13　宇宙的边疆优秀教学设计

《宇宙的边疆》教学设计

【设计依据及教学目标】

《高中语文课程标准》明确指出：“发展独立阅读的能力，从整体上把握文本内容，理清思路，概括要点。”“善于发现问题，提出问题”，“注重合作学习养成相互切磋的习惯。乐于与他人交流自己的阅读心得。展示自己的读书成果。《宇宙的边疆》选自美国科学家、科普学家卡尔•萨根的著作《宇宙》”，它也是一部大型电视片的解说词。作者以其通俗、自然、生动的语言，向我们介绍了宇宙中的星系、行星、恒星及其特点。本文条理清晰，杂而不乱，通俗易懂，生动有趣。根据文本的类型特点，教学本课时，应引导关注观点的科学性、逻辑的严密性和语言的准确性。

【教学目标】

（１）理清思路，粗知大意

（２）集疑释疑，突破难点

（３）品味语言，领悟作品丰富的内涵。

【教学过程与教学策略】

一、激发兴趣，导入新课

你知道太空有多少星系、行星和恒星吗？

你知道最远的星星离我们有多远？

你知道恒星为什么会散发出不同的光芒？

你知道彗星为什么拖着尾巴呢？

天文奇观使人类睁大了好奇的眼睛，宇宙的奥秘等待我们人类用智慧去不懈探索。今天就让我们随卡尔萨根一起去领略宇宙的魅力。

（激发疑惑导入课文，增强学生的求知欲望）

二、理清线索，整体感知

1 、师：作者卡尔•萨根如同一位导游，带我们在广袤的宇宙中遨游。边读课文边思考：作者是按什么顺序来介绍宇宙的？

2 、理清思路，概括要点。

第一部分

（１－４）探索宇宙的奥秘

第二部分

（５－１０）宇宙中的星系及其特点

第三部分

（１１－１３）宇宙中的恒星及特点

第四部分

（１４－１７）我们的星系及地球

（引导学生自学，让学生走进文本，通过理清思路，整体把握课文内容，培养学生整体感知的能力。）

三、质疑释疑，突破难点

1 、通过阅读《宇宙的边疆》，你了解到了什么？

2 、对文中的内容，你有哪些疑惑之处？

3 、集中疑问，筛选分类，查阅相关资料，分组合作，探究释疑。

（１）课文题目《宇宙的边疆》，宇宙是无穷的，文题是否矛盾？

（目前所探测到的最远的世界是总星系，总星系的半径为１００亿光年，也是目前我们心中宇宙的大小，但１００亿光年以外还可能有数不清的星系和星系团，它的边缘在哪里，至今仍是天文之迷，因此，文题的以宇宙的边疆仅指目前所探索到的宇宙的范围，文题不矛盾。）

（２）“我们的本能告诉我们，我们是在这个大海里诞生的。”进化论明确告诉我们，人类是由类人猿进化而来的，我们为什么是大海里诞生的？

１９７４年前苏联生物化学家奥帕里涅提出假设，４０亿年前，在太阳紫外线的作用下，地球表面出现了第一批氨基酸，这些生命的原始物质掉进了海洋，便形成了所谓的“原汤”，随着时间的推移，生命的原始物质不断地进行组合，其结构越来越复杂，最后产生了生命。）

（３）既然从宏观看来，人类所关心的大多数问题都可以说是无关紧要的，甚至是微不足道的，我们在这个宇宙中只不过是空中飞扬的一粒尘埃，那么，我们为什么还要不断地去探索宇宙的奥秘？

（虽然地球是宇宙的汪洋之中沧海一粟，虽然人类的努力和付出在宇宙中是微不足道的，但人类要求生存，求发展，就必须探索宇宙的奥秘。对宇宙及其他星体的探索，有助于我们更好地了解历史，更科学合理地驾驭自身，人类的未来取决于我们对宇宙的了解程度。）

（４）恒星的色彩为什么可以显示其年龄？

（物体的颜色受物体温度的控制，天上的星星也如此，天体的温度不同，它们发出的光在不同波段的强度是不一样的，一般来说，蓝色恒星表面温度在２５０００℃以上，白色恒星表面温度在１１５００～７７００℃，黄色恒星表面温度在６０００～５０００℃，红色恒星表面温度３６００～２６００℃。）

