14 * 一名物理学家的教育历程ppt配套教案和课堂实录

课题

《一名物理学家的教育历程 》

课时

1课时

课型

新授课

教学一、知识教育目标

目标

引导学生从生活出发，了解科学、认识科学。

二、能力培养目标

引导学生以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵。

三、德育渗透目标

引导学生体会科学精神。

教学过程

一、自主学习

教

学

内

容

一、导入新课

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，我们来看一下加来道雄的成长道路，或许能得到一些启发。

（板书）一名物理学家的教育历程

二、明确目标

1．引导学生从生活出发，了解科学、认识科学。

2．引导学生以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵。

备注

一、整体感知

1．作者简介

二、质疑

加来道雄，美籍日裔物理学家，毕业于美国哈佛大学，获加利福尼亚提问

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》。

2．本文的基本结构

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。结构如图：

童年

青年

（成年）

鲤鱼世界的幻想（想像）

实验

（理论物理学家）

爱因斯坦故事（理论）

3.段落划分

段落划分

一、（1 段）全文总括：记叙了作者在童年的两件趣事，以及作者是如何由这两件趣事来激发自己的科学兴趣的。

二、（2~11 段）由对鲤鱼世界的遐想，推知人类认识的局限性。

（1）幻想鲤鱼“科学家”研究的局限性。

（2）推知人类对多维空间研究的局限性。

三、（12~18 段）对爱因斯坦未竟事业的向往与学习研究。

（1）探究爱因斯坦未完成的理论。

（2）建立自己的原子对撞机。

4．本文的基本内容

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。看似作者少年时的思维超出同龄人，其实只是他充分发挥了自己的想像力，并且保持了这样奇特的想像力，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。他之所以感到“激动人心”，是因为他把爱因斯坦的理论当成一个“侦探故事”来阅读、探究，这非常符合少年的心理。另外，“我决定要对这一秘密刨根问底”，也表现了他有毅力有恒心的性格，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。作者进行这样艰苦枯燥的工作，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。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”。

三、问题研究

1．【提问】本文在材料处理上有什么特点？

【明确】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．【提问】本文体现了怎样的科学精神？

【明确】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。

（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。由感性的想像上升到理性的创造，体现了创新意识和探索精神。

（2）乐趣：科学不应该是枯燥的，而是应该充满乐趣的。探寻自然的奥秘，对真正的科学工作者来说，是和自然做的近似于捉迷藏的“游戏”，也是人生的“境界”。“游戏”使他们乐此不疲，充满激情，不受外界的诱惑和干扰；而“境界”使他们不顾功利，不畏强权，只求真理。

（3）实验精神：丁肇中说过：“现代学术的基础就是实地的探察，就是我们现在所谓的实验。”“科学发展的历史告诉我们，新的知识只能通过实地实验而得到，不是由自我检讨或哲理的清谈就可求到的。”（《应有格物

致知精神》）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。作者从事的高维空间理论，虽然还停留在纸面上，但是科学家们已经在做许多基础的实验工作，努力使理论得到证明。即使如科学家霍金靠睿智的头脑创建黑洞理论，也要有数学和天体物理学的实验基础，也不是空想出来的。

3．【提问】“鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的？

【明确】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？

【明确】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】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？

【明确】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。

6．【提问】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？

【明确】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。

7．【提问】作者建立实验室的事例，对我们现实生活有怎样的意义？

【明确】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。

8、课外补充

多维空间介绍

0维：没有长宽高，单纯的一个点，如奇点。

一维

：只有长度

二维

：平面世界

只有长宽

三维

：长宽高

立体世界

我们肉眼亲身感觉到看到的世界

三维空间是点的位置由三个坐标决定的空间。客观存在的现实空间就是三维空间，具有长、宽、高三种度量。数学、物理等学科中引进的多维空间概念，是在三维空间基础上所作的科学抽象。

