《一名物理学家的教育历程》导学案教师版 饶纯刚 【学习目标】 1.了解加来道雄和他的作品 2.体会加来道雄所说的怀疑精神、兴趣、毅力等基本精神品质对人成长的作用 3.以“教育历程”为重点,探讨其中表现的思想内涵: 4.养成正确的科学观,明确兴趣在学习过程中的重要作用 【学习重点】 理解作者所说的童年趣事背后所蕴含的科学观、学习观 【学习难点】 以“教育历程”为重点,探讨其中表现的思想内涵 【使用说明与学法指导】 1、通读课文,标注段落序号,圈出文中生字词,借助课下注释和工具书自学, 基本掌握全文内容结构 2、课前完成导学案中自主学习部分,用红笔勾画出疑点以备课堂讨论 自主学习—建立自信,克服畏惧,尝试新知 、走近作者 加来道雄,是当今高能物理和理论物理学中超弦理论的发明者之一。美籍日 裔理论物理学家,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,在于髙维空间(如十维或更髙)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)
1 《一名物理学家的教育历程》导学案教师版 饶纯刚 【学习目标】 1．了解加来道雄和他的作品； 2．体会加来道雄所说的怀疑精神、兴趣、毅力等基本精神品质对人成长的作用； 3．以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵； 4．养成正确的科学观，明确兴趣在学习过程中的重要作用 【学习重点】 理解作者所说的童年趣事背后所蕴含的科学观、学习观 【学习难点】 以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵 【使用说明与学法指导】 1、 通读课文，标注段落序号，圈出文中生字词，借助课下注释和工具书自学， 基本掌握全文内容结构 2、 课前完成导学案中自主学习部分，用红笔勾画出疑点以备课堂讨论。 自主学习——建立自信，克服畏惧，尝试新知 一、走近作者 加来道雄，是当今高能物理和理论物理学中超弦理论的发明者之一。美籍日 裔理论物理学家，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,所以现在髙维空间理论只 能是“理论” 基础知识梳理: 1、字音辨识 杜撰( zhuan)惊诧(cha)令人目眩(xuan) 鱼鳍(q 贪婪(an)撒手人寰(huan) 湮没(yan)畏葸不前(x) 2.给下列各组字注音、组词(目标:辨析形近字的能力) 遐暇瑕 遐(遐想 斓阑(斑潮 诞(荒诞 暇(闲暇) 澜(波澜) 瑕(瑕不掩瑜) 谰(谓言) 涎(垂涎三尺) 3.查词典,解释下列词语的意思(目标:理解词语意思的能力) (1)细枝末节:比喻事情或问题的细小而无关紧要的部分 (2)自鸣得意:自以为了不起,表示很得意 (3)在所不辞:决不推辞 (4)遐想:悠远的思索或想象 (5)杜撰:没有根据地编造,虚构 (6)怪诞:荒诞离奇古怪 (7)畏葸不前:畏惧,害怕 4.本文题为“一名物理学家的教育历程”,文章通过记述作者在自己成长过程 中起了重大作用的两件童年趣事,说明了他成为理论物理学家的成长历程。阅读 全文,完成下表(整体感知) 课题 段落段落大意结构 第1段 总提两件趣事对“我”的教育作总 用 名物理学家 的教育历程第2-11段 由对鲤鱼世界的遐想推知人类认识的 局限 分 第12~18段对爱因斯坦未竟事业的向往与研究 5.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 神内涵阅读全文,说说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”,也是人生的嘴境
2 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”。 三、基础知识梳理： 1、字音辨识 杜撰．(zhuàn) 惊诧．(chà) 令人目眩．(xuàn) 鱼鳍．(qí) 贪婪．(lán) 撒手人寰．(huán) 湮．没(yān) 畏葸．不前(xǐ) 2．给下列各组字注音、组词（目标：辨析形近字的能力） 遐 （ 遐想 ） 斓 （ 斑斓 ） 诞 （ 荒诞 ） 暇 （ 闲暇 ） 澜 （波澜 ） 瑕 （ 瑕不掩瑜 ） 谰 （ 谰言 ） 涎 （垂涎三尺 ） 3.