13 * 宇宙的未来课堂实录【1】

《宇宙的未来》教学设计

教学目标

1.能够清晰地分析长篇文章的说明问题的层次，准确理解作者的观点态度。

2.能够抓住课文中的重要信息，作出归纳和整理，形成自我的判断和推断。

3.体会并把握讲演类文章的语体风格。

教学重点、难点

课文的主体部分是论述了宇宙中物质密度问题，这也是学习的重点和难点。

课时安排

1课时：学生结合自学提纲，教师点拨导读。

教学方法

根据要求自学与教师指导下的探究学习相结合。

教学用具

学前印发背景资料《宇宙研究史料》，一方面扩充学生的知识面，一方面为本课学习做好铺垫。

教学过程：

一、.教学导入：

播放科普片《神秘的宇宙》

二、阅读课文学习的背景资料

宇宙学研究的史料

（一）中国古代关于宇宙的学说

1.《淮南子·天道训》：四方上下曰宇，古往今来曰宙。

2.古代浑天说：浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于在内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。（《张衡浑仪注》）

3.盖天说：天似盖笠，地法覆盘。（《晋书·天文志》）天地都是穹形的，如同一个同心的球穹，相距八万里。

4.宣夜说：天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼瞀精绝，故苍苍然也。

（二）西方古典的宇宙学说

1.希腊泰利斯认为：地球是一个圆盘，漂浮在一片汪洋中。

2.泰利斯弟子阿那克西曼德认为：天空是包围地球的一个球层，恒星在内层，太阳和月亮在外层。

3.毕达哥拉斯认为：地球、月亮、太阳、行星和恒星都在一个同心球上围绕中央旋转。

4.托勒密认为：地为球形，静止不动，处于宇宙的中心，其他天体围绕地球运行。即有名的“地心说”。

5.“日心说”：16世纪波兰天文学家哥白尼发表《天体运行论》。

6.17世纪，意大利物理学家和天文学家伽利略亲手制造天文学望远镜，开拓了人类的天文视野。

7.德国天文学家开普勒提出了行星运动的三大定律，英国物理学家牛顿用力学的引力原理解释开普勒的行星运动定律，创立了天体力学。

现代宇宙理论

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。

霍金的宇宙观：宇宙学和黑洞是霍金的两个主要研究领域。霍金在经典物理的框架中证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，在量子物理的框架中发现了黑洞蒸发现象并提出无边界的霍金宇宙模型。黑洞和宇宙有许多对偶之处，例如黑洞无毛定理对应于宇宙暴涨的无毛定理，黑洞蒸发对应于宇宙的粒子生成，黑洞蒸发在某种意义上可以看成是粒子通过所谓的婴儿宇宙穿透到其他宇宙或同一宇宙的其他区域，这样就把他的两个研究领域统一起来。婴儿宇宙研究的主要成果是证明了宇宙常数必须为零。

我们现在生活的宇宙有自己的历史起点，它大约诞生于150亿年前，那时，宇宙只是一个点，不占有空间，也没有时间的概念。在这一点发生了大爆炸，时间和空间从此开始，物质开始形成。

