13 * 宇宙的未来教学实录及点评

《宇宙的未来》教学设计

台山市第一中学

肖昌伟

【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。

【学情分析】

高二学生经过了一年的高中生活，对顺利学习本文已有了一定的知识积累和阅读经验；我所任教的两个班是理科二层班，学生对理科知识教有兴趣，尤其对未知世界有着强烈的好奇心和探索欲。

【教学目标】

一、知识教育目标

1、了解作家、作品。

2、了解有关宇宙学的一些知识；

3、学习科技论文的特点。

二、能力培养目标

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。

三、德育渗透目标

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。

四、美育渗透目标

引导学生体会这篇讲演幽默的语言风格，提高自己的思维和语言表达能力。

【重点、难点】

重点：

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。

难点：

1、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。

2、引导学生体会这篇讲演幽默的语言风格，提高自己的思维和语言表达能力。

【教学方法】

自主学习、合作探究为主，点拨引导为辅，拓展延伸。

【教学用具】

多媒体教学课件。

【课时安排】

1课时。

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【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）。

二、作家作品

1、作者简介

史蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking，1942年1月8日），ALS患者，英国著名物理学家和宇宙学家。肌肉萎缩性侧索硬化症患者，全身瘫痪，不能发音。霍金的主要研究领域是宇宙论和黑洞，证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发现象和无边界的霍金宇宙模型，在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。

霍金是继牛顿和爱因斯坦之后最杰出的物理学家之一，被世人誉为“宇宙之王”。

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。

2、《时间简史：从大爆炸到黑洞》

本书主要对外层空间奇异领域，对遥远星系、黑洞、夸克、“带味”粒子和“自旋”粒子、反物质、“时间箭头”等进行了深入浅出的介绍，并对宇宙是什么样的、空间和时间以及相对论等古老问题做了阐述，使读者初步了解狭义相对论以及时间、宇宙的起源等宇宙学的奥妙。

3、经典语录

为何我们从未看到碎杯子集合起来，离开地面并跳回到桌子上，通常的解释是这违背了热力学第二定律所表述的在任何闭合系统中无序度或熵总是随时间而增加。换言之，它是墨菲定律的一种形式:事情总是趋向于越变越糟:桌面上一个完整的杯子是一个高度有序的状态，而地板破碎的杯子是一个无序的状态。人们很容易从早先桌子上的杯子变成后来地面上的碎杯子，而不是相反。--霍金

1、当你面临着夭折的可能性，你就会意识到，生命是宝贵的，你有大量的事情要做。

2、活着就有希望。

3、一个人如果身体有了残疾,绝不能让心灵也有残疾。我的手指还能活动，我的大脑还能思维；我有终身追求的理想，我有爱和爱我的亲人朋友；对了，我还有一颗感恩的心……（在一次新闻发布会上，一位女记者提出一个刁钻的问题，

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但霍金还是以恬静的微笑这样回答）霍金不仅以他的成就征服了科学界，也以他顽强搏斗的精神征服了世界。

三、科技论文阅读指导

1、阅读时，采用两步走：第一步泛读，即知其大意，不求甚解；第二步精读。

2、边读边画出结构上起过度、连接作用的词、句子、段落。

3、画出段落的中心句，尤其要注意段首、段尾句。

4、画出文中的关键词句，如：也许、左右、可能、似乎、大概等模棱两可的词语。

5、提取作者观点时，或摘录文中语句，或用自己的语言组织。

四、课文分析

（一）快速浏览课文，概括课文大意并分段

本文讲的主要是宇宙的未来问题，预测了两种结局：或膨胀，或收缩。

（二）赏析归纳1~6：表明作者预言宇宙的的信心

作者讲演的主题是“宇宙的未来”，却用了许多历史故事，这起到了什么作用？你认为这是跑题了还是与话题有关联？

作者先从古代的巫术和近代的宗教预言谈起，引出话题，说明从科学的角度谈论宇宙的未来是非常严肃的事，科学有别于宗教的地方是它的求实精神。探讨宇宙是继续膨胀还是有可能收缩是这篇讲演的主体部分，计算宇宙的密度又是这一主体部分的关键，有关宇宙中物质密度临界值的探讨，则把问题引向深入。最后，介绍两种新的理论——人择原理和暴涨理论，则体现了科学界最新的探索。作者从可见物质谈到暗物质，从成熟的理论谈到科学的假说，把问题讲得透彻明白。最后没有做出一个明确的预言，恰恰说明了他严谨的科学态度。

（三）赏析归纳7~11：分析阻碍预言的东西

作者认为，科学家预言宇宙的未来，必须摆脱那些思想局限？

我们只了解正常情况下的科学定律，却不知道制约在极端条件下物体的精确的定律受到时间尺度的制约。

我们毁坏或消灭环境的能力的增长比利用这种能力的智慧的增长快太多。

我们不能肯定在轨道上的微小扰动积累起来不会引起几十亿年货的碰撞。

（四）赏析归纳12~13：主要内容：指出可预言的科学依据。

作者认为科学家可以预言宇宙的未来的科学依据是什么？

我们观察到的从外空间来的各个方向的微波辐射背景的温度是几乎完全相同的，这种信息表明宇宙的膨胀是平滑而非混沌的。

我们根据地球在太阳系中的地位以及其所属的星系的地位，推断出其他星系的任何方向的背景也是相同的，故可确定在大尺度下宇宙的行为是简单的，是可以预言的。

（五）赏析归纳14~21：描绘宇宙未来景象。

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作者是如何描绘宇宙的未来样子呢？

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

如果宇宙的密度小于该临界值，它将不会坍缩，而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，至少在一百亿年内不会停止膨胀

