14 * 一名物理学家的教育历程第二课时 公开课

14.《一名物理学家的教育历程》

学习目标：

1.从生活实际出发，了解科学、认识科学。

2.以“教育历程”为重点，探讨文章中表现的思想内涵。

3.通过文章学习，体会科学精神。

学习重难点：

对文章内容及思想内涵的理解

课时安排：1课时

方向探究：

成为一位科学家是无数有志青年的梦想，对物理的探究更是许多年轻的学子孜孜以求的。今天就让我们来看一下加来道雄的成长道路，或许能得到一些启发。

自主探究：

一、作者介绍

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》等。

二、相关知识

（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1043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1035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”。

合作探究：

一、本文结构是如何安排的？

参考：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。

二、文章讲了什么内容？

参考：①人人都对自然感到好奇，都以自己喜爱的形式寻求自然的“谜底”，但是大多数人一般直接探寻自然本身，而作者却由人的观察角度，反思人类对

宇宙的认知，由此奠定了他对高维空间理论探究的基础。

②作者少年时接触到爱因斯坦的“未竟事业”，激发了他的探究兴趣，这是成为科学家的基本素质。③高中时代，本应“在棒球

场或篮球场玩耍”，享受青春年华，但作者却“找遍周边地区大量的电子仓库，装配必需的硬件设备”，在“学校的足球场中缠绕22英里长的铜线”，自己动手建

设实验室，验证爱因斯坦理论，探究反物质，显露出一个科学工作者的潜能。由①②到③，我们可以清楚地看到作者的“教育历程”和“教育内容”。

整理探究：

1.本文在材料处理上有什么特点？

参考：本文布局谋篇重点突出，详略得当。在整体上，作者并没有从童年到小学到初中到高中，按时间顺序叙事，而是通过童年的两件趣事和高中

时建立实验室的事例，突出他成长为一名“物理学家”的“教育历程”，并不旁及其他成长的经验；在局部上，如高中阶段，作者看了许多统一场理论方面的书，并

常常去斯坦福大学的物理图书馆，相关的理论书籍是怎样启发、引导他研究的，这里肯定有许多精彩的故事，但是作者只是一笔带过，重点放在制造“自己的原子对

撞机”上，其中具体的数据叙述得很详尽，让人体会到作者严谨、踏实的性格，以及内在的成为物理学家所需要的基本素质。

2．“鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的? 作者想通过“鲤鱼科学家”对世

界的认识说明什么?

参考：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。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。

3．对于爱因斯坦未竟事业，作者是如何对待的？

参考：作为一个孩子，作者就决心学习能学到的关于爱因斯坦的一切以及他的未完成的理论，并且花了好多时间静静阅读能够找到的关于这个伟人和他的理论的每一本书，决定要对这一秘密刨根究底，纵然为此而必须成为一名理论物理学家也在所不辞后来，作者开始着手建立自己的原子对撞机。

4．课文中阅读多维空间历险故事和统一场理论书籍两小段内容，对“教育历程”的叙述有什么作用?

参考：课文的重点是童年趣事和建立实验室，这三个事例已经把“教育历程”完整地勾画出来而夹杂在其中的两个小事例，主要起补充和衔接的作用历险故事加深作者对高维空间的想像，激发兴趣；而阅读统一场理论书籍，既表现高中阶段作者求知的热情，也衔接起由理论到实验的探究过程。

5．作者建立实验室的事例，对我们现实生活有怎样的意义?

参考：科学是建立在基础实验之上的，科学理论要经过实验的检验才能得到论证实验不是简单的操作，要有理论指导，要有实验的设计，要有策划组织能力，要有耐力和恒心等等，实验考验的是实验者的综合能力而我们当前存在的问题是，重视理论，轻视基础实验，表现为动手能力和实践能力差，思想上浮躁，急功近利对教育而言，重知识，轻能力的现象很普遍这些都是一名理论物理学家重视实验给我们现实生活的启迪。

延伸探究：

轮椅上的科学大师——英国理论物理学家霍金

新华网浙江频道8月13日电

“我在头脑中探索黑洞，进入宇宙最遥远的地方

——摘自霍金答记者问

“追星”——传奇人物引发“科学热潮”

