陜西省佛坪縣中學(xué) 王寶杰
【教學(xué)目標(biāo)】
知識與能力：
1、快速閱讀，整體把握文章內(nèi)容。
2、理解作者回憶童年趣事對未來科學(xué)研究的意義與影響。
過程與方法：
3、引導(dǎo)學(xué)生從生活出發(fā)，了解科學(xué)、認(rèn)識科學(xué)。
4、引導(dǎo)學(xué)生以“教育歷程”為重點，探討其中表現(xiàn)的思想內(nèi)涵。
情感態(tài)度與價值觀：
5、引導(dǎo)學(xué)生體會科學(xué)精神：培養(yǎng)強(qiáng)烈的求知欲與勇于探索實踐的創(chuàng)新精神。
【教學(xué)重點】
快速閱讀，整體把握文章內(nèi)容，理解作者回憶童年趣事對未來科學(xué)研究的意義與影響是本文的學(xué)習(xí)重點。
【難點及解決辦法】
高維空間對普通人來說，是很難想像的，可能造成學(xué)生學(xué)習(xí)和理解課文的難點。相關(guān)知識教師有所了解，概括介紹一下能幫助教學(xué)課文即可，不必教授給學(xué)生。
【課時安排】
1課時
【教學(xué)教程】
一、導(dǎo)入新課：
同學(xué)們，在我們小的時候，常常會談及未來的理想，那時候我們常常無畏地說：“我要做一名科學(xué)家”，可是隨著年齡的增長，我們很少有人再說了，這是為什么呢？因為我們逐漸明白成為一名科學(xué)家是極其艱難的。那么怎樣才能成為一名科學(xué)家呢？ 當(dāng)我在互聯(lián)網(wǎng)上搜索“如何成為一名科學(xué)家”這一詞條時，還發(fā)現(xiàn)了這樣一個留言“我的理想是成為一名物理學(xué)家， 但上了大學(xué)之后我開始清醒地認(rèn)識到原來自己就不知道該在哪些方面努力，應(yīng)該怎樣做？”如此看來，我們真的要好好研究一下成為一名科學(xué)家需要怎樣的教育歷程了，今天我們就通過著名的理論物理學(xué)教授加來道雄的文章《一名物理學(xué)家的教育歷程》得到點啟發(fā)吧！
二、作者簡介：
加來道雄，美籍日裔物理學(xué)家，畢業(yè)于美國哈佛大學(xué)，獲加利福尼亞大學(xué)伯克利分校哲學(xué)博士學(xué)位，后任紐約市立大學(xué)城市學(xué)院理論物理學(xué)教授。主要著作有《超越愛因斯坦》（與特雷納合著）《量子場論》《超弦導(dǎo)論》。
三、講授課文內(nèi)容：
1．文章特點
(1)結(jié)構(gòu)
文章的題目是“一名物理學(xué)家的教育歷程”，田此，敘述的順序主要是歷時牲的。但是，作者開頭就說“童年的兩件趣事極大地豐富了我對世界的理解力，并且引導(dǎo)我走上成為一個理論物理學(xué)家的歷程。”而“童年的兩件趣事”作為文章的主要內(nèi)容，又是共時性的敘述。這樣的結(jié)構(gòu)安排，使文章既脈絡(luò)清楚，又重點突出。結(jié)構(gòu)如圖： ’
童年 青年 (成年)
鯉魚世界的幻想(想像)
→實驗 → (理論物理學(xué)家)
愛因斯坦故事(理論)
(2)內(nèi)容
①人人都對自然感到好奇，都以自己喜愛的形式尋求自然的“謎底”，但是大多數(shù)人一般直接探尋自然本身，而作者卻由人的觀察角度，反思人類對宇宙的認(rèn)知�？此谱髡呱倌陼r的思維超出同齡人，其實只是他充分發(fā)揮了自己的想像力，并且保持了這樣奇特的想像力，由此奠定了他對高維空間理論探究的基礎(chǔ)。
②作者少年時接觸到愛因斯坦的“未竟事業(yè)”，激發(fā)了他的探究興趣。他之所以感到“激動人心”，是因為他把愛因斯坦的理論當(dāng)成一個“偵探故事”來閱讀、探究，這非常符合少年的心理。另外，“我決定要對這一秘密刨根問底”，也表現(xiàn)了他有毅力有恒心的性格，這是成為科學(xué)家的基本素質(zhì)。
③高中時代，本應(yīng)“在棒球場或籃球場玩�！�，享受青春年華，但作者卻“找遍周邊地區(qū)大量的電子倉庫，裝配必需的硬件設(shè)備”，在“學(xué)校的足球場中纏繞22英里長的銅線”，自己動手建設(shè)實驗室，驗證愛因斯坦理論，探究反物質(zhì)。作者進(jìn)行這樣艱苦枯燥的工作，體現(xiàn)了他對科學(xué)的熱愛，以及踏實的性格，顯露出一個科學(xué)工作者的潛能。
