14 * 一名物理学家的教育历程教学设计(教案)

《一名物理学家的教育历程》实录

趣导入

（多媒体投影：爱因斯坦与加来道雄的照片）

同学们，大家认识这两个人吗？了解这两个人吗？知道他们有怎样的关系吗？

明确：德裔美国物理学家爱因斯坦和日裔美国物理学家加来道雄。

爱因斯坦，现代物理学的开创者和奠基人。他提出的相对论是物理学领域的一次重大革命。他曾试图构造统一场论，毕终生之力想寻求引力、电磁力、强核力、弱核力的统一，以解释我们宇宙的所有自然规律——从细小的原子到浩瀚的星系，但最终未果。

加来道雄，国际知名的理论物理学家。他秉持爱因斯坦的精神，继续爱因斯坦未竟的事业，探寻“所有事物的原理”，他提出的“超弦理论”使爱因斯坦冥思苦想却不得其解的万物至理——“统一场论”成为可能，整个物理学就此发生翻天覆地的变化。（播放加来道雄《科幻成真，不可能的物理学》之《穿越不再是梦，科技带你直达平行宇宙》纪实视频的片头，激发学生对加来道雄及其本文中所涉科学研究内容的兴趣。）

爱因斯坦于1955年去世，这一年加来道雄8岁，也就在这一年加来道雄从一位中学教师满怀崇敬的讲述中知道了这位伟大的科学家，并被其未竟的事业深深吸引，从而走上了成为一名物理学家的道路。（板书课题）

整体阅读感知

1．题目“一名物理学家的教育历程”其核心词是什么？请就该核心词推断文章的写作顺序是怎样的？请大家快速浏览文本，梳理文章主要内容与结构，看看实际情况与推断吻合吗？

明确：核心词是“历程”。“历程”即经历的过程，应该是按时间顺序行文的，但就文章整体看作者并不是以时间为序、采用顺叙的方式谋篇布局的。文章开头“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”，显然起着提纲挈领的作用，是全文的纲。而“童年的两件趣事”作为文章的主要内容呈现的是共时性的叙述，即作者采取了分叙的谋篇布局方式，而在叙述每一件趣事是如何引领作者走上成为物理学家的历程时，又分别采取了顺序的方式。这样的结构安排，使文章既脉络清楚，又重点突出。结构如图：

童年的两件趣事引导我走上成为一个物理学家的历程（第1段）

↓（分叙）

对鲤鱼世界的猜想

贪婪地阅读历险故事

（第2—11段）（顺叙）

对爱因斯坦研究的好奇建造电子感应加速器

（第12—18段）

（顺叙）

2．文章的取材组材与详略安排有怎样的特点？

明确：作者并没有从童年到小学到初中到高中，面面俱到地按时间顺序叙事，仅仅选取童年的两件趣事，来突出他成长为一名“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，重点放在制造电子感应加速器上，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。而两件趣事的先后位置关系更不能随意调换，池塘观鱼，使作者展开奇妙的想象，丰富了他对世界尤其是对空间的理解力，这也就为后文好奇于爱因斯坦的未竟事业并乐此不疲地探索求知奠定了基础，后来的着手实验则将先前一切的认识、怀疑、探索、求知都付诸行动，付诸实践，实践出真知，从此，作者加来道雄正式走上了成为理论物理学家的历程。最为巧妙的是其间的衔接与补充，阅读多维空间历险故事和阅读统一场理论书籍两小段内容把整个“教育历程”完美地衔接起来。阅读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，也衔接起由理论学习到实验的探究过程。整篇文章选材精要，谋篇布局思路清晰，详略得当，重点突出，加来道雄作为科学工作者的思维的谨严由此可见一斑。

局部研读探究

（此环节设计为学生分组探究的形式，将学生男女搭配每四人分成一组，每组学生就童年的一件趣事进行深入探究，然后集中交流。如果学生选择集中在一件事上，教师做适当调整。要求：必须紧抓文本进行探究分析。）

