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1、一名物理学家的教育一名物理学家的教育历程历程 教学目标教学目标一、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。作者简介作者简介n n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。导入新课导入新课n n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。相关知识相关知识
2、n n统一场论统一场论 根据现代物理学知识，将我们的宇宙结合起来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。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，被称提出杨一米尔斯场理论，解决了这一问题，被称为为“ “标准模型标准模型” ”。但是这一理论因为计算繁复无。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。爱因比而让人头疼），但是引力仍然游
3、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。大一统的理论，最终也没有实现。 相关知识相关知识n n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，是一无所知的，因为他们生活在
4、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，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，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。可以精准地预报风暴的动向。 相关知识相关知识n n同样，理论物理学家认为，传统的四维（空间三维加上时同样，理论物理学家认为，传统的四维（空间三维加上时间）理论太间）理论太“ “小小” ”，不能解释宇宙中的四种力。当他们超，不
5、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）。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。大爆炸后五十亿年，演变成今天我们生活的宇宙。大爆炸后10-3510-35秒，大统
6、一力分开。但是高维空间理论很难在实验室中得秒，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无法做到，所以现在高维空间理论只能是“ “理论理论” ”。 本文的基本结构分析本文的基本结构分析n n1.文章的题目是“一名物理学家的教育历程”，本文的叙述的顺序是怎样的？n n2.作者开头说“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”有何作用？本文的基本结构分析本文的基本结构分析1.文章的题目是“一名物理学家的教育历程”，因
7、此，叙述的顺序主要是历时性的。n n2.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。结构图：结构图：教育历程：童年鲤鱼世界的幻想(想像)青年实验(成年)(理论物理学家)教育内容：爱因斯坦故事(理论)本文的基本内容本文的基本内容n n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然的“ “谜底谜底” ”，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，但是大多数人一般直接探寻自
8、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。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作者少年时接触到爱因斯坦的的“ “未竟事业未竟事业” ”，激发了他的探究兴趣。他之所以感到，激发了他的探究兴趣。他之所以感到“ “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
9、探故事” ”来阅读、探究，来阅读、探究，这非常符合少年的心理。另外，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。高高中时代，本应中时代，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“ “找遍周边地区大量的电子仓库，装配必需的硬件设备找遍周边地区大量的电子仓库，装配必需的硬件设备” ”，在，在“ “学校学校的足球场中缠绕的足球场中缠绕2222英里长的铜线英里长的铜线” ”，自己
10、动手建设实验室，验证爱因，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” ”。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
11、间顺序叙事，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，这里肯定有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
12、只是一笔带过，重点放在制造许多精彩的故事，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，以及内在的成为物理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。学家所需要的基本素质。本文体现了怎样的科学精神？本文体现了怎样的科学精神？n n【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，而是具有深本文三个主要部分，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刻的科学精神内涵，可以从中看到哪些方面的“ “教育
13、教育” ”对成为优秀科学家最对成为优秀科学家最为重要。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。作者正是从对）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。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 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，）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
14、的科学工作者来说，是和自然做的近似于捉迷藏的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，也是人生的生的“ “境界境界” ”。“ “游戏游戏” ”使他们乐此不疲，充满激情，不受外界的诱惑和干使他们乐此不疲，充满激情，不受外界的诱惑和干扰；而扰；而“ “境界境界” ”使他们不顾功利，不畏强权，只求真理。使他们不顾功利，不畏强权，只求真理。（3 3）实验精神：丁肇中说过：）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。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科学发
15、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。实验而得到，不是由自我检讨或哲理的清谈就可求到的。” ”（应有格物致应有格物致知精神知精神）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）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，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
16、多基础的实验工作，努力使理论还停留在纸面上，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。体物理学的实验基础，也不是空想出来的。“鲤鱼科学家鲤鱼科学家”对对“世界世界”的认识是怎样的的认识是怎样的？【明确明确】主要有以下几点：（主要有以下几点：（1 1）“ “水池之外看不水池之外看不见的世界没有科学意义。见的世界没有科学意义。” ”（2 2）“ “它们为睡莲自它们为睡莲自己能够运动而困惑不解己能够运动而困惑不解” ”它们以
17、神秘的它们以神秘的“ “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” ”它们认为是它们认为是“ “奇迹奇迹” ”，是，是“ “可怖的事情可怖的事情” ”，而不肯去探究原因。（，而不肯去探究原因。（4 4）“ “鲤鲤鱼科学鱼科学” ”的的“ “传奇故事传奇故事” ”，真实地证明另一个世，真实地证明另一个世界的存在，而它们却认为界的存在，而它们却认为“ “胡说八道胡说八道” ”，荒谬绝，荒谬绝伦，违背它们的伦，违背它们的“ “自然规律自然规律” ”。作者想通过作者想通过作者想通过作者想通过“ “鲤鱼科学家鲤鱼
18、科学家鲤鱼科学家鲤鱼科学家” ”对世界的认识说明什么对世界的认识说明什么对世界的认识说明什么对世界的认识说明什么？n n【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 1）人类）人类“ “一生就在我们自一生就在我们自己的己的 池子池子 里度过里度过” ”，只要，只要“ “超出我们的理解超出我们的理解力力” ”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，是因为他们只愿意承认们只愿意承认“ “那些看得见摸得着的事
19、物那些看得见摸得着的事物” ”，不，不肯改变思考问题的方式。（肯改变思考问题的方式。（3 3）“ “不能在实验室里不能在实验室里便利地验证便利地验证” ”的理论，他们就加以的理论，他们就加以“ “鄙视鄙视” ”，表，表现出思想上的保守和固执。现出思想上的保守和固执。课文中阅读多维空间历险故事和统一场理论书籍两课文中阅读多维空间历险故事和统一场理论书籍两课文中阅读多维空间历险故事和统一场理论书籍两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，对小段内容，对小段内容，对小段内容，对“ “教育历程教育历程教育历程教育历程” ”的叙述有什么作用？的叙述有什么作用？的叙述有什么作用？的叙述有什么
20、作用？【明确】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。作者说作者说作者说作者说“ “我决定要对这一问题刨根问底，纵然为此我决定要对这一问题刨根问底，纵然为此我决定要对这一问题刨根问底，纵然为此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不辞。而必须成为一名理论物理学家也在所不辞。而必须成为一名理论物理学家也在所不辞。而必须成为一名理论物理学家也在所不辞。”
21、”在作在作在作在作者心中者心中者心中者心中“ “理论物理学家理论物理学家理论物理学家理论物理学家” ”应该是怎样的人？应该是怎样的人？应该是怎样的人？应该是怎样的人？n n【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。作者建立实验室的事例，对我们现作者建立实验室的事例，对我们现实生活有怎样的意义？实生活有怎样的意义？n n【明确明确】科学是建立在基础实验之上的，科学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。实验不是理
22、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，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都是一名理论物理学家重视实验给我们现实生活的启迪。的启迪。
