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1、一名物理学家的教育历程一名物理学家的教育历程【背景资料】 一、作者介绍 加来道雄，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。 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
2、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。 （2 2）高维空间）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
3、，即使有活在平坦的大地上，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）理论太加上时间）理论太“ “小小” ”，不能解释宇宙中的四种力。当他们超越四维而在，不能解释宇宙中的四种力。当他们超越四维而在
4、 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）。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，宇宙大爆炸后高维空间理论认为，宇宙大爆炸后10-4310-43秒，十维宇宙分解成四维宇宙秒，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。大爆炸后的宇宙。大爆炸后10-3510-35秒，大统一力分开。但是高维空间理论很难在实秒，大统
5、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到，所以现在高维空间理论只能是“ “理论理论” ”。 一名物理学家的教育历程一名物理学家的教育历程 教学目标教学目标 一、知识教育目标一、知识教育目标 引导学生从生活出发，了解科学、认识科学。引导学生从生活出发，了解科学、认识科学。 二、能力培养目标二、能力培养目标 引导学生以引导学生以“ “教育历程教育历程” ”为重点，探讨其中表现的思想内涵。为重点，探讨其中表现的思想内涵。 三、德育渗透目标三、德
6、育渗透目标 引导学生体会科学精神。引导学生体会科学精神。 重点、难点及解决办法重点、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 ，而不是相关的科学知识。相关知识教师有所了解，能帮助教学课文，而不是相关的科学知识。相关知识教师有所了解，能帮助教学课文 即可，不必教授给学生。即可，不必教授给学生。 课时安排课时安排 1 1课时课时 教学步骤教学步骤 一、导入新课一、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
7、来看一下加来道雄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。的成长道路，或许能得到一些启发。 （板书）一名物理学家的教育历程（板书）一名物理学家的教育历程 二、明确目标二、明确目标 1 1引导学生从生活出发，了解科学、认识科学引导学生从生活出发，了解科学、认识科学 2 2引导学生以引导学生以“ “教育历程教育历程” ”为重点，探讨其中表现的思为重点，探讨其中表现的思 想内涵。想内涵。 三、整体感知三、整体感知 1 1作者简介作者简介 加来道雄，美籍日裔物理学家，毕业于美国哈佛大学，获加利福尼加来道雄，美籍日裔物理学家，毕业于美国哈佛大学，获加利福尼 亚大
8、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。主要著作有理学教授。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。 2 2本文的基本结构本文的基本结构 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，叙述的顺序主要是，因此，叙述的顺序主要是 历时性的。但是，作者开头就说历时性的。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。
9、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。” ”而而“ “童年童年 的两件趣事的两件趣事” ”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：排，使文章既脉络清楚，又重点突出。结构如图： 童年童年 青年青年 （成年）（成年） 鲤鱼世界的幻想（想像）鲤鱼世界的幻想（想像） 实验实验 （理论物理学家）（理论物理学家） 爱因斯坦故事（理论）爱因斯坦故事（理论） 3 3本文的基本内容本文的基本内容 人人都对自然感到好奇，都以自己喜爱的形式寻求自然的人人都对自然感到好奇，都以自己喜爱的形式寻求自
10、然的“ “谜底谜底” ”，但是大多，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。基础。作者少年时接触到爱因斯坦的作者少年时接触到爱因斯坦的“ “未竟事业未竟事业” ”，激发了他的探究兴趣。他，激发了他的探究兴趣。他 之所以感到
11、之所以感到“ “激动人心激动人心” ”，是因为他把爱因斯坦的理论当成一个，是因为他把爱因斯坦的理论当成一个“ “侦探故事侦探故事” ”来阅来阅 读、探究，这非常符合少年的心理。另外，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。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。高中时代高中时代 ，本应，本应“ “在棒球场或篮球场玩耍在棒球场或篮球场玩耍” ”，享受青春年华，但作者却，享受青春年华，但作者却“ “找遍周边地区大找遍周边地区大 量的电子仓库，装配必需的硬件设备量
12、的电子仓库，装配必需的硬件设备” ”，在，在“ “学校的足球场中缠绕学校的足球场中缠绕2222英里长的英里长的 铜线铜线” ”，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，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。由科学工作者的潜能。由到到，我们可以清楚地看到作者的，我们可以清楚地看到作者的“ “教育历程教育历程” ”和和“ “ 教育内容教育内容” ”。 四、重点、难点的学习与目标完成过程四、重点、难点的学
13、习与目标完成过程 1 1【提问提问】本文在材料处理上有什么特点？本文在材料处理上有什么特点？ 【明确明确】本文布局谋篇重点突出，详略得当。在整体上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，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，突出他成长为一名“ “物理学家物理学家” ”的的“ “教育历程教育历程” ”，并不旁及，并不旁及 其他成长的经验；在局部上，如高中阶段，作者看了许多其他成长的经验；在局部上，如高中阶段，作
14、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，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，重点放在制有许多精彩的故事，但是作者只是一笔带过，重点放在制 造造“ “自己的原子对撞机自己的原子对撞机” ”上，其中具体的数据叙述得很详尽上，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，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。理学家所需要的基本素质。 2 2【提问提问】本
15、文体现了怎样的科学精神？本文体现了怎样的科学精神？ 【明确明确】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具有深刻的科学精神内涵，可以从中看到哪些方面的“ “教育教育” ”对成为优对成为优 秀科学家最为重要。秀科学家最为重要。 （1 1）想像力：科学是需要想像力的，想像力能带来创造力。作者）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。创新意识和探索精神。 （2 2）乐趣：科学不应该是枯燥的，而是应该充满乐趣的。探寻自）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 “ “游戏游戏” ”，也是人生的，也是人生的“ “境界境界” ”。“ “游戏游戏” ”使他们乐此不疲，充满激情，不受使他
