备的终身教育、健全充满活力的教育体制。

6 1.国家教育规划纲要提出2020年进入 创新型国家行列
1.国家教育规划纲要提出2020年进入 创新型国家行列 教育改革发展的战略主题 ： 坚持以人为本、全面实施素质教育。 核心是解决好培养什么人、怎样培养人的问题，目标是培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人，重点是提高学生的社会责任感、创新精神和实践能力，推进思路是坚持德育为先、能力为重、全面发展。

7 1.国家教育规划纲要提出2020年进入 创新型国家行列
1.国家教育规划纲要提出2020年进入 创新型国家行列 国家级教育体制改革试点项目近期即将全面启动实施（教育部12月5日发布） ； 国务院成立了国家教育体制改革领导小组，由20个部门组成； 为加强对教育体制改革试点的指导，国家教育咨询委员会已于11月中旬成立； 最近：《国家教育咨询委员会章程》《国家教育咨询委员会工作规程》

8 国家教育体制改革试点的重点领域、关键环节（进入深水区）：
国务院对未来十年的教育改革和发展进行了全面部署，开启了我国从教育大国迈向教育强国的新征程 ； 国家教育体制改革试点的重点领域、关键环节（进入深水区）： 一是在人才培养体制改革上取得新突破:着力推进教育教学内容和方法、课程教材、考试招生和评价制度改革，探索减轻中小学生课业负担、推进素质教育的有效途径和方法。 二是在办学体制改革上取得新突破:着力推进落实高等学校办学自主权，改革职业教育办学模式，改善民办教育发展环境，提高中外合作办学水平。 三是在管理体制改革上取得新突破:着力建立健全加快学前教育发展的体制机制，全面推进义务教育均衡发展、多种途径解决择校问题，深化高等教育管理方式改革、建设中国特色现代大学制度。 四是在保障机制改革上取得新突破:着力健全教师管理制度、加强教师队伍建设，完善教育投入机制、提高教育保障水平，推进教育信息化进程、提高教育现代化水平。

9 改革试点十大任务（基础教育三项）：（第一轮申报共设立有500多个改革项目）
1、建立健全体制机制，加快学前教育发展 2、推进义务教育均衡发展，多种途径解决择校问题 3、推进素质教育，切实减轻中小学生课业负担 4、改革职业教育办学模式，构建现代职业教育体系 5、改革人才培养模式，提高高等教育人才培养质量 6、改革高等教育管理方式，建设现代大学制度 7、改革高等学校办学模式 8、改善民办教育发展环境，深化办学体制改革 9、健全教师管理制度，加强教师队伍建设 10、完善投入机制提高保障水平

10 2.国家经济发展方式重大战略转变是教育 改革与发展新的强劲动力
2.国家经济发展方式重大战略转变是教育 改革与发展新的强劲动力 国家经济产业结构转变对人才提出新要求 坚持教育科学发展，合理调整结构布局，创新体制机制，完善管理模式，使教育事业和人才培养更加适应扩大内需、发展现代产业体系、促进区域协调发展、建设生态文明等战略任务的新要求。 城镇化建设的加速对素质教育提出更高要求

11 3.国际间争端的加剧促使教育改革加速培养高素质创新型人才
基础教育改革和人才培养是我国进入创新型国家和人才强国行列的重要基础 首先要教育中学生了解我国与创新型国家 的差距，激发他们的爱国、创新的热情和社会责任感： 尽管我国的经济总量已近国际第二位但 在自主创新能力上还落后于世界上近20 个创新型国家。他们这些国家的 R&D/GDP的比例达到2%-3% 或更高；科 技对经济发展的贡献率高达60% 以上； 技术对外依存度低于30% ，还拥有大量国际专利。

12 首先要教育中学生了解我国与创新型国家 的差距，激发他们的爱国、创新的热情和社会责任感：
我国R&D/GDP 才达1%左右,科技对经济 发展的贡献率还不到40%，技术对外依存度高于60%，（某些领域甚至高 达80-90%） 我国研发的一些技术，虽然某些指标很先进，但缺乏明确的市场导向，工业化成本往往很高，不具备市场竞争力和规模化生产的能力。

13 首先要教育中学生了解我国与创新型国家 的差距，激发他们的爱国、创新的热情和社会责任感：
模仿跟踪的成果多，原始创新的成果少，难以突破国外的技术壁垒，摆脱 受制于人的局面 在功利化的评价体系的引导下，教育科技界存在着学术浮躁和急功近利的现象严重， 缺少十年磨一剑的精神。

14 首先要教育中学生了解我国与创新型国家 的差距，激发他们的爱国、创新的热情和社会责任感：
落后就要挨打，美国之所以有持无恐敢 于闯到黄海来演习就是因为我们的科技实力不如他们。历史上，从1840年鸦片战争到新中国建立的一百多年中，我们受尽西方列强的欺凌，使整个中华民族陷于深重的苦难之中！

15 4.教育规律的内化力即将使教育回归 教育的功利化即将走到了尽头 【核心观点】 “现在许多学生对成功的理解非常偏颇”
“不惜投机、只求成功的学生，将来从事学术研究，或者当官、做事，恐怕都不能让人放心” “如果学校教育只注重知识，不重视德性培养，那么培养的人越有知识，越可能成为社会的祸害” “不仅要教给学生各种活动能力，更要丰富他的思想”

