372《一名物理学家的教育历程》

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1、3.7.2一名物理学家的教育历程教学案教学目标】教学思路目标梳理教学思路、核心素养、文本解读情景导入知人加来道雄 论世一一写作背景研习准备知人论世预习把控讨论交流 i探究鉴赏核心素养语言建构与运用：阅读文本，了解科学家们是如何深入浅出地介绍科学研究的原理和探索过程的。思维发展与提升：学习知识性读物的阅读方法，发展科学思维，培养科学精神。审美鉴赏与创造：赏析文章语言的严谨、准确的特征，学习作者深入浅出介绍科学原理的写作方法。 文化传承与理解：学习不同领域学者们的创新意识、探索精神和科学态度，感受科学家在探求真理中所表 现的人格魅力，探索科学发现的乐趣。文本解读文本写的是加来道雄童年时的奇思妙想和

2、青少年时期的积极探索，这些活动并非“正式”的研究工作，却 能让我们领会想象和兴趣对于科学探索与发现的重要意义。阅读时要关注科学家是如何深入浅出地介绍科 学研究的原理与探索过程的。【重点难点】教学重点：阅读文章内容，梳理文章层次；以教育历程为重点，探讨其中表现的思想内涵。教学难点：赏析文章语言的严谨、准确的特征，学习作者深入浅出介绍科学原理的写作方法。【教学过程】一、情景导入同学们，小时候，谈理想，我们会异口同声地说：“长大后，我要成为一个科学家。”可长大后呢？问到同样的问题，我们却很少会再说“科学家”这个宏伟的志向。为什么呢？因为后来我们逐渐明白成为一 名科学家是极其艰难的。那么怎样才能成为一

3、名科学家呢？今天我们就一起走进着名的理论物理学教授加来道雄的一名物理 学家的教育历程，看看能不能找到坚持下去的理由！二、知人论世知人加来道雄加来道雄，日裔美国理论物理学家。世界着名物理学家、着名科学畅销书作者、超弦理论的奠基人。 毕业于美国哈佛大学，获加州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。他秉持着爱因斯坦的精神：探寻“所有事物的原理”。加来道雄在不可思议的物理书中的前言自曝如何成为一名理论物理学家: 上高中的时候，我在妈妈的车库里装配了一台核粒子加速器，作为科学展览的参展作业。我去西屋公 司收集了 400 磅废变压器钢。在圣诞节期间，我在高中的足球场上绕了22

4、 英里长的铜丝。最终，我制造 出了一台功率230 万电子伏的电子感应加速器，它需要消耗6 千瓦电力（相当于我家房子输出的总功率）， 能产生相当于地球磁场2万倍的磁场，目标是能制造出威力足以产生反物质的丫射线。我的科学展览项目使我进入了全国科学展，最后还使我梦想成真，获得了哈佛大学的奖学金。在那里， 我最终得以追求成为一名理论物理学家的目标，并且追随我的偶像爱因斯坦的脚步。 知识卡片-了解科普文科普文是解说、介绍科学技术的说明性文章。科普文一般用轻松、活泼的笔调，解说某一方面的科学技术知识。既有科技的技术性，又有内容的生 动性，还有题材的广泛性，以及篇幅的简短性。科普文题材十分广泛，从肉眼看不见

5、的粒子、原子，到巨大的地球、宇宙，无论是工业、农业、交通 运输方面，还是物理、化学、天文、地质、生物等方面，都可找到科普文章的题材。论世写作背景1957 年，物理学家埃佛里特提出多重空间理论：有多重的、平行存在的空间，事物同时以不同的方式 生存、行动在其中。后来另有理论物理学家提出我们这个宇宙可能只是多维空间的一个层面（膜）。多膜理 论以及超弦理论都认为宇宙在长、宽、高、时间四个维度之外存在着不可视的空间。知名的多维度物理学 家丽莎蓝道尔在实验时发现相撞的粒子有一些就这样消失了，因而怀疑这些粒子进入了另外的空间，并 提出了宇宙可能存在无限维度。欧洲原子核研究中心当时正在瑞、法边境地下兴建迄今规

6、模最大的粒子对 撞机，以证实隐秘的空间确实存在。本文有关“鲤鱼科学家”和建造“原子对撞机”的故事，就形象 地解说了“多维宇宙”。日裔美国理论物理学家加来道雄的超越时空一书记述了超空间的早期历史，从理论上探讨通过超 空间穿越时空的可能性，以及何时方能实际利用超空间理论所具有的潜在威力。本文一名物理学家的教 育历程就选自这部书，通过介绍对自己成长起了重大作用的两件童年趣事，回顾了自己成为“一名物理 学家的教育历程”。 知识卡片-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（物理学家杨振宁和他的学生米尔斯提出

7、杨-米尔斯 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无比繁复而让人头疼），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。知识卡片-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，从太空这样的三维角度观察地球，在地面上看来神秘莫测的风暴被看 得一清二楚，

8、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（三维空间加上时间）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1043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1035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”。三、预习把控 正音撒手人寰（hudn）贪婪

