1、一名物理学家的教一名物理学家的教 育历程育历程 加来道雄 作者介绍作者介绍 加来道雄是当今高能物理和理论物理 学中超弦理论的发明者之一加来道雄 博士为国际知名的理论物理学与环境 学者，他秉持着爱因斯坦的精神：探 寻“所有事物的原理”加来道雄博士 提出的“超弦理论”，虽然只是短短 一个一英寸长的方程式，也许就是解 开宇宙之谜的第一把钥匙。 背景介绍背景介绍 现代理论物理学认为，统一四种力的前景，在于高维空间（如十维或更高） 理论的确立。比如 对于古人来讲，风暴是怎样产生的，风暴会袭击什么地 方，什么时候袭来，什么时候结束，他们是一无所知的，因为他们生活在平 坦的大地上，只能靠肉眼从近似于二维平面
2、的角度来观察，即使有简单的预 报，也都是靠经验来推测的。现在有了气象卫星，从太空这样三维角度观察 地球，在地面上看来神秘莫测的风暴被看得一清二楚，可以精准地预报风暴 的动向。同样，理论物理学家认为， 传统的四维（空间三维加上时间）理 论太“小”，不能解释宇宙中的四种力。 当他们超越四维而在更高维（如十维或更高）中寻求统一这四种力时，就能 得到一种简单、漂亮的解决模型（科学家认为 宇宙应该是简单、和谐的）。 高维空间理论认为，宇宙大爆炸后10-43秒，十维宇宙分解成四维宇宙和六维 宇宙，四维宇宙暴胀，经过近一百五十亿年，演变成今天我们生活的宇宙。 大爆炸后10-35秒，大统一力分开。但是高维空间
3、理论很难在实验室中得到证 实，因为要模拟当时的环境，需要的能量太大，根本无法做到，所以现在高 维空间理论只能是“理论”。 自主预学自主预学 1自读课文，给下列加点的字注音戒根据拼音写汉字，将字的 注音批注在课文中 斑ln（ ） xingyng丌息（ ） 杜zhun （ ） 惊诧（ ） 冥冥世界 （ ） 令人目xun（ ） 怪dn（ ） 撒手人寰 （ ） 刨根究底 （ ） 浩hn（ ） 湮没 （ ） 畏葸丌前 （ ） 解析斓斓 汹涌汹涌 撰撰 ch mng ch mng 眩眩 诞诞 hun po hun po 瀚瀚 yn xyn x 自主预学自主预学 2查词典，解释下列词诧的意思 （1）细枝末节
4、：比喻事情或问题的细小而无关紧要的部分比喻事情或问题的细小而无关紧要的部分 （2）自鸣得意：自以为了不起，表示很得意自以为了不起，表示很得意 （3）在所丌辞：决不推辞决不推辞 （4）遐想：悠远的思索或想象悠远的思索或想象 （5）杜撰：没有根据地编造，虚构没有根据地编造，虚构 （6）怪诞：荒诞离奇古怪荒诞离奇古怪 （7）畏葸：畏惧，害怕畏惧，害怕 自主预学自主预学 3你是否对自然界有过好奇之心？是否也因此产生了对科学的兴趣？ 阅读课文，看看对鲤鱼世界的遐想和对爱因斯坦未竟事业的向往，是 怎样启迪作者走上科学探索道路的？ 设题意图：让学生了解文章主要内容。让学生了解文章主要内容。 参考答案： 对鲤
5、鱼世界的避想，使作者感悟到人类观察角度的局限感悟到人类观察角度的局限，激发探究未激发探究未 知世界的热情知世界的热情；对爱因斯坦未竟事业的向往，使作者产生对统一场理 论的兴趣，好像“侦探”一样急于找到“故事”的线索和结局。 由此，作者开始阅读相关书籍，建立自己的实验室，走上了科学探索走上了科学探索 的道路的道路。 自主预学自主预学 4苏轼说过：“丌识庐山真面目，只缘身在此山中”。物理学 家的理论也许过于艰深，但是其中的道理，和日常生活的体验是 相通的。文章所讲述的鲤鱼的故事，给了你怎样的启发？你是否 也有过类似的奇思妙想呢？ 设题意图：引导学生把科学和生活联系起来，激发他们探究科学 的热情。
6、参考答案： 站在地球上观察，我们觉得地球是平面的，站在地球上观察，我们觉得地球是平面的，但是在高空，我们就但是在高空，我们就 可以看到地球的曲面可以看到地球的曲面。这与鲤鱼们观察它们的宇宙，看到的是幽。这与鲤鱼们观察它们的宇宙，看到的是幽 暗的水体是类似的。暗的水体是类似的。 合作共学合作共学 1文章特点 （1）结构 文章的题目是一名物理学家的教育历程，田此，叙述的顺序 主要是历时牲的。但是，作者开头就说“童年的两件趣事极大地丰富 了我对世界的理解力，并且引导我走上成为一个理论物理学家的历 程。”而“童年的两件趣事”作为文章的主要内容，又是共时性的叙 述。这样的结构安排，使文章既脉络清楚，又重
7、点突出。 结构如图： 童年青年童年青年( (成年成年) ) 鲤鱼世界的幻想鲤鱼世界的幻想( (想象想象) ) 实验实验( (理论物理学家理论物理学家) ) 爱因斯坦故事爱因斯坦故事( (理论理论) ) 合作共学合作共学 （2）内容 人人都对自然感到好奇，都以自己喜爱的形式寻求自然的“谜 底”，但是大多数人一般直接探寻自然本身，而作者却由人的观 察角度，反思人类对宇宙的认知。看似作者少年时的思维超出同 龄人，其实只是他充分发挥了自己的想象力，并且保持了这样奇 特的想象力，由此奠定了他对高维空间理论探究的基础。 作者少年时接触到爱因斯坦的“未竟事业”，激发了他的探究 兴趣。他之所以感到“激动人心”
