072一名物理学家的教育历程（教案）高一语文教学课件教案练习备课优选（统编版必修下册）

《一名物理学家的教育历程》教案教学目标1.了解加来道雄及其代表作品。2.梳理文章信息，了解作者成为物理学家的历程。3.感悟科学精神，从中获取自己的成长启示。教学重难点教学重点：梳理文章信息，了解作者成为物理学家的历程。2.教学难点：感悟科学精神，从中获取自己的成长启示。教学方法：自读，讲解，点拨教学过程：一、导入英国科学教育家赫胥黎说过“人类发展的历史，便是在漆黑的夜空中，将真与美融化交织，点点光亮，已知的事物是有限的，未知的事物是无穷的；我站在茫茫无边神秘莫测的汪洋的一个小岛上，继续开拓是我们每一代人的职责。”让我们走入一名物理学家的成长历程，体悟科学家的探索与创新精神。了解作者加来道雄加来道雄，日裔美国理论理学家。1947年1月24日生于美国加利福尼亚州圣何塞，日裔美国理论物理学家，纽约市州立大学城市学院理论物理学教授，世界著名物理学家，著名的科学畅销书作家，超弦理论的奠基人。其著作《超越时空》把现代物理最艰深的理论——超空间理论讲述得普通人也能理解，把“高维空间”这一极其难懂的前沿课题写得有声有色，妙趣横生。主要著作有《超越爱因斯坦和超空间》《平行宇宙》《构想未来》《量子场论》。著作《超越时空》被称为“20世纪人类的伟大智力壮行”。三、知识链接统一场论爱因斯坦的主要课题，就是将“广义相对论”和“量子场论”结合起来。但是，爱因斯坦这位大科学家花了40年也没有完成这个工作。在爱因斯坦的计算中，广义相对论和量子场论互相间并不自洽，所以如果想要统一二者必须要有一个更大的理论框架才行。更多的物理学家沿着爱因斯坦的足迹前行，加来道雄是其中之一。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：万有引力、电磁力、强力和弱力。物理学家运用量子力学，已经把后三种力统一起来(物理学家杨振宁和他的学生米尔斯提出杨—米尔斯理论，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，建立一个大统一的理论，最终也没有实现。四维空间0维：没有长宽高，单纯的一个点，如奇点。

