统编版（部编版）必修 下册第三单元8《一名物理学家的教育历程》教案

《一名物理学家的教育历程》教案
【素养·目标导学】
1.语言素养目标：学习作者化“晦涩难懂”为“浅显生动”的表达方法，识记重要词语。
2.思维素养目标：培养学生发现问题、提出问题的能力。
3.文化素养目标：结合作者的生活背景，了解不同教育方法对人的思维所产生的不同影响。
4.审美素养目标：培养学生对了解自然规律、探寻科学真谛的热情。
教学重点：
了解科学发现的过程，感受科学发现的乐趣。
教学难点：
了解科学研究的原理与探索过程。
教学方法：
教师点拨与学生合作探讨相结合
教学时数：
1课时
教学过程：
【情境·激趣导入】
“不忘初心，牢记使命“，在物欲纵横的现代化时代，你还是否记得自己童年时对于未来最美好的期盼？有多少人，在懵懂无知时，明眸皓目中闪烁着满满的对科学的期待。这颗科学的种子，有的正在生根发芽，有的暂时滋养于心灵的土壤。今天，我们一起走进一位科学家的成长时代，感悟那份对科学的热情。
一、作者介绍
加来道雄，和族，科学家，1947年1月24日出生于美国加利福尼亚州圣何塞。
科学畅销书作者，美国著名高等学府加州大学伯克利分校（UCBerkeley）物理学博士、纽约城市大学研究生中心的理论物理学教授，超弦理论的专家。加来道雄的著作都广受赞誉，《构想未来》、《超越爱因斯坦和超空间》、《平行宇宙》，均被《纽约时报》和《华盛顿邮报》提名为当年的最佳科学读物之一。他主持着一档全美国联网的科学广播节目，还在《晓闻热线》、《60分钟》、《早安美国》以及《拉里·金直播在线》之类的全美国性电视节目中亮相。
?资料卡：人物故事
科学起源于思考
出生在日裔家庭中的加来道雄比同龄人更擅长思考。
1947年的美国，第二次世界大战刚刚结束。人们的生活逐渐走上正轨，因为战争而受到影响的科学探索也纷纷回到正轨。这一年的1月24日，加来道雄出生在加利福尼亚州圣何塞一个日本移民家庭。“我的祖父年轻时来到美国，他当时是为了参加旧金山大地震的救援工作，后来就留在了这里。”
加来道雄的父亲虽然是土生土长的加利福尼亚人。但是为了不忘自己的出身，加来道雄被送回日本接受教育。自小就生活在两种文化当中，这让加来道雄有了比同龄人更多的思考机会：“这件事为什么是这样的？在美国我们怎么处理？在日本又会有什么不同？”而思考，也正是科学最需要的。
【基础·清单检查】
预习检查
1.给下列加点字注音：
模糊（hu）杜撰（zhuàn）惊诧（chà）鳍（qí）
鄙视（bǐ）贪婪（lán）撒手人寰（huán）
浩瀚（hàn）湮没（yān）说服（shuō）
2.解释下列成语：
五彩斑斓：形容颜色多，色彩错杂灿烂且耀眼。
截然不同：形容两件事物毫无共同之处。
冷嘲热讽：用尖酸刻薄的语言进行讥笑及讽刺。
摇摆不定：指心意犹豫不决，来回变化。
高深莫测：高深的程度无法揣测。形容使人难以理解。
自鸣得意：自己表示很得意，自以为了不起。
撒手人寰：指离开人间，即死亡。
刨根问底：比喻追究底细。形容钻研的精神。
【课文·内容研读】
任务活动一：整体把握
1.理清文章思路，概括各部分主要内容。
第一部分（1）：点明两件趣事，总领全文；
第二部分（2-9）：写自己对鲤鱼的世界产生的各种疑问和思考；
第三部分（10-11）：写自己对高维世界的思考；
第四部分（12-15）：写自己痴迷于爱因斯坦未完成的理论，并为之不断探索；
第五部分（16-18）：建立自己的原子对撞机的经历。
2.脉络图：
任务活动二：深度探究
（问题展示，学生自学、质疑、探讨，教师点拨。）
1.试分析本文第一段的作用。
明确：
①文章的第一段以极简的语言点明了童年的两件趣事对自己成为一名理论物理学家的重要意义，总领全文；
②同时，与文章题目“一名物理学家的教育历程”相照应，点出两件事情所具有的深刻的教育意义和对自己成为物理学家产生了举足轻重的重大影响。
2.文章第五段提到了鲤鱼“科学家”，试分析鲤鱼“科学家”这一形象的作用。
明确：
①鲤鱼“科学家”会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，也会杜撰某些虚构的东西来掩盖自己的无知，可见其目光狭隘、思想迂腐保守，同时又自作聪明，自以为是。他们无法想象其他空间的存在，面对客观发生的“奇异事件”也只会惊诧不已，顾自彷徨。
