《宇宙的未來》 教案教學設計
【自讀導言】
自讀要求
能讀懂本演講錄的內容。
2.學習本文生動、幽默的演講風格。
3.感受科學精神，增進科學素養。
(解說：本文雖說是演講錄，但其實就是一篇科技論文，加上語言的歐化風格，要讀懂全文并不容易，所以設置了第一個要求；生動、幽默是霍金的演講風格，是其演講獨具魅力的原因之一，因此設置了第二個要求；本文是傳播科學知識的演講錄，需要讓學生從中感受到科學精神，增進科學素養，因此設置了第三個要求。)
自讀重難點
1.提煉本文的要點，增強概括能力。
2.探究本文的內涵，增強分析能力。
(解說：這兩點按本單元的學習重點設計，順應編輯的教材編排意圖。)
【自讀程序】
總的原則是：多次自讀，逐層領悟，逐個落實學習重點。具體如下：
1.初讀，總體感知。
結合注釋，通讀全文，總體感知。
讀后能用一句話簡要地說出本文講了什么。
明確：本文講的是宇宙的未來問題，預測了兩種結局：或膨脹，或收縮。
2.再讀，提煉要點。
要求比上一次讀得細一些，邊讀邊給課文分段，明確作者講了幾層意思，并提煉出要點。提煉要點的方法是：或者摘錄文中的語句，或者用自己的語言組織。
明確：
要點依次為：①科學家有信心預言未來。②巫師的預言模棱兩可，宗教的預言屢測屢敗。③物理方程、制約大腦的方程具有混沌性，因此我們不能預言人類；而宇宙的行為在非常大尺度下卻是簡單的，而不是混沌的，因此我們可以預言宇宙遙遠的未來。④宇宙的未來有兩種可能，一是繼續膨脹下去，二是收縮以至坍縮成一個點。是膨脹還是坍縮，取決于宇宙的平均密度。⑤宇宙現在的密度非常接近于把坍縮和膨脹區分開來的臨界點上，所以兩種可能都會發生。
3.三讀，探究內涵。
要求比上一次讀得更深入，能對某些語句的內涵進行分析，也能對作者的某個觀點進行評析，或者對作者的整個科學思想進行闡述分析。
4.交流討論。
交流討論可以在前三步之后綜合進行，也可以在每一步(初讀、再讀、三讀)之后分別進行。對總體感知的情況、提煉要點的情況、探究內涵的情況依次進行交流討論。可以先在小組(前后桌為一組)內進行，然后每個小組選一人參與全班交流。
(解說：本自讀程序力圖體現學生的自讀、自得、互動。讓學生自主發展，自我提高。)
【自讀點撥】
本文是史蒂芬·霍金1991年1月在劍橋大學的一次演講錄。
這篇演講，從古代巫師的預言，談到近代宗教的預言，然后過渡到自己對宇宙未來的預言，結構嚴謹，重點突出。作者運用天體物理學理論，對宇宙未來作出了兩種預測，一是繼續膨脹下去；二是收縮以至坍縮成一個點。是膨脹還是收縮，取決于宇宙的平均密度。如果它比臨界值小，宇宙就將永遠膨脹。但是如果它比臨界值大，宇宙就會坍縮，而時間就會在大擠壓處終結。可現在密度似乎非常接近于把坍縮和無限膨脹區分開來的臨界密度，所以兩種結果都有可能。
本文專業性強，歐化語言明顯，閱讀起來非常吃力，難讀、難懂。高考試卷上的科技說明文、科技論文只有三四段，考生讀起來已經非常吃力，而這里卻有整整26段，是前者的六七倍。所以教學本文時一方面要讓學生充分閱讀，自主探究，但同時也要積極發揮教師的引導作用，將學生由淺入深地引導下去。
在引導過程中，可以將以下問題靈活地插入上面的自讀程序中。(特別是發現學生在探究內涵不夠深入時。)
1.作者在第8段中為什么說即使知道了制約宇宙的有關定律，我們仍然不能利用它們去預言遙遠的未來?為什么第10段又說盡管我們知道制約人類行為的方程，但在實際上我們不能預言它?
明確：因為物理方程的解會呈現出一種稱作混沌的性質，方程可能是不穩定的；同樣，制約大腦的方程幾乎肯定具有混沌行為，初始態的非常小的改變會導致非常不同的結果。
2.為什么科學不能預言人類社會的未來，卻可以預言宇宙遙遠的未來?
明確：因為前者是混沌的，不確定的；而宇宙的行為在非常大尺度下是簡單的，而不是混沌的，因此我們可以預言宇宙遙遠的未來。
3.作者對宇宙的未來的預言與巫師、宗教預言家對人類社會未來的預言有何不同?