加来道雄博士用这样一篇知识容量并不丰厚、行文极其明晰、极容易被人接受的文章意在告诉给我们什么呢？其蕴含在娓娓道来的文字背后的更深层的思想内涵是什么呢？还需要我们更深入地研读！

分组探究题目：

1．第一组：童年对鲤鱼世界的遐想对作者起了怎样的教育作用？培养了作者什么样的科学素质与精神？

明确：第2段“我蹲在那里的一个小池边，为慢慢畅游在水底睡莲之中五彩斑斓的鲤鱼所陶醉。这是我最快乐的童年记忆之一”——热爱观察，乐于观察。第3段“在那静静的时刻，我充满了无限的遐想”——喜欢遐想；“我常常给自己提出一些只有小孩儿才问的傻乎乎的问题”——经常质疑；第5段“我曾想：在水底的鱼群中可能有一些鲤鱼‘科学家’。我想，这些‘鲤鱼’科学家会对那些提出在睡莲之外还存在有另外一个平行世界的鱼冷嘲热讽”——喜爱猜想；第6段“我注意到成千上万的小雨滴轰击在池水的表面。……我想弄清楚周围发生的一切将会以怎样的形式呈现在鲤鱼们的眼中”——细心观察，充满好奇；第7段“我想，鲤鱼‘科学家们’将会聪明地杜撰某种虚构的东西——它被称为‘力’，来掩盖自己的无知”、第8段“我曾想，如果从池水中抓出一个鲤鱼‘科学家’，事情将会怎样呢”、第10段“我常想，我们就像自鸣得意地在池中游动的鲤鱼”——永不停息地思考。“就像鲤鱼一样，我们认为宇宙之中只包含有熟悉可见的东西。我们自以为是地拒绝承认就在我们的宇宙跟前存在有别的平行宇宙或多维空间”——坚持实事求是的精神。

我们清晰地看到童年观鱼的经历带给作者无限的遐想，使作者培养了乐于善于观察、喜好猜想与思考、常常充满好奇心、恒久发挥并保持丰富想象力的科学素质和善于存疑质疑、实事求是、勇于探索的精神。作者由鱼的观察角度，反思人类对宇宙的认知。看似作者少年时的思维超常，其实只是他充分发挥了自己的想象力，并且保持了这样奇特的想象力，而正是这份奇特的想象力使“我一直对存在高维世界的可能极感兴趣”，由此“贪婪地阅读这样一类历险故事”甚而长大后对“在百慕大三角神秘消失的船只”的原因有了探究的渴望，由此奠定了他对高维空间理论探究的基础。

2．第二组：对爱因斯坦未竟事业的追寻一事对作者起了怎样的教育作用？培养了作者什么样的科学素质与精神？

明确：第12段“我八岁时曾听过一个故事，此后它一直留在我的脑海里”、第13段“我被这个故事迷住了。对于一个孩子，这是很神秘的。他未完成的工作是什么？他桌上论文的内容是什么？什么问题可能会如此难以解决而又非常重要，值得如此伟大的科学家把他的有生之年花费在这种研究之中？由于好奇，我就决定学习我能学到的关于爱因斯坦的一切以及他的未完成的理论”——强烈的好奇心与求知欲；“我记得，我花费了好多时间静静阅读我能够找到的关于这个伟人和他的理论的每一本书。这种记忆到现在仍然温暖如春。我读完当地图书馆的书之后，就开始在全市搜寻

图书馆和书店，急切地查找有关线索”——好奇心促使下的自主阅读与探究；“不久我就知道这个故事比任何的神秘谋杀故事更加激动人心，也比我曾想象的任何事情都重要”——因深入了解爱因斯坦研究的价值与意义而痴迷，就此毅然选择了自己未来的人生道路；“我决定要对这一秘密刨根问底，纵然为此而必须成为一名理论物理学家也在所不辞”——作者知道理论物理学家的工作是很抽象、很枯燥的，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，从事这样的研究必须耐得住寂寞，必须有奉献精神。“纵然……也在所不辞”——作者不畏艰辛的勇气与探究到底的决心。而这种勇气与决心便在第14和15段作者看似轻松的叙述中得以体现——永不停息地读书学习与思考。第14段“不久，我就知道爱因斯坦桌上未完成的论文就是他企图构造的所谓的统一场论。……对于用更高的维数可能是解决统一场论的关键这一点我不理解。”

