13 * 宇宙的未来优秀教案案例

《宇宙的未来》教学设计

——周旭强

一、教学目的

1、培养学生自学能力；

2、了解演讲稿的特点；

3、学习霍金的科学精神，提高科学素养。

二、自读重难点

1.提炼并概括出本文的要点。

2.探究重点句段，理解本文的内涵。

3、体会本文风格。

说明：本文专业性强，欧化语言明显，学生可能阅读起来非常吃力，难读、难懂。因此不必要过于深究，老师要加以引导。

本文很长，需要3个学时

三、教学过程：

第一学时

1、学生查找资料：关于霍金及本文背景。

斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking，1942年1月8日-2018年3月14日），ALS患者，英国著名物理学家和宇宙学家。肌肉萎缩性侧索硬化症患者，全身瘫痪，不能发音。霍金的主要研究领域是宇宙论和黑洞，证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发现象和无边界的霍金宇宙模型，在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。

霍金是继牛顿和爱因斯坦之后最杰出的物理学家之一，被世人誉为“宇宙之王”。2017年4月，霍金接访采访表示，他比以前更加坚定地认为人类应该在2117年之前离开地球。

2018年3月14日，斯蒂芬·霍金去世，享年76岁，他的骨灰被安放在伦敦的威斯敏斯特教堂内，与牛顿和达尔文为邻。

《宇宙的未来》是霍金1991年1月在剑桥大学的一次讲演录。这篇讲演，从古代巫师的预言，谈到近代宗教预言，再过渡到对宇宙未来的讨论。

本文节选自《霍金讲演录--黑洞、婴儿宇宙及其他》，主要探讨了宇宙未来的两种命运:一是继续膨胀下去，一是收缩以至于坍缩成一个点。膨胀还是收缩，取决于宇宙的平均密度。运用天体物理学理论，对宇宙的未来作出科学的论断，这是科学家与巫师不同之处。

2、展示相关知识：

中国是最早进行天文观测的国家之一，在殷商甲骨文里，就有许多天文观测记录。汉语"宇宙"一词出现较早。战国时期的尸佼在他的著作《尸子》中就说:"上下四方曰宇，往古来今曰宙。"东汉的高诱在《淮南子·原道训》注中也说:"四方上下曰宇，古往今来曰宙。" 中国古代的宇宙学说，有浑天说、盖天说、宣夜说等。

在西方，古希腊人也有多种宇宙学说。现代宇宙学最有影响的学说是大爆炸宇宙学。大爆炸宇宙学认为，宇宙早期温度极高(在100亿度以上)，物质密度极大。在那里，物质被压缩成一个奇点，时间和空间都毫无意义。大约200亿年前，发生"爆炸"，温度逐渐冷却，形成各种各样的恒星体系，也就是我们今天所能观测到的宇宙。

3、学生初读。要求

（1）解决生字、难的词语

（2）结合注释，总体感知全文

（3）明确本文讲的核心问题：本文讲的是宇宙的未来问题，预测了两种结局：或膨胀，或收缩。

4、学生再读：研讨重点句段

A、阅读1--6段，回答以下两个问题：

（1）作者讲演中讲了许多历史故事，这起到了什么作用？

答：先从古代的先知和女巫谈起，以引起听众的兴趣，起到了引出话题的作用。作者敢于讽刺那些古代预言家，正是代表科学界表明了一种自信，因为科学的预言是建立在科学研究基础之上的，是可以用科学原理加以说明的，所以说，“讲史”是为了“衬今”，不是“跑题”，而是与话题相关的。

（2）作者对宇宙的未来的预言与巫师、宗教预言家对人类社会未来的预言有何不同?

明确：前者是有科学根据的，是运用天体物理学理论进行的科学推测，科学预言；而后者是没有科学根据可言的。--其实，从上面的题目就可知道，人类社会的未来根本就是无法预言的，因为方程是混沌的，所以巫师、宗教预言家对人类社会的预言注定就是荒唐的。

第二学时

简要回顾上一课的内容，继续探究重点句段

B、阅读7--10自然段，思考这样一个问题：作者在第八自然段中为什么说“即便我们知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来”？为什么第十自然段又说“尽管我们知道制约人类行为的方程，但在实际上我们不能预言它”？

答：“因为物理方程的解会呈现出一种称作混沌的性质”“方程可能是不稳定的”；同样，“制约大脑的方程几乎肯定具有混沌行为，初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果”。

C.阅读第11--13自然段，思考为什么科学不能预言人类社会的未来，却可以预言宇宙遥远的未来？

答：人类社会的未来是混沌的，不确定的；而“宇宙的行为在非常大尺度下是简单的，而不是混沌的。因此我们可以预言宇宙遥远的未来”。

D.阅读14--25段，思考一下三个问题。

（1）预言宇宙未来的关键是什么？

答：关键在于宇宙的平均密度是多少。

（2）根据作者的论述，我们目前所能看到的宇宙物质最多是“临界值”的百分之一，似乎不足以使宇宙坍缩。然而作者又指出，“也许存在足够的暗物质，使宇宙最终坍缩”呢。宇宙中存在暗物质的证据是什么？

答：“一个证据来自于螺旋星系”，“必须存在某种看不见的物质形式，其引力吸引足以把这些旋转的星系牢牢抓住”。“另一个证据来自于星系团”，“要不是引力吸引把星系抓到一起，这些星系团就会飞散开去……所以，在星系团中我们观测到的星系以外必须存在额外的暗物质”。

（3）作者又举了哪两种假说，说明现在的宇宙密度可能就在临界状态？

作者为了说明现在的宇宙密度可能就在临界状态，列举了两种假说，“一种是所谓的人择原理”，另一种是“极早期的暴涨理论”.