（５）杂志上看到有关外星人和不明飞行物的报道，而文中对此表述是“可能”、“或许”，你认为宇宙中有没有智能生物和星际文明？

（科学家推测在宇宙１００亿个星系中，若每１０亿个行星上有一个居住着智能生命，至少也有１０亿个行星上有智能生物，１９６０年５月７日第一个测听外星文明信号的奥兹玛计划失败。１９７２年美国发射了携带人类名片的宇宙探测器，这张名片在宇宙中经历亿万年仍清晰可辨。就目前来说，星际通信网已建立，只是还没有同外星人联系

上，到底有没有外星人只能用证据来说话。现在关于宇宙的智能生命的文学作品日益增多，越来越多专家致力于这项研究课题，寻找外星际文明成了一个国际课题。）

（６）我们的地球具有哪些条件，使其成为目前宇宙中所发现的惟一有生命的星体。

（科学家基于对构成生命的基本要素的研究，反复计算了生命所必须的所有蛋白质，在某一个星球上，遇到一次偶然事件，而演化出生命的可能性概率约只１０４００００分之一，地球成为生命的惟一载体，是由其本身独特的环境决定的：①阳光是地球上一切生命形成的基础，不仅使地球表面，保持适当的温度，为光合作用提供了必不可少的能源。只要把我们与太阳的距离缩短５％，地球上的生物就会热不可耐而不能生存；这段距离只要加长１％，地球就要被冰川覆盖。②水是生命演化的温床，也是生命存在所不可少的物质条件，它维持了一切生命。③地球周围的大气层不仅保护了地球，也使地球表面维持了适当的温度，任何行星要有一个适宜于生物生存，人类居住的大气层，必须满足多项严格的条件。④二氧化碳通过温室效应，保存太阳辐射到地面的热量，减少热量散失，二氧化碳为光合作用提供了必要物质基础。⑤氧气是维持一切动物包括人类生命所必须的，如果地球大气层中氧气含量高于２５％，地球上易爆发天然火灾，含氧量低１５％，大部分高级生物会窒息而死，大气中含氧量一直保持在２１％左右。）

（７）天体处于不断运动中，地球会不会受其他天体的冲撞，地球的未来是否也会变得荒凉？

（２０世纪８０年以来，宇宙天体碰撞学说风行一时，科学家开始相信，地球历史中发生的重大事件都与碰撞密切相关，这些事件的爆发造成了环境的灾变，从而导致生物的大规模绝灭。专家估计，直径大于１千米的小行星及超过６００米的慧星，原则上都可能成为地球的潜在敌人，有可能使人类文明遭到毁灭，１千米的行星其爆炸威力可达１０００亿吨ＴＮＴ当量，远远超过当今世界所有核武器同时爆炸的威力。目前，宇宙中直径为１千米的危险分子大约１２００～２０００颗，太阳系中直径达１００米的慧星达１００万颗，潜在危险很大，但每年都发生的可能性５０万分之一，今后１００年的可能性１０万分之一，人的一生中可能性２０万分之一。人类可以通过对近地小行星和慧星的长期监测，及时发现未来可能发生的碰撞危险，并依靠人类当代的科学技术研究，制定合理的防御方案，在人类力所能及的范围防止灾难的发生。

(质疑释疑，构建开放的课堂，拓展学生自主学习的空间。增强学生的求知欲望，培养学生的自学能力，培养发现问题、探究问题的能力。学生合作交流，资源共享。 四、品读语句，体味特点

本文属科普小品，教学时，可引导学生从品味语句中体会其语言特色。

1 、海水才刚刚淹没我们的脚趾，充其量也只不过溅湿我们的踝节。海水是迷人的，大海在向我们召唤。……我们还乡心切。

（人类现有的知识大部分是从地球的陆地上来的，人类对大海的探索初具规模，但也仅仅是开始。海洋做为可利用资源还有许多仍待人类的开发、利用。“充其量也只不过溅湿我们的踝节”，形象生动地说明了这一点，并且阐述了人与海洋的密切关系：海洋是生命的诞生之地。）

2 、有些恒星稳重端庄地转动着，有些恒星狂热地旋转着，弄得自己面貌全非，成了扁圆形。

（有的恒星旋转平稳均衡，有些恒星是因快速旋转而变了形。作者以拟人的手法，生动形象地描述，仿佛向我们展示了不同恒星的性情：有的稳重沉静，有的急切躁动。读来生动有趣，妙趣横生。）

