一名物理学家的教育历程·教案
【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)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“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、合谐的)。 高维空间理论认为,宇宙大爆炸后10-43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10-35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”。 【示范教案】 一名物理学家的教育历程 【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。 【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,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。 【课时安排】1课时 【教学步骤】 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。 (板书)一名物理学家的教育历程 二、明确目标 1.引导学生从生活出发,了解科学、认识科学 2.引导学生以“教育历程”为重点,探讨其中表现的思想内涵。 三、整体感知 1.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》。 2.本文的基本结构 文章的题目是“一名物理学家的教育历程”,因此,叙述的顺序主要是历时性的。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。结构如图: 童年 青年 (成年) 鲤鱼世界的幻想(想像) 实验 (理论物理学家) 爱因斯坦故事(理论) 3.本文的基本内容 ①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”,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基础。 ②作者少年时接触到爱因斯坦的“未竟事业”,激发了他的探究兴趣。他之所以感到“激动人心”,是因为他把爱因斯坦的理论当成一个“侦探故事”来阅读、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”,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。③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。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①②到 ③,我们可以清楚地看到作者的“教育历程”和“教育内容”。 四、重点、难点的学习与目标完成过程 1.【提问】本文在材料处理上有什么特点? 【明确】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