13 * 宇宙的未来教学设计实例

《宇宙的未来》教学设计

教材分析：

本文是英国理论物理学家霍金1991年1月在剑桥大学的一次讲演录。霍金运用天体物理理论，对宇宙的未来作了科学的预测，得出宇宙或膨胀或坍缩取决于宇宙的平均密度的结论。文章涉及很多关于宇宙学的知识，但演讲者却从巫师和宗教预言谈起，通过严密的语言和生动的比喻等，将深奥的科学问题讲得深入浅出，这是教学中应重点关注的。

教学目标：

1、理清文章思路，概括内容要点，理解文中重要信息的内涵。

2、学习、欣赏本文严密的语言和生动的比喻，能够加以灵活运用。

3、了解关于宇宙学的基本知识，激发探索未知世界的兴趣，培养科学精神，提高思辨能力。

教学用具：多媒体教学课件。

课时安排：1课时。

教学程序：

一、文题理解。

PPT 1、何谓“宇宙”

？

在中文里，“宇”是“上下四方”的意思，表示空间；“宙”是“古往今来”的意思，表示时间。宇宙的历史，就是空间在时间上发展的过程，斯蒂芬·霍金以时间为序，研究我们所处的这个宇宙诞生、发展，以及它将来可能的状况，因此，他把自己的书称作《时间简史》，实际上就是《宇宙简史》。

2、何谓“未来”？

作者这里讲的未来，是指极其遥远的未来。

3、（那么问题来了）：结合文题，能否用一句话概括文章的主要内容？

作者通过严谨的论证，预言了宇宙的两种可能的未来：膨胀，或者坍缩。

二、整体感知

（一）阅读、讨论（1-6）

PPT 1、这部分先说明什么？

先表明预言宇宙的信心。

2、这篇讲演的主题是预言宇宙的未来,为什么开篇先罗列了一些巫师们预言屡屡失败的尴尬的事件？

通过对比说明巫师们的预言缺乏科学根据，只是一些模棱两可的判断，而真正的技巧在于解释。这与科学家的预言有很大的区别。说明预言未来是人类自古以来的一种追求，为下文张本。

（二）阅读、讨论（7-11）

PPT 1、这部分说明什么情况？

分析阻碍预言的因素（预言的困难性）。

2、作者认为，科学家预言宇宙的未来，有哪些困难？

困难有三个方面：

①我们只了解正常情况下物体的科学定律，不知道制约在极端条件下的精确定律，故很难预言宇宙的未来。（7-8自然段）

②物理方程的解具有混沌性，我们对一个混沌的系统难以作出预言。（10自然段）

③我们受到时间尺度的制约，故很难预言宇宙的未来。（9自然段）

3、作者举了哪些实例来阐释混沌性？

赌盘丶天气预报和制约人类行为的方程。

（三）阅读、讨论（12-13）

PPT 1、这部分是写什么的？

指出可预言的科学依据。

2、作者认为科学家可以预言宇宙的未来的根据是什么？

①我们观察到的从外空间各个方向来的微波幅射背景的温度极其接近，这表明宇宙的膨胀是平滑而非混沌的。（12自然段）

②我们根据地球在太阳系中的地位以及其所属的星系中的地位，推断出任何其他星系的任何背景亦相同，故可确定在大尺度下宇宙的行为是简单的，可以预言

。

（13 自然段）

（四）阅读、讨论（14-21）

PPT 1、这一部分如何概括？

描绘宇宙未来具体景象。

2、作者是如何描绘宇宙未来的样子的呢？

①大爆炸形成宇宙的膨胀。如果宇宙的密度大于某个临界值，吸引力将最终使膨胀停止并使宇宙开始重新收缩，最终宇宙就会坍缩到一个具有无限密度的奇性的大挤压，时间本身就会在大挤压处终结。大挤压之后的存在是不能预言的。