16 教育的功利化即将走到了尽头 【学生】急功近利 －－“总希望找秘诀、走捷径” 【教师】心态浮躁－－

17 2010.6.30日加拿大总督：米夏埃尔女士在复旦大学演讲

18 互动环节的尴尬：好几位学生一再追问： 你从一个海地移民的政治难民，如何当了加拿大的总督，你是怎么成功的？有什么秘诀吗？
这样的问题，粗听起来没有什么，但仔细想想，就暴露出不少学生急功近利的心态，总希望找秘诀、走捷径。

19 日诺贝尔物理奖得主崔琦先生访问北京大学

20 崔琦先生：青年学生切莫急功近利 而当谈到年轻人应该怎样做好科研这一问题时，崔先生更是语重心长地说，年轻人要努力克服“还没有耕种，就想着收获”的思想倾向，要把基础打牢，在前人已有的基础上开拓出自己的新天地。

21 国家、教育部门、学校、社会、家长和学生认识统一
纷纷选择国际学校、选择出国学习 高等学校毕业生就业信息的反馈 高考升学压力的减缓 国家前所未的有实实在在推进教育改革

22 把握新时期教育改革与发展历史机遇 把握历史机遇，树立教育回归育人之本位 ；坚持教育服务国家之核心，即教育要为国家建设的迫切需要服务。
基础教育工作者要以中华民族的历史责任感做好教学改革，关心学生的成长和发展，重点是提高学生的社会责任感、创新精神和实践能力。 教育育英才，服务国家和民族，不需要理由。 全球化的趋势为新时期教育改革与发展创造历史机遇：

23 全球化的趋势为新时期教育改革与发展创造历史机遇：
所谓全球化： 在最简洁的意义上, 可视为一种“ 时空压缩”。 在教育领域,全球化常被用来形容改革、政策与制度超越了国家边界, 在各国之间的游走和流动。 全球化背景下教育或课程改革特点： 世界各国的教育或课程改革都不约而同地提倡终身学习、注重全人发展、培养跨学科的共通能力( 如交流、合作、问题解决、批判性思考等)等改革理念。 在具体措施上, 课程统整、自主学习、多元智能、形成性评价、建构主义教学等也成为各国课程改革的共同特征。

24 新课程改革国人民间的核心观点： 建构主义, 美国的; 多元智力评价理论, 美国的。什么都是美国的, 那还不是学西方? 没有一个人说, 中国的孔子说要因材施教。其实万变不离其宗, 那个多元智力理论就是要因材施教。那干嘛不用咱们中国的? 全都用美国的? 课程改革是有前途, 理念也很好, 但是最后最失败的一点呢? 其实我认为是“ 水土不服”啊! 水土不服, 不符合我们的国情啊!

25 美国权威学者核心观点： 中国在基础教育领域推行分权，而美国则强化中央集权；
中国尝试采用素质教育而非应试教育，而且强调学生中心的教学方式，而美国则采用了一种应试取向的教育，并且更为强调直接讲授的教学方式； 在教师培养方面，中国致力于提高职前教师教育的要求，更注重教学法的训练，而美国则降低了教师的专业准备要求，更为看重教师的学科知识基础。

26 英国权威学者核心观点 中国强调学习方式的革新和应用，而英国对课堂教学甚少关注;
虽然中英都有学科本位的课程设置, 但中国试图将问题解决能力和工作技能的培养融入课程结构, 增加培养公民素质的科目的分量，并且试图建立整全的基础教育课程体系，而英国仍然遵循着传统的学科结构，强调如语文、数学、物理、化学等学科本位的课程内容教学； 中国的课程改革在课程发展和实施阶段均能做到依据某种理论( 如三级课程管理)，而英国除了提供一个国家认定的课程结构之外毫无规划。

27 综述：和而不同有特色 新课程改革究竟在模仿谁?或者英美的课程改革又是在模仿谁?
对于前者，英美的学者显然不觉得“我们”在模仿“他们”。对于后者，相信中国的学者也不会认同“他们”在模仿“我们”吧! 全球化已经成为今天不可回避的事实，国家之间在教育政策或改革措施方面的相互借鉴日益增加，全球化会带来同质性, 让各国的教育改革在某种程度上看起来都似曾相识。但任何改革脱离了本国的文化生态都无法长久立足。依托本土文化传统、历史脉络、社会环境以及国家政治氛围主动调适和应对全球化的挑战。用我们的话说：就是“和而不同有特色”，才是中国课程改革在全球化时代的追求和正在试图创造的现实。

28 如何培养中学生的创新精神和实践能力？ 现代教育理论认为：人的创新能力是在实践活动中通过构建知识，获取体验，形成技能，最终发展为能力。
物理实验是中学生重要的实践探索活动，物理实验是以教学形式培养科学技术后备力量基础源泉。 实践证明基于实验教学，通过实验教学是培养学生创新意识和实践能力的最有效途径；实验教学具有较为宽松的环境，是培养和发展学生个性的沃土；通过实验探索可使学生感悟创新魅力，激励创新热情，培养创新原动力。 物理实验教学在高素质创新人才培养方面发挥着不可替代的重要作用。