查词典，解释下列词语的意思（目标：理解词语意思的能力） （1）细枝末节：比喻事情或问题的细小而无关紧要的部分 （2）自鸣得意：自以为了不起，表示很得意 （3）在所不辞：决不推辞 （4）遐想：悠远的思索或想象 （5）杜撰：没有根据地编造，虚构 （6）怪诞：荒诞离奇古怪 （7）畏葸不前：畏惧，害怕 4．本文题为“一名物理学家的教育历程”，文章通过记述作者在自己成长过程 中起了重大作用的两件童年趣事，说明了他成为理论物理学家的成长历程。阅读 全文，完成下表（整体感知） 课 题 段 落 段 落 大 意 结 构 一名物理学家 的教育历程 第 1 段 总提两件趣事对“我”的教育作 用 总 第 2 ～ 11 段 由对鲤鱼世界的遐想推知人类认识的 局限 分 第 12 ～ 18 段 对爱因斯坦未竟事业的向往与研究 5．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 神内涵阅读全文，说说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 6、了解文章结构: 童年 青年 成年 鲤鱼世界的幻想(想象) L>实验c→《理论物理学家) 爱因斯坦故事(理论) 合作探究——升华学科能力,透析重难点 重点阅读文章第二段至第九段,回答以下问题 1.在第二段中说“在那静静的时刻,我充满了无限的遐想”。其中“我”遐想的 主要内容是什么?第二段在节选的这部分中起什么作用? 答案:“我”遐想的主要内容是:水池中的鲤鱼怎样观察它们周围的世界。第二 段在节选的这部分中起总领作用。 2.作者设想的那个被抓出水池的鲤鱼“科学家”看到了怎样的“我们”? 答案:鲤鱼“科学家”看到我们这种生物一点儿也不像鱼,没有鳍,但还是能 够运动。 3.请你总结一下,作者设想的鲤鱼“科学家”是怎样认识鱼池以外的世界的? 答案:(1)鯉鱼“科学家”对那些提出在睡莲之外还存在有另外一个平行世界的 鱼冷嘲热讽 (2)它们认为雨对睡莲的冲刷是一种看不见的神秘力在起作用。 (3)被抓出水池后认识到熟悉的自然规律不再适合自己的世界 4.由鲤鱼对人类世界认识的无知,你受到什么启示? 答案:由鱼认识外部世界的局限性,可以推知我们人类对宇宙认识的局限性, 我们人类对平行宇宙或多维空间的学习与研究,还有很长的路要走。 重点阅读文章第十二段至第十四段,回答以下问题: 5.选文第二段中说“这种记忆到现在仍然温暖如春”,“这种记忆”是指什么? 为什么会“温暖如春” 答案:“这种记忆”是指“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”。说它“温暖如春”,是因为作者一开始便被爱因斯坦
3 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 6、了解文章结构： 合作探究——升华学科能力，透析重难点 重点阅读文章第二段至第九段，回答以下问题 1．在第二段中说“在那静静的时刻，我充满了无限的遐想”。其中“我”遐想的 主要内容是什么？第二段在节选的这部分中起什么作用？ 答案：“我”遐想的主要内容是：水池中的鲤鱼怎样观察它们周围的世界。第二 段在节选的这部分中起总领作用。 2．作者设想的那个被抓出水池的鲤鱼“科学家”看到了怎样的“我们”？ 答案：鲤鱼“科学家”看到我们这种生物一点儿也不像鱼，没有鳍，但还是能 够运动。 3．请你总结一下，作者设想的鲤鱼“科学家”是怎样认识鱼池以外的世界的？ 答案：(1)鲤鱼“科学家”对那些提出在睡莲之外还存在有另外一个平行世界的 鱼冷嘲热讽。 (2)它们认为雨对睡莲的冲刷是一种看不见的神秘力在起作用。 (3)被抓出水池后认识到熟悉的自然规律不再适合自己的世界。 4．由鲤鱼对人类世界认识的无知，你受到什么启示？ 答案：由鱼认识外部世界的局限性，可以推知我们人类对宇宙认识的局限性， 我们人类对平行宇宙或多维空间的学习与研究，还有很长的路要走。 重点阅读文章第十二段至第十四段，回答以下问题： 5．选文第二段中说“这种记忆到现在仍然温暖如春”，“这种记忆”是指什么？ 为什么会“温暖如春”？ 答案：“这种记忆”是指“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”。说它“温暖如春”，是因为作者一开始便被爱因斯坦
