《宇宙的未來》教案

【教學目標】

一、知識教育目標

1．了解有關(guān)宇宙學的一些知識；

2．了解演講稿的一些特點。

二、能力培養(yǎng)目標

1．學習舉辦科普講座，以提高講座的科學性、規(guī)范性；

2．通過和本單元前面的課文進行比較，提高比較閱讀的能力。

三、德育滲透目標

通過本文的學習，激發(fā)學生對宇宙奧秘的探索熱情。

四、美育滲透目標

引導學生體會這篇講演幽默的語言風格，提高自己的思維和語言表達能力。

【重點、難點、疑點及解決辦法】

重點：

1．了解有關(guān)宇宙學的一些知識；

2．了解演講稿的一些特點。

難點：

1．學習舉辦科普講座，以提高講座的科學性、規(guī)范性；

2．通過和本單元前面的課文進行比較，提高比較閱讀的能力。

【課時安排】1課時

【教學步驟】

一、明確目標

1．了解有關(guān)宇宙學的一些知識；

2．了解演講稿的一些特點。

3．通過和本單元前面的課文進行比較，提高比較閱讀的能力。

二、整體感知

1．導入新課

在當今世界的自然科學領(lǐng)域，能夠和愛因斯坦比肩的人物恐怕應(yīng)當首推史蒂芬霍金了，他不但做出了輝煌的科學成就，其堅強的意志品質(zhì)也深深地感染著我們，我們今天就來學習他的一篇演說辭《宇宙的未來》（板書課題）。

仰望燦爛的星空，我們會肅然起敬，產(chǎn)生無窮無盡的聯(lián)想和想像。從古到今，人們對于宇宙的猜測和探索從來也沒有停止過。如屈原在《天問》里就發(fā)出了一系列的探問："遂古之初，誰傳道之？上下未形，何由考之？……九天之際，安放安屬？隅隈多有，誰知其數(shù)？天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？出自湯谷，次于蒙汜，自明及晦，所行幾里？"中國古代的宇宙學有渾天說、蓋天說、宣夜說等，西方有日心說、地心說等。然而直到20世紀誕生現(xiàn)代宇宙學，人們對宇宙的認識才有了根本性的突破。本文作者是當代著名的理論物理學家，他以"宇宙的未來"這樣玄而又玄的話題在劍橋大學作講演，對我們認識宇宙有哪些啟示呢？

2．作者簡介

史蒂芬霍金是繼阿爾伯特愛因斯坦之后最杰出的物理學家?；艚?942年出生于英國牛津，先后就讀于牛津大學和劍橋大學，學習數(shù)學、物理學和宇宙學。1963年，霍金經(jīng)診斷得了肌萎縮性側(cè)索硬化癥。這種病會引起肌肉萎縮，導致癱瘓；說話會越來越困難，直至完全喪失語言能力；患者通常因并發(fā)肺炎或窒息而死亡。不過，患者的思維能力包括記憶能力不受影響。醫(yī)生告訴霍金他最多只能活兩年。在經(jīng)歷了一段短暫的失望和沮喪后，霍金又開始了他的宇宙學研究。霍金后來在相對論、"大爆炸"和黑洞等領(lǐng)域取得了突出的研究成果?；艚?988年出版的宇宙學著作《時間簡史：從大爆炸到黑洞》，是一部里程碑式的暢銷書?；艚鸨淮_診患病已三十多年，但他仍孜孜于宇宙起源的理論研究，仍在為大統(tǒng)一理論而耕耘不已?；艚瓞F(xiàn)任劍橋大學盧卡斯數(shù)學教授，這也是牛頓爵士曾擔任過的職位。

三、重點、難點的學習與目標達成過程

1．感知課文，明確本文的整體寫作思路。

在講演的開頭，作者就指出，預(yù)言將來是非常困難的，預(yù)言宇宙的將來尤其困難。雖然如此，科學家對此仍然滿懷信心。

課文第2段，作者卻話題一轉(zhuǎn)，考察起預(yù)言的歷史。提及預(yù)言，人們會不由自主地想到古代的巫術(shù)。女巫用"毒藥或火山溢出的氣體"把自己"弄得精神恍惚"，不過是為了增加一點兒神秘色彩，"而真正的技巧在于解釋"。近代宗教預(yù)言也是這樣，不斷用新的解釋來掩飾預(yù)言的失敗，如"首先要數(shù)出獲救者名單"等。那么，科學家的預(yù)言是不是也像古代的預(yù)言家一樣是一時的"騙術(shù)"呢？作者指出，"科學預(yù)言也許并不比那些巫師或預(yù)言家的更可靠些"，比如對天氣預(yù)報、對"極端條件下物體的精確的定律"，以及對大腦的工作機制等，都還缺乏準確的判斷。但是，"宇宙在非常大的尺度下的未來"，還是可以預(yù)言的。

