语文 人教新课标版必修3 4-14《一名物理学家的教育历程》 精品课件

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1、一名物理学家的 教育历程 作者：加来道雄 【背景资料背景资料】 一、作者介绍一、作者介绍 加来道雄，美籍日裔物理加来道雄，美籍日裔物理 学家，毕业于美国哈佛大学，学家，毕业于美国哈佛大学， 获加利福尼亚大学伯克利分校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大学城市学院理论物理学教授 。主要著作有。主要著作有超越爱因斯坦超越爱因斯坦 （与特雷纳合著）（与特雷纳合著）量子场量子场 论论超弦导论超弦导论。 l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

2、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），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 。 统一场论 （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

3、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）。 l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 。

4、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”。 注意下列字词注意下列字词 l l 后裔后裔yy ：已经死去的人的子孙。：已经死去的人的子孙。 l l 湮湮y y n n没：没：埋没。埋没。一种粒子与其反粒子相遇一种粒子与其反粒子相遇 时，会同时消失而转化为另一种粒子的现象。如时，会同时消失而转化为另一种粒子的现象。如 电子和正电子相遇会转化为一对方向相反、能量电子和正电子相遇会转化为一对方向相反、能量 相等的光子。相等的光子。 l l 畏葸畏葸x x ：畏惧；害怕

5、。：畏惧；害怕。 l l 自鸣得意自鸣得意: :鸣：表示，以为。自以为了不起，表示鸣：表示，以为。自以为了不起，表示 很得意。很得意。 l l 人寰人寰huhu n n：人间；世间。：人间；世间。 l l 浩瀚：浩瀚：形容水势盛大。形容水势盛大。形容广大；繁多。形容广大；繁多。 l l 在所不辞：决不推辞（多用在冒险犯难）。在所不辞：决不推辞（多用在冒险犯难）。 l l 刨根究底：比喻追究底细。同刨根究底：比喻追究底细。同“ “刨根问底刨根问底” ”。 l l 三本文的基本结构三本文的基本结构 文章的题目是文章的题目是“ “一名物理学家的教育历程一名物理学家的教育历程” ” ，因此，叙述的顺序

6、主要是历时性的。但是，因此，叙述的顺序主要是历时性的。但是 ，作者开头就说，作者开头就说“ “童年的两件趣事极大地丰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。为一个理论物理学家的历程。” ”而而“ “童年的两童年的两 件趣事件趣事” ”作为文章的主要内容，又是共时性作为文章的主要内容，又是共时性 的叙述。这样的结构安排，使文章既脉络清的叙述。这样的结构安排，使文章既脉络清 楚，又重点突出。楚，又重点突出。 l l 结构如图：结构如图： 童年童年 青年青年 （成年）（成年） 鲤鱼世界的幻想鲤鱼世界的幻想 （想像

7、）（想像） 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） l四本文的基本内容 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。 l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

8、 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。 l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”。 CERN的大型强子对撞机 大型强子对撞机隧道内的冷磁体 五、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？

9、 l【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。 l2【提问】本文体现了怎样的科学精神？ l

10、【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）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

11、权，只求真理。 l（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

12、来的。 “虫洞”模型 l l 3 3【提问提问】“ “鲤鱼科学家鲤鱼科学家” ”对对“ “世界世界” ”的认识的认识 是怎样的？是怎样的？ l l 【明确明确】主要有以下几点：（主要有以下几点：（1 1）“ “水池之水池之 外看不见的世界没有科学意义。外看不见的世界没有科学意义。” ”（2 2）“ “它它 们为睡莲自己能够运动而困惑不解们为睡莲自己能够运动而困惑不解” ”它它 们以神秘的们以神秘的“ “力力” ”来掩盖自己的无知。（来掩盖自己的无知。（3 3） “ “鲤鱼科学家鲤鱼科学家” ”的的“ “消失消失” ”和和“ “重现重现” ”它们它们 认为是认为是“ “奇迹奇迹” ”，是，是“

13、“可怖的事情可怖的事情” ”，而不肯，而不肯 去探究原因。（去探究原因。（4 4）“ “鲤鱼科学鲤鱼科学” ”的的“ “传奇故传奇故 事事” ”，真实地证明另一个世界的存在，而它，真实地证明另一个世界的存在，而它 们却认为们却认为“ “胡说八道胡说八道” ”，荒谬绝伦，违背它，荒谬绝伦，违背它 们的们的“ “自然规律自然规律” ”。 l l 4 4【提问提问】作者想通过作者想通过“ “鲤鱼科学家鲤鱼科学家” ”对世对世 界的认识说明什么？界的认识说明什么？ l l 【明确明确】说明说明“ “自以为是自以为是” ”的人类和的人类和“ “鲤鱼科鲤鱼科 学家学家” ”有相似之处。（有相似之处。（1

14、1）人类）人类“ “一生就在我一生就在我 们自己的们自己的 池子池子 里度过里度过” ”，只要，只要“ “超出我们的超出我们的 理解力理解力” ”的自然存在，他们就的自然存在，他们就“ “拒绝承认拒绝承认” ”。 （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” ，是因为他们只愿意承认，是因为他们只愿意承认“ “那些看得见摸得那些看得见摸得 着的事物着的事物” ”，不肯改变思考问题的方式。（，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不能在实验室里便利地验证” ”的理论，的理论， 他们就加以他们就加以“ “鄙视鄙视” ”，表现出思想上的保守，表现出

15、思想上的保守 和固执。和固执。 l5【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？ l【明确】课文的重点是童年趣事和建立实 验室，这些事例已经把“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。 l l 6 6【提问提问】作者说作者说“ “我决定要对这一问题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。物理学家也在所不辞。” ”在作者心中在作者心中“ “理论理论 物理学家物理学家” ”应该是怎样的人？应该是怎样的人？ l l 【明确明