由①②到③，我們可以清楚地看到作者的“教育歷程”和“教育內(nèi)容”。
(3)詳略
本文布局謀篇重點突出，詳略得當(dāng)。在整體上，作者并沒有從童年到小學(xué)到初中到高中，按時間順序敘事，而是通過童年的兩件趣事和高中時建立實驗室的事例，突出他成長為一名“物理學(xué)家”的“教育歷程”，并不旁及其他成長的經(jīng)驗；在局部上，如高中階段，作者看了許多統(tǒng)一場理論方面的書，并常常去斯坦福大學(xué)的物理圖書館，相關(guān)的理論書籍是怎樣啟發(fā)、引導(dǎo)他研究的，這里肯定有許多精彩的故事，但是作者只是一筆帶過，重點放在制造“自己的原子對撞機(jī)”上，其中具體的數(shù)據(jù)敘述得很詳盡，讓人體會到作者嚴(yán)謹(jǐn)、踏實的性格，以及內(nèi)在的成為物理學(xué)家所需要的基本素質(zhì)。
2．本文蘊涵的科學(xué)精神：
本文三個主要部分，并不是簡單地敘述成長的故事，而是具有深刻的科學(xué)精神內(nèi)涵，可以從中看到哪些方面的“教育”對成為優(yōu)秀科學(xué)家最為重要。
(1)想像力：科學(xué)是需要想像力的，想像力能帶來創(chuàng)造力。作者正是從對鯉魚世界的想像中，認(rèn)識到人類觀察空間的局限性，間接感悟到高維空間存在的可能。由感性的想像上升到理性的創(chuàng)造，體現(xiàn)了創(chuàng)新意識和探索精神。
(2)樂趣：科學(xué)不應(yīng)該是枯燥的，而是應(yīng)該充滿樂趣的。探尋自然的奧秘，對真正的科學(xué)千作者來說，是和自然做的近似于捉迷藏的“游戲”，也是人生的“境界”。“游戲”使他們樂此不疲，充滿激情，不受外界的誘惑和干擾；而“境界”使他們不顧功利，不畏強(qiáng)權(quán)，只求真理。
(3)實驗精神：丁肇中說過：，“現(xiàn)代學(xué)術(shù)的基礎(chǔ)就是實地的探察，就是我們現(xiàn)在所謂的實驗�！薄翱茖W(xué)發(fā)展的歷史告訴我們，新的知識只能通過實地實驗而得到，不是由自我檢討或哲理的清談就可求到的。”(《應(yīng)有格物致知精神》)有了想像力，有了樂趣，那只是成為科學(xué)家的最基礎(chǔ)的因素，不去踏踏實實地做實驗，就不能得到基本數(shù)據(jù)，假說就不能確立。一味地空想，不去做基礎(chǔ)工作，不可能達(dá)到真理的彼岸。作者從事的高維空間理論，雖然還停留在紙面上，但是科學(xué)家們已經(jīng)在做許多基礎(chǔ)的實驗工作，努力使理論得到證明。即使如科學(xué)家霍金靠睿智的頭腦創(chuàng)建黑洞理論，也要有數(shù)學(xué)和天體物理學(xué)的實驗基礎(chǔ)，也不是空想出來的。
3、補(bǔ)充相關(guān)知識
為了更好地理解課文，我們需要了解一些相關(guān)的理論物理學(xué)知識：
（1）統(tǒng)一場論
根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)知識，將我們的宇宙結(jié)合起來的力有四種：引力、電磁力、強(qiáng)核力和弱核力。物理學(xué)家運用量子力學(xué)，已經(jīng)把后三種力統(tǒng)一起來（美籍華裔物理學(xué)家楊振寧和他的學(xué)生米爾斯提出楊一米爾斯場理論，解決了這一問題，被稱為“標(biāo)準(zhǔn)模型”。但是這一理論因為計算繁復(fù)無比而讓人頭疼），但是引力仍然游離在外。愛因斯坦畢終生之力想尋求四種力的統(tǒng)一，建立一個大一統(tǒng)的理論，最終也沒有實現(xiàn)。
（2）高維空間