29 二、以民族的历史责任感加强物理实验 教学改革，促进人才培养
二、以民族的历史责任感加强物理实验 教学改革，促进人才培养 1.物理学及物理实验的发展与人类进步和文明 2.物理实验是人类进步和科技创新的原动力 3.加强物理实验教学改革促进人才培养

30 1、物理学及物理实验的发展与人类进步和文明
物理学的发展，不仅为人类物质生产开拓了新的空间，而且为人类精神世界积淀了丰富的宝藏，对人类社会的生产方式、生活方式和思维方式产生了深远的影响。 纵观自然科学发展过程，可以毫不夸张地说:物理学的发展推动了科学革命，技术革命，产业革命，即物理学的发展推动了人类的进步和文明。

31 1760 1800 1850 1900 1950 2000 年代 三次科学革命，技术革命，产业革命与物理学发展序列 第一次产业革命
机器代替手工劳动 第一次技术革命 蒸汽动力技术 第一次科学革命 古典力学、热学 1760 1800 1850 第二次产业革命 机械化、半自动化 第二次技术革命 电动机、发电机技术 第二次科学革命 电磁学理论 第三次产业革命 自动化、信息时代 第三次技术革命 原子能技术、电子计 算机、空间技术 第三次科学革命 相对论、量子力 学、原子物理学 科学革命、技术革命、产业革命发展序列 年代 1900 1950 2000

32 物理学对人类文明的巨大贡献 在20世纪众多的科学技术成果中，有一些成果具有特殊的历史地位。它们有的是人类对世界认识的重大突破，有的是一系列重要科技成就的先导和基础环节。它们对人类社会的影响远远超出一般科技成果，已经深入到社会、经济、政治、文化等多个层面。

33 20世纪初科学革命两大成就 20世纪的科学是在19世纪的重大理论成果如热力学与电磁学理论、原子论、生物进化论与细胞学说等基础上发展起来的。19世纪的三大发现（X射线、放射性、电子）导致了20世纪前30年的物理学革命，诞生了相对论和量子力学，成为20世纪科学发展的先导和基础。

34 （1）、相对论 ( ) 1905年，20世纪最伟大的科学天才爱因斯坦在他26岁时创立了狭义相对论，提出了不同于经典物理学的崭新的时空观和质（m）能（E）相当关系式E＝mc2（此处光速C＝3×108米／秒），在理论上为原子能的应用开辟了道路。

35 （2）、量子力学( ) 1900年，普朗克创立了量子论，提出能量并非无限可分、能量的变化是不连续的新观念。1905年，爱因斯坦提出了光量子论，揭示了光的“波粒二象性”。1913年，玻尔把量子化概念引进原子结构理论。1923年，德布罗意提出物质波理论。1925年，海森伯和薛定谔分别建立矩阵力学和波动力学。1928年，26岁的狄拉克提出电磁场中相对论性电子运动方程和最初形式的量子场论，使包括矩阵力和波动力学在内的量子力学取得了重大的进展。量子力学可以说是20世纪最多产的科学理论，迄今仍具有强大的生命力。

36 20世纪的5大尖端技术成果 在科学的先导和生产的促进下，20世纪发展起来五大尖端技术：核技术、航天技术、信息技术、激光技术和生物技术，在能源、材料、自动化、海洋和环境等高新技术方面也有了长足的进步。

37 （1）、核能与核技术 原子核的裂变和聚变反应将产生和释放出远大于机械能、化学能等产生的能量。核能的和平利用，为人类提供了一个既安全又清洁、取之不尽而用之不竭的能源宝库。 1942年，美国建成了世界上第一座原子反应堆，首次实现了人工控制的链式核裂变反应。1945年第一颗原子弹爆炸成功。1952年第一颗轻核聚变的氢弹爆炸成功。1954年，苏联建成世界上第一座原子能发电站。60年代以后，核电站进入实用阶段，发展至今已成为一种重要能源，约占全球发电总量的1／5。

38 （2）、航天和空间技术 1903—1914年，齐奥尔科夫斯基提出以火箭为动力的航行理论，奠定了航天学的基础。1919年，戈达德提出火箭飞行的数学原理，并于1926年成功地发射了世界上第一枚液体燃料的火箭。1942年，布劳恩主持设计发射的液体军用飞箭成为二战后各国火箭发展的蓝本。 1957年，苏联用洲际导弹的火箭装置发射了世界上第一颗人造地球卫星，“空间时代”从此开始。1961年，苏联发射载人宇宙飞船，人类首次飞向太空。1969年，美国“阿波罗”11号飞船登月，人类在月球上留下了第一个脚印。1971年，苏联建造空间站，人类首次在太空中有了活动基地。1981年，美国发射航天飞机成功，从此人类可以自由进出太空。

39 （3）、信息技术 信息技术是20世纪发展最快的技术领域。它对人类社会、经济、政治、文化等产生了全方位的巨大而深远的影响。
1906年，三极电子管的发明使电信号放大，从而使远程无线电通信成为可能。1947年，第一只晶体管的诞生为电子电路集成化和数字化提供了重要的基础。1945年问世的电子计算机，已经历了第一代（电子管，40年代中至50年代末）、第二代（晶体管，50年代末至60年代中）、第三代（集成电路，60年代中至70年代初）和第四代（大规模和超大规模集成电路，70年代初开始）等发展阶段，80年代开始对新一代的智能计算机、光学计算机和量子计算机的探索已取得初步成果。 微机则进入了千家万户，标志着个人电脑时代的来临。当今，巨型机的运算速度已达每秒3．9万亿次，而计算机互联网络则在2亿多网民的学习、研究、交流、贸易甚至娱乐等方面创造了崭新的工作和生活方式。

