13 * 宇宙的未来优秀公开课教案

《宇宙的未来》教学设计

教学目标：

知识与能力

1.了解本文中作者对宇宙未来预测的观点和依据；

2.学习本文生动、幽默的演讲风格；

3.掌握从文章语段中寻找重要信息的方法。 过程与方法

1.通过自读和互动探究来了解文章内容；

2.先浏览文章，后细品文意，再深入探讨。

情感态度与价值观

1.感受科学精神，培养科学素养；

2.学习霍金面对难题迎难而上的决心和信念，树立良好的科学观。

教学重点： 1.提炼本文的要点，增强概括能力；

2.理解宇宙的膨胀与收缩同平均密度的关系。

教学难点： 1.探究本文的内涵，增强分析能力；

2.本演讲稿怎样将科学说明同幽默语言结合起来，阐述了形象而生动的科学话题。

教学过程：

一．导入新课

在当今世界的自然科学领域，能够和爱因斯坦比肩的人物恐怕应当首推史蒂芬•霍金了，他不但做出了辉煌的科学成就，其坚强的意志品质也深深地感染着我们，我们今天就来学习他的一篇演说辞《宇宙的未来》（板书课题）。

仰望灿烂的星空，我们会肃然起敬，产生无穷无尽的联想和想像。从古到今，人们对于宇宙的猜测和探索从来也没有停止过。如屈原在《天问》里就发出了一系列的探问：“遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？……九天之际，安放安属？隅隈多有，谁知其数？

天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？出自汤谷，次于蒙汜，自明及晦，所行几里？”中国古代的宇宙学有浑天说、盖天说、宣夜说等，西方有日心说、地心说等。然而直到20世纪诞生现代宇宙学，人们对宇宙的认识才有了根本性的突破。本文作者是当代著名的理论物理学家，他以“宇宙的未来”这样玄而又玄的话题在剑桥大学作讲演，对我们认识宇宙有哪些启示呢？

2．作者简介

史蒂芬•霍金是继阿尔伯特•爱因斯坦之后最杰出的物理学家。霍金1942年出生于英国牛津，先后就读于牛津大学和剑桥大学，学习数学、物理学和宇宙学。1963年，霍金经诊断得了肌萎缩性侧索硬化症。这种病会引起肌肉萎缩，导致瘫痪；说话会越来越困难，直至完全丧失语言能力；患者通常因并发肺炎或窒息而死亡。不过，患者的思维能力包括记忆能力不受影响。医生告诉霍金他最多只能活两年。在经历了一段短暂的失望和沮丧后，霍金又开始了他的宇宙学研究。霍金后来在相对论、“大爆炸”和黑洞等领域取得了突出的研究成果。霍金1988年出版的宇宙学著作《时间简史：从大爆炸到黑洞》，是一部里程碑式的畅销书。霍金被确诊患病已三十多年，但他仍孜孜于宇宙起源的理论研究，仍在为大统一理论而耕耘不已。霍金现任剑桥大学卢卡斯数学教授，这也是牛顿爵士曾担任过的职位。

二、整体感知，初步理解

1.快速浏览全文，然后能用一句话简要地说出本文的主要内容是什么。

明确：本文讲的是宇宙的未来问题，预测了两种结局：或膨胀，或收缩。 2.边读边给课文分段，明确作者讲了几层意思，并提炼出要点。（提炼要点的方法是：或者摘录文中的语句，或者用自己的语言组织。）

明确：全文可分成六个层次，分别是：

①（1）科学家有信心预言未来。

②（2～5）巫师的预言模棱两可，宗教的预言屡测屡败。

③（6～13）物理方程、制约大脑的方程具有混沌性，因此我们不能预言人类；而宇宙的行为在非常大尺度下却是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来。

④（14～16）宇宙的未来有两种可能，一是继续膨胀下去，二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是坍缩，取决于宇宙的平均密度。

⑤（16～25）宇宙现在的密度非常接近于把坍缩和膨胀区分开来的临界点上，所以两种可能都会发生。

⑥（26）全文总结，说明宇宙未来有两种可能的结局。

三、阅读全文，思考问题

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的尺度下是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来”。

3.作者对宇宙的未来的预言与巫师、宗教预言家对人类社会未来的预言有何不同? 明确：前者是有科学根据的，是运用天体物理学理论进行的科学推测，科学预言；而后者是没有科学根据可言的。——其实，从上面的题目就可知道，人类社会的未来根本就是无法预言的，因为方程是混沌的，所以巫师、宗教预言家对人类社会的预言注定就是荒唐的。

4.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。”

5.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。” 合作探究

一、结合说明方法，落实观点的依据

（一）就上面所书六个层次的大意，具体分析涉及到的说明方法，找到其依据。

明确：

1.第一层（1）段科学家有信心预言未来。

2.第二层（2～5）段巫师的预言模棱两可，宗教的预言屡测屡败。

方法：举例子

依据：古希腊女巫的预言和近代末日预言者对未来的预测。

3.第三层（6～13）段物理方程、制约大脑的方程具有混沌性，因此我们不能预言人类；而宇宙的行为在非常大尺度下却是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来。 方法：举例子、作比较、列数字。

