14 * 一名物理学家的教育历程教案1

《一名物理学家的教育历程》教学设计 吴军龙

【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 1 从自己的名字“吴军龙”的“军”入手，介绍自己的梦想，然后引出青年的梦想，加来道雄的梦想。 2．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》。 3展示课题：一名物理学家的教育历程

二、整体感知

1、学生读课文

2、介绍“题记”

3、注音

4、本文的基本结构和顺序

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） 5．本文的基本内容 三、仔细阅读课文，梳理文章内容

1、童年的两件趣事（1）

童年的

第一件趣事（ 2 -11 ）

1

童年的

第二件趣事（12-18 ）

2、第一层：全文总纲，点明后面的写作内容

3、语言有何特点？

平实

简明

4、第一部分第二层（2-11）

童年的第一件趣事，“鲤鱼世界的遐想”

无限的遐想（3）

我想（3）

我曾想（5）

我想（7）

逻辑顺序

我曾想（8）

我常想（9）

5、提问：

“鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的？

明确：

（1）“水池之外看不见的世界没有科学意义。”

（2）“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。

（3）“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。

（4）“鲤鱼科学”的“传奇故事”，真实地证明另一个世界的存在，而它们却认为“胡说八道”，荒谬绝伦，违背它们的“自然规律”。

提问：作者想通过“鲤鱼科学家”对世界的认识说明什么？

明确：

说明“自以为是”的人类和“鲤鱼科学家”有相似之处。

（1）人类“一生就在我们自己的‘池子’里度过”，只要“超出我们的理解力”的自然存在，他们就“拒绝承认”。

（2）“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. （3）“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。

6、第二层二部分（12-18）

第二件趣事，对爱因斯坦未竟事业的向往

八岁（12）

不久（14）

7、补充知识：

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。

高维空间：

2

大家都知道什么是“画地为牢”。就是你在一张纸上画一只老虎，然后你想困住它，怎么弄？哈哈，画地为牢，你只要在纸上画上一个牢，把纸里的老虎困住就行了。为什么老虎走不出来？因为在一张纸的二维平面里面，没有“高”这个概念。正因为如此，老虎才被人画牢所困。那么三维的老虎呢？三维的老虎需要真正的笼子，因为二维的牢困住二维的虎，三维的虎当然要用三维的牢才可以困住。也就可以说，二维的牢困不住三维的虎，因为三维的虎比二维的虎多出一个“高”来。就是说，在维度上，我们可以认为三维比二维高级。

那么四维呢？众所周知，第四维是时间。时间作为一个坐标，确立了三维空间在一维的时间轴上的排列。同样，我们可以认为，四维比三维高级。我们一直都害怕一件事，就是有没有智慧生物生活在第四维，或者更高维，因为我们感知到的世界是三维的，我们脑海里面可以构想出的模型也是三维的。我们不可以接受一种我们看不到，但自己却尽在其掌握之中的生物存在。

显然我们可以假设他们存在，因为没有什么是不存在的。然而不幸的是，我们从空间上说，比他们低级，我们在他们眼中只不过好像我们纸上画的那一只可怜的老虎一样，我们逃脱不了我们的三维空间，困住我们思维的，正好是我们生存的三维空间。

冲破我们的三维界限，方法也许只有一个——超越光速。在那些高维生物的世界里，速度最低的等于光速，因为光速是维度的分界点，他们永远都是先有事情的结果，再有起因。这当然是我们所不可以接受的，我们的大脑局限在三维空间的因果关系里面，又怎么能先果后因？一切一切都无法证明。因为没有人可以超越光速，火箭不能，飞船不行，爱因斯坦也不能。

展示：高位空间模拟图

展示：课文板书内容

四、重点、难点的学习与目标完成过程

3

1、理解题目含义：

物理学家的教育经历是：

小学、初中、高中……（×）

童年的两个故事，引发了他的：

好奇、乐趣、想象

2、提问：为什么这样选材？

原则：围绕中心选材，重点突出，详略得当

1）、整体上：小学、初中、高中……（×）

童年的两个故事，引发了他的：

好奇、乐趣、想象

（√）

2）、局部上：高中阶段-读书、图书馆（一笔带过） 制造“原子对撞机”（重点写 ）

3、【提问】假如让你当一次主考官，让你去选拔有可能成为科学性家的人才，你会注重他们哪些方面的素质？请说出理由。

学生回答，明确：

（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。 （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，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”，也是人生的“境界”。“游戏”使他们乐此不疲，充满激情，不受外界的诱惑和干扰；而“境界”使他们不顾功利，不畏强权，只求真理。 （3）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，也要有数学和天体物理学的实验基础，也不是空想出

来的。 五、作业

假如有一位动物（狗、猫、鸡、燕子等）“科学家”，专门研究人类的某些行为，它写了一篇“科普文”：《人类行为之谜》。请你替这位动物“科学家”代笔，如何？

提示：人类行为：

1、制作工具

2、穿衣服

3、种植

4、制造机械（各类车、灯）

5、过年过节，结婚生日等风俗习惯

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