40 （4）、激光技术 1917年，爱因斯坦在研究光的辐射的过程中，提出了“受激辐射”的概念，奠定了激光的理论基础。1958年激光被发现。1960年美国制成了世界上第一台激光器，它用红宝石晶体做发光材料，用发光强度很高的脉冲氙灯做激发光源，在这种受激辐射作用下产生的一种超强光束就是激光。 　　继红宝石激光器之后，半导体激光器（1963年）、气体激光器（1964年）、自由电子激光器（1977年）乃至原子激光器（1977年）等相继问世。

41 （5）、生物技术 基因重组技术（又称基因工程）是20世纪下半叶蓬勃兴起和发展的现代生物技术的最前沿领域。60年代末至70年代初，阿尔伯和史密斯发现细胞中有两种“工具酶”，能对DNA进行“剪切”和“连接”；内森斯则使用工具酶首次实现了DNA切割和组合。DNA的重组能创造性地利用生物资源，实现人类改造生物的遗传特征、产生人类所需要的生物类型的意愿。80年代以来，已获得上百种转基因动植物，对农业发展具有重要意义。转基因药物的研制和生产则将为人类的健康带来新的福音。 　　除基因工程外，生物技术（即生物工程）还包括细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等领域。1978年首例试管婴儿路易斯诞生、1996年克隆羊多莉的出现都是细胞工程的杰作。

42 纵观物理学的发展过程，始终是人类先进生产力的开拓者，物理学的广泛应用从根本上改变了人类的生产方式、生活方式和人类文明；物理学的发展历程，又始终是先进文化的创造者，它的无穷魅力始终激励一批科学家，在物理学的前沿去进行执着的追求。对人类的思维方式和世界观的进步做出了多方面的重要贡献。

43 是什么力量推动着物理学的巨轮在300多年来一直滚滚向前，物理学的发展带给人类的启示：物理学的发展不断开辟新的先进生产力，在外是受到社会经济需求的大力牵引；它又是人类先进文化的重要组成部分，在内部一直为人类强烈追求对宇宙运动规律的认识所推动。这两种动力都不会停止，在本世纪将继续推动物理学向前发展。

44 物 理 学 的 魅 力 及 其 未 来 物理学的魅力不仅体现在其物化成果可以极大地改变人类的生活,尤其需要指出的是,物理学、特别是近代物理学,彰显出科学给人类带来的智力上的升华. 物理学广泛地改变了并继续改变着人们的日常生活.想一想晶体管和激光以及电视机、多媒体电脑和光纤连接的互联网,或许会更深地领会“物理学革命”的含义。

45 2.物理实验是人类进步和科技 创新的原动力 物理实验促进了物理学的发展，物理学的发展，推动了人类进步和文明
2.物理实验是人类进步和科技 创新的原动力 物理实验促进了物理学的发展，物理学的发展，推动了人类进步和文明 综述：实验是自然科学的根基和源泉，是人类智慧的发源地

46 物理实验是人类智慧的发源地 2002年9月美国《物理世界》杂志刊登了推动人类文明“物理学中最美的十大经典实验”，其中多数都是我们耳熟能详的经典之作。令人惊奇的是十大经典物理实验的核心是他们都抓住了物理学家眼中最美丽的科学之魂：由简单的仪器和设备，发现了最根本、最单纯的科学概念。十大经典物理实验犹如十座历史丰碑，扫开人们长久的困惑和含糊，开辟了对自然界的崭新认识。

47 第一：克劳斯·约翰逊将托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验
牛顿和杨对光性质的阐述都不全对。光并非只是简单的由粒子构成，也不能完全用波来描述。20世纪的第一个五年内，麦克斯·普兰克和艾尔伯特·爱因斯坦分别指出，光的吸收和发射以打包的方式进行，最小的单位是光子。但其它实验继续支持光的波动性。

48 以后数十年中发展起来的量子理论，解释了这一矛盾：光子和其它亚原子粒子，包括电子，质子等，具有这互补的两种特性，象物理学家们说的，波粒二象性。 　　 　　 为了自圆其说，也为了向人们解释这一构想，物理学家们常常引用一个假想实验，即在杨氏的双缝实验中用电子束取代光束。根据量子力学定律，粒子束将被一分为二，两者相互会干扰，从而象光的投影那样留下明暗交替的干扰带。粒子也可以做波的运动。 　　

49 第一：克劳斯·约翰逊将托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验

50 这一实验具体实施被默默卷入科学的洪流之中。
这个假想实验直到1961年才被真正完成(实验人为土宾根的克劳斯·约翰逊) 。 　　 　　 那时已经没有人对这个结果感到惊讶了，所以象大多数实验那样，这一实验的具体实施被默默卷入科学的洪流之中。(列第一位) 这个假想实验直到1961年才被真正完成 (实验人为土宾根的克劳斯·约翰逊) 那时已经没有人对这个结果感到惊讶了， 所以象大多数实验那样， 这一实验具体实施被默默卷入科学的洪流之中。 (列第一位)