宇宙中的局部運動也許會出現(xiàn)混沌狀態(tài)，但宇宙在大尺度上是可以預(yù)測的。宇宙正在高速膨脹，其他星系正在飛速離我們遠去。宇宙微波背景輻射證明了宇宙的膨脹大體上"是平滑的而非混沌的"，因為如果宇宙的膨脹率和平均密度不均勻，來自宇宙各個方向的宇宙微波背景輻射溫度就不會如此一致。"這表明，宇宙的行為在非常大尺度下是簡單的，而不是混沌的。因此我們可以預(yù)言宇宙遙遠的未來。"

從目前的情況看，宇宙中星系之間的距離在增大，但是星系之間的引力吸引有可能降低膨脹率。"如果宇宙的密度大于某個臨界值，引力吸引將最終使膨脹停止并使宇宙開始重新收縮。宇宙就會坍縮到一個大擠壓。""大擠壓"和"大爆炸"前的狀態(tài)相似，"具有無限密度"，"物理定律在這種狀態(tài)下失效"。

這樣，預(yù)言宇宙的未來，"關(guān)鍵問題在于：平均密度是多少？如果它比臨界值小，宇宙就將永遠膨脹。但是如果它比臨界值大，宇宙就會坍縮"。

但是，計算宇宙的平均密度并不容易。把我們現(xiàn)在能看到的恒星質(zhì)量加起來，還不到臨界值的百分之一；即使加上"氣體云的質(zhì)量"，最多達到臨界值的百分之一。但是，我們能不能據(jù)此得出宇宙將永遠膨脹下去的結(jié)論呢？還不能。因為宇宙中還存在許多暗物質(zhì)，這些暗物質(zhì)我們?nèi)庋劭床灰?，不能直接觀測到。黑洞就是這類暗物質(zhì)，它是超大恒星死亡的產(chǎn)物?；艚饘诙吹慕忉屖牵?quot;空間一時間的一個區(qū)域，因為那兒的引力是如此之強，以至于任何東西甚至光都不能從該處逃逸出來。"（見《時間簡史》一書所附《小辭典》）我們雖然看不見黑洞的存在，但可以通過觀察螺旋星系和星系團來判斷它們的存在：能使大質(zhì)量的星系或星系團繞之旋轉(zhuǎn)的東西，其質(zhì)量一定比這些星系和星系團大得多。

作者指出，根據(jù)現(xiàn)在的觀測研究，將這些暗物質(zhì)估算在內(nèi)，"仍然只達到要使宇宙重新坍縮的臨界質(zhì)量的百分之十左右"。于是有人擇原理和暴漲理論為之說，前者假設(shè)有多個宇宙共存，而我們所能理解的只是身處其中的一個；后者認為宇宙可能采取一種非常規(guī)的方式突變，從一個微小的尺度很快達到臨界狀態(tài)。

歸根到底，宇宙的未來只有兩種命運：繼續(xù)膨脹，或可能收縮。這取決于宇宙現(xiàn)有的密度，所以，科學家在沒有稱算出宇宙的重量之前，不得不承認"宇宙實際上是處在刀鋒上"，所以要繼承巫師或預(yù)言家的傳統(tǒng)："兩方下賭注，以保萬無一失。"

2．研讀課文，討論問題。

（1）作者是怎樣探討"宇宙的未來"的？

【明確】作者先從古代的巫術(shù)和近代的宗教預(yù)言談起，引出話題，說明從科學的角度談?wù)撚钪娴奈磥硎欠浅烂C的事，科學有別于宗教的地方是它的求實精神。探討宇宙是繼續(xù)膨脹還是有可能收縮是這篇講演的主體部分，計算宇宙的密度又是這一主體部分的關(guān)鍵，有關(guān)宇宙中物質(zhì)密度臨界值的探討，則把問題引向深入。最后，介紹兩種新的理論--人擇原理和暴漲理論，則體現(xiàn)了科學界最新的探索。作者從可見物質(zhì)談到暗物質(zhì)，從成熟的理論談到科學的假說，把問題講得透徹明白。最后沒有做出一個明確的預(yù)言，恰恰說明了他嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。