第15段“后来，在高中阶段，我看完了许多地方图书馆中这方面的书，并且常常造访斯坦福大学的物理学图书馆。在那里我发现爱因斯坦的工作使一种称之为反物质的新型物质成为可能”——在下决心对爱因斯坦未竟事业进行探究之后的艰苦而卓绝的学习与思考。第16段“年轻人的一个优点就是不会由于世俗的约束而畏葸不前”——敢于冲破世俗；“没有考虑所要涉及的困难，我就开始着手建立我自己的原子对撞机”——不畏一切困难；“我一直研究科学文献，最后我确信能够建造一台所谓的电子感应加速器”——坚实的学习与积累基础上的强大自信心。第17段“我购买了……我找遍周边地区大量的电子仓库……我说服我的父母亲让他们帮助我在我读高中的那个学校的足球场中缠绕 22英里（1英里=1.61千米）长的铜线”——为验证理论而亲自进行实践，付出艰辛的劳动，并千方百计争取可能得到的支持。“我们把整整一个圣诞假日花费在这条50码（1码=0.91米）长的线路上，缠绕和安装笨重的线圈”——不惜牺牲本该用来欢愉的假日时间执著而坚定地进行探索。第18段“当最后建成时，这个300磅重、6千瓦的电子感应加速器耗掉了我屋子中所产生的每一点儿能量。当我接通它后，通常总是烧断每一根保险丝，屋子变得漆黑一团。在屋子周期性陷入黑暗的同时，妈妈常常在摇头。（我想，妈妈对于她不能有一个在棒球场或篮球场玩耍、反而有一个在汽车间建造一架巨大的电子仪器的儿子而困惑不解。）”——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。而实验的屡屡失败又给生活带来不少的麻烦，得不到亲人的理解。作者进行这样艰苦

枯燥的工作，体现了他对科学的热爱，以及踏实的性格和勇于实践的精神，显露出一个科学工作者的潜能。

对爱因斯坦未竟事业的追寻激发了作者强烈的好奇心和求知欲，使作者明确了人生的理想；而接下来的以阅读为主要方式的探索行动则培养了作者自主阅读与学习的习惯，培养了作者极强的探究精神；为了亲自验证反物质的存在而建造自己的电子感应加速器的经历则锻炼了作者的动手能力，培养了作者不畏艰辛去探索科学真知的恒心与毅力——这正是科学工作者所应具备的素质与精神。

（说明：以上两题对文本语言的分析不一定要求学生面面俱到，尤其是彰显的内涵有所雷同处，但要鼓励尽可能多的学生发言，这里做几乎穷尽式的分析只是为大家提供参考。）

整体理解领悟

1．自主总结归纳：童年的两件趣事引导作者走上成为一名理论物理学家的历程的原因是什么？

明确：童年的两件趣事之所以引导作者走上成为一名理论物理学家的历程，是因为作者在这其中的一些基本科学素养和科学能力得到了充分地挖掘，培养和锻炼。它们是：乐于观察的习惯、勤于思考的习惯，好奇心、想象力、推断能力、自主阅读的能力、探究能力、实验能力，不怕挫折、质疑求真的科学精神，实事求是的科学态度等。

2．合作探究：文章读到这里我们似乎已经明白加来道雄博士为我们讲述他的两件童年趣事的意图了，他告诉我们如何才能成为一名物理学家，即要成为一名物理学家必须具备哪些素质与精神。但是，请同学们想一想，这些素质与精神将从何而来呢？如果文章的思想仅停留在告诉我们要成长为一名物理学家所需具备的素质与精神的层面，是否过于肤浅？加来道雄博士是否在文章中寄寓了更深层的思想内涵？还需我们回到文章整体来进一步探究。