四维

：一个时空的概念

日常生活所提及的“四维空间”，大多数都是指阿尔伯特·爱因斯坦在他的《广义相对论》和《狭义相对论》中提及的“四维时空”概念。我们的宇宙是由时间和空间构成。时空的关系，是在空间的架构上比普通三维空间的长、宽、高三条轴外又加了一条时间轴，而这条时间的轴是一条虚数值的轴。根据阿尔伯特·爱因斯坦相对论所说：我们生活中所面对的三维空间加上时间构成所谓四维空间。

一维是线，二维是面，三维是静态空间，四维是动态空间（因为有了时间）。

１９０５年，年仅２６岁的爱因斯坦发表了三篇论文，在物理学三个不同领域取得了历史性成就，特别是狭义相对论的提出，使人类对于空间、时间和物质运动的认识发生了革命性变化，标志着物理学新纪元的到来。

１９１５年，爱因斯坦发表广义相对论。这是继狭义相对论之后，近代科学的又一个重大成就。１９１９年，英国天文学家爱丁顿的日全食观测结果证实了爱因斯坦所作的光线经过太阳引力场会弯曲的预言。爱因斯坦由此声名鹊起，相对论成为人们家喻户晓

四、课堂检测

1．下列词语中加点的字，注音有误的一项是（

）

A.璀璨（càn）

斑斓（lán）

撒手人寰（huán)

B.目眩（xuàn）

畏葸（sī）

孜孜不倦（zī)

C.怪诞（dàn)

湮没（yān)

自鸣得意（míng )

D.遐想（xiá）

杜撰（zhuàn）

惊诧不已（chà) 2.下列各句中，加点的成语使用不恰当的一句是（

）

A.关于李自成的传说，有不少地方是混合着穷苦百姓的感情和希望，真实的事情未必都被众人知道，而传说的故事未必不含着虚构的、添枝加叶的地方。

B.虽然李刚劣迹斑斑，但瑕不掩瑜，我们还应该看到他为人仗义的一面。

C.对各种自然灾害不能麻痹大意，必须在战术上重视，必须未雨绸缪，防微杜渐。

D.“崇尚科学文明，反对迷信愚昧”图片展，将伪科学暴露得淋漓尽致，使观众深受教育。

3．下列各句无语病的一句是（

）

A.上网的诱惑无法令现代人拒绝，但昂贵的网上消费又使网迷们痛心不已。

B.只要把自己所学的知识同企业的发展、国家的振兴结合起来，知识就不愁有用武之地。

C.摩托罗拉研发中心成立以来，不断研制开发新产品、新技术、新工艺，取得了骄人的成绩。

D.联合国曾将90年代定为减少自然灾害的10年，以期通过世界各国人民的共同努力减少自然灾害给人类带来的痛苦。

4.依次填入下面横线处的句子，与上下文衔接最恰当的一组是（

）

我想象那弓影高耸的枫桥，桥下是潺潺的流水，桥畔停泊着一二客船。

假如在月落乌啼的寒夜会霜风如削，星星渔火闪烁在江面，钟声如缕，悠

悠从水面飘来叩醒舟人的客梦。

①那云水苍茫，烟波浩渺的一片秋江，

②那一片秋江云水苍茫，烟波浩渺，

③夕阳的影里沿江的红树沉醉着；

④沿江的红树沉醉在夕阳的影里；

⑤寒山寺的梵宇，矗立在丛树之间。

⑥丛树之间矗立着寒山寺的梵宇。

A.①③⑤

B.②④⑥

C.①④⑥

D.②④⑤

阅读课文选段，回答文后各题。

待神志镇定之后，这位鲤鱼“科学家”就会讲述一个真正令它们惊诧不已的传奇故事。它说：“突然之间，不知怎的我就被拉出了咱们的宇宙（池水），投进了一个冥冥世界，那里有令人目眩的强光和我从未见过的奇形怪状的物体。最奇怪的是那个抓住我的生物竟然一点也不像鱼。更使我震惊的是，无论如何也看不到它的鳍，但是没有鳍它还是能够运动。我感觉到熟悉的自然规律不再适合于这个冥冥世界。随后，我发现自己突然又被扔回了咱们的世界。”（当然，这个到宇宙之外一游的故事对于鲤鱼是怪诞的，大多数鱼都认为这完全是胡说八道。）