②作者用鲤鱼“科学家”的形象来喻指那些鄙视更高维数世界的说法只因不能在实验室里便利地验证它的科学家们，也以此表达对当下一些“画地为牢”、“固步自封”的科学观的批判。
3.本文的第二个故事中，加来道雄能够成功建立属于自己的“原子对撞机”的因素有哪些？试分析总结。
明确：加来道雄能够成功地建立属于自己的“原子对撞机”既有其主观的因素，也有客观因素的支持，既有其偶然性也有其必然性，我们需要引导学生全面的去分析概括。
主观方面：
①对爱因斯坦统一场论的探究，让其具备了专业的理论知识储备，为实践打好了坚实的基础；
②加来道雄对于科学的热爱和孜孜不倦、不怕困难、事无巨细的科学精神和探索精神；
③加来道雄所具有的的不惧世俗的约束，特立独行，追求卓越的性格特征。
客观方面：
①当时的一些科学家已经建造了一些可以产生反物质的大型仪器，即“原子对撞机”，为加来道雄的实验提供了理论和技术支撑；
②家庭的开放包容的学术氛围，加来道雄父母的支持。
4.从梦想到发现，科学家们走过了艰辛而漫长的路，试分析本文是怎样深入浅出地介绍科学研究的原理与探索过程的。
明确：
①首先，作者在谋篇布局上别出心裁，利用童年时的两件富有意义的事情，来引入自己最初对于科学的思考和热爱，详略得当，主次分明，颇具匠心；
②然后，作者借助于想象，采用了拟人化的笔法，让“鲤鱼科学家”们会看会想，会提出问题会说话，这样就使深奥的科学道理变的浅显易懂。
③同时，作者讲究选词，讲究用恰如其分的词句来表达周密严谨的意思，由此，用一种严谨的态度拉近了普通人与科学的距离，深入浅出地将科学研究的原理与探索过程呈现在读者面前。
5.本文的节选部分以“一名物理学家的教育历程”为题目，有什么作用。
明确：
①“一名物理学家的教育历程”为题，点出作者的核心身份，一名物理学家；
②教育历程，则点明文章中所记叙的事情，对于作者成为物理学家具有重大的意义；
③由此，也增强了题目的趣味性，吸引读者，去一探究竟，看看文中究竟记载了什么样的故事；
④以此为题，统摄全文。
6.你从加来道雄的成长历程中得到什么样的启示？与同学分享交流。
明确：
角度一:科学存在于生活的方方面面。要善于发现，善于思考，充分利用自己的想象力，描绘蓝天白云，描绘宇宙万物。不必拘泥于已有的现实，放飞天马行空的想象力，这才是科学得以进步的源泉和动力。
角度二：万事终需坚持。不管是感兴趣也好，热爱也好，所有的事情唯有坚持二字，方得始终。加来道雄有对科学的热忱，更有对科学不断探索的坚持，由兴趣到了热爱，由热爱变成了毕生的信念和追求，在此之间，他从未放弃，这就是“坚持”的力量。
角度三：家庭教育对孩子的影响是深远的。加来道雄的生活环境是多元的，他父母的教育更是开放的、民主的，这也就成就了加来道雄敢于探索，初心未泯的性格特点。这也为他以后走上科学研究之路，埋下了希望的种子。
【课外延展·类文阅读】
面向第五维
由于家境贫寒，我的父母担忧我将不能把白己的实验和教育继续下去。幸运的是，我为我的各种科学计划争取助学金的行动引起了原子科学家泰勒(EdwardTeller)的注意。他的妻子慷慨地安排我接受四年的奖学金去哈佛大学学习，允许我在那里实现自已的梦想。
具有讽刺意味的是，尽管我在哈佛开始了自己在理论物理方面的正规教育，但也正是在这里我对更高维数的兴趣消失殆尽。像别的物理工作者一样，我开始严格而又全面地学习与每一种自然力所对应的高等数学，这些自然力彼此之间是完全孤立的。我仍然记得给我的电动力学老师解题，然后我又问他如果空间在更高的维数中弯曲，那么答案可能会是怎样。他以一种奇异的方式看着我，好像我有点疯狂似的。像比我先来的人一样，我不久就学会把孩提时代关于更高维数空间的念头搁置一边。我被告知:超维空间不是一个合适的严肃研究课题。
我从来就不满足于对物理学的这种支离破碎的处理，思绪常要飘回到茶园中鲤鱼的身上。虽然我们常用的电磁场方程在19世纪就被麦克斯韦发现，他的这一工作十分完美，但方程好像相当随意。我觉得物理学家们(像鲤鱼那样)发明的这些“力”，实际上掩盖了我们对物体怎样能够不彼此接触而运动这一问题的无知。
通过学习，我知道19世纪有一场大争论，就是光怎样在真空中传播。(事实上，从恒星上发出的光可以通过外部空无一物的空间毫不费力地传播好几万亿千米。)实验也毫无疑问证明了光是一种波。但是，如果光是波的话，那就需要一些使它发生“波动”的媒质。声波需要空气，水波需要水，而在真空中却没有可以使光波动的东西，人们对此深感疑惑。没有使光波动的媒质，它怎能成为波呢?于是，物理学家们就捏造出一种所谓的以太物质，这种物质作为光的媒质而充满整个真空的空间。然而，实验却无可辩驳证明了“以太”并不存在。