一维：只有长度

二维：平面世界，只有长宽。

三维：长宽高，立体世界，我们肉眼亲身感觉到看到的世界。三维空间是点的位置由三个坐标决定的空间。客观存在的现实空间就是三维空间，具有长、宽、高三种度量。四维空间：四维：一个时空的概念。日常生活所提及的“四维空间”，大多数都是指爱因斯坦在他的《广义相对论》和《狭义相对论》中提及的“四维时空”概念。我们的宇宙是由时间和空间构成。时空的关系，是在空间的架构上比普通三维空间的长、宽、高三条轴外又加了一条时间轴，而这条时间的轴是一条虚数值的轴。根据爱因斯坦相对论所说：我们生活中所面对的三维空间加上时间构成所谓四维空间。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，从太空这样的三维角度观察地球，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。高维空间：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、和谐的)。超空间理论1984年，加来道雄和其他几名科学家提出了“超弦理论”，称“原本我们认为构成物质的粒子并不存在，存在的只是弦在超级空间中的运动。”“各种不同的粒子只不过是弦的不同震动模式而已。”“自然界所发生的一切相互作用包括物质和能量，都可以用弦的分裂和结合来理解。”超空间理论：超空间理论是一个高度数学化的理论。迄今为止，真实的物理世界的时空被公认为只有四维，而“超越时空”的观点认为宇宙可能存在于高维空间中，或五维，或十维，甚至二十六维。高维空间可生发出千奇百怪的迷人性质。此理论虽然还没有任何实验依据，却能简洁地统一描述所有已知的物理现象。在超弦理论下，爱因斯坦曾经研究的两个课题被结合，整个物理学发生了翻天覆地的变化，我们过去所学到的很多东西变成了错误。加来道雄成了超弦理论的奠基人，更多年轻的物理学家们开始投入到这个新的研究领域中来。四、整体把握文本：1.浏览全文，梳理文章层次，概括各部分大意，并探究作者成为一名物理学家的历程。第一部分（1段）总写童年的两件趣事对“我”成为理论物理学家有重要的作用。第二部分（2-11段）由对鲤鱼世界的遐想。第三部分（12-18段）对爱因斯坦未竟事业的向往与学习研究。作者成为一名物理学家的历程图示见PPT。精读文本。（一）精读“鲤鱼科学家”之趣事思考：1.“鲤鱼科学家“对世界的认识是怎样的？“水池之外看不见的世界没有科学意义。”“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。“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，因为这违背了它们的“自然规律”。思考：2.作者通过“鲤鱼科学家“对世界的认识想要说明什么问题？“自以为是”的人类和“鲤鱼科学家”有相似之处。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”。“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。“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。思考：3.童年对鲤鱼世界的遐想培养了作者怎样的科学素质与精神？“我蹲在那里的一个小池边，为慢慢畅游于睡莲之间的五彩斑斓的鲤鱼所陶醉。这是我最快乐的童年记忆之一。”——热爱观察“在那静静的时刻，我充满了无限的遐想。”——喜欢遐想“我常常给自己提出一些只有小孩儿才问的傻乎乎的问题。”——经常质疑“我曾想：在水底的鱼群中可能有一些鲤鱼“科学家”。我想这些鲤鱼“科学家”会对那些提出在水池之外还存在有另外一个平行世界的鱼冷嘲热讽。”——喜欢猜想“我注意到成千上万的小雨滴轰击池水的表面......我想弄清楚周围发生的一切将会以怎样的形式呈现在鲤鱼们的眼中”——充满好奇“我想，鲤鱼“科学家”们将会聪明地杜撰某种虚构的东西——它被称为“力”——来掩盖自己的无知。”“我曾想，如果从池水中抓出一个鲤鱼“科学家”，事情将会怎么样呢？”——热爱思考小结“鲤鱼科学家”的故事：鱼的世界人的世界科学精神水池外的世界没有意义人类拒绝认知理解以外的世界。对未知领域的探索精神对睡莲运动不解，以神秘力量掩盖无知只承认看得见摸得着的发明概念，不肯改变思考问题的方式。对已有认知的超越精神对鲤鱼科学家消失重现，不解不信。鄙视不能在实验室验证的理论。对世界充满敬畏的求知精神。精读“对爱因斯坦未竟事业的向往与学习”思考：1.“对爱因斯坦未竟事业的向往与学习”培养了作者怎样的科学素质与精神？“我被这个故事迷住了。对于一个孩子来说这是很神秘的。他未完成的工作是什么？他桌上论文的内容是什么？什么问题可能会如此难以解决而又非常重要，值得如此伟大的科学家把他的有生之年花费在这种研究之中？由于好奇，我就决定学习我能学到的关于爱因斯坦的一切，包括他的未完成的理论。”——强烈的好奇心“我记得，我花了好多时间静静阅读我能够找到的关于这个伟人和他的理论的每一本书。这种记忆到现在仍然温暖如春。我读完我们当地图书馆的书之后，就开始在全市搜寻图书馆和书店，急切地查找有关线索。”——强烈的求知欲“不久我就知道这个故事比任何的神秘谋杀故事都更加激动人心，也比我曾想象的任何事情都重要。我决定要对这一秘密刨根究底，纵然为此而必须成为一名理论物理学家也在所不辞。”“后来，在高中阶段，我看完了许多地方图书馆中这方面的书，并且常常造访斯坦福大学的物理学图书馆。”——强烈的探索欲思考：2.建立实验室这个故事对作者起了怎样的教育作用？培养了作者怎样的科学素质与精神？“年轻人的一个优点就是不会由于世俗的约束而畏葸不前，而这种约束对于大多数成年人而言通常似乎又很难超越。没有考虑所要遭遇的困难，我就开始着手建立我自己的原子对撞机。我一直研究科学文献，最后我确信能够建造一台所谓的电子感应加速器.”——勇于尝试，不怕困难。“然后我建造了一个云室，在云室中可以看到亚原子粒子留下的踪迹......紧接着，我找遍周边地区大量的电子仓库，装配必需的硬件设备，包括好几百磅重的废品处理钢，在我的车间建造一个230万电子伏特的电子感应加速器.......我努力说服父母亲让他们帮助我在我读高中的那个学校的足球场中缠绕22英里长的铜线。我们把整整一个圣诞假日花费在这条50码长的线路上，缠绕和安装笨重的线圈，这种线圈将使高能电子的运动路径发生弯曲.”——敢于实践，不畏艰辛。“当我接通它后，通常会烧断每一根保险丝，让屋子变得漆黑一团。在屋子周期性陷入黑暗的同时，妈妈常常在摇头。”——不怕失败，具有恒心。小结“对爱因斯坦未竟事业的向往与学习”：作者的探索体现的素质科学精神对爱因斯坦未竟事业的向往与学习强烈的好奇心、求知欲、探索欲对科学的浓厚兴趣。建立实验室勇于尝试、敢于实践、不畏艰辛、不怕失败、具有恒心持之以恒的实证精神六、畅谈启发，感悟精神。1.文章题目是《一名物理学家的教育历程》，综合全文说说：谁“教育”“我”最终成为一位物理学家？明确：父母——带我走进自然。老师——用科学家的故事激励我。科学家——爱因斯坦的理论和精神的引领感召。更重要的是作者自我的教育和培养，他对想象力、好奇心、观察思考、实验探究等科学品质的培养、保护和坚持。2.从作者成为一名物理学家的成长历程来看，你觉得哪些方面的“教育”对于培养未来科学家最为重要？点拨：想象力——科学是需要想象力的，想象力能带来创造力。由感性的想象上升到理性的创造，体现了创新意识和探索精神；趣味性——科学不应该是枯燥的，而应该是充满乐趣的；实证精神——想像力和乐趣，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......七、总结全文。斯蒂芬·茨威格《人类的群星闪耀时》中说：“一个真正的具有历史意义的时刻，一个人类群星闪耀的时刻出现以前，必然会有漫长的岁月无谓地流逝而去，在这种关键的时刻，那些平时慢慢悠悠顺序发生和并列发生的事，都压缩在这样一个决定一切的短暂时刻表现出来。这一时刻对世世代代作出不可改变的决定，他决定着一个人的生死，一个民族的存亡甚至整个人类的命运。”从梦想启程，科学之路道阻且长却充满惊喜的发现，屠呦呦和加来道雄人生中每一个短暂的时刻，都只为成就人类历史上那真正具有意义的时刻而来。“在这座科学的高峰上，我还要攀登多