科技館中國(guó)古代數(shù)理探微展區(qū)設(shè)計(jì)方案

1、科技館中國(guó)古代數(shù)理探微展區(qū)設(shè)計(jì)方案中華民族在解決社會(huì)實(shí)際問(wèn)題的需要中發(fā)展出抽象思維；在生產(chǎn)、生活的實(shí)踐中，開始了對(duì)自然現(xiàn)象的探究。中國(guó)古代數(shù)學(xué)創(chuàng)立了一個(gè)以從問(wèn)題出發(fā)進(jìn)而解決問(wèn)題為主要目標(biāo)，以構(gòu)造性、計(jì)算性、程序化、機(jī)械化為特色的實(shí)用的算法體系。中國(guó)古人對(duì)力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等現(xiàn)象都進(jìn)行了探索，既有世界上獨(dú)一無(wú)二的發(fā)明，也有重要的科研成果。本展區(qū)將通過(guò)向觀眾介紹中國(guó)古代在數(shù)學(xué)和物理學(xué)方面取得的成就，展示中國(guó)古人曾經(jīng)作過(guò)的抽象思維和理性思考以及對(duì)近代數(shù)學(xué)、物理學(xué)的影響。1 大哉言數(shù)中國(guó)古代數(shù)學(xué)是以解決社會(huì)的實(shí)際問(wèn)題如編制適合農(nóng)時(shí)的歷法、計(jì)算田畝面積、稅收、交易、建筑設(shè)計(jì)等為主要內(nèi)容，以算籌

2、為主要計(jì)算工具，以當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的十進(jìn)位值制記數(shù)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，包括算術(shù)、代數(shù)、幾何等各科數(shù)學(xué)知識(shí)的獨(dú)特體系，其中有約兩千年前成書的對(duì)世界數(shù)學(xué)發(fā)展起了促進(jìn)作用的九章算術(shù)，有遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于國(guó)外的劉徽的割圓術(shù)、祖暅原理、賈憲三角、朱世杰的四元術(shù)，有世界數(shù)學(xué)史上著名的盈不足術(shù)、孫子剩余定理、百雞術(shù)，有產(chǎn)生以后在當(dāng)時(shí)及其后的數(shù)百年間是世界上最好的計(jì)算工具的珠算盤，還有一些中國(guó)獨(dú)有的益智玩具如九連環(huán)、七巧板等。本主題以計(jì)算工具、重要成就、益智玩具為主線，采用展板展示、動(dòng)腦思考和動(dòng)手操作方式，展示中國(guó)古代在數(shù)學(xué)上取得的輝煌成就。主要展項(xiàng)： 算籌與籌算算籌就是一些表示數(shù)字的小棍，多數(shù)用竹子或木頭制成，古人稱為“

3、籌”。5以下的數(shù)，是幾就用幾根算籌；5以上的數(shù)，用一根算籌表示5，余下來(lái)的數(shù)是幾就用幾根算籌，表示數(shù)目的算籌有縱橫兩種方式?？v式 ，橫式 ，要表示一個(gè)多位數(shù)字，像現(xiàn)在用阿拉伯?dāng)?shù)字記數(shù)一樣，把各位的數(shù)目從左往右橫列，但各位數(shù)目的籌式要縱橫相間，遇零用空位?；I算是以籌為工具來(lái)計(jì)數(shù)、列式和進(jìn)行各種數(shù)與式的演算的一種方法，具有模式化、程序化的特征。用算籌加、減都從左邊到右邊，逐位相加或減去。用算籌做乘除都要利用乘法口決。除法的演算步驟和乘法相反。十進(jìn)位值制記數(shù)法，以及在此基礎(chǔ)上以算籌為工具的各種運(yùn)算，是中國(guó)古人一項(xiàng)極為出色的創(chuàng)造，它比其他一些文明發(fā)生較早的地區(qū)，如古巴比倫、古埃及和古希臘所用的記數(shù)和運(yùn)

4、算方法要優(yōu)越得多。本展品利用展板和多種媒體向觀眾介紹算籌的記數(shù)方法和用算籌做加、減、乘、除的方法，并且簡(jiǎn)單介紹古巴比倫、古埃及和古希臘所用的記數(shù)方法和運(yùn)算方法，定時(shí)表演用算籌做加、減、乘、除運(yùn)算，也可以讓觀眾動(dòng)手用算籌做加、減、乘、除運(yùn)算。割圓術(shù)割圓術(shù)是中國(guó)魏晉間杰出的數(shù)學(xué)家劉徽創(chuàng)造的運(yùn)用極限思想證明圓面積公式及計(jì)算圓周率的方法。九章算術(shù)提出圓面積公式：“半周半徑相乘得積步”。劉徽為了嚴(yán)格證明這個(gè)公式，首先從圓內(nèi)接正6邊形開始割圓，依次得正12邊形、正24邊形，從上界和下界兩個(gè)方面證明圓面積是兩個(gè)多邊形面積序列的極限。然后，劉徽將與圓合體的正多邊形分割成無(wú)限多個(gè)以每邊為底、以圓心為頂點(diǎn)的等腰三