3 、我们探索宇宙的时候，既要勇于怀疑，又要富于想象。想象经常能够把我们带领到崭新的世界，没有想象，我们就处处碰壁。怀疑可以使我们摆脱幻想，还可以检验我们的推测。

（对于未知领域的探索是需要怀疑和想象的，想象是科学的翅膀，敢于想象，并不断地探索验证，所谓“大胆假设，小心求证”怀疑否定旧知，产生新知。作者以简洁的语言阐述了想象和怀疑看似矛盾的两者在宇宙探索中的相辅相成，和谐统一。作者不囿于介绍宇宙知识，还发表自己的见解。）

4 、我认为宇宙里很可能到处都充满着生命，只是我们人类尚未发现而已。我们的探索才刚刚开始。

（虽然人类对宇宙的探索已取得了丰硕的出乎意料的成果，但这也仅仅是一个起步。更何况宇宙间可能到处存在着生命，而我们依据目前的科技，仍没有发现怎样才能探测他们的存在，这将是人类宇宙探索史上历史性的一步。作者语言严谨，“可能”表达很有分寸感，“只是”，“而已”“才”“刚刚”用词准确，有尺度，足见人类宇宙探索之长路漫漫。）

（注意引导学生通过揣摩作品的语言文字，体会作者的思想感情及表达技巧，体味语言特点，培养审美能力。）

五、拓展延伸，培养情感

学习了《宇宙的边疆》你有哪些感触和思考，同学互相交流。

参考：

（１）宇宙对于我们似乎是个很遥远的概念，学习了本文，我们进一步知道我们和宇宙只密不可分的。我们所见的奇异的天象和宇宙发生的壮观事件相比，微不足道，宇宙更深处的奥秘和奇观还有待人类去探索发现。人类对宇宙的探索只是万里长征迈出的第一步。宇宙无涯，探索亦无境。

（２）人类是幸运的，因为我们拥有地球，我们栖居在目前所发现的唯一有生命的星球上，并在这里生存繁衍，生生不息，创造出了辉煌灿烂的文明。人类在一边创造着地球美景，一边留下越来越多的环境灾难，自然资源日益减少，环境污染和生态破坏日益加剧。一系列环境和生态危机全面爆发，正使人类面临空前的挑战。人类狂妄自大地主宰地球只能自食其果。珍爱家园，保护家园，刻不容缓。

（３）在宇宙中地球是渺小孤弱的，人类更加渺小脆弱，生命的存在本身就奇迹，我们是宇宙中的幸运儿。热爱生命，热爱家园。

（结合课文，各抒己见，培养学生热爱科学、热爱家园的情感及必要的忧患意识。）

• 在以下选题中选出你喜欢的题目，课外查阅资料，撰写一篇科学小品。

（

1 ）宇宙群星知多少

（

2 ）宇航员眼中的太空

（

3 ）人类探索宇宙成果录

（

4 ）未来的太空城

（

5 ）如果发现了生命星球……

（

6 ）地球的未来

（

7 ）宇宙的边疆

（

8 ）地球为何是生命载体

（

9 ）宇宙诞生及其发展

（

10 ）中国航天历程《一名物理学家的教育历程》教案

【教材简析】：

这是一篇自传性质的科普文，课文是以“教育历程”为重点来谈的。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，充分体现了一名理论物理学者的风格。课文布局谋篇重点突出，详略得当。语文课学习科普文章的主要目的并非在于学习科学知识。课文中的有些知识如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。学习文章中体现的科学精神，学习探究、创新、批判的思维方式才是最重要的，学习本文要学生结合实际体会文章的科学精神和人文内涵。由于是自读课文所以采用教师引导的方式，让学生自学。本文结构清晰，就让学生抓住其中的两件事展开讨论，让学生体会作者的成功之路。