明確：前者是有科學根據的，是運用天體物理學理論進行的科學推測，科學預言；而后者是沒有科學根據可言的。其實，從上面的題目就可知道，人類社會的未來根本就是無法預言的，因為方程是混沌的，所以巫師、宗教預言家對人類社會的預言注定就是荒唐的。
4.對宇宙未來的預言，關鍵是要弄清宇宙的什么問題?
明確：對宇宙未來的預言，其關鍵問題在于：平均密度是多少。
5.作者認為宇宙的未來會是怎樣的?
明確：會有兩種可能：如果它比臨界值小，宇宙就將永遠膨脹，但是如果它比臨界值大，宇宙就會坍縮。
(解說：設計這些題目旨在讓教師引導學生探究文章的內涵，由表及里，將自讀引向深入、準確。)
【自讀思考】
1.根據作者的論述，我們目前所能看到的宇宙物質最多是臨界值的百分之一，似乎不足以使宇宙坍縮。然而作者又指出，也許存在足夠的暗物質，使宇宙最終坍縮。宇宙中存在暗物質的證據是什么?作者又舉了哪兩種假說，說明現在的宇宙密度可能就在臨界狀態?
明確：宇宙中存在暗物質一個證據來自于螺旋星系，必須存在某種看不見的物質形式，其引力吸引足以把這些旋轉的星系牢牢抓住；另一個證據來自于星系團，要不是引力吸引把星系抓到一起，這些星系團就會飛散開去所以，在星系團中我們觀測到的星系以外必須存在額外的暗物質。
作者為了說明現在的宇宙密度可能就在臨界狀態，列舉了兩種假說，一種是所謂的人擇原理，另一種是極早期宇宙的暴漲理論。
(解說：此題旨在引導學生探究文章的內涵。同樣是探究文章的內涵，上面五個問題是宏觀的，環環相扣，步步深入，這一個則是微觀、細碎的，所以單獨列在自讀思考中。)
2.本文在論述過程中，常常用一些生動的比喻來說明事理。下列兩個比喻句各自說明了什么道理?
①例如，如果你稍微改變一下你旋轉輪賭盤的方式，就會改變出來的數字。你在實際上不可能預言出來的數字，否則的.話，物理學家就會在賭場發財。
明確：用這個比喻生動地說明了即使我們知道了制約宇宙的有關定律，我們仍然不能利用它們去預言遙遠的未來。
②這有一點像是再投胎。如果有人聲稱一個新生的嬰兒是和某一死者等同，如果該嬰兒沒從他的以前的生命遺傳到任何特征或記憶，這種聲稱有什么意義呢?人們可以同樣地講，它是完全不同的生命。
明確：用這個比喻形象地說明宇宙在大擠壓處終結后，并不是任何發生在之后的事件都是另一個相分離的宇宙的部分。
(解說：此題旨在引導學生領會、學習作者善于用比喻來說理的技巧。)
3.這篇文章語言幽默風趣，在說明科學道理的同時，創造出一種輕松愉快的氣氛，體現了演講詞的特點。試舉出三個例子，分析其表達效果。
明確：
例如：①這些日期使股票市場下瀉。雖然它使我百思不解，為何世界的終結會使人愿意用股票來換錢，假定你在世界末日什么也帶不走的話。這句話讓人在笑聲中悟到人類自身的某些缺陷和某些思維誤區。②據說，1844年是第二次回歸的開始，但是首先要數出獲救者名單。只有數完了名單，審判日才降臨到那些不列在名單上的人。幸運的是，數人名看來要花很長的時間。這句話幽默中含著揶揄和諷刺，揭露了宗教預言師的荒謬，表現了對方屢測屢敗卻又想方設法自圓其說的尷尬與可笑。③如果暴漲理論是正確的，則宇宙實際上是處在刀鋒上。所以我正是繼承那些巫師或預言者的良好傳統，兩方下賭注，以保萬無一失。聽眾明知作者做的是科學的預言，和巫師他們完全不同，可作者卻有意將自己降為他們的同類，一是說明自己恰好也有兩種預測，二是順勢又對他們進行嘲諷。這種智慧的表達既帶來了輕松愉悅的氣氛，又大大增加了自己與聽眾的親和力。
(解說：此題旨在引導學生領會并學習作者幽默風趣的演講風格。)
4.下面這段話引自霍金2002年8月15日在浙江大學的公眾演講《膜的新奇世界》，讀后請用其中的原句提煉本段的要點，并同課文做比較閱讀，說說霍金在介紹深奧理論時喜歡采用什么方式來讓聽眾聽明白?