F.

最后一段是总结。

5、思考质疑：

A、作者关于宇宙的未来的主要观点有哪些？

（1）宇宙的膨胀和坍缩与宇宙的平均密度有关，如果平均密度小于某个临界值，它就会永远膨胀。如果平均密度大于临界值，宇宙就会坍缩，时间本身就会终结。

（2）在螺旋星系和星系团中应该存在有某种看不见的暗物质，它的引力吸引足以把高速旋转的星系牢牢抓住，不至于使这些星系或星系团飞散开去。

（3）如果宇宙继续膨胀下去，五十亿年后，太阳将耗尽它的核燃料，变成一颗白矮星。在大约一百亿年后，具有太阳质量的恒星将变成白矮星或中子星，具有更大质量的恒星会变成黑洞。

（4）黑洞中粒子的速度有可能超过光速逃出黑洞，只要有足够长的时间，巨大的黑洞也可以“蒸发”掉。

（5）在星系或星系团之外，应该存在有足够的暗物质，这些暗物质能使密度达到临界值，从而可能会使宇宙最终坍缩。但这个时间肯定在一百五十亿年之后。

B.你怎样看待霍金对宇宙未来的预言的？

答：霍金的观点只是一家之言，只是一种推测，无法得到证实，他和爱因斯坦的相对论一样，虽然都很伟大，但都只是一种理论、一种思想，缺少科学的实证，因此都没能获得需要实证的诺贝尔奖。其他科学家站在

另外的角度来思考、假设，或许会有不同的结论，不同的发现。所以我们对霍金观点的可以学习，可以接受，但不能迷信，不能束缚自己的思维。

第三学时

回顾上节可内容，继续探讨本文的特点

1、提供资料：

演讲稿也叫演说辞，它是在较为隆重的仪式上和某些公众场所发表的讲话文稿。

演讲稿是进行演讲的依据，是对演讲内容和形式的规范和提示，它体现着演讲的目的和手段，

演讲的内容和形式。演讲稿是人们在工作和社会生活中经常使用的一种文体。它可以用来交流思想、感情，表达

主张、见解；也可以用来介绍自己的学习、工作情况和经验等等；演讲稿具有宣传、鼓动、教

育和欣赏等作用，它可以把演讲者的观点、主张与思想感情传达给听众以及读者，使

他们信服并在思想感情上产生共鸣。

2、作为一篇关于宇宙未来的演讲词，本文的大量篇幅是较为严肃的科学话题，运用了好多专业术语，容易使人感到沉闷。但是霍金的聪明之处在于他运用了许多幽默风趣的语言，使得这样一篇旨在说明科学道理的学术演讲，让人能够在一种轻松愉快的气氛中认真听下去。这样的语言是很多的。

文中表现作者幽默风格的句子还有哪些？

（1）第四段：虽然它使我百思不解，为何世界的终结会使人愿意用股票来换钱，假定你在世界末日什么也带不走的话。

（将假设的情景置于句末，起强调作用。这句话让人在笑声悟到人类自身的某些缺陷和某些思想误区。）

（2）第五段：据说，1844年是第二次回归的开始，但是首先要数出获救者名单。只有数完了名单，审判日才降临到那些不列在名单上的人.幸运的是，数人名看来要花很长的时间。

（“幸运的是”四字，极尽讽刺，这句话的言外之意是：宗教预言屡屡失败，不断另立新说，以摆脱尴尬局面。这样说，有利于创设愉快轻松的氛围，更能吸引听众的注意力，抓住听众的心。）

（3）第八段：你在实际上不可能预言出来的数字，否则的话，物理学家就会在赌场发财。

（用比喻说明了我们目前还不知道“制约宇宙的有关定律”。即便知道了，它的“物理方程的解”也会出现混沌的性质，不可能有确解。作者之所以这么说，一是说明自己恰好也有两种预测，二是对文中提到的巫师等的讽刺。）

（4）第十段：其危险在于，我们毁坏或消灭环境的能力的增长比利用这种能力的智慧的增长快得太多了。

（作者用诙谐的语言指出了人类对环境的破坏程度和速度。）

（5）第十二段：它只能把食物加热到绝对温度的2.7度，所以不能用来温热你的外卖比萨。

（说理时不忘调侃，使行文生动活泼。）

（6）十六段：然而，我比其他预言者更占便宜。即便宇宙将要坍缩，我可以满怀信心地预言，它至少在一百亿年内不会停止膨胀。我预言那时自己不会留在世上被证明是错的。

（再次显示了诙谐的语言风格，同时也表明作者对自己的预言是满怀信心的。这句话传达出重要的信息：宇宙“至少在一百亿年内不会停止膨胀”，同时也以幽默的语气说明宇宙坍塌时间远在人类灭绝之后，不必为此恐慌。）

（7）最后一段：“如果暴涨理论是正确的，则宇宙实际上是处在刀锋上。所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统，两方下赌注，以保万无一失。”

明确：听众明知作者做的是科学的预言，和巫师他们完全不同，可作者却有意将自己降为他们的同类，一是说明自己恰好也有两种预测，二是顺势又对他们进行嘲讽。这种智慧的表达既带来了轻松愉悦的气氛，又大大增加了自己与听众的亲和力。

【课外作业

】

1.仿照本文幽默风趣的语言风格，写一个演讲片段，题目是《霍金·明星·我》。

2.阅读霍金的名著《时间简史》、《果壳中的宇宙》(2002年8月霍金在浙江大学的公众演讲《膜的新奇世界》就选自其中)。