【教学目标】：

1、引导学生从生活出发，了解科学、认识科学，体会科学的精神。

2、引导学生以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵。

3、引导学生感受科学家在探求真理中所表现的人格魅力，激发学生探求未知世界的兴趣，培养学生养成良好的性格品质。。

【重点、难点】

引导学生以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵，引导学生体会科学精神。

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、故事导入

有一次，爱因斯坦要把墙上的一幅旧画取下来，就搬来了一架梯子，一步一步爬上去。突然他又想起了一个问题，沉思起来，忘记了自己正在做什么，猛地从梯子上摔了下来。摔到地上之后他顾不上疼痛，马上想到：人为什么会笔直的掉下来？看来物体总是沿着阻力最小的线路运动的。他想到这里，马上站立起来，一瘸一拐地走到桌子前，提笔把自己的这个想法记了下来。

遇事爱思考探究，常常从小事中受到启发，这就是当代伟大的物理学家——爱因斯坦的探索品质。那他对物理学家加来道雄的影响又是怎样的呢？

二、了解作者

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》。

三、研究探讨课文内容，完成重难点的学习：

1．审读本文标题，你能否推断一下文章会写什么内容，会怎么写？你的推断和作者的构思是否有出入？出入在哪儿？

提示：这里的教育不是受教育或者教育别人，而是自主教育，自主发展。

2、速读全文回答下面问题，感受结构内容

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”是什么？除了这两个趣事，作者还写了成长中的哪个个事例？

明确：鲤鱼世界的幻想（想象）

建立实验室（实践）

爱因斯坦故事（兴趣）

（设计意图：引导学生抓住课文标志性语句，梳理课文结构，引导学生从结构上去把握文章内容。）

3．【提问】“鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的？

提示：主要有以下几点：

（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”。

4．【提问】作者想通过“鲤鱼科学家”对世界的认识说明什么？

提示：

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。

5、【提问】你是否对自然界有过好奇心呢？是否也产生了对科学的兴趣？对爱因斯坦未竟事业的向往，是怎样启迪作者走上科学探索的道路的呢？思考：作者说“我决定要对这一问题刨根问底，纵然为此而必须成为一名理论物理学家也在所不辞。”在作者心中“理论物理学家”应该是怎样的人？

提示：

对爱因斯坦未竟事业的向往，使作者产生对同一场理论的兴趣，好像侦探一样给予找到故事的线索和结局；

在作者心中，“理论物理学家”的工作是抽象、枯燥的，受实验条件的限制，自己的学说很难得到实验的证明，甚至可能到死也得不到成就。这样的人必须耐得住寂寞，必须有奉献精神。“在所不辞”意味着“理论物理学家”道路的艰辛。

6、本文三个主要部分，并不是简单地叙述成长的故事，而是具有深刻的科学精神内涵，可以从中看到哪些方面的“教育”对成为优秀科学家最为重要？

提示：

（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。

（2）乐趣：科学不应该是枯燥的，而是应该充满乐趣的。

（3）实验精神：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。

（设计意图：感受科学家在探求真理中所表现的人格魅力，激发学生探求未知世界的兴趣，培养学生养成良好的性格品质。）

四、研究探讨：（开放型题目）

作者的成长历程给你什么启示？成为一名科学家需要那些素质？请你举出几个和作者成长历程相似的科学家？

提示：

作者进行艰苦枯燥的工作，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：人要想有所成就仅仅空想是不行的，要有严谨、踏实、务实的工作作风，从基础做起，重在实践。

应具备下列品质：奇特的想象力；探究的精神；实验的精神；自主创新精神；奉献精神；要耐得住寂寞；不要固步自封；坚定的信念，坚持不懈的努力。例如华罗庚、爱因斯坦、钱学森、牛顿、瓦特、居里夫人等。

五、小结、作业

一名理论物理学家的成长历程，给了我们很多的启示：大胆的想象、怀疑和猜测，不要固步自封；兴趣在人的成长过程中是不可或缺的，但要达到成功的彼岸离不了坚定的信念、坚持不懈的努力，这或许是作者要告诉我们后辈的，希望大家能踏着他的脚步，一步一步取得进步。

作者关于“鲤鱼科学家”的幻想十分有趣，如果我们以动物的眼光来观察人类，是不是也很有意思呢？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。那么请你试着替这位“动物科学家”做一回代笔人怎样？

板书设计：

童年

青年

成年

鲤鱼世界的幻想（想像）

建立实验室

（实践）

理论物理学家

爱因斯坦故事（兴趣）

科学精神：

想像力——乐趣——实验精神

【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”。

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