9、（ldn）遐想(xid)惊诧（chd）不已杜撰（zhuan）浩瀚（hdn）令人目眩（xudn）畏 M(xi)可怖（bU） 成语积累1截然不同：形容两件事物区别明显，一点相同的地方也没有，完全不一样2自以为是：总以为自己是对的。形容主观，不虚心。3五彩斑斓：形容颜色非常好看，色彩相当丰富，多种颜色错杂而繁多耀眼4在所不辞：绝不推辞（多用在冒险犯罪）。5自鸣得意：自以为了不起，表示很得意。6刨根究底：比喻追究底细。四、讨论交流1. 审读本文标题“一名物理学家的教育历程”，你能否推断一下文章会写什么内容，会怎么写？你的推断 和作者的构思是否有出入？出入在哪儿？（提示：这里的教育不是受教育或者教育别人

10、，而是自主教育、自主发展。）2. 默读全文，理清文章的层次脉络，并概括各部分大意。全文可分为三个部分： 第一部分（1）：交代童年的两件趣事，极大地丰富了作者对世界的理解力，并且引导作者走上成为名 理论物理学家的历程。第二部分（2-11）：主要叙述作者对鲤鱼世界的遐想。 第三部分（12-18）：主要介绍了作者对爱因斯坦未竟事业的向往。五、文本研读1. 仔细阅读第1段，试分析其作用。点拨： 文章的第一段以极简的语言点明了童年的两件趣事对自己成为一名理论物理学家的重要意义，总领全文； 同时，与文章题目“一名物理学家的教育历程”相照应，点出两件事情所具有的深刻的教育意义和 对自己成为物理学家产生了举足

11、轻重的重大影响。2. 仔细阅读文章第五段，思考“鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的 ？点拨： 水池之外看不见的世界没有科学意义。 “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。 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。 鲤鱼“科学家”的“传奇故事”，真实地证明了另一个世界的存在，而大多数鲤鱼却认为是“胡说八道”，荒谬绝伦，违背了它们的“自然规律”。3. 作者想通过鲤鱼“科学家”对世界的认识说明什么？点拨：说明“自以为是”的人类和鲤鱼“科学家”有相似之处。 人类“一生就在我们自己的池子里度过”对只要“超出了我们的理解力”

12、的自然存在，就“拒 绝承认”。 “科学家发明像力这样一些概念”，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。 对“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。4. 试分析鲤鱼“科学家”这一形象的作用。点拨： 鲤鱼“科学家”会对那些提出在睡莲之外还存在有另外一个平行世界的鱼冷嘲热讽，也会杜撰某些 虚构的东西来掩盖自己的无知，可见其目光狭隘、思想迂腐保守，同时又自作聪明，自以为是。他们无法 想象其他空间的存在，面对客观发生的“奇异事件”也只会惊诧不已，顾自彷徨。 作者用鲤鱼“科学家”的形象来喻指那些鄙视更高维数世界的说法只因不能在实验

13、室里便利地验证 它的科学家们，也以此表达对当下一些“画地为牢”、“固步自封”的科学观的批判。5. 第 9段中的“冥冥世界”和“熟悉的自然规律”各指代什么？本段采用了怎样的修辞手法？有什么作用？ 点拨：“冥冥世界”指鲤鱼所生活的池水以外的世界；“熟悉的自然规律”指生活在水中，靠鳍运动。 本段采用拟人手法。这样写生动形象，使深奥的科学道理变得浅显易懂。6. 阅读1218段，分析作者对爱因斯坦未竟事业是怎样看待和怎样做的？这一过程的意义在哪里？ 点拨：首先，作者接触到爱因斯坦的“未竟事业”，激发了他的探究兴趣；其次，他把爱因斯坦的理论当成 一个“侦探故事”来阅读、探究，并且“我决定要对这一秘密刨根究

14、底”；再次，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。 意义：作者的基本科学素质得到了培养和锻炼。例如探究能力、推断能力、动手实验能力以及蕴藏在 其中不可缺少的不怕挫折、质疑求真的科学精神，尊重事实和实事求是的科学态度等都得到了培养和锻炼。六、探究鉴赏1. 本文的节选部分以“一名物理学家的教育历程”为题目，有什么作用。点拨： “一名物理学家的教育历程”为题，点出作者的核心身份，一名物理学家； 教育历程，则点明文章中所记叙的事情，对于

15、作者成为物理学家具有重大的意义； 由此，也增强了题目的趣味性，吸引读者，去一探究竟，看看文中究竟记载了什么样的故事； 以此为题，统摄全文。2. 一名物理学家是如何谈论他的教育历程的？和一般的介绍科学研究的原理和探索过程的文章有什 么不同？点拨： 在整体上，作者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”。 在局部上，作者略写他高中阶段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 学图书馆的经历，详写他制造“自己的原子对撞机”的过程，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，以及成为一名物理学家所需要的基本素质。3. 试分析本文的写作特点点拨： 详略得当，重点突出。作者选取典型事例突出展示他成长为一名“物理学家”的“教育历程”并 没有谈及其他成长的经历。 想象力丰富，语言生动活泼，富有趣味。这篇文章充满了丰富而大胆的想象。 充满了科学精神，富有启发性。本文具有深刻的科学精神内涵，从中可以看到想象力、乐趣、实验 精神等方面的“教育”对成为优秀科学家极为重要。4. 本文三个主要部分，并不是简单地叙述成