科技馆中国古代数理探微展区设计方案

1、科技馆中国古代数理探微展区设计方案中华民族在解决社会实际问题的需要中发展出抽象思维；在生产、生活的实践中，开始了对自然现象的探究。中国古代数学创立了一个以从问题出发进而解决问题为主要目标，以构造性、计算性、程序化、机械化为特色的实用的算法体系。中国古人对力学、光学、声学、热学、磁学等现象都进行了探索，既有世界上独一无二的发明，也有重要的科研成果。本展区将通过向观众介绍中国古代在数学和物理学方面取得的成就，展示中国古人曾经作过的抽象思维和理性思考以及对近代数学、物理学的影响。1 大哉言数中国古代数学是以解决社会的实际问题如编制适合农时的历法、计算田亩面积、税收、交易、建筑设计等为主要内容，以算筹

2、为主要计算工具，以当时世界上最先进的十进位值制记数系统来进行运算，包括算术、代数、几何等各科数学知识的独特体系，其中有约两千年前成书的对世界数学发展起了促进作用的九章算术，有远远早于国外的刘徽的割圆术、祖暅原理、贾宪三角、朱世杰的四元术，有世界数学史上著名的盈不足术、孙子剩余定理、百鸡术，有产生以后在当时及其后的数百年间是世界上最好的计算工具的珠算盘，还有一些中国独有的益智玩具如九连环、七巧板等。本主题以计算工具、重要成就、益智玩具为主线，采用展板展示、动脑思考和动手操作方式，展示中国古代在数学上取得的辉煌成就。主要展项： 算筹与筹算算筹就是一些表示数字的小棍，多数用竹子或木头制成，古人称为“

3、筹”。5以下的数，是几就用几根算筹；5以上的数，用一根算筹表示5，余下来的数是几就用几根算筹，表示数目的算筹有纵横两种方式。纵式 ，横式 ，要表示一个多位数字，像现在用阿拉伯数字记数一样，把各位的数目从左往右横列，但各位数目的筹式要纵横相间，遇零用空位。筹算是以筹为工具来计数、列式和进行各种数与式的演算的一种方法，具有模式化、程序化的特征。用算筹加、减都从左边到右边，逐位相加或减去。用算筹做乘除都要利用乘法口决。除法的演算步骤和乘法相反。十进位值制记数法，以及在此基础上以算筹为工具的各种运算，是中国古人一项极为出色的创造，它比其他一些文明发生较早的地区，如古巴比伦、古埃及和古希腊所用的记数和运

4、算方法要优越得多。本展品利用展板和多种媒体向观众介绍算筹的记数方法和用算筹做加、减、乘、除的方法，并且简单介绍古巴比伦、古埃及和古希腊所用的记数方法和运算方法，定时表演用算筹做加、减、乘、除运算，也可以让观众动手用算筹做加、减、乘、除运算。割圆术割圆术是中国魏晋间杰出的数学家刘徽创造的运用极限思想证明圆面积公式及计算圆周率的方法。九章算术提出圆面积公式：“半周半径相乘得积步”。刘徽为了严格证明这个公式，首先从圆内接正6边形开始割圆，依次得正12边形、正24边形，从上界和下界两个方面证明圆面积是两个多边形面积序列的极限。然后，刘徽将与圆合体的正多边形分割成无限多个以每边为底、以圆心为顶点的等腰三

5、角形，进而完成了圆面积公式的证明。为计算圆周率值，刘徽用割圆术，从直径为2尺的圆内接正6边形开始割圆，求出圆内接正96、192边形的面积，根据不等式S192S圆S96+2（S192-S96），得圆周率=，另外求得圆周率精确值。刘徽提出的计算圆周率的科学方法，奠定了此后千余年中国圆周率计算在世界上的领先地位。祖冲之后来进一步将其可靠数字推进到八位。2 格物致知中国古人在长期的实践中积累了丰富的物理学知识，并对一些物理现象进行了探讨，有些成就已远远超过当时的西方。河南省舞阳县贾湖遗址出土了约8000年前的骨笛；西安半坡遗址出土的尖底汲水陶罐，说明约6000年前中国人已经对物体的重心和平衡有了初步的

6、认识；到公元前八世纪，中国人已经掌握了制造多种材料的乐器的方法；战国时期墨家学派的著作墨经涉及到力学、光学的多方面知识；北宋沈括的梦溪笔谈对力学、声学、光学、磁学等方面的物理知识进行了记述和探讨，其中利用天然磁石进行人工磁化、地磁偏角的发现与测定等，在世界物理学史上占有重要地位；明代朱载堉的十二平均律是世界乐律史上的重要成就。中国古代还有龙洗、透光镜、编钟等一些世界上独一无二的发明。本展项以物理学中的力学、光学、声学、热学为知识链，应用影像技术、视屏对位播放技术，采用静态展示和动手参与方式，介绍或是在时间上比国外早，或是中国独一无二的重要的发明、探索和成就。主要展项：曾侯乙编钟编钟是中国古代特

7、有的青铜乐器。1978年湖北随县曾侯乙墓出土的曾侯乙编钟约制作于楚惠王五十六年(公元前433年)，由8组65件组成，每钟都有一钟双音现象。曾侯乙编钟音色优美，音域宽广，达五个八度又一音，中部音区十二个半音俱全，可以旋宫转调，能演奏五声、六声、七声的乐曲。曾侯乙编钟的铸造技艺卓越，尤其是在音响方面的把握，包括音律的设计，钟体的形状、尺寸与发声的关系，合金配比与音色的关系等。在已发现的众多的先秦编钟中，曾侯乙编钟数量最多，音律最全，集中国古代青铜铸造技术与音乐艺术的成就于一体，是世界乐器史上的罕见之作，对现在发展民族音乐仍有现实意义。辅助展品：欧洲圆形钟（与曾侯乙编钟中的中等钟大小相当）。曾侯乙编

8、钟（原物）音乐会电影纪录片（剪辑为10分钟）。本展品的展示方式采用现场定时表演和观众自己演奏方式，并且通过敲击来比较编钟和圆钟发音的不同，循环播放曾侯乙编钟音乐会的电影纪录片。透光镜透光镜在中国有悠久的历史，现在已知最早的透光镜是战国时期的，汉代透光镜已有不少。我国最迟在唐代开始有意识地制造透光镜。日本人在江户时代（公元16061687年）学会了制造透光镜。透光镜有一个奇特的光学效果，当把它的正面对着阳光时，镜面反射到墙上的像中可以清晰地看到背面的花纹字迹，好象光可以透过镜子把背面的花纹字迹反射过来。中外都有学者对透光镜进行研究。了解透光镜产生的原因对现在的生产和科学会有一些启示。走马灯走马灯亦称转灯，是我国民间彩灯的一种独特的形式，有悠久的制作历史(据史料记载，在宋代时就已较为盛行)。走马灯是根据热空气上升产生推力的原理制成的，虽然是一种