13 * 宇宙的未来教案公开课一等奖

宇宙的未来

霍金

教学目标

1．了解有关宇宙学的一些知识和演讲稿的一些特点。

2．提炼文章的要点，探究文章的内涵。

3．分析课文生动、幽默的语言，提高学生的思维和语言表达能力。

4．感受科学精神，增进科学素养。

教学重点、难点

学习本文中的语言艺术

课时安排：1课时

教学内容与步骤：

一、新课导入

西方著名哲学家康德有一句至理名言：“有两样东西，越是经常而持久地对它们进行反复思考，它们就越是使心灵充满常新而日益增长的惊赞和敬畏：我头上的星空和我心中的道德法则。”

同学们抬头仰望灿烂的星空，我们会产生什么样的联想和想象呢？对于神秘的宇宙，你是否想过要去探索呢？今天我们要来学习一篇当代著名理论物理学家史蒂芬·霍金的文章《宇宙的未来》。让我们一起走进茫茫宇宙去探索、遨游。

有人称史蒂芬·霍金为“轮椅上的勇士”，霍金是谁？他是一个大脑，一个神话，一个当代最杰出的理论物理学家，一个科学名义下的巨人。他挑战命运，坐在轮椅上极其艰难地写出了著名的《时间简史》这本畅销书之王。在这本书里，霍金力图以普通人能理解的方式来讲解黑洞、宇宙的起源和命运、黑洞和时间旅行等。他获得了巨大的成功。从宇宙大爆炸的奇点到黑洞洞辐射机制，霍金对量子宇宙论的发展作出了杰出的贡献，他获得了1988年的沃尔夫物理奖。今天我们来学习史蒂芬·霍金的一篇演讲稿《宇宙的未来》，跟随他的介绍一起探索宇宙的奥秘。

二、文本解读

（一）知识积累

1．作家作品

史蒂芬·霍金，21世纪享有国际盛誉的伟人之一。现年60多岁，出生于伽利略逝世周年纪念日，剑桥大学应用数学及理论物理学系教授，当代最重要的广义相对论和宇宙论家。上世纪70年代他与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理，为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。他因此被誉为“继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家”。他还证明了黑洞的面积定理。

他担任的职务是剑桥大学有史以来最为崇高的教授职务，那是牛顿和狄拉克担任过

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的卢卡逊数学教授。他拥有多个荣誉学位，是皇家学会会员。他因患卢伽雷氏症(肌萎缩性侧索硬化症)，禁锢在一张轮椅上达20年之久，但他身残志不残，使之化为优势，克服了残废之患而成为国际物理界的超新星。他不能写，甚至口齿不清，但他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的“几何之舞”。尽管他那么无助地坐在轮椅上，而他的思想却出色地遨游到了广袤的时空，解开了宇宙之谜。

2．基础积累

恍惚(huǎng)

尴尬(gān gà)

混沌(hùn dùn)

坍缩(tān)

．．．．．．迄今(qì)

沮丧(jǔ)

告罄(qìng)

不可逾越(yú)

臭名昭著．．．．．(zhāo)

模棱两可(léng) ．（二）信息筛选

1．初读课文，找出一些关键词语，把握文章大意。

【明确】

从标题和开头都可以看出文章要谈的是对宇宙未来的预测，初读文章就应该找出与这一项预测有关的关键词语，最重要的应该有两个：“膨胀”与“坍缩”，然后进一步找到与这两个词相关联的其他关键词：“平均密度”和“暗物质”，即可基本把握文章大意。

2．请学生再次阅读全文，互相探讨课文谈的内容要点是什么。

【明确】

(1)科学家有信心预言未来。

(2)巫师的预言模棱两可，宗教的预言屡测屡败。

(3)物理方程、制约大脑的方程具有混沌性，因此我们不能预言人类；而宇宙的行为在非常大尺度下却是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来。

(4)宇宙的未来有两种可能，一是继续膨胀下去，二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是坍缩，取决于宇宙的平均密度。

(5)宇宙现在的密度非常接近于把坍缩和膨胀区分开来的临界点上，所以两种可能都会发生。

（三）合作探究

让学生分小组讨论霍金对宇宙未来的预言主要有哪些观点？

【明确】

(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

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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，只要足够长时间，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。

（四）方法点拔

1．对于整篇课文的主要内容、作者关于宇宙未来的主要观点，我们已经有了一个较为清晰的了解了。课文包含的信息量极大，而且这些知识非常艰深。作为一篇要用口表达出来，要使人们用听来领悟的演讲稿，如何使听众领悟难度会更大。那么，作者是怎样巧妙安排他的结构思路的？

【明确】

作者先从古代的巫术和近代的宗教预言谈起，引出话题，说明从科学的角度谈论宇宙的未来是非常严肃的事，科学有别于宗教的地方是它的求实精神。探讨宇宙是继续膨胀还是有可能收缩是这篇讲演的主体部分，计算宇宙的密度又是这一主体部分的关键，有关宇宙中物质密度临界值的探讨，则把问题引向深入。最后，介绍两种新的理论——人择原理和暴涨理论，体现了科学界最新的探索。作者从可见物质谈到暗物质，从成熟的理论谈到科学的假说，把问题讲得透彻明白。最后没有作出一个明确的预言，恰恰说明了他严谨的科学态度。