5.文段中提及的“冥冥世界”指什么？

6.文段中“熟悉的自然规律”是指什么？

7.假如你是这位鲤鱼“科学家”，你会对其他鲤鱼讲一个怎样的传奇故事？

答案：

1 ．B

2．B

3．A

4．A 5.指有令人目眩的强光和鲤鱼从未见过的奇形怪状的生物的世界（即人类世界）

6．有鳍才能运动。

7．展开想象，言之成理即可。

一名物理学家的教育经历

巧学精练二

阅读下面的文字，完成1一4题。

1990年9月，美国批准了世界上首个基因治疗方案。从此，世界各国掀起了研究基因治疗的热潮。值得提出的是，无论哪一种基因治疗目前都处于初期的临床试验阶段，均没有稳定的疗效和完全的安全性。可以说，在没有完全解开人类基因组的运转机制、充分了解基因机制和疾病的分子机理之前，进行基因治疗是相当危险的。

1999年9月，一位18岁的美国青年在接受基因治疗时不幸死亡，成为被报道的首例死于基因治疗的患者。2002年，法国包括一名3岁男孩在内的11名儿童同时接受了基因治疗，4月，这次试验性的基因治疗获得成功，所有

患儿状况良好，而且表现出具有正常免疫力的迹象。但没过多久，医疗专家查出这名3岁儿童突然在基因治疗宣告成功后患上了某种类似白血病的癌症，有关专家认为这是由基因治疗引起的。这立刻引起各国的广泛关注。在这次医疗试验中，用于治疗疾病的基因被包裹进经修饰的逆转录酶病毒载体，然后再进入患者细胞中与DNA结合。虽这些病毒载体经过处理，可以防止感染，但科学家还无法控制病毒载体在DNA上的插入位置。所以，长久以来就有人担心，病毒载体会破坏重要的基因，导致“插入型突变”。如果被破坏的基因是负责调控细胞生长和分裂的，就会产生癌症。但是，也有一些专家认为，用逆转录酶病毒载体的基因治疗都是在近几年进行的，所以并不能排除有些病人今后发生癌症的可能。此前进行的多次基因治疗中，也使用了逆转录酶病毒载体，所有

的患者都没有发生类似的问题。从长远来看，因插入变异会不断带来治疗风险，基因治疗专家必须考虑是否应该放弃现有的逆转录酶病毒载体，而使用其他非插入型载体，如腺病毒、疱疹病毒等。但是，也可以通过改造逆转酶病毒以减少插入变异的风险。一种比较可行的办法就是给载体安上“自杀”基因。例如，在载体中加入一种对那些抗病毒药物比较敏感的基因，当医生发现在逆转录酶病毒的作用下正常细胞可能转化为癌细胞时，就使用特定的抗病毒药物，那些“自杀”基因在这些药物的作用下让病毒“自杀”，这样就可将癌症消灭在萌芽阶段。

尽管科学家在不断尝试更成熟的基因治疗方法，但是目前的基因治疗还必须使用一些不够完善的技术。专家们指出，法国的这个医疗事件只是一个特例。在这次试验治疗中使用的逆转录酶病毒载体已经使用了十几年，只是最近才出现了不良反应。因此医疗专家们指出，不要因为个别的悲剧而排斥基因治疗，其实基因治疗的好处远远大于其弊端，它让那些用传统的医疗手段无法治愈的疾病患者看到了希望。与其远离基因治疗，不如从失败中吸取教训，更加深入地认识风险，从而帮助医生们在未来更好地预测和防止类似事件的发生。