51 第二：伽利略的自由落体实验 在16世纪末，人人都认为重量大的物体比重量小的物体下落得快，因为伟大的亚里士多德已经这么说了。伽利略，当时在比萨大学数学系任职，他大胆地向公众的观点挑战。著名的比萨斜塔实验已经成为科学中的一个故事：他从斜塔上同时扔下一轻一重的物体，让大家看到两个物体同时落地。伽利略挑战亚里士多德的代价也许使他失去了工作，但他展示的是自然界的本质，而不是人类的权威，科学做出了最后的裁决。

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53 第三：罗伯特·密立根的油滴实验 很早以前，科学家就在研究电。人们知道这种无形的物质可以从天上的闪电中得到，也可以通过摩擦头发得到。1897年，英国物理学家J·J·托马斯已经确立电流是由带负电粒子即电子组成的。1909年美国科学家罗伯特·密立根开始测量电流的电荷。密立根用一个香水瓶的喷头向一个透明的小盒子里喷油滴。小盒子的顶部和底部分别连接一个电池，让一边成为正电板，另一边成为负电板。当小油滴通过空气时，就会吸一些静电，油滴下落的速度可以通过改变电板间的电压来控制。

54 密立根于1923年 密立根于1923年 获得诺贝尔物理学奖。 获得诺贝尔物理学奖。
密立根不断改变电压，仔细观察每一颗油滴的运动，使得电场力与空气浮力的和等于重力，如右图。经过反复试，密立根得出结论：电荷的值是某个固定的常量，最小单位就是单个电子的带电量。 密立根于1923年 获得诺贝尔物理学奖。 密立根于1923年 获得诺贝尔物理学奖。

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56 第四：牛顿的棱镜分解太阳光实验

57 对光学问题的研究是牛顿(1642—1727)工作的重要 部分之一，亦是他最后未完成的课题。牛顿1665年 毕业于剑桥大学的三一学院，当时大家都认为白光 是一种纯的没有其他颜色的光；而有色光是一种不 知何故发生变化的光(亚里斯多德的理论)。 1665—1667年间，年轻的牛顿独自做了一系列 实验来研究各种光现象。他把一块三棱镜放在阳光下， 透过三棱镜，光在墙上被分解为不同颜色，后来我们 将其称作光谱。在他的手里首次使三棱镜变成了光 谱仪，真正揭示了颜色起源的本质。

58 牛顿《光学》著作于1704年问世，其中第一节专门描述了关于颜色起源的棱镜分光实验和讨论，肯定了白光由七种颜色组成。他还给这七种颜色进行了命名，直到现在，全世界的人都在使用牛顿命名的颜色。牛顿指出，“光带被染成这样的彩条：紫色、蓝色、青色、绿色、黄色、橙色、红色，还有所有的中间颜色，连续变化，顺序连接”。正是这些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光，如果你深入地看看，会发现白光是非常美丽的。

59 这一实验后人可以不断地重复进行，并得到与牛顿相同的实验结果。自此以后七种颜色的理论就被人们普遍接受了。通过这一实验，牛顿为光的色散理论奠定了基础，并使人们对颜色的解释摆脱了主观视觉印象，从而走上了与客观量度相联系的科学轨道。 这一实验开创了光谱学研究，不久，光谱分析就成为光学和物质结构研究的主要手段。

60 第五：托马斯·杨的光双缝干涉实验 牛顿认为光是由微粒组成的，而不是一种波。因此在其后的近百年间，人们对光学的认识几乎停滞不前，没有取得什么实质性的进展。1800年英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)向这个观点提出了挑战，光学研究也获得了飞跃性的发展。

61 为了证明光是波动的， 1830年英国医生、物理学家托马斯·杨用实验来验证这一观点。他在百叶窗上开了一个小洞，然后用厚纸片盖住，再在纸片上戳一个很小的洞。让光线透过，并用一面镜子反射透过的光线。然后他用一个厚约1／30英寸的纸片把这束光从中间分成两束。结果看到了相交的光线和阴影，这说明两束光线可以像波一样相互干涉。这就是著名的“杨氏干涉实验”。

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63 杨氏实验是物理学史上一个非常著名的实验，杨氏以一种非常巧妙的方法获得了两束相干光，观察到了干涉条纹。他第一次以明确的形式提出了光波叠加的原理，并以光的波动性解释了干涉现象。随着光学的发展，人们至今仍能从中提取出很多重要概念和新的认识。无论是经典光学还是近代光学，杨氏实验的意义都是十分重大的。爱因斯坦(1879—1955)指出：光的波动说的成功，在牛顿物理学体系上打开了第一道缺口，揭开了现今所谓的场物理学的第一章。这个实验也为一个世纪后量子学说的创立起到了至关重要的作用。

64 第六：卡文迪许扭矩实验 牛顿的另一伟大贡献是他的万有引力定律，但是万有引力到底多大？
　　18世纪末，英国科学家亨利·卡文迪许决定要找出这个引力。他将两边系有小金属球的6英尺木棒用金属线悬吊起来，这个木棒就像哑铃一样；再将两个350磅重的铅球放在相当近的地方，以产生足够的引力让哑铃转动，从而使金属线扭动，然后用自制的仪器测量出微小的转动。