2．文章内容是谈对宇宙未来的预测，为什么开篇却谈巫师预言的尴尬、宗教预言的失败？

【明确】

在讲演的开头，作者就指出预言将来是非常困难的，预言宇宙的将来尤其困难。虽然如此，科学家对此仍然满怀信心。

提及预言，人们会不由自主地想到古代的巫术。女巫用“毒药或火山隙溢出的气体”把自己“弄得精神恍惚”，不过是为了增加一点儿神秘色彩，而真正的技巧在于解释。近代宗教预言也是这样，不断用新的解释来掩饰预言的失败，如“首先要数出获救者名单”等。

作者对预言的历史进行一番考察，于是水到渠成地回答了人们的质疑——科学家的预言是不是也像古代的预言家一样是一时的“骗术”呢？作者指出，“科学预言也许并不比那些巫师或预言家的更可靠些”，比如对天气预报、对极端条件下物体的精确的定律，以及对大脑的工作机制等，都还缺乏准确的判断。但是，宇宙在非常大的尺度下的未来，还是可以预言的。这样的论证显示了作者行文的严肃性、严密性与科学性。

3．作者在第8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10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”？

【明确】

“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

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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”。

4．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？

【明确】

因为前者是混沌的，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”。

5．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。

6．对宇宙未来的预言，关键是要弄清宇宙的什么问题？

【明确】

关键问题在于：平均密度是多少。

7．作者认为宇宙的未来会是怎样的？

【明确】

会有两种可能：“如果它比临界值小，宇宙就将永远膨胀。但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩。”

（五）能力提升

这篇文章语言幽默风趣，在说明科学道理的同时，创造出一种轻松愉快的气氛，体现了演讲词的特点。请学生试举些例子，分析其表达效果。

(1)“例如，如果你稍微改变一下你旋转轮赌盘的方式，就会改变出来的数字。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。”

【明确】

用这个比喻生动地说明了“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”。听众明知作者作的是科学的预言，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。

(2)“这有一点像是再投胎。如果有人声称一个新生的婴儿是和某一死者等同，如果该婴儿没从他的以前的生命遗传到任何特征或记忆，这种声称有什么意义呢？人们可以同样地讲，它是完全不同的个体。”

【明确】

用这个比喻形象地说明宇宙在大挤压处终结后，并不是任何发生在“之后”的事件都是另一个相分离的宇宙的部分。

(3)“……这些日期使股票市场下跌。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。”

【明确】

这句话让人在笑声中悟到人类自身的某些缺陷和某些思维误区。

(4)“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

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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。”

【明确】

这句话幽默中含着揶揄和讽刺，揭露了宗教预言师的荒谬，表现了对方屡测屡败却又想方设法自圆其说的尴尬与可笑。

（六）拓展探究

西方从近现代开始对宇宙进行了大量的探索，并取得了巨大的成就，其实我们中国在远古时期人们就开始了对神秘的宇宙的思考。不过中西古代对宇宙的关注与研究有区别的。

中国古代的宇宙学说，有浑天说、盖天说、宣夜说等。

浑天说认为，“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，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》) 盖天说认为，“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。

宣夜说认为，“天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼暓精绝，故苍苍然也”。(《晋书·天文志》)就是说“天”不是一个固体的“天穹”，不过充满了无边无际的气体，日月星辰都在这气体中浮动。

公元前600年左右，住在米利都的古希腊哲学家泰利斯认为地球是一个圆盘，漂浮在一片汪洋中。他的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。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。托勒密总结了古希腊的天文学成就，著《天文学大成》，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，创立了“地心说”，统治西方天文学界一千四百多年，直到波兰天文学家哥白尼在16世纪发表《天体运动论》，创立日心说。

17世纪，意大利物理学家和天文学家伽利略亲手制造天文望远镜，开拓了人们的天文视野。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。

同学们，你是否也曾经在看到了茫茫星空之后脑海中涌起了无数的问题、产生了探求的欲望？对于中西古代的理论你是怎么看的。课文中霍金对宇宙未来的预言你又是怎么看的？(老师鼓励学生发表有创见的观点，只要态度科学，能自圆其说即可) 【明确】

设计该题旨在引导学生独立思考，培养独立的人格，同时也培养独立的科学精神。学生可以畅所欲言，比如说，中西古代对于宇宙的观点虽然稚嫩，但是毕竟是人类迈出探索渺远的宇宙的第一步；再比如，认为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

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论，一种思想，缺少科学的实证，因此也都没有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来假设，或许会有不同的结论，不同的发现。所以青少年对霍金的观点可以学习，可以接受，但不能迷信，不能束缚自己的思维。

三、课堂小结

同学们，我们通过找出一些关键词语，把握了文章大意；弄清这些关键词语之间的关系，把握了作者的观点；抓住生动的比喻，品味了作者生动幽默的演讲风格。学习这篇课文，我们不仅可以了解到过去我们也许不曾关注过的宇宙的知识，同时我们也可以借鉴作者的写作方法，学习他逻辑严密、语言生动的行文技巧，运用到我们以后的写作中。

四、作业设计

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)。

板书设计

宇宙的未来

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预测关键词：“膨胀”与“坍缩”

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相关关键词：“平均密度”和“暗物质”

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预测结论：如果它比临界值小，宇宙就将永远

膨胀。但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩

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