明确：题目“一名物理学家的教育历程”中核心词“历程”前的定语“教育”二字颇有深意，它是我们读懂文章更深层内涵的一把钥匙。“教育”的实施必然要涉及教育主导（父母、教师）与教育主体（孩子、学生），即教育者与被教育者，分析文章中谈及的教育主体和教育对象时，我们会发现，对于教育主体的交代只有很少的文字。一处是第2段“记得那时我的父母亲不时带我去旧金山游览著名的日本茶园”，另一处是第12段“记得我的中学老师给班里讲了一个已故伟大科学家的故事”，而这正是引发童年的加来道雄对鲤鱼世界的奇思妙想、激发他对爱因斯坦未竟事业极大好奇心的缘由，足见童年时期作为孩子教育者的父母与教师在孩子成长过程中的引领作用。但我们又不难发现，作者对此写得极为简略，而把大量的笔墨放在了讲述自主观察与思考、自主学习与探究、自主实践与验证的过程中，作者一系列科学素养的习得与科学精神的养成实际上都是作者自我教育的结果，也就是说自我培养、自我教育、自我努力、自我奋斗等成才的自觉是作者成长为一

名物理学家的关键原因，理解作者寄寓在文中的这一思想内涵，才是真正完整地理解了作者所强调的科学精神。这之于现在的我们更具有现实的教育意义。正所谓“师父领进门，修行在个人”啊！

再者，榜样的作用是无穷的！这或许也是作者要告诉我们的。“我想知道上帝怎样创造了这个世界，对这样或那样的具体现象我不太感兴趣。我想知道世界的内在规律，其余则是细枝末节。——爱因斯坦”作者加来道雄将爱因斯坦的这句名言作为他这篇文字的题记，其用意是显而易见的，他将爱因斯坦作为偶像，将爱因斯坦终生未竟的事业作为自己终生奋斗的目标，其根源还在于他们有着共同的追求——探寻世界的本源。

3．合作探究：本文是一篇科普文章，但它并非像一般的科普文章那样以传播科学知识或道理为主，它主要承担传播科学精神的功能。我们可以想象得到，加来道雄成长为一名理论物理学家其成长道路并非一帆风顺，一定是充满艰辛失败与挫折的，但我们从他讲述自己成为一名物理学家的教育历程中感到更多的却是一种轻松、一种快乐，对此我们又该如何理解呢？

明确：从前面的讨论中我们知道是父母与老师的引领开启了加来道雄走上成为一名理论物理学家的历程，父母为他提供了丰富想象的契机，老师引发了他对爱因斯坦未竟事业的好奇，而在被领上这一起点之后更多的则是依靠他的自我培养与自我教育，是自我努力与自我奋斗，这期间支撑他战胜一切困难、一切挫折、一切困惑的究竟是什么呢？是想象与好奇带给他的极大地乐趣！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。当他真正投入到探求自己所好奇的、所感兴趣的科学探索中时，他的精神世界不但不是枯燥的，反而是充满乐趣的。探寻自然的奥秘，对真正的科学工作者来说，是和自然做近似于捉迷藏的“游戏”，这种充满乐趣的“游戏”使他们充满激情，乐此不疲，并且能不惧失败与挫折，不畏强权，不受外界的一切诱惑和干扰，这也是一种崇高的人生的“境界”，所以我们从文章中感受到的必定还有作者投身科学探索的快乐，“未见意趣，必不乐学”（宋•陈颐），意趣盎然，学必快乐！——这也应是作者所要传达给我们的深层的思想内涵吧！

如果你们中有人能因今天的学习将加来道雄博士作为偶像去追随，就像当年加来道雄迷恋爱因斯坦一样，那便是我作为教师的莫大的自豪，我将永远铭记此刻，铭记我们一起研读《一名物理学家的教育历程》一课的美好时光！