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66 测量结果惊人的准确，他测出了万有引力的引力常数G。牛顿万有引力常数G的精确测量不仅对物理学有重要意义，同时也对天体力学、天文观测学，以及地球物理学具有重要的实际意义。人们在卡文迪什实验的基础上可以准确地计算地球的密度和质量。卡文迪许的计算结果是：地球重6．0×1024公斤，或者说13万亿万亿磅。

67 第七：埃拉托色尼测量地球圆周长 埃拉托色尼(约公元前276一约前194)公元前276年生于北非城市塞里尼(今利比亚的沙哈特)。他兴趣广泛，博学多才，是古代仅次于亚里斯多德的百科全书式的学者。只是因为他的著作全部失传，今天才对他不太了解。埃拉托色尼是公元前3世纪亚历山大图书馆馆长。

68 埃拉托色尼的科学工作极为广泛，最为著名的成就是测定地球的大小，其方法完全是几何学的。假定地球是一个球体，那么同一个时间在地球上不同的地方，太阳线与地平面的夹角是不一样的。只要测出这个夹角的差以及两地之间的距离，地球周长就可以计算出来。

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70 他听说在古埃及的一个现名为阿斯旺的小镇上，在夏至这天正午的阳光悬在头顶：物体没有影子，阳光直接射入深水井中，表明这时的太阳正好垂直地面 。他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长。他测出了阿斯旺镇到亚历山大城的距离，在以后几年里的同一天、同一时间，他在亚历山大测量了同一地点的垂直杆的杆长和影长。发现太阳光线有轻微的倾斜，在垂直方向偏离大约7 角。

71 剩下的就是几何学问题了。假设地球是球状，那么它的圆周应跨360度。如果两座城市成7度角，就是7／360的圆周。今天，通过航迹测算，我们知道埃拉托色尼的测量误差仅仅在5％以内。

72 第八：伽利略的加速度实验 伽利略利用理想实验和科学推理巧妙地否定了亚里斯多德的自由落体运动理论。他设想用斜面来“冲淡”重力，“放慢”运动，而且把速度的测量转化为对路程和时间的测量，并把自由落体运动看成为倾角为90的斜面运动的特例。他做了一个6米多长、3米多宽的光滑直木板槽。再把这个木板槽倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面滑下，并用水钟测量铜球每次下滑的时间，研究它们之间的关系。亚里士多德曾预言滚动球的速度是均匀不变的；铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成比例：两倍的时间里，铜球滚动4倍的距离，因为存在恒定的重力加速度。

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74 伽利略在实验的基础上，经过数学的计算和推理，得出假设；然后再用实验加以检验，由此得出正确的自由落体运动规律。这种研究方法后来成了近代自然科学研究的基本程序和方法。把真实实验和理想实验相结合，把经验和理性(包括数学论证)相结合的方法，是伽利略对近代科学的重大贡献。 因此，是伽利略开创了近代自然科学中经验和理性相结合的传统。这一结合不仅对物理学，而且对整个近代自然科学都产生了深远的影响。正如爱因斯坦所说：“人的思维创造出一直在改变的宇宙图景，伽利略对科学的贡献就在于毁灭直觉的观点而用新的观点来代替它。这就是伽利略的发现的重要意义”。

75 第九：卢瑟福发现核子实验 卢瑟福(1871—1937)在1898年发现了射线。 1911年卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能实验时，原子在人们的印象中就好像是“葡萄干布丁”，大量正电荷聚集的糊状物质，中间包含着电子微粒。但是他和他的助手发现向金箔发射带正电的微粒时有少量被弹回，这使他们非常吃惊。卢瑟福计算出原子并不是团糊状物质，大部分物质集中在一个中心小核上，现在叫做核子，电子在它周围环绕。这就是卢瑟福提出的原子的有核模型 。

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77 这是一个开创新时代的实验，是一个导致原子物理和原子核物理肇始的具有里程碑性质的重要实验。同时他推演出一套可供实验验证的卢瑟福散射理论。使人们对物质结构的研究进入到原子内部这一新的层次，为开辟一个新的科学领域——原子物理学，做了开创性的工作。被誉为原子物理学之父。以散射为手段研究物质结构的方法，对近代物理有相当重要的影响。 1907年，卢瑟福获诺贝尔化学奖。你可能会莫名其妙，物理学家怎么获得了化学奖。没错，正如卢瑟福所说：“这真是太妙了！我一生中研究了许多变化，但是最大的变化是这一次，我从一个物理学家变成了一个化学家。”

78 第十：米歇尔·傅科钟摆实验 科学家们在南极安置一个摆钟，并观察它的摆动。他们是重复1851年巴黎的一个著名实验。1851年法国科学家米歇尔·傅科为验证地球自转，在公众面前（国葬院里）做了一个实验，用一根长67m的钢丝将一个28kg的摆锤《摆锤直径0.30m)，摆锤的头上带有钢笔，悬挂在屋顶下，观测记录它前后摆动的轨迹。周围观众发现钟摆每次摆动都会稍稍偏离原轨迹并发生旋转时无不惊讶。

