《一名物理学家的教育历程》教学设计2

《一名物理学家的教育历程》教学设计教学目标1、知识目标：引导学生从生活出发，了解科学，认识科学。2、能力目标：引导学生以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想工作内涵。3、情感态度和价值观：引导学生思考、探讨文中体现的科学精神，培养科学兴趣，坚持探究的精神。教学重点教育学生科学就在身边，从生活出发，了解科学，认识科学。教学难点培养对科学的兴趣和探究精神。教学课时1课时。教学过程一、导入新课。同学们，在我们小的时候，常常会谈及未来的理想，那时候我们常常无畏地说：“我要做一名科学家”，可是随着年龄的增长，我们很少有人再说了，这是为什么呢？因为我们逐渐明白成为一名科学家是极其艰难的。那么怎样才能成为一名科学家呢？当我在互联网上搜索“如何成为一名科学家”这一词条时，还发现了这样一个留言“我的理想是成为一名物理学家，但上了大学之后我开始清醒地认识到原来自己就不知道该在哪些方面努力，应该怎样做？”如此看来，我们真的要好好研究一下成为一名科学家需要怎样的教育历程了，今天我们就通过著名的理论物理学教授加来道雄的文章《一名物理学家的教育历程》得到点启发吧！二、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》。三、讲授课文内容。1、文章特点。（1）结构.文章的题目是“一名物理学家的教育历程”，田此，叙述的顺序主要是历时牲的。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。（2）内容。①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。②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。③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①②到③，我们可以清楚地看到作者的“教育历程”和“教育内容”。（3）详略。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、本文蕴涵的科学精神。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，对真正的科学千作者来说，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、补充相关知识。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”。四、思考巩固：全部安排为学生活动。1、文章重点讲述作者在教育历程中的哪几个典型片段。提示：两件趣事：一是对鲤鱼世界的遐想，一是对爱因斯坦未竟事业的向往。2、请同学思考这几件事是怎样启迪作者走上科学探究道路的，它对作者的成才起到了什么作用？ 提示：一件事是否有趣，取决于一个人对事情的情感与态度。作者自小喜欢思考问题，善于观察事物，并且能透过现象去深入思考事物的本质，所以，对于鲤鱼在水中游这种现象，对于老师讲的一个探索宇宙本质的科学家的故事，他便表现出了特别的兴趣。也许，在一般人看来，这两件事都极其平常。但是，兴趣是最好的老师，对自然、对生命充满兴趣与激情。促使作者从小就对科学领域的事物有了浓厚的兴趣，并且在高中阶段就建立了自己的实验室从此走上了科学探究的道路。3、作者能有所成就，除了从小就对科学研究有浓厚的兴趣和勇于实践的求索精神外，还有一个最重要的不可或缺的可贵品质是什么？提示：他能超越一般世人所无法超越的世俗的约束，大胆进行科学实验，这种敢于挑战勇于实践的精神，使他的科学研究走上了正确的道路。4、作者读完能够找到的所有有关爱因斯坦及其理论的书籍之后，说：“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。”这句话中的“这一秘密”指什么？“纵然为此而必须成为一名理论物理学家也在所不辞”这句话的深刻内涵是什么？提示：“这一秘密”指爱因斯坦的故事留给作者的悬念：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，值得他把有生之年花费在这种研究之中？如果用一句话。可以概括为：“爱因斯坦一生研究的究竟是什么问题？”“纵然”一句，表面上看起来是一种幽默：为了弄清自己所想弄清楚的“上帝是怎样创造了这个世界的”和这个“世界的内在规律”，作者“不得已”要做一名理论物理学家；实际上，作者所要强调的是：要探索宇宙的本质，必须付出艰辛的劳动，而自己为了追求真理，再艰辛也要奋斗下去。所以，这句话表现了一位追求真理的科学家的执着精神和坚强意志。五、教师总结。成为一名科学家必须具备的条件：想象力——兴趣——专业知识学习——探究创新精神。六、讨论交流。1、引导学生回忆讨论各自的童年时代对自然或动物世界的种种奇思妙想。（联系《动物的游戏之谜》）2、我们在确立自己的兴趣、爱好之后，是否付诸实践，是否有明确的人生规划，遇到的困难又是什么？我们应该做些什么呢？七、迁移扩展。布置一篇作文：要求同学们用动物的眼光去观察，研究人类的某些行为。