的故事迷住了,阅读他的书,是为了寻找答案,童年时的作者对科学充满了强 烈的好奇心和浓厚的兴趣,并享受到了求知带来的无穷乐趣 6.选文第二段中说“不久我就知道这个故事比任何的神秘谋杀故事更加激动人 心”,爱因斯坦是作者迷恋崇拜的对象,这里作者将爱因斯坦的故事和谋杀故事 相比,你认为是否合适?请说明理由。 答案:我认为合适。因为这是从孩子的角度来看问题,在孩子眼中,谋杀故事 无疑是最具有激动人心的力量的,在此将爱因斯坦的故事和谋杀故事相比,更 能突出强调爱因斯坦的故事对作者的强大吸引力,所以说用得很合适。 7.如何理解“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”的含意? 【提示】这句话说明了两层含意。一是理论物理学家工作的艰苦。作者认为, 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。二是作者对爱 因斯坦的研究课题产生了浓厚的强烈的执著的兴趣,并为此树立了自己的终生 志向。 8、结合文章,联系自己的实际,说说兴趣对志向有怎样的影响。 答案:(示例从文中来看,爱因斯坦的故事引起了作者的强烈持久的兴趣,并促 使他树立了研究相关课题的远大坚定的志向。结合我个人实际来看,我对历史 非常感兴趣,它让我树立了一个志向:做一个历史学家或者考古学家。因此我 认为,兴趣对一个人的志向有着直接的正面的并且是巨大的促进作用 文章整体思考: 1.本文题目为“一名物理学家的教育历程”,既为历程,一般当以时间为序,从 小学到初中到高中再到大学来写。那为什么本文只选取童年两件趣事和高中建立 实验室的事件来写呢? 在作者这位物理学家教育历程中一定有很多值得写的事件,但本文不仅仅是简 单地向大家讲述其成长故事的,它有着深刻的科学内涵。在作者看来,想象力、 兴趣和实验精神对科学家的成长成功而言,是至关重要的。所以作者便打破常 规方式,只选择三个能够很好体现这三层内涵的事件来写。 2.对自然界的好奇和科学探究的热情洋溢在整篇文章中,请从文中找出几个具 体语句 【提示】①我想,它们的世界一定奇妙无比!②我曾想,如果从池水中抓出 一个鲤鱼“科学家”,事情会怎样呢?③他未完成的工作是什么?他桌上的论文 的内容是什么?……④我决定要对这一秘密刨根究底,纵然为此而必须成为 名理论物理学家也在所不辞
4 的故事迷住了，阅读他的书，是为了寻找答案，童年时的作者对科学充满了强 烈的好奇心和浓厚的兴趣，并享受到了求知带来的无穷乐趣。 6．选文第二段中说“不久我就知道这个故事比任何的神秘谋杀故事更加激动人 心”，爱因斯坦是作者迷恋崇拜的对象，这里作者将爱因斯坦的故事和谋杀故事 相比，你认为是否合适？请说明理由。 答案：我认为合适。因为这是从孩子的角度来看问题，在孩子眼中，谋杀故事 无疑是最具有激动人心的力量的，在此将爱因斯坦的故事和谋杀故事相比，更 能突出强调爱因斯坦的故事对作者的强大吸引力，所以说用得很合适。 7．如何理解“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”的含意？ 【提示】 这句话说明了两层含意。一是理论物理学家工作的艰苦。作者认为， 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。二是作者对爱 因斯坦的研究课题产生了浓厚的强烈的执著的兴趣，并为此树立了自己的终生 志向。 8、结合文章，联系自己的实际，说说兴趣对志向有怎样的影响。 答案：(示例)从文中来看，爱因斯坦的故事引起了作者的强烈持久的兴趣，并促 使他树立了研究相关课题的远大坚定的志向。结合我个人实际来看，我对历史 非常感兴趣，它让我树立了一个志向：做一个历史学家或者考古学家。因此我 认为，兴趣对一个人的志向有着直接的正面的并且是巨大的促进作用。 文章整体思考： 1．本文题目为“一名物理学家的教育历程”，既为历程，一般当以时间为序，从 小学到初中到高中再到大学来写。那为什么本文只选取童年两件趣事和高中建立 实验室的事件来写呢？ 在作者这位物理学家教育历程中一定有很多值得写的事件，但本文不仅仅是简 单地向大家讲述其成长故事的，它有着深刻的科学内涵。在作者看来，想象力、 兴趣和实验精神对科学家的成长成功而言，是至关重要的。所以作者便打破常 规方式，只选择三个能够很好体现这三层内涵的事件来写。 2． 对自然界的好奇和科学探究的热情洋溢在整篇文章中，请从文中找出几个具 体语句。 【提示】 ①我想，它们的世界一定奇妙无比！②我曾想，如果从池水中抓出 一个鲤鱼“科学家”，事情会怎样呢？③他未完成的工作是什么？他桌上的论文 的内容是什么？……④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