5、角形，進(jìn)而完成了圓面積公式的證明。為計(jì)算圓周率值，劉徽用割圓術(shù)，從直徑為2尺的圓內(nèi)接正6邊形開始割圓，求出圓內(nèi)接正96、192邊形的面積，根據(jù)不等式S192S圓S96+2（S192-S96），得圓周率=，另外求得圓周率精確值。劉徽提出的計(jì)算圓周率的科學(xué)方法，奠定了此后千余年中國(guó)圓周率計(jì)算在世界上的領(lǐng)先地位。祖沖之后來(lái)進(jìn)一步將其可靠數(shù)字推進(jìn)到八位。2 格物致知中國(guó)古人在長(zhǎng)期的實(shí)踐中積累了豐富的物理學(xué)知識(shí)，并對(duì)一些物理現(xiàn)象進(jìn)行了探討，有些成就已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)時(shí)的西方。河南省舞陽(yáng)縣賈湖遺址出土了約8000年前的骨笛；西安半坡遺址出土的尖底汲水陶罐，說(shuō)明約6000年前中國(guó)人已經(jīng)對(duì)物體的重心和平衡有了初步的

6、認(rèn)識(shí)；到公元前八世紀(jì)，中國(guó)人已經(jīng)掌握了制造多種材料的樂(lè)器的方法；戰(zhàn)國(guó)時(shí)期墨家學(xué)派的著作墨經(jīng)涉及到力學(xué)、光學(xué)的多方面知識(shí)；北宋沈括的夢(mèng)溪筆談對(duì)力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等方面的物理知識(shí)進(jìn)行了記述和探討，其中利用天然磁石進(jìn)行人工磁化、地磁偏角的發(fā)現(xiàn)與測(cè)定等，在世界物理學(xué)史上占有重要地位；明代朱載堉的十二平均律是世界樂(lè)律史上的重要成就。中國(guó)古代還有龍洗、透光鏡、編鐘等一些世界上獨(dú)一無(wú)二的發(fā)明。本展項(xiàng)以物理學(xué)中的力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)為知識(shí)鏈，應(yīng)用影像技術(shù)、視屏對(duì)位播放技術(shù)，采用靜態(tài)展示和動(dòng)手參與方式，介紹或是在時(shí)間上比國(guó)外早，或是中國(guó)獨(dú)一無(wú)二的重要的發(fā)明、探索和成就。主要展項(xiàng)：曾侯乙編鐘編鐘是中國(guó)古代特

7、有的青銅樂(lè)器。1978年湖北隨縣曾侯乙墓出土的曾侯乙編鐘約制作于楚惠王五十六年(公元前433年)，由8組65件組成，每鐘都有一鐘雙音現(xiàn)象。曾侯乙編鐘音色優(yōu)美，音域?qū)拸V，達(dá)五個(gè)八度又一音，中部音區(qū)十二個(gè)半音俱全，可以旋宮轉(zhuǎn)調(diào)，能演奏五聲、六聲、七聲的樂(lè)曲。曾侯乙編鐘的鑄造技藝卓越，尤其是在音響方面的把握，包括音律的設(shè)計(jì)，鐘體的形狀、尺寸與發(fā)聲的關(guān)系，合金配比與音色的關(guān)系等。在已發(fā)現(xiàn)的眾多的先秦編鐘中，曾侯乙編鐘數(shù)量最多，音律最全，集中國(guó)古代青銅鑄造技術(shù)與音樂(lè)藝術(shù)的成就于一體，是世界樂(lè)器史上的罕見(jiàn)之作，對(duì)現(xiàn)在發(fā)展民族音樂(lè)仍有現(xiàn)實(shí)意義。輔助展品：歐洲圓形鐘（與曾侯乙編鐘中的中等鐘大小相當(dāng)）。曾侯乙編

8、鐘（原物）音樂(lè)會(huì)電影紀(jì)錄片（剪輯為10分鐘）。本展品的展示方式采用現(xiàn)場(chǎng)定時(shí)表演和觀眾自己演奏方式，并且通過(guò)敲擊來(lái)比較編鐘和圓鐘發(fā)音的不同，循環(huán)播放曾侯乙編鐘音樂(lè)會(huì)的電影紀(jì)錄片。透光鏡透光鏡在中國(guó)有悠久的歷史，現(xiàn)在已知最早的透光鏡是戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的，漢代透光鏡已有不少。我國(guó)最遲在唐代開始有意識(shí)地制造透光鏡。日本人在江戶時(shí)代（公元16061687年）學(xué)會(huì)了制造透光鏡。透光鏡有一個(gè)奇特的光學(xué)效果，當(dāng)把它的正面對(duì)著陽(yáng)光時(shí)，鏡面反射到墻上的像中可以清晰地看到背面的花紋字跡，好象光可以透過(guò)鏡子把背面的花紋字跡反射過(guò)來(lái)。中外都有學(xué)者對(duì)透光鏡進(jìn)行研究。了解透光鏡產(chǎn)生的原因?qū)ΜF(xiàn)在的生產(chǎn)和科學(xué)會(huì)有一些啟示。走馬燈走馬燈亦稱轉(zhuǎn)燈，是我國(guó)民間彩燈的一種獨(dú)特的形式，有悠久的制作歷史(據(jù)史料記載，在宋代時(shí)就已較為盛行)。走馬燈是根據(jù)熱空氣上升產(chǎn)生推力的原理制成的，雖然是一種