依据：第八段中“例如，如果你稍微改变一下旋转轮赌盘的方式，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。”第十二段中的“微波辐射”事例的运用；第十三段中的“宇宙中心说”等。（举例子）

依据：文中第十段到第十二段的分析，将在制约化学和生物的基本定律下的人脑的初始活动同宇宙大环境下的宇宙现象的变化作了比较。（作比较）

依据：文中第九段有“这个时间尺度是五天的数量级，大约为空气绕地球吹一圈的时间。”还有在第十二段中，“在不同方向上这些温度不同，但是差别非常微小，只是十万分之一。”（列数字）

4.第四层（14～16）宇宙的未来有两种可能，一是继续膨胀下去，二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是坍缩，取决于宇宙的平均密度。

方法：打比方

依据：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。（打比方）

5.第五层（16～25）宇宙现在的密度非常接近于把坍缩和膨胀区分开来的临界点上，所以两

种可能都会发生。

方法：分类别打比方列数字作比较

依据：暗物质的来源证据：一是来自于螺旋星系；二是来自于星系团。（分类别）

依据：第二十五段中，“正如在遭受极端通货膨胀的国家每隔几个月价格就加倍一样。（打比方）

依据：在二十一段中，星系中心的巨大黑洞逃离的时间时，作者采用了此法。

依据：在二十一段中，将巨大黑洞逃离的时间同宇宙现在的年龄作了比较，发现仍旧有时间让黑洞蒸发。（作比较）

6.第六层（26）全文总结

方法：打比方

依据：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。（打比方）

（二）如此众多说明方法的使用对文章有何作用呢？（结合文章中具体的事例加以说明）

明确：1.举例子：为了说明事物的情况或事理，有时光从道理上讲，人们不太理解，这就需要举些既通俗易懂又有代表性的例子来加以说明。文章中第二层次的说理中，就举了古希腊女巫的预言和近代末日预言者对未来的预测，从而很形象地说明了观点。

2.打比方：打比方就是修辞方法中的比喻。在说明文中运用打比方的方法，可以使人们不了解的事物或抽象的事理变得具体、生动、形象。在阐明科学道理的时候，作者用了一些人们熟知的事例，有助于我们理解文章的观点。如：“例如，如果你稍微改变一下你旋转赌盘的方式，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。”“如果暴涨理论是正确的，则宇宙实际上是处在刀锋上。”“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。”当然，这也使得科学说明文的语言更富有幽默感。另外，还有许多，如同列数字在文章中运用很广泛，在这里就不赘述了。（此环节学生可作综合性的探究，不必局限在文章之中）

二、在文章中，作者怎样做到使深奥的科学道理通俗易懂的，试作具体分析

明确：在于语言运用上的幽默轻松。如，说古代的女巫“通常是被毒药或火山隙溢出的气体弄得精神恍惚的女人”，说明她们作预言需要借助于神秘的力量，语言夸张而带有讽刺意味；同样，在讽刺近代宗教预言家时说：“幸运的是，数人名看来要花很长的时间”，将“末日预言者”的尴尬处境含蓄幽默地揭露出来；一句“否则的话，物理学家就会在赌场发财”，将“轮赌盘”的不确定性和“制约宇宙的有关定律”的物理方程的解具有混沌性质一语说透，妙趣横生。另外尚有：“为何世界的终结会使人愿意用股票来换钱，假定你在世界末日什么也带不走的话”“无论如何，假定在太阳爆炸的时刻，我们还没有把自己毁灭的话，我们应该已经掌握了恒星际旅行的技术。”，“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”等等。这样一来，

作为一篇关于宇宙未来的演讲词，本文的大量篇幅是较为严肃的科学话题，运用了好多专业术语，容易使人感到沉闷。但是霍金的聪明之处是运用了许多幽默风趣的语言，使得这样一篇旨在说明科学道理的学术演讲，让人能够在一种轻松愉快的气氛中认真听下去。当然，文中许多比喻的出现也冲淡了本文的科学意味，使得文章多了些活泼的色调。

方法引导：

（一）仔细阅读，归纳说明方法：阅读说明文时，边读边标出文章所使用的说明方法，然后总结主要使用了哪些方法，并进而分析这些说明方法对准确说明事物特征所起的作用。

（二）逐段概括要点，理清说明顺序：概括要点时，要重视首括句、尾结句或提问式语句的作用，重视给概念下定义或解说的语句的作用。阅读时可以把这些语句勾画出来。概括要点时最好用完整的句子，意思要简明扼要。在逐段概括要点的基础上，用“同类合并”的方法，把全文划分为相对独立的几部分，概括出每部分的大意，把每部分的大意依次连缀起来，就能比较清楚地显示出全文的说明顺序了。使用什么说明顺序，还要看说明的对象。一般来说，说明事物的演变发展的，用时间顺序；说明建筑物的，用空间顺序；介绍高科技产品或说明事物间的联系的，用逻辑顺序。

