14 * 一名物理学家的教育历程教学设计案例

《一名物理学家的教育历程》教案

设计者 蒋华珍

【教学目标】

1、知识教育目标

引导学生从课文内容出发，认识科学、热爱科学。

2、能力培养目标

根据课文内容质疑、解惑，探讨文中表现的思想内涵。

3、德育渗透目标

合理猜想，积极探索，引导学生体会科学精神。

【重点、难点及解决办法】

教学重点是文章内容，主要通过学生自己发现问题、合作讨论，解决学生的问题，培养学生积极探索的科学精神。这篇课文易激发学生对课外知识的强烈求知欲望，于是提供一些相关的链接知识，让学生更易理解，针对学生感兴趣的内容，让学生大胆合理进行科学猜想，培养学生的科学想象力。

【课时安排】1课时

【教学步骤】

一、课前预习

1、浏览课文，理清课文思路。

课

题

段

落

段

落

大

意

总提两件趣事对“我”的教育一名物理学家的教育历程

第

～

段

2、思考：阅读课文内容，我最大的疑问是什么？我最感兴趣的是什么？

二、质疑解惑——课文内容探讨

学生分组合作讨论以下问题，然后交流。

1、作者为什么要在文章开头引用爱因斯坦的话？（董练骜、熊石川）

2、“鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的？（老师）

3、作者通过“鲤鱼科学家”们对世界的认识想说明什么？（蒋宇、李茂坤、罗帅亨、杜丹妮、王迎超、彭雯、李尧、王继兴等）

4、作者为什么建立实验室？他想证明什么？（李茂坤、徐慧泠、罗帅亨、薛惠文）

5、这名物理学家的教育历程到底是什么？（曾珍、董新华、刘佳鑫）

作者举童年观察鲤鱼的例子与标题“教育历程”有什么联系？（刘佳鑫）

三、奇思妙想——科学猜想

请同学们选以下一个问题进行大胆合理的科学猜想

1、我最感兴趣的概念有：

1 结

构

第1段

作用。

第

～

段

总

多维空间、平行宇宙、高能物理、量子力学理论、引力波、电磁技术、量子纠缠理论、波尔量子力学、统一场论的构造

（李茂坤、张成宇、王旭敏、杨显彬、董新华、杨露、董练骜、罗帅亨等）

2、我的科学构想——未解之谜？

如果人超越了光速，是否可以回到过去？（李茂坤）

超距作用是如何产生的？在现实生活中有什么例子？能被用来传送物品或人吗？会对作用的物体造成什么影响？（李尧）

百慕大三角中船只究竟是怎么消失的？（米然）是不是进入了一个空间漏洞？（冯家辉）

我们的世界有物理定律不起作用的地方吗？（贾俊豪）

多维空间运行的原理是什么？电子感应加速器是如何产生一束反电子并使它具有加速度的？（袁源）

平行宇宙中是否也存在“地球”？（张然）平行宇宙之外又是什么？（雷万钧）

当多维产生，能否将空间折叠，让一个将死之人到另一个空间生存？（纪霞萱）

就像鲤鱼一样，我们人类可以随意的改变它们世界的规则，那么是否又存在更高阶的生命体来制定或者改变我们世界的规则？思维以上的空间到底加入了一种什么元素？如果人加速到光速是否能进入到下一个维度空间？热力学箭头代表着时间的流逝，那么如果进入绝对零度，时间是否会倒流？（江语）

板书设计

鲤鱼世界——高维世界存在的可能

爱因斯坦的故事——统一场论

建立原子对撞机——验证理论，探究反物质

补充资料

一、作者简介

加来道雄（Michio Kaku），美籍日裔人，美国著名物理学家、科学畅销书作者，美国著名高等学府加州大学伯克利分校（UC Berkeley）物理学博士

、纽约城市大学研究生中心的理论物理学教授，超弦理论的专家。

加来道雄的著作都广受赞誉，

《构想未来》、

《超越爱因斯坦和超空间》、《平行宇宙》，均被《纽约时报》和《华盛顿邮报》提名为当年的最佳科学读物之一。代表著作《超越时空》、《量子场论》等。其中的《超越时空》被称为“20世纪人类的伟大智力壮行”。他主持着一档全美国联网的科学广播节目，还在《晓闻热线》、《60分钟》、《早安美国》以及《拉里·金直播在线》之类的全美国性电视节目中亮相 。

加来道雄在《不可思议的物理》书中的前言自曝如何成为一名理论物理学家：

上高中的时候，我在妈妈的车库里装配了一台核粒子加速器，作为科学展览的参展作业。我去西屋（Westinghouse）公司收集了400磅废变压器钢。在圣诞节期间，我在高中的足球场上绕了22英里长的铜丝。最终，我制造出了一台功率230万电子伏的电子感应加速器，它需要消耗6千瓦电力（相当于我家房子输出的总功率），能产生相当于地球磁场2万倍的磁场，目标是能制造出威力足以产生反物质的γ射线。

2

我的科学展览项目使我进入了全国科学展，最后还使我梦想成真，获得了哈佛大学的奖学金。在那里，我最终得以追求成为一名理论物理学家的目标，并且追随我的偶像——爱因斯坦的脚步。

理论贡献——超弦理论

他在高中时期就看完了图书馆里所有关于“统一场论”的书籍，后来他进入哈佛大学然后又获得加州大学伯克利分校物理学博士学位。其间他明白了爱因斯坦的主要课题，就是将“广义相对论”和“量子场论”完美地结合起来。但是，爱因斯坦这位大科学家花了40年也没有完成这个工作。

在爱因斯坦的计算中，广义相对论和量子场论互相间并不自洽，所以如果想要统一二者必须要有一个更大的理论框架才行。更多的物理学家沿着爱因斯坦的足迹前行，加来道雄是其中之一。1984年，他和其他几名科学家提出了“超弦理论”，称“原本我们认为构成物质的粒子并不存在，存在的只是弦在超级空间中的运动。”“各种不同的粒子只不过是弦的不同震动模式而已。”“自然界所发生的一切相互作用包括物质和能量，都可以用弦的分裂和结合来理解。”

在超弦理论下，爱因斯坦曾经研究的两个课题被完美结合，没有任何漏洞。整个物理学发生了翻天覆地的变化，我们过去所学到的很多东西变成了错误。加来道雄成了超弦理论的奠基人，更多年轻的物理学家们开始投入到这个新的研究领域中来。

二、知识链接

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、平行宇宙

是指从某个宇宙中分离出来，

与原宇宙平行存在着的既相似又不同的其他宇宙。在这些宇宙中，也有和我们的宇宙以相同的条件诞生的宇宙，还有可能存在着和人类居住的星球相同的、或是具有相同历史的行星，也可能存在着跟人类完全相同的人。同时，在这些不同的宇宙里，事物的发展会有不同的结果：在我们的宇宙中已经灭绝的物种在另一个宇宙中可能正在不断进化，生生不息。

有学者描述平行宇宙时用了这样的比喻，它们可能处于同一空间体系，但时间体系不同，就好像同在一条铁路线上疾驰的先后两列火车；它们有可能处于同一时间体系，但空间体系不同，就好像同时行驶在立交桥上下两层通道中的小汽车。

3、多维空间

“维”是一种度量，在三维空间坐标上，加上时间，时空互相联系，就构成四维时空。现在科学家的理论认为整个宇宙是十一维的，只是人类的理解只能理解到3维，打个比方：一个智能生物生活在我们周围，但只能理解二维，那它就处在二维世界了吗？但在它们周围的我们却分明认为是三维，双方都是智能生物，谁对谁错呢？

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