后来，当我成为加利福尼亚大学伯克利分校的物理学研究生后，我非常意外地发现有一个变通的办法，尽管这个办法会引起人们的争论，但是它可以解释光怎么能在真空中传播。这个变通的理论十分古怪，因此当我偶然间发现它之后十分震惊。这种震惊与许多美国人乍闻肯尼迪(JohnKennedy)总统被枪杀的感觉颇为相似。他们能永远记住他们听到这一惊闻的那一刻正在干什么，正在和谁说活。当我们第一次偶然遇到卡鲁查-克莱因(Kaluza-Klein)理论时，我们这些物理学家也深感震惊。因为这一理论被认为是一种不成熟的推测，因而从不在研究生课程上讲述。于是，留给年轻物理工作者们的只是在有关读物中偶然地去发现它。
这个变通的理论给光作了一个最为简单的解释:它实际上是一种第五维(或如神秘主义者通常所说的那个第四维)上的振动。如果光能通过真空传播，那是因为真空本身在振动，因为“真空”实际上存在于四维的空间和一维的时间之中。加上第五维之后，引力和光就能以惊人简单的方式统一起来。回顾我童年时代在茶园的体验，我突然意识到这就是我梦寐以求的数学理论。
然而，老的卡鲁査-克菜因理论有许多困难和技术问题，这就使得它半个多世纪来一直被束之高阁。可是，过去10年中这一切都发生了变化。这一理论的更高层次的翻版，如超引力理论，特别是超弦理论，已经最终消除了该理论的不自洽性。突然之间，更高维数的理论正在世界各地的实验室中被竞相检验。世界上许多头面物理学家现在相信，在普通的四维时空之外存在有更高的维数。这一思想事实上已经成为科学研究的热点。的确，许多理论物理学家现在认为更高的维数是导致某种无所不包理论的关键步骤，这个理论——超维空间理论——将把许多自然规律统一起来。
如果这被证明是正确的，那么未来的科学史家们可能会很好地记下:20世纪科学一大观念性革命就是懂得了超维空可能是解开自然和宇宙奥秘的关键。
这种富于启发性的概念导致这方面的科学研究纷至沓来:世界各国主要研究所的理论物理学家们写出了好几千篇探索超维空间性质的学术论文。《核物理》和《物理快报》这两种重要的科学杂志中登载着大量这方面理论分析的文章。已经举办了200多次国际物理学会议来探索高维数的重要性。
不幸的是，在验证我们的宇宙存在于更高的维数中方面，实验与理论还相差甚远。（究竟什么东两可以被认为是证明了该理论的正确性，以及可能开发超维空间的能力问题，将在本书后文中讨论。)然而，这个理论现在已经作为现代理论物理学一个合法分支而牢固地确立起来。例如，爱因斯坦度过他生命最后时光的普林斯顿高等研究院(我在那里写成了本)现在是一个研究高维时空的活跃的中心。
1979年诺贝尔物理学奖得主温伯格(StevenWeinberg)最近在评述理论物理似乎变得越来越像科幻小说时，对这一观念革命作了总结。
节选自《超越时空》
思考：从加来道雄身上可以看到哪些可贵的品质？
明确：
①永不满足、追求完美的进取精神；
②敢于挑战权威，不迷信盲从的探究精神；
③勇于创新和突破的实践精神；
④事无巨细、心思缜密的实验精神等
【积累·作文素材】
关键词：
探索、热爱、兴趣、坚持、科学、想象等。
名言警句：
1、最可怕的敌人，就是没有坚强的信念。——罗曼·罗兰
2、只有毅力才会使我们成功，而毅力的来源又在于毫不动摇，坚决采取为达到成功所需要的手段。——车尔尼雪夫斯基
3、一日一钱，十日十钱。绳锯木断，水滴石穿。——班固
4、人不能象走兽那样活着，应该追求知识和美德。——但丁
运用示例：
加来道雄童年时，透过鲤鱼的眼睛去探寻水面下、睡莲旁的新奇世界。我们隔水看鱼，鱼儿隔水观岸，人类生来具有的丰富想象力，在这一刻发挥着它鬼斧神工的创造力，为科学界的新宠，划开了一扇去往新世界的大门。在这里加来道雄开始了他对高维世界的新的探索，也是在这里，开启了他探寻科学真谛的新的旅途。加来道雄，以“想象”为马，以“坚持”为帆，一步一步践行着自己对于科学的忠诚和热爱！
【小结】
童年的两件趣事之所以能够引导加来道雄走上成为一名理论物理学家的历程，其中一个重要的原因是作者在这其中的一些基本科学素养和科学能力得到了充分地挖掘、培养和锻炼。它们是：好奇心、想象力、探究能力、实验能力、不怕挫折、质疑求真的科学精神，尊重事实和实事求是的科学态度等。