1、一个物理学家的教育历程教案 【教学目标】 一、知识教育目标 引导学生从生活出发，了解科学、认识科学。 二、能力培养目标 引导学生以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵。 三、德育渗透目标 引导学生体会科学精神。 【重点、难点及解决办法】 高维空间对普通人来说，是很难想像的。所以，教学重点是文章内容，而不是相关 科学知识。相关知识教师有所了解，能帮助教学课文即可，不必教给学生。 【课时安排】 1 课时 【教学内容与步骤】 一、导入新课 成为一位科学家是无数有志青年的梦想，对物理的探究更是许多年轻的学子孜孜以 求的，我们来看一下加来道雄的成长道路，或许能得到一些启发。 二、作者简介 加来道雄
2、，美籍日裔物理学家，毕业于美国哈佛大学，获加利福尼亚大学伯克利分 校哲学博士学位，后任纽约市立大学城市学院理论物理学教授。主要著作有超越爱因 斯坦 （与特雷纳合著） 量子场论 超弦导论 。 三、整体感知 1.字词积累 刨根究底（ po ） 撒手人寰（ hun） 湮 没（ yn ） 惊 诧（ ch） 栅 栏 （ zh ） 畏葸不前（ x ） 五彩斑斓（ ln ） 目 眩 （xun） 鄙 视（ b ） 冷嘲热讽（ fng） 杜 撰（zhun） 怪 诞 （ dn） 2.了解说明文的说明顺序： 明确：说明文的写作顺序有时间顺序、空间顺序、逻辑顺序 3.题记的种类及本文题记的作用： 明确：题记的种类包括
3、：阐发式、诠释题目式、点明题旨式、总领全文式、设喻寓理式 本文题记的作用：提示下文是在介绍有关科学的观点 4.本文的基本结构 文章的题目是“一名物理学家的教育历程” ，因此，叙述的顺序主要是历时性的。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，又重点突出。 结构如图： 童年2-14 节 青年15-18 节 （成年）1 节，总纲 鲤鱼世界的幻想（想像）2-11 实验15-18 （理论物理学家） 爱因斯坦故事（理论）12-14 5.本文
4、的基本内容 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像力， 并且保持了这样奇特 的想像力，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” ，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。 高中时代，本应“在
5、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” 。 四、重点、难点的学习与目标完成过程 1 【提问】本文在材料处理上有什么特点？ 【明确】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
6、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。 2 【提问】本文体现了怎样的科学精神？ 【明确】 本文三个主要部分， 并不是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）
7、想像力：科学是需要想像力的，想像力能带来创造力。作者正是从对鲤鱼世界的想像 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。由感性的想像上升到 理性的创造，体现了创新意识和探索精神。 (2)乐趣：科学不应该是枯燥的，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 此不疲，充满激情，不受外界的诱惑和干扰；而“境界”使他们不顾功利，不畏强权，只求 真理。 （3）实验精神：丁肇中说过： “现代学术的基础就是实地的探察，就是我们现在所谓的实 验。 ” “科学发展的历史告诉我们，新的知识只能通过实
8、地实验而得到，不是由自我检讨或哲 理的清谈就可求到的。 ” （ 应有格物致知精神 ）有了想像力，有了乐趣，那只是成为科学家 的最基础的因素，不去踏踏实实地做实验，就不能得到基本数据，假说就不能确立。一味地 空想，不去做基础工作，不可能达到真理的彼岸。作者从事的高维空间理论，虽然还停留在 纸面上，但是科学家们已经在做许多基础的实验工作，努力使理论得到证明。即使如科学家 霍金靠睿智的头脑创建黑洞理论， 也要有数学和天体物理学的实验基础， 也不是空想出来的。 3 【提问】 “鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的？ 【明确】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） “
9、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” 。 4 【提问】作者想通过“鲤鱼科学家”对世界的认识说明什么？ 【明确】说明“自以为是”的人类和“鲤鱼科学家”有相似之处。 （1）人类“一生就在我 们自己的池子里度过” ，只要“超出我们的理解力”的自然存在，他们就“拒绝承认” 。 （2） “科学家发明像力这样一些概念” ，是因为他们只愿
10、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） “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。 5 【提问】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？ 【明确】课文的重点是童年时对鲤鱼世界的遐想、对爱因斯坦未竟的向往和高中时建立实 验室，这三个事例已经把“教育历程”完整地勾画出来。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像，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。 6 【提问】作者说“我决
11、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 家也在所不辞。 ”在作者心中“理论物理学家”应该是怎样的人？ 【明确】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。 7 【提问】作者建立实验室的事例，对我们现实生活有怎样的意义？ 【明确】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
12、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。 【布置作业】 完成“研讨与练习一、二” 。 【相关知识】 为了更好地理解课文，我们需要了解一些相关的理论物理学知识： （1） 统一场论 根据现代物理学知识，将我们的宇宙结合起来的力有四种：引力、电磁力、强核力和弱 核力。物理学家运用量子力学，已经把后三种力统一起来（美籍华裔物理学家杨振宁和他 的学生米尔斯提出杨一米尔斯场理论，解决了这一问题，被称为“标准模型” 。但是这一 理论因为计算繁复无比而让人头疼
13、） ，但是引力仍然游离在外。爱因斯坦毕终生之力想寻 求四种力的统一，建立一个大一统的理论，最终也没有实现。 （2） 高维空间 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、合谐的） 。 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” 。
