陜西省佛坪縣中學 王寶杰
【教學目標】
知識與能力：
1、快速閱讀，整體把握文章內容。
2、理解作者回憶童年趣事對未來科學研究的意義與影響。
過程與方法：
3、引導學生從生活出發，了解科學、認識科學。
4、引導學生以“教育歷程”為重點，探討其中表現的思想內涵。
情感態度與價值觀：
5、引導學生體會科學精神：培養強烈的求知欲與勇于探索實踐的創新精神。
【教學重點】
快速閱讀，整體把握文章內容，理解作者回憶童年趣事對未來科學研究的意義與影響是本文的學習重點。
【難點及解決辦法】
高維空間對普通人來說，是很難想像的，可能造成學生學習和理解課文的難點。相關知識教師有所了解，概括介紹一下能幫助教學課文即可，不必教授給學生。
【課時安排】
1課時
【教學教程】
一、導入新課：
同學們，在我們小的時候，常常會談及未來的理想，那時候我們常常無畏地說：“我要做一名科學家”，可是隨著年齡的增長，我們很少有人再說了，這是為什么呢？因為我們逐漸明白成為一名科學家是極其艱難的。那么怎樣才能成為一名科學家呢？ 當我在互聯網上搜索“如何成為一名科學家”這一詞條時，還發現了這樣一個留言“我的理想是成為一名物理學家， 但上了大學之后我開始清醒地認識到原來自己就不知道該在哪些方面努力，應該怎樣做？”如此看來，我們真的要好好研究一下成為一名科學家需要怎樣的教育歷程了，今天我們就通過著名的理論物理學教授加來道雄的文章《一名物理學家的教育歷程》得到點啟發吧！
二、作者簡介：
加來道雄，美籍日裔物理學家，畢業于美國哈佛大學，獲加利福尼亞大學伯克利分校哲學博士學位，后任紐約市立大學城市學院理論物理學教授。主要著作有《超越愛因斯坦》（與特雷納合著）《量子場論》《超弦導論》。
三、講授課文內容：
1．文章特點
(1)結構
文章的題目是“一名物理學家的教育歷程”，田此，敘述的順序主要是歷時牲的。但是，作者開頭就說“童年的兩件趣事極大地豐富了我對世界的理解力，并且引導我走上成為一個理論物理學家的歷程。”而“童年的兩件趣事”作為文章的主要內容，又是共時性的敘述。這樣的結構安排，使文章既脈絡清楚，又重點突出。結構如圖： ’
童年 青年 (成年)
鯉魚世界的幻想(想像)
→實驗 → (理論物理學家)
愛因斯坦故事(理論)
(2)內容
①人人都對自然感到好奇，都以自己喜愛的形式尋求自然的“謎底”，但是大多數人一般直接探尋自然本身，而作者卻由人的觀察角度，反思人類對宇宙的認知。看似作者少年時的思維超出同齡人，其實只是他充分發揮了自己的想像力，并且保持了這樣奇特的想像力，由此奠定了他對高維空間理論探究的基礎。
②作者少年時接觸到愛因斯坦的“未竟事業”，激發了他的探究興趣。他之所以感到“激動人心”，是因為他把愛因斯坦的理論當成一個“偵探故事”來閱讀、探究，這非常符合少年的心理。另外，“我決定要對這一秘密刨根問底”，也表現了他有毅力有恒心的性格，這是成為科學家的基本素質。
③高中時代，本應“在棒球場或籃球場玩耍”，享受青春年華，但作者卻“找遍周邊地區大量的電子倉庫，裝配必需的硬件設備”，在“學校的足球場中纏繞22英里長的銅線”，自己動手建設實驗室，驗證愛因斯坦理論，探究反物質。作者進行這樣艱苦枯燥的工作，體現了他對科學的熱愛，以及踏實的性格，顯露出一個科學工作者的潛能。
由①②到③，我們可以清楚地看到作者的“教育歷程”和“教育內容”。
(3)詳略
