实验教育与实验仪器设施

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摘要：1 引言 实验在很多方面优于一般的观察和生产实践活动，是一种以认识自然为首要目的的实践活动和研究方法。实验概念由英国博物学家、哲学家罗吉尔·培根（Roger Bacon，约1214—1294，

1 引言

实验在很多方面优于一般的观察和生产实践活动，是一种以认识自然为首要目的的实践活动和研究方法。实验概念由英国博物学家、哲学家罗吉尔·培根（Roger Bacon，约1214—1294，见图1）首先提出，他说：“实验是探求真理的唯一法门。”他提出：“耳听到的不可信，归纳和推想出来的也不可靠。”自然科学应当加以实验，培根主张靠“实验来弄懂自然科学、医学、炼金术和天上地下的一切事物”。在学校教育中，实验是开展科学教学、培养科学思维的重要方法和途径。实验教育相对于类比法，其直观性、启发性是寓于事实的确定性基础上的，其所适用范围有时可能是有局限的，但它的结果都是可仿效的，这对教学的影响不言而喻。实验教学的方法不仅具体反映了各科学学科的知识、经验、方法、成果，同时给学习者以信心，并将信心转化成科学探索精神、方法和兴趣，进入无限复杂、丰富的自然世界中，即进入一种科学思维中。

图1 罗吉尔·培根

在近代教育变革的推动下，随着理论科学和应用技术、工艺之间的传统壁垒被削弱，科学实验传统在欧洲近代科学、教育发展中得以复兴，实验教育逐步得到广泛认同和积极实施，不同类型的实验被引进教学，成为分布于科学课程的重要教学形式。

近代实验教学方式所采用的实验教学方法和内容，体现了对实验传统和近代科学实验研究方法的继承、发展。实验教学与科学实验研究的畅通交流、融合、相互补充与共同促进，在进一步推动科学教育发展的同时，也带动实验仪器设施逐渐形成较完整的适应教学发展的体系。

2 实验的传统与实验教育

实验的传统 实验在近代教育变革、科学变革之前便是一种一直独立存在的现象。在中世纪，希腊人、中国人，以及穆斯林学者们较早地便利用实验室及仪器，将实验作为主要方法，进行了大量的科学研究，曾在文艺复兴之前的数个世纪中取得一批重要的科学成果。

实验的传统至少可追溯到公元前三世纪。欧洲人最早的实验是阿基米德（Archimedes，公元前287—前212）的王冠实验（图2）。据说他洗澡时发现了浮力现象，狂喜之余跳出澡盆，光着身子一边往家里跑一边大声地重复道：“ερηκα!”“ερηκα!”（希腊语：“发现啦！”“发现啦！”）但那时人们尚未了解实验，实验被称为“自然法术”，知识的获得主要是靠对客观事物现象的观察。

图2 王冠实验

公元二世纪，医学上的实验产生了盖伦、威廉·哈维和约翰·亨特等杰出人物。盖伦提出气的概念，用气质代替了希波克拉底体液理论中的人格，形成四种气质学说，此分类方式一直在心理学中沿用至今。

化学在早期的译本中被描述为一种秘术（secret art）。在八世纪，伊斯兰学者曾补充了一种新的金属理论，说金属是由哲人经臆测做出，由汞和硫组成，当这两种元素达到完美比例便产生金子。炼金术把神秘主义带进亚里士多德或者伊斯兰的元素理论。物理学上，中世纪的炼金术许多与亚里士多德（Aristotle，公元前384—前322，古希腊哲学家、科学家）学说结合在一起，土、水、金、火这四种元素不但构成亚里士多德物理学的基础，而且它们的属性可以相互转换，由此可以让一种元素转变成另一种元素。[1]23

古希腊研究自然界的方法中，所缺少的是实验的运用。例如：亚里士多德否认真空的可能性，理由是他推断物体会以无限的速度运动，而这一理论在当时是不可能被实验所验证的。在整个中世纪，对物质现象的研究只是根据被广泛接受的亚里士多德的权威，通过推理来检验。[1]511

13世纪，虽然英国的罗吉尔·培根已经提出“实验”概念,提倡科学实验，但由于时代的限制，没有产生多大影响。

达?芬奇被称为近代实验科学的开路先锋。达?芬奇在反对教会和经院哲学的斗争中，主张向大自然请教，提倡实验方法，认为科学如果不是从实验中产生并以一种清晰实验结束，便是毫无用处、充满荒谬的，因为只有实验才是确实性之母。

迄至14世纪初，阿尔·法里西构建实验模型，用装满水的玻璃球来模拟雨滴，以便对虹进行数学分析。近代科学变革引发人们对科学的极大热情，科学实验随之开始成为普遍应用的科学方法：“实验是探求真理的唯一法门。”在文艺复兴运动的推动下，伴随着自然科学同宗教神学、经院哲学的激烈斗争，近代西欧率先开始兴起实验活动，一批哲学家、科学家极力提倡科学实验和实验教育，并把科学实验作为战胜对手、壮大自己力量的有力武器。[2]45

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