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一名物理学家的教育历程 背景资料 一 作者介绍 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 二 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 一名物理学家的教育历程 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 课时安排 1课时 教学步骤 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 板书 一名物理学家的教育历程 二 明确目标 1 引导学生从生活出发 了解科学 认识科学 2 引导学生以 教育历程 为重点 探讨其中表现的思 想内涵 三 整体感知 1 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 2 本文的基本结构 文章的题目是 一名物理学家的教育历程 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 结构如图 童年 青年 成年 鲤鱼世界的幻想 想像 实验 理论物理学家 爱因斯坦故事 理论 3 本文的基本内容 人人都对自然感到好奇 都以自己喜爱的形式寻求自然的 谜底 但是大 多数人一般直接探寻自然本身 而作者却由人的观察角度 反思人类对宇宙 的认知 看似作者少年时的思维超出同龄人 其实只是他充分发挥了自己的 想像力 并且保持了这样奇特的想像力 由此奠定了他对高维空间理论探究 的基础 作者少年时接触到爱因斯坦的 未竟事业 激发了他的探究兴趣 他之所以感到 激动人心 是因为他把爱因斯坦的理论当成一个 侦探故事 来阅读 探究 这非常符合少年的心理 另外 我决定要对这一秘密刨根问 底 也表现了他有毅力有恒心的性格 这是成为科学家的基本素质 高中 时代 本应 在棒球场或篮球场玩耍 享受青春年华 但作者却 找遍周边地 区大量的电子仓库 装配必需的硬件设备 在 学校的足球场中缠绕22英里 长的铜线 自己动手建设实验室 验证爱因斯坦理论 探究反物质 作者进 行这样艰苦枯燥的工作 体现了他对科学的热爱 以及踏实的性格 显露出 一个科学工作者的潜能 由 到 我们可以清楚地看到作者的 教育历程 和 教育内容 四 重点 难点的学习与目标完成过程 1 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 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 2 提问 本文体现了怎样的科学精神 明确 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 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 由感性的想像上升到理性的创造 体现了 创新意识和探索精神 2 乐趣 科学不应该是枯燥的 而是应该充满乐趣的 探寻自 然的奥秘 对真正的科学工作者来说 是和自然做的近似于捉迷藏的 游戏 也是人生的 境界 游戏 使他们乐此不疲 充满激情 不 受外界的诱惑和干扰 而 境界 使他们不顾功利 不畏强权 只求真 理 3 实验精神 丁肇中说过 现代学术的基础就是实地的探察 就是 我们现在所谓的实验 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 应 有格物致知精神 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 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 3 提问 鲤鱼科学家 对 世界 的认识是怎样的 明确 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 明确 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 课文中阅读多维空间历险故事和统一场理论书籍两小 段内容 对 教育历程 的叙述有什么作用 明确 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 而夹杂在其中的两个小事例 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 6 提问 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 明确 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 7 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 思想上浮躁 急功近利 对教育而 言 重知识 轻能力的现象很普遍 这些都是一名理论物理学家重视 实验给我们现实生活的启迪
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