現(xiàn)代理論物理學(xué)認(rèn)為，統(tǒng)一四種力的前景，在于高維空間（如十維或更高）理論的確立。比如對于古人來講，風(fēng)暴是怎樣產(chǎn)生的，風(fēng)暴會襲擊什么地方，什么時候襲來，什么時候結(jié)束，他們是一無所知的，因為他們生活在平坦的大地上，只能靠肉眼從近似于二維平面的角度來觀察，即使有簡單的預(yù)報，也都是靠經(jīng)驗來推測的。現(xiàn)在有了氣象衛(wèi)星，從太空這樣三維角度觀察地球，在地面上看來神秘莫測的風(fēng)暴被看得一清二楚，可以精準(zhǔn)地預(yù)報風(fēng)暴的動向。同樣，理論物理學(xué)家認(rèn)為，傳統(tǒng)的四維（空間三維加上時間）理論太“小”，不能解釋宇宙中的四種力。當(dāng)他們超越四維而在更高維（如十維或更高）中尋求統(tǒng)一這四種力時，就能得到一種簡單、漂亮的解決模型（科學(xué)家認(rèn)為宇宙應(yīng)該是簡單、合諧的）。
高維空間理論認(rèn)為，宇宙大爆炸后10-43秒，十維宇宙分解成四維宇宙和六維宇宙，四維宇宙暴脹，經(jīng)過近一百五十億年，演變成今天我們生活的宇宙。大爆炸后10-35秒，大統(tǒng)一力分開。但是高維空間理論很難在實驗室中得到證實，因為要模擬當(dāng)時的環(huán)境，需要的能量太大，根本無法做到，所以現(xiàn)在高維空間理論只能是“理論”。
四、思考鞏固：全部安排為學(xué)生活動。
1、文章重點講述作者在教育歷程中的哪幾個典型片段。
〖提示〗兩件趣事， 一是對鯉魚世界的遐想， 一是對愛因斯坦未竟事業(yè)的向往。
2 、請同學(xué)思考這幾件事是怎樣啟迪作者走上科學(xué)探究道路的，它對作者的成才起到了什么作用？
〖提示〗 一件事是否有趣，取決于一個人對事情的情感與態(tài)度。作者自小喜歡思考問題，善于觀察事物，并且能透過現(xiàn)象去深入思考事物的本質(zhì)，所以，對于鯉魚在水中游這 種現(xiàn)象，對于老師講的一個探索宇宙本質(zhì)的科學(xué)家的故事，他便表現(xiàn)出了特別的興趣。也許，在一般人看來，這兩件事都極其平常。但是，興趣是最好的老師，對自 然、對生命充滿興趣與激*情。促使作者從小就對科學(xué)領(lǐng)域的事物有了濃厚的興趣，并且在高中階段就建立了自己的實驗室從此走上了科學(xué)探究的道路。
3、作者能有所成就，除了從小就對科學(xué)研究有濃厚的興趣和勇于實踐的求索精神外，還有一個最重要的不可或缺的可貴品質(zhì)是什么?
〖提示〗他能超越一般世人所無法超越的世俗的約束，大膽進(jìn)行科學(xué)實驗，這種敢于挑戰(zhàn)勇于實踐的精神，使他的科學(xué)研究走上了正確的道路。
4、作者讀完能夠找到的所有有關(guān)愛因斯坦及其理論的書籍之后，說：“我決定要對這一秘密刨根究底，縱然為此而必須成為一名理論物理學(xué)家也在所不辭。”
這句話中的“這一秘密”指什么?“縱然為此而必須成為一名理論物理學(xué)家也在所不辭”這句話的深刻內(nèi)涵是什么?
〖提示〗“這一秘密”指愛因斯坦的故事留給作者的懸念：他未完成的工作是什么?他桌上論文的內(nèi)容是什么?什么問題可能會如此難以解決而又非常重要，值得他把有生之年花費在這種研究之中?如果用一句話�？梢愿爬椋骸皭垡蛩固挂簧芯康木烤故鞘裁磫栴}?”
‘縱然”一句，表面上看起來是一種幽默：為了弄清自己所想弄清楚的“上帝是怎樣創(chuàng)造了這個世界的”和這個“世界的內(nèi)在規(guī)律”，作者“不得已”要做一名理論 物理學(xué)家；實際上，作者所要強(qiáng)調(diào)的是：要探索宇宙的本質(zhì)，必須付出艱辛的勞動，而自己為了追求真理，再艱辛也要奮斗下去。 所以，這句話表現(xiàn)了一位追求真理的科學(xué)家的執(zhí)著精神和堅強(qiáng)意志。
五、教師總結(jié)：
成為一名科學(xué)家必須具備的條件：
想象力--興趣 --專業(yè)知識學(xué)習(xí)-- 探究創(chuàng)新精神
六、討論交流：
1 、引導(dǎo)學(xué)生回憶討論各自的童年時代對自然或動物世界的種種奇思妙想。（聯(lián)系《動物的游戲之謎》）
2 、我們在確立自己的興趣、愛好之后，是否付諸實踐，是否有明確的人生規(guī)劃，遇到的困難又是什么？我們應(yīng)該做些什么呢？
七、遷移擴(kuò)展
布置一篇作文：要求同學(xué)們用動物的眼光去觀察，研究人類的某些行為。
王寶杰
[《一名物理學(xué)家的教育歷程》教案(人教版高一必修三)]相關(guān)文章：