名物理学家的教育历程
一名物理学家的教育历程
【背景资料 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》 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
【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 )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 简单的报,也都是靠经验来推测的。现在有了气象卫星,从太空这样 维甪庋观察地球,在地面上看来神秘莫测的风暴被看得一清二楚,可以精 准地狈报风暴的动向。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) 高维室间理论认为,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
（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
理学家的教育历程 教育目杉 出发,了解科学、认识科学 引导学生 历程”为重点,探讨其中表现的思想内涵 引导学生体会科学精 重点、难点及解决办法 通人来说,是很难想像的。所以,教学重点是文章内容 知识。相关知识教师有所了解,能帮助教学课文 教授给 课时安扌
• 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
步骡 入新课 成为 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 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 明确目标 从生活出发,了解科学、认识科 之2:,引导学生以“教育历程”为重点,探讨其中表现的 眼内涵
• 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
体感知 籍目裔物理学家,毕业于美国哈佛大 利福尼 约市立大学城市学院理 业理论要我 要著作有《超越爱因斯坦》(与特雷纳合著 量子场 结构 名物理学家的教育历程”,因此,叙述的顺序主 但是,作者开头就说“童年的两件趣事极大地丰 趣事”作为文章的主要内容,又是共时性的述。这 棦的结构妥排,便文章既脉络清楚,又重点突出。结构如图 砷鱼世界的幻想(想像)(成年) 青年 (理论物理学家) 爱因斯坦故事(理论)
• 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 到好奇,都以自己喜爱的形式寻求自然的“迷底”,但是 反思人类对 由此奠定了他对高维空间理论探 宄的基础。②作者少年时接触到爱因斯坦的 激发了他的探究 因为他把爱因斯坦的理论当成 侦探故事”来阋读、探究,这非常符合少年的心理。另外 我决定要对 密刨根 也表现了 恒心的性格,这是成为科学家的 时代,本应“在棒球场或篮球场玩耍”,享受青春年 大量的电子仓库 的硬件设备 校的足球场中缠绕22英里长的 动手建设实验室,验证爱因斯坦 探究反物质。作者进行这样艰苫枯燥的工作,体现了他对科学的热爱, 抢着 的潜能。由①②到③,我们可以清 到作者的“教育历程”和“教育内容
• 3．本文的基本内容 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
四、重点、难点的 标元成过 1.【提问】本文在 么特占 明确〗本文布局谋篇重点突出,详略得当。在整体上, 有从童年到 到初中到高中,按时间顺序叙事 是通过童年的两件趣事和高中时建立实验室的事例,突 他成长 “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 理论方面的书,并常常去斯坦福大学的物理图书馆, 关的理论书籍是怎样启发、引导他研究的,这里肯定有 多精彩的故事,但是作者只是一笔带过,重点放在制 自己的原子对撞机” 其中具体的数据叙述得很详尽 让人体会到 蓮、踏实的性格,以及内在的成为物理 学家所需要的基本素质
• 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
见了怎样 明确】本 要部分,并不是简单地叙述成长的故事,而是 学精神内涵,可以从中看到哪些方面的“教育”对成为 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 到高维空间 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 2)乐趣 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提迷 人生的“境界 游戏” 乐此不疲,茺满激 情,丕受外界的诱惑和干扰;而“境界”使他们不顾功利,不畏强权: 求真理
• 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 肇中说过:“现代学术的基础就是实地的探察 插实实验得到,不是由義径时数理的洁谈航可到的 有 成为科 高维空间理论,虽然还 纸面上,但是 努力使理 就能缘说在是 不去做基础工作,不可能达到真理的彼岸。 建黑洞理论,也要有数学和天体物理学的实验基础,也不 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 为睡莲自己能够运动而困惑不解” 以神 秘的“力”来掩 无知。(3)“鲤鱼 的“消失”禾 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 在,而它们却认为“胡说八道”,荒谬绝伦,违 的“自然规
• （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