（原载（（科学画报》2003年第10期。有删改）

1.下列对第一段中画线句子的理解，不正确的一项是（

）

A.目前的基因治疗是在不了解基因内部机制和疾病分子机理的情况下进行的，也就没有令人满意的疗效和安全性。

B.人类目前对自身基因和有关疾病的研究成果，还不足以保证目前的基因治疗能达到人们所预想的疗效和安全性。

C.基因治疗是一项复杂的工程，现有的技术条件的限制，决定了它目前还停留在临床试验阶段，手术风险相当高。

D.人类对自身基因和相关疾病的研究，目前还没有达到很理想的水平，所进行的基因治疗也就难免存在较高危险。

2.下列对第二自然段有关内容的理解，正确的一项是（

）

A.尽管存有争论，但有关的专家还是坚持认为，正是治疗过程中的人为技术操作不当，最终导致了法国基因试验的失败。

B.由于科学家到目前为止，还不能将用于治疗疾病的基因准确地插入逆转录酶病毒载体中，所以这起试验并未取得成功。

C.虽然还不能确定那位3岁男童的死因，但可以肯定的是，利用逆转录酶病毒载体插入DNA的基因治疗办法是行不通的。

D.迄今为止，科学家还没有找到控制经过处理的病毒载体插入DNA的位置

的有效方法，现阶段基因治疗的风险是很高的。

3.下列理解不符合原文意思的一项是（

）

A.基因治疗的研究和试验已经进行了十几年，尽管其好处远大于其弊端，但近年基因治疗中出现的死亡个案，还是引起了科学家们的关注和反思。

B.一旦插入DNA的逆转录酶病毒载体破坏了负责调控细胞生长和分裂的基因，就很有可能使正常细胞转化为癌细胞，导致基因治疗的失败。

C.专家们通过给逆转录酶病毒载体植入对抗病毒药物比较敏感的基因，找到了避免因逆转录酶病毒载体插入变异而导致癌症的比较可行的方法。

D.目前的基因治疗全都处于临床试验期，还必须使用一些有待完善的技术，若想取得稳定的疗效和完全的安全性，仍需要科学家们的不断努力。

4．根据原文提供的信息，以下推断不正确的一项是（

）

A.目前使用逆转录酶病毒载体所进行的基因治疗试验并未成熟，人类对自身的基因和疾病的研究还要继续深化。

B.当人类基因的奥秘被真正解开的时候，基因治疗将获得更可靠的疗效和安全性，人们也就不再反对基因治疗。

C.比起传统的医疗手段来，基因治疗有着更广阔的前景，它对诸如癌症、心脏病等奇难杂症的治疗将更具效果。

D.随着科学家们的不懈努力和科技的发展，基因治疗将会给21世纪的医学带来革命性的变化，为人类的健康造福。

答案：

1.A（画线句的意思是基因治疗是一项复杂的工作，人类目前对自身基因和有关疾病的研究，还没有达到很理想的水平，还不足以保证目前的基因治疗能达到人们所预想的疗效和安全性。而A项中说

“目前的基因治疗是在不了解基因内部机制和疾病分子机理的情况下进行的”，说法过于绝对，因而不正确。）

2. D(A项中“正是治疗过程中的人为技术操作不当，最终导致了法国基因试验的失败”，在原文中没有这方面的内容，所以不正确；B项中“还不能将用于治疗疾病的基因准确地插入逆转录酶病毒载体中”，说法不对。原文中是“无法控制病毒载体在DNA上的插入位置”，因而也不正确；C项说法过于绝对，第二段中说：“也可以通过改造逆转录酶病毒以减少插入变异的风险”，并没有说“利用逆转录酶病毒载体插入DNA的基因治疗办法是行不通的”，所以也不正确。）

3. C(C项说的内容只是专家们的设想，还没有试验成功，所以这个说法不正确。）

4．B（B项中说“当人类基因的奥秘被真正解开的时候，基因治疗将获得更可靠的疗效和安全性，人们也就不再反对基因治疗”，这个说法过于绝对。因为还没有到那种地步，是否是可靠和安全，人们反对不反对，现在都无法推断，所以不正确。）

认识自己也好，不认识自己也好，只要我们心中有希望，脚下有路，

五、小结那就走下去吧。为认识自己毕竟需要一个过程，也要付出代价，不劳而获评价

的事毕竟更多的是出于幻想。

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教学后记