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80 傅科的演示说明地球是在围绕地轴自转的。在巴黎的纬度上，钟摆的轨迹是顺时针方向，30小时一周期。在南半球，钟摆应是逆时针转动，而在赤道上将不会转动。在南极，转动周期是24小时。
这一实验装置被后人称为傅科摆，也是人类第一次用来验证地球自转的实验装置。该装置可以显示由于地球自转而产生科里奥利力的作用效应，也就是傅科摆振动平面绕铅垂线发生偏转的现象，即傅科效应。

81 3、加强物理实验教学改革促进人才培养 现代教育理论认为：人的创新能力是在实践 活动中通过构建知识，获取体验，形成技能，发展为能力。

82 物理实验教学改革与创新人才培养 [核心观点] 物理实验教学改革的关键是物理教师。 一定要让学生做实验！ 使命感、责任感；
　 物理实验教学改革的关键是物理教师。 使命感、责任感； 教学理念－－关注学生的发展，培养责任感； 教学方法－－多元化，营造氛围、培养兴趣、传授知识、应用知识、探索知识、发展能力。 一定要让学生做实验！

83 物理实验课的目标任务： 培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，使学生初步掌握实验科学的思想和方法。
培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。 提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动的探索精神，遵守纪律，团结协作，爱护公共财产的优良品德。 培养兴趣和社会责任感。

84 　最近，有一部拍给年轻人看的美国励志短片在网上流行，短片列举了大量的数字来呈现这代美国青年将面对的世界的急剧变化、竞争与危机，其中有一段台词很精辟：

85 “你知道吗？2010年最迫切需求的10种职业， 在2004年时根本都不存在。新科技的资讯 量每2年就增长一倍，这对于4年制理工学生 的意义是，一年级时学生的知识有一半到了 三年级就过时了。我们现在要教导学生准 备胜任还不存在的工作。使用还不存在的 科技，以解决我们还未曾想到过的问题。”

86 即便从功利的角度看——在与美国人的竞争中取胜，
我们的教育也不应该继续功利下去，未来的世界不需 要应试机器，被灌输的知识将很快失效，我们需要 培养有通识、有创造力、会思考、会学习、有社会 责任感的全面的“人”才，这不但符合学生的利益、 家长的利益，也符合全社会的利益。

87 教学内容的基本要求： 教学内容的基本要求： 掌握测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的基本能力； 掌握基本物理量的测量方法 ；
了解常用的物理实验方法，并逐步学会应用； 掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用 ； 掌握常用的实验操作技能。 感悟实验物理思想、渐进拓展迁移。

88 能力培养基本要求： 独立实验的能力： 1. 能够通过阅读实验教材、查询有关资料和思考问题，掌握实验原理及方法、做好实验前的准备；
2. 正确使用仪器及器材、独立完成实验内容、撰写合格的实验报告； 3.培养学生独立操作实验的能力，逐步形成自主探究实验的基本能力； 4. 培养学生独立思考、积极探索、自主评判实验结果的能力。

89 能力培养基本要求： 分析与研究的能力： 1.能够融合实验原理、设计思想、实验方法及相关的知识对实验结果进行分析、判断、归纳与综合。
2.掌握通过实验进行物理现象和物理规律研究的基本方法，具有初步的分析与探索的能力 。

90 能力培养基本要求： 理论联系实际的能力： 能够在实验中发现新问题、分析新问题并学习解决问题的科学方法，逐步提高学生综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力。

91 能力培养基本要求： 创新能力： 2. 能提出问题，发现问题，特别是能透过现象深入到实质问题； 3. 能提出有说服力的论据，支持自己的论点；
1. 能综合运用学过的知识和技能去解决实际问题； 2. 能提出问题，发现问题，特别是能透过现象深入到实质问题； 3. 能提出有说服力的论据，支持自己的论点； 4. 能在全面研究问题之后，做出科学的评价； 5. 能从已知的现象和规律出发，预测事物的发展，提出新的设想; 6. 能够完成符合要求的设计性、综合性内容的实验，激发学生的学习主动性，逐步培养学生的创新能力。

92 在问题中感悟创新培养凝练能力 实验室是学生可以充分发挥想象力，是宽松、 和谐、可以自由思考的场所，个性得到张扬；
大力倡导学生多提“为什么？”在解决问题、 克服困难的过程中感悟创新，凝练能力； 评价标准的改革，重视过程，鼓励创新。

93 物理实验教学对学生能力培养重点关注两条：
我个人认为： 物理实验教学对学生能力培养重点关注两条： 一是环境氛围：宽松、和谐、平等自由， 可以轻松畅想； 二是注重实验过程：在解决问题中成长。

94 分层次教学基本要求 : 分层次教学： 基 础 性 实 验 综 合 性 实 验 设 计 性 实 验 研 究 性 实 验

95 分层次教学： 基础性实验： 主要学习基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验技能和基本测量方法、误差及数据处理的理论与方法等.