8月的杭州，迎来国际数学界的顶级盛事：2002年国际数学家大会的3项卫星会议——数论会议、弦理论会议、调和分析会议，相继在这里举行；近百位中外顶尖科学家汇聚于此，在这座城市引发了“科学热潮”。尤其是“轮椅上的科学大师”、著名英国理论物理学家史蒂芬•霍金即将到来的消息，更引来各界人士热切的盼望和猜想。

大多数人是从畅销的科普书籍《时间简史》开始了解霍金的。他被认为是继

爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家。撰写于1988年的《时间简史》，迄今被译成30多种语言，在全世界发行超过2500万册。由于患有卢伽雷氏症（肌萎缩性侧索硬化症），他已被禁锢于轮椅达20多年，全身惟一能动的是左手的3根手指和部分面部肌肉。近年，他又在一次手术后失去了发声能力，与人交流需依靠计算机合成语音。探索宇宙时空的杰出科学成就，加上战胜罕见疾病的坚强毅力，使得霍金成为当今世界最具传奇色彩的科学家之一。

霍金此次到杭州参加弦理论会议，还将在8月15日为当地公众作一场题为《膜的新世界》的演讲，并接受浙江大学授予的荣誉教授称号。为了让首次到杭州的霍金与西湖更亲近，承办活动的浙江大学为霍金安排了香格里拉饭店东楼的一个湖景套房。

8月9日中午，霍金与夫人、护理小组一行6人到达上海浦东国际机场，当晚乘车抵达杭州。由于长途旅行的疲惫，次日，他几乎没有离开过那套面对西湖风景的套房。但是，这一天，杭州不少报纸都在头版最显著的位置登载了有关霍金的消息。不少读者表示：“追星”，就应该追霍金这样的科学巨星。

微笑——首次接受中国记者采访

昨天，霍金与记者的见面安排在他下榻的饭店。1985年，霍金曾到过北京，不过，这次是他首度公开接受中国记者的采访。下午5时20分，霍金在随行人员的帮助下，自己操控特制的轮椅上了讲台。虽然他瘫痪的身体只能倚在轮椅上，头无力地侧歪向一边，但从近距离看，霍金面色红润，眼睛晶亮闪烁，而且时常露出友善的微笑。

约一个小时里，霍金回答了包括本报记者在内的近10名记者的问题。他的轮椅上连着一台计算机，液晶屏幕就在面前，可以用手指控制一个类似键盘功能的操作器。记者提问后，霍金在计算机上选择单词组成句子，之后由合成器发声作出回答。合成器语调自然，甚至称得上悦耳，是一种温和的男声。

“语言”——科学与诗意的交融

对于疾病是否影响自己取得更大成就的问题，霍金的回答是：“我认为，我的残疾对我的科学研究没有多大影响。自《时间简史》之后，我的科学观点得到发展，但是没有根本性的改变。”谈到写作新的科普著作的计划，霍金说，《时间简史》是他写科普作品的首次尝试，对普通人来说，它还是复杂深奥了一些。明年，他将写成一本新书，以更通俗易懂的方式，为普通人打开宇宙的奥秘。

有记者问：除科学研究外，生活中最大的快乐是什么？霍金回答说：“我享受生活，热爱生活，巨大的快乐来自音乐和我的家庭。”一直安静地坐在一旁的霍金夫人，此时露出了会意的笑容。

对本报记者“是否会鼓励一些优秀的年轻人将理论物理、天体物理研究作为奉献终生的职业”的提问，霍金用诗意的语言作出一个长长的回答。他表示会鼓励年轻人从事基础的理论物理研究，“我发现物理学和宇宙学极其激动人心，它就像星球航行，勇敢地向未被征服的领域前进。我能够在头脑中探索黑洞，进入宇宙最遥远的地方。我的建议是，如果你想进入空间，就进入物理学”。交融了科学与文学的美，这就是典型的霍金式的语言。（据《人民日报华东新闻》）

教学反思：