《一名物理學家的教育歷程》教案

【背景資料】

一、作者介紹

加來道雄，美籍日裔物理學家，畢業(yè)于美國哈佛大學，獲加利福尼亞大學伯克利分校哲學博士學位，后任紐約市立大學城市學院理論物理學教授。主要著作有《超越愛因斯坦》（與特雷納合著）《量子場論》《超弦導論》。

二、相關(guān)知識

為了更好地理解課文，我們需要了解一些相關(guān)的理論物理學知識：

（1）統(tǒng)一場論

根據(jù)現(xiàn)代物理學知識，將我們的宇宙結(jié)合起來的力有四種：引力、電磁力、強核力和弱核力。物理學家運用量子力學，已經(jīng)把后三種力統(tǒng)一起來（美籍華裔物理學家楊振寧和他的學生米爾斯提出楊一米爾斯場理論，解決了這一問題，被稱為“標準模型”。但是這一理論因為計算繁復(fù)無比而讓人頭疼），但是引力仍然游離在外。愛因斯坦畢終生之力想尋求四種力的統(tǒng)一，建立一個大一統(tǒng)的理論，最終也沒有實現(xiàn)。

（2）高維空間

現(xiàn)代理論物理學認為，統(tǒng)一四種力的前景，在于高維空間（如十維或更高）理論的確立。比如對于古人來講，風暴是怎樣產(chǎn)生的，風暴會襲擊什么地方，什么時候襲來，什么時候結(jié)束，他們是一無所知的，因為他們生活在平坦的大地上，只能靠肉眼從近似于二維平面的角度來觀察，即使有簡單的預(yù)報，也都是靠經(jīng)驗來推測的?，F(xiàn)在有了氣象衛(wèi)星，從太空這樣三維角度觀察地球，在地面上看來神秘莫測的風暴被看得一清二楚，可以精準地預(yù)報風暴的動向。同樣，理論物理學家認為，傳統(tǒng)的四維（空間三維加上時間）理論太“小”，不能解釋宇宙中的四種力。當他們超越四維而在更高維（如十維或更高）中尋求統(tǒng)一這四種力時，就能得到一種簡單、漂亮的解決模型（科學家認為宇宙應(yīng)該是簡單、合諧的）。

高維空間理論認為，宇宙大爆炸后10-43秒，十維宇宙分解成四維宇宙和六維宇宙，四維宇宙暴脹，經(jīng)過近一百五十億年，演變成今天我們生活的宇宙。大爆炸后10-35秒，大統(tǒng)一力分開。但是高維空間理論很難在實驗室中得到證實，因為要模擬當時的環(huán)境，需要的能量太大，根本無法做到，所以現(xiàn)在高維空間理論只能是“理論”。

【示范教案】

一名物理學家的教育歷程

【教學目標】

一、知識教育目標

引導學生從生活出發(fā)，了解科學、認識科學。

二、能力培養(yǎng)目標

引導學生以“教育歷程”為重點，探討其中表現(xiàn)的思想內(nèi)涵。

三、德育滲透目標

引導學生體會科學精神。

【重點、難點及解決辦法】

高維空間對普通人來說，是很難想像的。所以，教學重點是文章內(nèi)容，而不是相關(guān)的科學知識。相關(guān)知識教師有所了解，能幫助教學課文即可，不必教授給學生。

【課時安排】1課時

【教學步驟】

一、導入新課

成為一位科學家是無數(shù)有志青年的夢想，對物理的探究更是許多年輕的學子孜孜以求的，我們來看一下加來道雄的成長道路，或許能得到一些啟發(fā)。

（板書）一名物理學家的教育歷程

二、明確目標

1．引導學生從生活出發(fā)，了解科學、認識科學

2．引導學生以“教育歷程”為重點，探討其中表現(xiàn)的思想內(nèi)涵。

三、整體感知

1．作者簡介

加來道雄，美籍日裔物理學家，畢業(yè)于美國哈佛大學，獲加利福尼亞大學伯克利分校哲學博士學位，后任紐約市立大學城市學院理論物理學教授。主要著作有《超越愛因斯坦》（與特雷納合著）《量子場論》《超弦導論》。

2．本文的基本結(jié)構(gòu)

文章的題目是“一名物理學家的教育歷程”，因此，敘述的順序主要是歷時性的。但是，作者開頭就說“童年的兩件趣事極大地豐富了我對世界的理解力，并且引導我走上成為一個理論物理學家的歷程。”而“童年的兩件趣事”作為文章的主要內(nèi)容，又是共時性的敘述。這樣的結(jié)構(gòu)安排，使文章既脈絡(luò)清楚，又重點突出。結(jié)構(gòu)如圖：

童年青年（成年）

鯉魚世界的幻想（想像）

實驗（理論物理學家）

愛因斯坦故事（理論）

3．本文的基本內(nèi)容

①人人都對自然感到好奇，都以自己喜愛的形式尋求自然的“謎底”，但是大多數(shù)人一般直接探尋自然本身，而作者卻由人的觀察角度，反思人類對宇宙的認知?？此谱髡呱倌陼r的思維超出同齡人，其實只是他充分發(fā)揮了自己的想像力，并且保持了這樣奇特的想像力，由此奠定了他對高維空間理論探究的基礎(chǔ)。②作者少年時接觸到愛因斯坦的“未竟事業(yè)”，激發(fā)了他的探究興趣。他之所以感到“激動人心”，是因為他把愛因斯坦的理論當成一個“偵探故事”來閱讀、探究，這非常符合少年的心理。另外，“我決定要對這一秘密刨根問底”，也表現(xiàn)了他有毅力有恒心的性格，這是成為科學家的基本素質(zhì)。③高中時代，本應(yīng)“在棒球場或籃球場玩?！?，享受青春年華，但作者卻“找遍周邊地區(qū)大量的電子倉庫，裝配必需的硬件設(shè)備”，在“學校的足球場中纏繞22英里長的銅線”，自己動手建設(shè)實驗室，驗證愛因斯坦理論，探究反物質(zhì)。作者進行這樣艱苦枯燥的工作，體現(xiàn)了他對科學的熱愛，以及踏實的性格，顯露出一個科學工作者的潛能。由①②到③，我們可以清楚地看到作者的“教育歷程”和“教育內(nèi)容”。

四、重點、難點的學習與目標完成過程

1．【提問】本文在材料處理上有什么特點？

【明確】本文布局謀篇重點突出，詳略得當。在整體上，作者并沒有從童年到小學到初中到高中，按時間順序敘事，而是通過童年的兩件趣事和高中時建立實驗室的事例，突出他成長為一名“物理學家”的“教育歷程”，并不旁及其他成長的經(jīng)驗；在局部上，如高中階段，作者看了許多統(tǒng)一場理論方面的書，并常常去斯坦福大學的物理圖書館，相關(guān)的理論書籍是怎樣啟發(fā)、引導他研究的，這里肯定有許多精彩的故事，但是作者只是一筆帶過，重點放在制造“自己的原子對撞機”上，其中具體的數(shù)據(jù)敘述得很詳盡，讓人體會到作者嚴謹、踏實的性格，以及內(nèi)在的成為物理學家所需要的基本素質(zhì)。