96 分层次教学： 综合性实验： 指在同一个实验中涉及到力学、热学、电磁学、光学等多个知识领域，综合应用多种方法和技术的实验。
此类实验的目的是巩固学生在基础性实验阶段的学习成果、开阔学生的眼界和思路，提高学生对实验方法和实验技术的综合运用能力

97 分层次教学： 设计性实验： 根据给定的实验题目、要求和实验条件， 由学生自己设计方案并基本独立完成实验 全过程的实验。

98 分层次教学： 研究性实验： 组织若干个围绕基础物理实验的课题，由学生以个体或团队的形式，以研究性教学方法或探究式教学方式进行的实验。
让学生了解科学实验的全过程、逐步掌握科学思想和科学方法、培养学生独立实验的能力，培养学生和运用所学知识解决给定问题的能力。 各校应根据本校的实际情况设置该类型的实验内容（选题的难、易，涉及的领域等）。

99 教学模式、教学方法 开放性实验： 积极创造条件开设开放物理实验室，在教学时间、空间和内容上给学生较大的选择自由。
为学有余力的学生开设提高性实验，提供延伸课内实验内容的条件； 以尽可能满足各层次学生求知的需要，适应学生的个性发展。

100 教学模式、教学方法 教学方法 积极推行以研究、探究式教学方法替代传统教学方 式，全方位培养学生能力，注重学生的发展。
积极推行以研究、探究式教学方法替代传统教学方 式，全方位培养学生能力，注重学生的发展。 创造条件，充分利用包括网络、多媒体教学软件第现代教育技术丰富教学资源；拓宽教学的时间和空间；为学生提供自主学习的平台和师生交互交流的平台；以满足学生个性化教育和全面提高学生科学实验素质的需要。

101 六个环节的物理实验教学过程及方法： 具体教学过程：实验预习或选题；文献、资料信息获取；实验方案设计、交流论证；实验研究或探究；实验报告撰写或成果制作；汇报与答辩或成果展示。 特点：学习与研究（探索）有机融合、相互渗透的物理实验人才培养模式。

102 学生应具备的创新素质 基本的创新素质 　　一是应具备正确思考问题的方法和解决实际问题的能力；

103 学生应具备的创新素质 二是应具备自主学习的能力：
自主学习的能力应包括对事物的质疑力和解决问题的构想力两个方面。要能够从我们习惯的世界中发现问题，提出疑问，同时又要善于提出可能解决问题的构想。他们还要善于从集体中、从生活中、从实践中去主动地乐观地学习，不仅要学习知识，还要培养能力；要学会质疑，还要善于从别人失败的经验中选择正确的路径去学习；

104 学生应具备的创新素质 三是应有协同力： 现代前沿科学命题大多是由许多人协同完成的。协同不仅是同学科人才之间的协同，还可以是不同学科人才之间的协同。

105 三、培养高素质创新人才挺起民族脊梁

106 物理实验教学改革的现状和发展趋势 学校的核心功能（或第一要务）是人才培养，人才培养必须渗透（融合）在教学的各个环节（包括教学理念、教学方法、教学内容等）。 改革的核心—如何通过物理实验教学 培养学生的综合能力（创新能力）

107 物理实验教学改革的现状和发展趋势 转变教学观念、改变教学方法、创造宽松和谐教学环境:
以学生为主体；以研究、探索式的教学方法取代传授式教学；以能力培养为中心，营造平等、自由、轻松的教学氛围；促进学生个性发展，激发学生原创动力。

108 物理实验教学改革的现状和发展趋势 如果教育观念不转变，教学方法不改变， 培养高素质的创新人才就无路可走，就是空话,即便出个好苗子、或考取几个北大、清华也是偶然的。

109 物理实验教学改革的现状和发展趋势 实验教学在高素质创新人才培养中发挥着不可替代作用。
实验教学改革的关键是教学理念、教学方法和人才培养模式的根本改变。

110 物理实验教学改革的理念： 理念之一：让学生懂得物理实验 让学生全面理解物理实验思想、方法及意义； 实验是一个过程：
观察、测量、记录、重复、思考、表达… 实验是鲜活的：

111 物理实验教学改革的理念： 理念之二：创造力可以培养 实验室是学生可以充分发挥想象力，是宽松、和谐、可以自由思考的场所；
大力倡导学生多提“为什么？”在解决问题、克服困难的过程中感悟创新，凝练能力； 评价标准的改革，重视过程，鼓励创新。

112 责任感、使命感、挑战性 深化物理实验教学改革，培养创新人才是当代物理教师不可推卸的责任和历史使命。再过10-20年中国学生动手能力差、综合分析问题能力弱的状况仍不能改变，我们无法交帐。

113 总之中外教育家、科学家在探寻规律和追求真理的过程中凝结起来的科学与人 文精神以及在教育教学和人才培养中汇集起来的 智慧结晶，成为促进人类思想一 次又一次解放，不断丰富和发展 引导人类走向更高文明的先进文 化的强大精神动力。

114 对于作为科学技术基石的物理实验，加强物理与 相关技术的实践，在实践中创造性学习；
要通过课程和教师的言传身教，实现 “文理兼顾”达到学生自主 创新能力的培养。

115 我国曾丧失上世纪科学革命的机遇，有过沉重的深刻教训。新时期科学技术的发展已成为提高国家核心竞争能力的一个必争的重要阵地。我们务必把握好机遇有所作为，在青年学生一代身上实现科学与技术的繁荣和发展，大幅度的提升自主创新能力，从根本上摆脱来自发达国家在科学和技术方面的巨大压力 ，跻身世界强国之列。这是全面建设小康社会，实现中华民族伟大复兴的必然战略抉择 。

116 谢谢！ 谢谢！ 谢谢！ 谢谢！