最初，宇宙的温度极高，随着时间的推移，空间越来越大，温度越来越低，宇宙中的能量与物质不断发生复杂的反应，逐渐形成星系。

空间继续扩大、膨胀，直到今天，宇宙仍然在膨胀之中。

大约在距今50亿年前，太阳形成。

大约在距今46亿年前，地球形成。

关于霍金

斯蒂芬·霍金（HawkingStephen），英国著名科学家，1942年1月8日生于剑桥，1959年考入牛津大学，1962年考入剑桥大学读研究生。1963年被诊断患了卢伽雷病（肌萎缩性脊髓侧索硬化症，这种疾病使患者逐渐丧失运动能力，通常在2～3年内死亡）。1965年取得博士学位，1973年首部著作《空时的大型结构》出版，1974年宣布发现黑洞辐射，成为皇家学会会员，1977年起任剑桥大学引力物理学教授，1979年被任命为应用数学和理论物理学终身教授，出版《广义相对论评述：纪念爱因斯坦百年诞辰》，1981年参加梵蒂冈宇宙学大会，宣布无边界构想，出版《超时空和超引力》，被授予大英帝国高级骑士。1985年，在瑞士病倒，实行气管造口手术，从此失去语言能力。1988年，出版《时间简史：大爆炸到黑洞》，这可能是迄今最著名的科普著作，被译成40多种文字，如今在西方，如受过教育的人若没有读过本书，会被人看不起，霍金因为此书获沃尔夫基金；1989年，再被授予大英帝国爵士；1993年《黑洞、婴儿宇宙及其他》出版；他最新的科普著作《果壳里的宇宙》获2002年度世界最知名科普图书奖之一——安万特科学图书奖。他的研究和著述，向我们展现了当代有关宇宙的最重要的科学思想，完全改变了我们有关物理学、宇宙和实在本身的观念，他被广泛尊崇为当代的爱因斯坦。

霍金的工作是令人惊叹的，可是有着如此伟大发现的人，却是一个身患肌萎缩症的病人，除了思想，他几乎全身不能动弹，不能说话，头向前垂落。正因为这点，他更加引起全世界人们的关注和尊敬。在他开始患病时，他意识到自己的生命行将结束，于是抓紧时间，全心投入，谁也没想到他不仅活了下来，而且成果累累。他的成功，当然离不开他的天才，但那种不向厄运低头的精神，是没有人不敬佩的。由此可见，人的精神力量是难以想像的，一个人要有精神，一个民族也要依靠精神，精神的力量往往可以超越世上难以逾越的障碍。《时间简史》出版（1988年）后，剑桥的应用数学和理论物理系的气氛有了微妙的变化，不断有世界各地的报刊的记者要求访问霍金，在以后的两年时间里，电视台工作人员不时地占用大楼，他们要为这位世界上最著名的科学家拍一部有关他生活的记录片。在不同的国家用不同的语言反复讲述同一故事：霍金如何凭着自己的勇敢克服了身体的残疾成为科学的巨人和新闻媒介的英雄。一批又一批的新闻记者拜访了霍金在西尔弗大街那凌乱的办公室，并和这位公众新近的英雄度过激动人心的时刻。

三、自学要求，教师点拨

1.理解下面的词语。

模棱：（态度、意见等）含糊，不明确。

昭著：明显，显著。

感恩戴德：对别人所给的恩德表示感激。

坍（tān）塌：天体体积缩小，密度加大。

混沌：（本文指）我国古代传说中宇宙形成以前模糊一团的景象。

临界：由一种状态或物理量转变为另一种状态或物理量。

2.理清课文说明的层次。

本文是斯蒂芬·霍金1991年在剑桥大学的一次讲演录。本文重点是谈作者对宇宙的未来作出的科学预言。全篇讲演录共26段。

第1段，开门见山，直揭主题，总起全文。

第2～5段，写巫师、牧师、宗教狂热者等非科学家们对未来的妄测，反衬科学家观测的可靠性。

第6～10段，说明在非常大的尺度下，科学家可以对宇宙作可靠的预言。

第11～13段，根据宏观上各个方向上的宇宙微波背景辐射的温度极其接近的原理，作出未来宇宙正在平滑均匀地膨胀的推测。

第14～16段，从另一个角度说明宇宙未来是坍缩还是膨胀，要看它的密度是大于还是小于临界值，而预言宇宙的未来，关键是要弄清宇宙的平均密度是多少，这是本文探讨的核心。

第17～18段，说明宇宙中存在许多暗物质，因此不能根据可见天体的质量判断宇宙的平均密度。

第19～23段，推测宇宙将会先继续无限膨胀而最终会坍缩。

第24～25段，阐释宇宙暴涨和坍缩的原因。

第26段，总结全文，再次阐明对宇宙未来的认识态度。

四、布置作业：

课后练习第1、2题

五、课堂小结