。

大约一百亿年以后，宇宙中大多数恒星都已把燃料耗尽。

具有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〔黑洞〕，这些宇宙残留物仍然继续绕着银河系中心每一亿年转一圈。他们相互碰撞，会使一些残余物被抛到星系外面去。余下的会渐渐地在中心附近更近的轨道上稳定下来，并且最终会集中在一起，在星系的中心形成一颗巨大的黑洞。巨大黑洞可能花10(九十次方)年的时间蒸发掉并完全消失。

（六）赏析归纳22~25：主要内容：影响预言的不确定因素。

作者在对宇宙未来的预言中，有哪些不确定因素？

1、

存在一种我们未知的暗物质,他们会影响大爆炸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。

2、对宇宙初始密度的确定有不同的认识:一是按照人择原理去确定,二是按照暴涨原理去确定.二者有较大区别。

（七）归纳赏析26：主要作用：小结。

总结要点：人们可以预测未来，但宇宙的未来是坍缩还是无限膨胀，尚难定

论。因为宇宙现有的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。

五、语言特点

幽默风趣

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在于他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。这样的语言是很多的，例如：

谈到轮赌盘的旋转具有混沌性质，作者说即使是物理学家也不能计算出它“出来的数字，否则的话，物理学家就会在赌场发财”，这就生动地说明了什么是混沌现象

文章最后一句话：“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。”兼有讽刺与幽默，对宇宙未来命运的判断采取了审慎态度。

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。”

幽默风趣的语言及其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。

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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。

六、课外扩展

霍金的中国学生吴忠超教授这样介绍史蒂芬•

霍金：在相对论和引力论领域，霍金是继爱因斯坦之后最伟大的代表人物。他的第一项工作是和彭罗斯一起证明了广义相对论的奇性定理；第二项工作是创立了黑洞物理理论，其中有黑洞的无毛定理和黑洞视界面积增加定理；第三项工作是研究极早期宇宙和宇宙的创生，其量子宇宙学使人们单独地从科学定律即能预言出宇宙中的一切。而他所有这些成就都是在他患卢伽雷病(肌肉萎缩性侧面硬化病)后的40年间所做的。在科学史上有许多残疾科学家，但是像霍金这样残疾到这种程度的则绝无仅有——21岁就患病，几十年被禁锢在特制的轮椅上，全身只有三个手指能活动，不能讲话，与人交谈要靠计算机合成语言，有了新的想法也只能通过三个手指“敲击”进语言合成器里保存……可就是这样一个重度残疾的人，却把研究的目标直指浩瀚的宇宙。

在《果壳中的宇宙》一书中，霍金引用了莎士比亚戏剧《哈姆雷特》里一句充满诗意的台词：“我即使被关在果壳里，仍自以为是无限空间之王!”这句台词形象地道出了霍金的崇高精神追求，使人们亲眼看到了“果壳”中的那个挑战命运的不屈的灵魂。他曾说：“只要有智慧和精神在，没有什么能打倒自己。身体的健康固然重要，心灵的健康也会给你无穷的力量。”在少年霍金的心中，崇拜的不是歌星或球星，而是贝特朗•罗素，一位不知疲倦的思想家、哲学家和科学家。

宇宙的起源

混沌天体中的爆炸，诞生了宇宙，宇宙在某次新生或未曾新生的状态下，其内部爆炸残留物之间互相作用，在形成星球的同时也逐渐形成了星系，其中星系在形成过程中也逐渐形成了N多银河系，其中有一个银河系中有一个太阳系，太阳系中有八大行星，其中有一个就是我们人类现在居住的地球。地球在许久以前是没有生命的，当时的地球离太阳比较远，处在冰河世纪。当随着地球离太阳越来越近，在太阳系中处在了最适合生命萌生的位置，并且地球的构成物质符合生命的萌生要素，在接受到来自宇宙中的外界物质的加盟后，地球开始出现了原始海洋，原始海洋开始在地球这个温床中经过漫长时间孕育了原始生命，最初是植物的生长，植物进化到一定程度后，出现了简单的原始生命，原始生命开始了生命的进化，其中包括逐渐演化形成的史前人类。

宇宙的尽头

宇宙的尽头是人类所谓的“混沌”天体，它是由无尽的密集的宇宙气态物质构成，它虽无可视的实质物体，但却越向纵深触及越是无比坚硬。无论是星球、星系还是银河系都是以最近的作用力为依托各自形成。其间被人类所认知并运用的能量，包括光能、电能、磁能等各种能量都源自星系形成过程中所产生的能量。所有的能量在特定条件下都可通过不同方式进行互相转换。随着宇宙时间的推移，宇宙空间内的“银河系”会互相碰撞，形成新的“银河系”，最终宇宙内部的所

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有物质会因为混沌天体的作用力而向爆炸中心点聚集，宇宙也会同时在混沌天体的作用下缓慢的缩小。当到达一定程度时，宇宙内部的所有物质绝大多数都在原爆炸中心点，也就是宇宙的中心聚集时，由于宇宙的逐渐缩小，空间的压力无限加大，聚集的庞大物质会再次发生爆炸，形成新的空间，也就是新的宇宙。外围的原始宇宙慢慢衰退，回归混沌。

七、附：板书设计

宇宙的未来

霍金

严密的语言 生动的比喻

科学精神

八、 布置作业

完成"研讨与练习一、二"。

九、教学反思

文本阅读是本课的目的之一，而不是科学研究。作为一节语文课来上，重视了信息获取与整合以及语言表达，这就是“语文味”。今后要坚持。

课堂容量大了些，若能再精简一些效果会更好。

一课一得，如提高筛选和整合信息能力或语言表达能力，重点突出其中一个，即可。

面面俱到，不佳；宜点面结合，以点带面，虚实结合，可以抓住几个重点语段，而其他的段落则以练习（选择题）形式以练代讲。

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