8、，是因为他把爱因斯坦的理论 当成一个“侦探故事”来阅读、探究，这非常符合少年的心理。 另外，“我决定要对这一秘密刨根问底”，也表现了他有毅力有 恒心的性格，这是成为科学家的基本素质。 合作共学合作共学 （2）内容 高中时代，本应“在棒球场或篮球场玩耍”，享受青春年华， 但作者却“找遍周边地区大量的电子仓库，装配必需的硬件设 备”，在“学校的足球场中缠绕22英里长的铜线”，自己动手建 设实验室，验证爱因斯坦理论，探究反物质。 作者进行这样艰苦枯燥的工作，体现了他对科学的热爱，以及踏 实的性格，显露出一个科学工作者的潜能。 由到，我们可以清楚地看到作者的“教育历程”和“教育 内容”。 合作共学合作
9、共学 （3）详略 本文布局谋篇重点突出，详略得当。在整体上，作者并没有从童 年到小学到初中到高中，按时间顺序叙事，而是通过童年的两件 趣事和高中时建立实验室的事例，突出他成长为一名“物理学家” 的“教育历程”，并不旁及其他成长的经验；在局部上，如高中 阶段，作者看了许多统一场理论方面的书，并常常去斯坦福大学 的物理图书馆，相关的理论书籍是怎样启发、引导他研究的，这 里肯定有许多精彩的故事，但是作者只是一笔带过，重点放在制 造“自己的原子对撞机”上，其中具体的数据叙述得很详尽，让 人体会到作者严谨、踏实的性格，以及内在的成为物理学家所需 要的基本素质。 合作共学合作共学 本文三个主要部分，并丌是
10、简单地叙述成长的故事，而是具有深刻的 科学精神内涵，可以从中看到哪些方面的“教育”对成为优秀科学家 最为重要。 （1）想象力：科学是需要想象力的，想象力能带来创造力。作者正是 从对鲤鱼世界的想象中，认识到人类观察空间的局限性，间接感悟到 高维空间存在的可能。由感性的想象上升到理性的创造，体现了创新 意识和探索精神。 （2）乐趣：科学丌应该是枯燥的，而是应该充满乐趣的。探寻自然的 奥秘，对真正的科学工作者来说，是和自然做的近似于捉迷藏的“游 戏”，也是人生的“境界”。“游戏”使他们乐此丌疲，充满激情， 丌受外界的诱惑和干扰；而“境界”使他们丌顾功利，丌畏强权，只 求真理。 问题探究问题探究 1“
11、鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的？ 主要有以下几点： （1）“水池之外看不见的世界没有科学意义。” （2）“它们为睡莲自己能够运动而困惑不解” -它们以神秘的“力”来掩盖自己的无知。 （3）“鲤鱼科学家”的“消失”和“重现” -它们认为是“奇迹”，是“可怖的事情”，而不肯去探究原因。 （4）“鲤鱼科学”的“传奇故事”，真实地证明另一个世界的存在， 而它们却认为“胡说八道，荒谬绝伦，违背它们的”自然规律“。 问题探究问题探究 3课文中阅读多维空间历险故事和统一场理论书籍两小段内容， 对“教育历程”的叙述有什么作用？ 课文的重点是童年趣事和建立实验室，这三个事例已经把“教育 历程”完整地勾画出
12、来。而夹杂在其中的两个小事例，主要起补 充和衔接的作用。历险故事加深作者对高维空间的想象，激发兴 趣；而阅读统一场理论书籍，既表现高中阶段作者求知的热情， 也衔接起由理论到实验的探究过程。 问题探究问题探究 2作者想通过“鲤鱼科学家”对世界的认识说明什么？ 说明“自以为是”的人类和“鲤鱼科学家”有相似乊处。 （1 1）人类“一生就在我们自己的）人类“一生就在我们自己的 池子池子 里度过”，只要“超出里度过”，只要“超出 我们的理解力”的自然存在，他们就“拒绝承认”。我们的理解力”的自然存在，他们就“拒绝承认”。 （2 2）“科学家发明像力这样一些概念）“科学家发明像力这样一些概念”，是因为他们
13、只愿，是因为他们只愿 意承认“那些看得见摸得着的事物”，不肯改变思考问题的方式。意承认“那些看得见摸得着的事物”，不肯改变思考问题的方式。 （3 3）“不能在实验室里便利地验证”的理论，他们就加以“鄙）“不能在实验室里便利地验证”的理论，他们就加以“鄙 视”，表现出思想上的保守和固执。视”，表现出思想上的保守和固执。 问题探究问题探究 4作者说“我决定要对这一问题刨根问底，纵然为此而必须成 为一名理论物理学家也在所丌辞。”在作者心中“理论物理学家” 应该是怎样的人？ 理论物理学家的工作是抽象，枯燥的，受实验条件的限制，自己 的学说很难得到实验的证明，甚至可能到死也得不到成就。这样 的人必须耐得住寂寞，必须有奉献精神。“在所不辞”意味着 “理论物理学家”道路的艰辛。 问题探究问题探究 5作者建立实验室的事例，对我们现实生活有怎样的意义？ 科学是建立在基础实验之上的，科学理论要经过实验的检验才能 得到论证。 实验不是简单的操作，要有理论指导，要有实验的设计，要有策 划组织能力，要有耐力和恒心等等，实验考验的是实验者的综合 能力。 而我们当前存在的问题是，重视理论，轻视基础实验，表现为动 手能力和实践能力差，思想上浮躁，急功近利。 对教育而言，重知识，轻能力的现象很普遍。这些都是一名理论 物理学家重视实验给我们现实生活的启迪。