（三）整体感知，把握中心：在理清说明顺序的基础上，分析段与段、部分与部分之间的关系，就容易看出文章的基本结构了。如是总—分式的结构还要着重分析“分”的部分是按什么原则组合的，是并列，是递进，还是包含有总分关系。递进式结构要着重分析各层意思是怎样逐步深入展开的，是由现象到本质，还是由个别到一般，或是从结果到原因等等。把握结构后，最好能画出结构示意图。说明中心就是归纳出一篇说明文说明了被说明事物的怎样的特征，或阐释了怎样的事理。在理清说明顺序、把握文章结构的基础上，再归纳说明中心也就不难了。

（四）体会说明语言的准确性：准确是说明语言的特点。分析说明文语言，就是看遣词造句是怎样准确说明被说明事物的特征的。

四．细读文章，合作探究

1.根据作者的论述，我们目前所能看到的宇宙物质最多是“临界值”的百分之一，似乎不足以使宇宙坍缩。然而作者又指出，“也许存在足够的暗物质，使宇宙最终坍缩”。宇宙中存在暗物质的证据是什么?作者又举了哪两种假说，说明现在的宇宙密度可能就在临界状态？

明确：宇宙中存在暗物质“一个证据来自于螺旋星系”，“必须存在某种看不见的物质形式，其引力吸引足以把这些旋转的星系牢牢抓住”；“另一个证据来自于星系团”，“要不是引力吸引把星系抓到一起，这些星系团就会飞散开去。……所以，在星系团中我们观测到的星系以外必须存在额外的暗物质”。

作者为了说明现在的宇宙密度可能就在临界状态，列举了两种假说，一种是所谓的“人择原理”，另一种是“极早期宇宙的暴涨理论”。

2.本文在论述过程中，常常用一些生动的比喻来说明事理。下列两个比喻句各自说明了什么道理? 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，它是完全不同的生命。”

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。

（解说：此题旨在结合上文所说事例，继续引导学生领会、学习作者善于用比喻来说理的技巧） 五．知识拓展

除了语言富有幽默感之外，作者还善于用什么手段加强演讲的感染力的。

1.看下面的材料回答：

“按照我的意见，膜世界起始的更为吸引人的解释是，它作为真空中的起伏而自发产生。膜的产生有点像沸腾水中蒸气泡的形成。水液体中包含亿万个H2O分子，它们在最靠近的邻居之间耦合，并且挤在一起。当水温被加热上去，分子运动得更加快，并且相互弹开。这些碰撞偶然赋予分子如此高的速度，使得它们中的一群能摆脱它们的键，形成热水围绕着的蒸气小泡泡。泡泡将以随机的方式长大或缩小，这时液体中来的更多的分子参与到蒸气中去，或者相反的过程。大多数小蒸气泡将会重新塌缩成液体，但是有一些会长大到一定的临界尺度，超过该尺度泡泡几乎肯定会继续成长。我们在沸腾时观察到的正是这些巨大的膨胀的泡泡。”

这段话引自霍金2002年8月15日在浙江大学的公众演讲《膜的新奇世界》，读后请用其中的原句提炼本段的要点，并同课文做比较阅读，说说霍金在介绍深奥理论时喜欢采用什么方式来让听众听明白? 明确：这是知识迁移运用题。体现本段要点的句子是“膜的产生有点像沸腾水中蒸气泡的形成。”作者喜欢用比喻的方式将深奥的理论说得通俗易懂。

2.你能否从课文中再举出一些例子加以说明呢？

明确：①“……这些日期使股票市场下泻。虽然它使我百思不解，为何世界的终结会使人愿意用股票来换钱，假定你在世界末日什么也带不走的话。”这句话让人在笑声中悟到人类自身的某些缺陷和某些思维误区。

②“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。”这句话幽默中含着揶揄和讽刺，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。

③“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。”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。

3.课文中霍金对宇宙未来的预言，你怎么看?老师鼓励学生发表有创见的观点，只要态度科学，能自圆其说即可。

提示：设计该题旨在引导学生独立思考，培养独立的人格，同时也培养独立的科学精神。学生可以畅所欲言，比如认为霍金的观点只是一家之言，只是一种推测，无法得到证实，他和爱因斯坦的相对论一样，虽然都很伟大，但都只是一种理论，一种思想，缺少科学的实证，因此也都没能获得需要实证的诺贝尔奖。其他科-学家站在另外的角度来思考来假设，或许会有不同的结论，不同的发现。所以青少年对霍金的观点可以学习，可以接受，但不能迷信，不能束缚自己的思维。 作业布置

1.仿照本文幽默风趣的语言风格，写一个演讲片段，题目是《霍金·明星·我》。

2.阅读霍金的名著《时间简史》《果壳中的宇宙》（2002年8月霍金在浙江大学的公众演讲《膜的新奇世界》就选自其中）。

板书设计： 宇宙的未来