按照我的意見，膜世界啟始的更遠為吸引人的解釋是，它作為真空中的起伏而自發產生。膜的產生有點像沸騰水中蒸氣泡的形成。水液體中包含億萬個H2O分子，它們在最靠近的鄰居之間耦合，并且擠在一起。當水被加熱上去，分子運動得更加快，并且相互彈開。這些碰撞偶然賦予分子如此高的速度，使得它們中的一群能擺脫它們的鍵，形成熱水圍繞著的蒸氣小泡泡。泡泡將以隨機的方式長大或縮小，這時液體中來的更多的分子參與到蒸氣中去，或者相反的過程。大多數小蒸氣泡將會重新塌縮成液體，但是有一些會長大到一定的臨界尺度，超過該尺度泡泡幾乎肯定會繼續成長。我們在沸騰時觀察到的正是這些巨大的膨脹的泡泡。
明確：這是遷移運用題。體現本段要點的句子是膜的產生有點像沸騰水中蒸氣泡的形成。作者喜歡用比喻的方式將深奧的理論說得通俗易懂。
5.課文中霍金對宇宙未來的預言，你怎么看?老師鼓勵學生發表有創見的觀點，只要態度科學，能自圓其說即可。
(解說：設計該題旨在引導學生獨立思考，培養獨立的人格，同時也培養獨立的科學精神。學生可以暢所欲言，比如認為霍金的觀點只是一家之言，只是一種推測，無法得到證實，他和愛因斯坦的相對論一樣，雖然都很偉大，但都只是一種理論，一種思想，缺少科學的實證，因此也都沒能獲得需要實證的諾貝爾獎。其他科學家站在另外的角度來思考來假設，或許會有不同的結論，不同的發現。所以青少年對霍金的觀點可以學習，可以接受，但不能迷信，不能束縛自己的思維。)
6.霍金的中國學生吳忠超教授這樣介紹史蒂芬·霍金：在相對論和引力論領域，霍金是繼愛因斯坦之后最偉大的代表人物。他的第一項工作是和彭羅斯一起證明了廣義相對論的奇性定理；第二項工作是創立了黑洞物理理論，其中有黑洞的無毛定理和黑洞視界面積增加定理；第三項工作是研究極早期宇宙和宇宙的創生，其量子宇宙學使人們單獨地從科學定律即能預言出宇宙中的一切。而他所有這些成就都是在他患盧伽雷病(肌肉萎縮性側面硬化病)后的40年間所做的。在科學史上有許多殘疾科學家，但是像霍金這樣殘疾到這種程度的則絕無僅有21歲就患病，幾十年被禁錮在特制的輪椅上，全身只有三個手指能活動，不能講話，與人交談要靠計算機合成語言，有了新的想法也只能通過三個手指敲擊進語言合成器里保存可就是這樣一個重度殘疾的人，卻把研究的目標直指浩瀚的宇宙。
在《果殼中的宇宙》一書中，霍金引用了莎士比亞戲劇《哈姆雷特》里一句充滿詩意的臺詞：我即使被關在果殼里，仍自以為是無限空間之王!這句臺詞形象地道出了霍金的崇高精神追求，使人們親眼看到了果殼中的那個挑戰命運的不屈的靈魂。他曾說：只要有智慧和精神在，沒有什么能打倒自己。身體的健康固然重要，心靈的健康也會給你無窮的力量。在少年霍金的心中，崇拜的不是歌星或球星，而是貝特朗·羅素，一位不知疲倦的思想家、哲學家和科學家。
那么你呢?你怎么看待霍金?十年前，一家青少年調查機構調查出我國中學生最崇拜的人物是歌星劉德華、影星劉曉慶、球星貝利，三星高照。你又怎樣看待這一現象?
(解說：科學和人文是教育的兩大內容，學習本文可以增進學生的科學素養，因此設計了上題；而從作者霍金的身上，還能感受到高尚的人格魅力，因而設計了本題。霍金的朋友曾這樣感慨：可以相信，當他所熱愛的東西都失去時，他不僅堅強地活著，而且偉大地活著，那么他所帶給我們的不僅僅是科學的智慧，還有人類最可貴的精神。教師可介紹霍金的生平，介紹霍金2002年8月來華刮起的霍金旋風，讓學生產生積極的情感體驗，學習霍金戰勝自我、挑戰極限、追求科學的頑強品質。對于三星高照的現象，能夠引發學生的深入思考，并作出較為正確的評價，比如這樣評價：這一現象的出現，既有中學生自身價值取向的問題，也有新聞媒體的誤導問題。要讓學生意識到，只有在正確的價值取向引導下，個人才能體現出最大的人生價值，社會才能快速向前發展。)
【課外作業 】
1.仿照本文幽默風趣的語言風格，寫一個演講片段，題目是《霍金·明星·我》。
2.閱讀霍金的名著《時間簡史》、《果殼中的宇宙》(2002年8月霍金在浙江大學的公眾演講《膜的新奇世界》就選自其中)。
(解說：兩個題目，一讀一寫，由課文深化、拓展開去。教師給定一個完成的時間，然后在全班交流，將學習氣氛推向高潮。)
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