②如宇宙密度小于该临界值，宇宙就不会坍缩，它会继续永远膨胀下去，星系们会继续以恒常速度相互离开。现在的宇宙正在膨胀 ,至少在100亿年内不会停止。

（14-19 自然段）

3、在大约100亿年以后，宇宙中大多数恒星都已把燃料耗尽，似太阳质量的恒星，不是变成白矮星就是变成中子星，具有更大质量的恒星会变成黑洞。这些宇宙残留物继续绕着银河系中心每100亿年转一圈，它们互相碰撞，使一些被抛到星系外面去，余下的会渐渐在中心附近稳定下来，最终汇聚在一起，形成一个巨大的黑洞。最后这个黑洞可能在10的90次方年的时间蒸发掉（ 20－21自然段）这又说明了什么？

作者从星系演化的过程证明了，宇宙将会永远膨胀下去。

（五）阅读、讨论（22-25）

PPT 1、这部分说明什么情况？

影响预言的不确定因素。

2、在对宇宙的未来的预言中，存在哪些不确定的因素？

一是可能存在当前我们未知的暗物质，它们会影响大爆炸后一秒钟内宇宙的初始密度，从而影响对宇宙最终坍缩时间的确定；（22-23自然段）

二是对宇宙的初始密度的确定有着不同的认识：一是按照人择原理去确定，一是按照暴涨理论去确定。二者有较大差距。（24-25自然段）

（六）阅读、讨论（26）

PPT 1、最后一部分做什么？

对全文进行小结。

2、总结的要点是什么？

人们可以预言未来，但宇宙的未来是坍缩还是无限膨胀，尚难定论。因为宇宙现有密度似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度。

三、理清结构PPT 1、先表明预言宇宙的信心（1-6）

2、再分析阻碍预言的东西（7-11）

3、指出可预言的科学依据（12-13）

4、预言宇宙未来具体景象（14-21）

5、影响预言的不确定因素（22-25）

6、最后对全文进行小结（26）

四、质疑释疑

PPT 1、作者在第8段中为什么说“即使知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来”？为什么第10段又说“尽管我们知道制约人类行为的方程，但在实际上我们不能预言它”? 明确：“因为物理方程的解会呈现出一种称作混沌的性质”，“方程可能是不稳定的”；同样，“制约大脑的方程几乎肯定具有混沌行为，初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果”

2、为什么科学“不能预言人类社会的未来”，却“可以预言宇宙遥远的未来”? 明确：因为前者是混沌的，不确定的；而“宇宙的行为在非常大尺度下是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来”。

3、对宇宙未来的预言，关键是要弄清宇宙的什么问题? 明确：“对宇宙未来的预言，其关键问题在于：平均密度是多少。”

4、作者认为宇宙的未来会是怎样的? 明确：会有两种可能：“如果它比临界值小，宇宙就将永远膨胀，但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩。”

五、品析赏鉴

PPT 1、“例如，如果你稍微改变一下你旋转轮赌盘的方式，就会改变出来的数字。你在实际上不可能预言出来的数字，否则的话，物理学家就会在赌场发财。”

明确：用这个比喻生动地说明了“即使我们知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来”。

2、“这有一点像是再投胎。如果有人声称一个新生的婴儿是和某一死者等同，如果该婴儿没从他的以前的生命遗传到任何特征或记忆，这种声称有什么意义呢?人们可以同样地讲，它是完全不同的个体。”

明确：用这个比喻形象地说明宇宙在大挤压处终结后，并不是任何发生在之后的事件都是另一个相分离的宇宙的部分。

3、“据说，1844年是第二次回归的开始，但是首先要数出获救者名单。只有数完了名单，审判日才降临到那些不列在名单上的人.幸运的是，数人名看来要花很长的时间。”

明确：这句话幽默中含着讽刺，揭露了宗教预言师的荒谬，表现了对方屡测屡败却又想方设法自圆其说的尴尬与可笑。

4、“如果暴涨理论是正确的，则宇宙实际上是处在刀锋上。所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统，两方下赌注，以保万无一失。”

明确：听众明知作者做的是科学的预言，和巫师他们完全不同，可作者却有意将自己降为他们的同类，一是说明自己恰好也有两种预测，二是顺势又对他们进行嘲讽。这种智慧的表达既带来了轻松愉悦的气氛，又大大增加了自己与听众的亲和力。