14 * 一名物理学家的教育历程优秀教学设计

《一名物理学家的教育历程》教学设计

【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。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】 一、知识教育目标

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。

【重点、难点及解决办法】

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，不必教给学生。

【课时安排】

1课时

【教学过程】

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。

二、作者简介

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、建立实验室

高中阶段，“本应在棒球场或篮球场玩耍”，享受青春年华，但作者却看完了许多地方图书馆在这方面的书，并且常常造访斯坦福大学的物理学图书馆。说明他一直在兴趣的引导下，不断地进行理论探索。表明了他坚持不懈的精神。但是光有丰富的想象力，强烈的好奇心和极大的兴趣就能成为物理学家吗？

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。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。

而他确实自己动手建立了实验室，验证爱因斯坦理论，探究反物质。可见，作者并不是一个读书的人，而是通过实验来验证理论的正确与否，具有实验精神。

这样，两件趣事极大地丰富了他对世界的理解力，引导他从理论研究转入到实验探究，从而能更好地验证他的理论，也最终让他成为了一名物理学家。

【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，对教育而言，重知识，轻能力的现象很普遍，值的人们深思。

好在我们学校针对这种情况，走在了前面，我们配备了设施齐全的理化生实验室，有别具一格、激发创新思维的科技创新实验室，有培养兴趣、注重探索实践精神的天文台等，即将投入使用，可以说，这些都是一名理论物理学家重视实验给我们的启迪。

我们通过讨论，共同把握了文章的内容及其思想内涵。（过渡语）而作者为什么写这篇文章？

我们也非常清楚了：通过作者写的教育历程，告诉我们怎样才能成为一名物理学家。也就是，要有丰富的想象力，对事物有强烈的好奇心，坚持不懈地探究能力，还要有不怕挫折，坚持实事求是的实验能力品质等。

我们明白了作者的写作意图。那么，作者如何让自己的写作意图得以实现呢？（过渡语）

五、【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；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。而夹杂在其中的阅读多维空间历险故事和统一场理论书籍两小段内容，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。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。总而言之，本文组材特点是重点突出，详略得当。

六、总结：一名物理学家的教育历程，让我们感受到了兴趣爱好对人的一生可能起到的巨大作用，我们要在其不断地引导下，不怕挫折、坚持不懈、奋斗不息，才能真正到达理想的彼岸。

七、作业布置：

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。你替这位动物“科学家”做一回代笔人怎么样？

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”。