本文布局謀篇重點突出，詳略得當。在整體上，作者并沒有從童年到小學到初中到高中，按時間順序敘事，而是通過童年的兩件趣事和高中時建立實驗室的事例，突出他成長為一名“物理學家”的“教育歷程”，并不旁及其他成長的經驗；在局部上，如高中階段，作者看了許多統一場理論方面的書，并常常去斯坦福大學的物理圖書館，相關的理論書籍是怎樣啟發、引導他研究的，這里肯定有許多精彩的故事，但是作者只是一筆帶過，重點放在制造“自己的原子對撞機”上，其中具體的數據敘述得很詳盡，讓人體會到作者嚴謹、踏實的性格，以及內在的成為物理學家所需要的基本素質。
2．本文蘊涵的科學精神：
本文三個主要部分，并不是簡單地敘述成長的故事，而是具有深刻的科學精神內涵，可以從中看到哪些方面的“教育”對成為優秀科學家最為重要。
(1)想像力：科學是需要想像力的，想像力能帶來創造力。作者正是從對鯉魚世界的想像中，認識到人類觀察空間的局限性，間接感悟到高維空間存在的可能。由感性的想像上升到理性的創造，體現了創新意識和探索精神。
(2)樂趣：科學不應該是枯燥的，而是應該充滿樂趣的。探尋自然的奧秘，對真正的科學千作者來說，是和自然做的近似于捉迷藏的“游戲”，也是人生的“境界”。“游戲”使他們樂此不疲，充滿激情，不受外界的誘惑和干擾；而“境界”使他們不顧功利，不畏強權，只求真理。
(3)實驗精神：丁肇中說過：，“現代學術的基礎就是實地的探察，就是我們現在所謂的實驗。”“科學發展的歷史告訴我們，新的知識只能通過實地實驗而得到，不是由自我檢討或哲理的清談就可求到的。”(《應有格物致知精神》)有了想像力，有了樂趣，那只是成為科學家的最基礎的因素，不去踏踏實實地做實驗，就不能得到基本數據，假說就不能確立。一味地空想，不去做基礎工作，不可能達到真理的彼岸。作者從事的高維空間理論，雖然還停留在紙面上，但是科學家們已經在做許多基礎的實驗工作，努力使理論得到證明。即使如科學家霍金靠睿智的頭腦創建黑洞理論，也要有數學和天體物理學的實驗基礎，也不是空想出來的。
3、補充相關知識
為了更好地理解課文，我們需要了解一些相關的理論物理學知識：
（1）統一場論
根據現代物理學知識，將我們的宇宙結合起來的力有四種：引力、電磁力、強核力和弱核力。物理學家運用量子力學，已經把后三種力統一起來（美籍華裔物理學家楊振寧和他的學生米爾斯提出楊一米爾斯場理論，解決了這一問題，被稱為“標準模型”。但是這一理論因為計算繁復無比而讓人頭疼），但是引力仍然游離在外。愛因斯坦畢終生之力想尋求四種力的統一，建立一個大一統的理論，最終也沒有實現。
（2）高維空間
現代理論物理學認為，統一四種力的前景，在于高維空間（如十維或更高）理論的確立。比如對于古人來講，風暴是怎樣產生的，風暴會襲擊什么地方，什么時候襲來，什么時候結束，他們是一無所知的，因為他們生活在平坦的大地上，只能靠肉眼從近似于二維平面的角度來觀察，即使有簡單的預報，也都是靠經驗來推測的。現在有了氣象衛星，從太空這樣三維角度觀察地球，在地面上看來神秘莫測的風暴被看得一清二楚，可以精準地預報風暴的動向。同樣，理論物理學家認為，傳統的四維（空間三維加上時間）理論太“小”，不能解釋宇宙中的四種力。當他們超越四維而在更高維（如十維或更高）中尋求統一這四種力時，就能得到一種簡單、漂亮的解決模型（科學家認為宇宙應該是簡單、合諧的）。
高維空間理論認為，宇宙大爆炸后10-43秒，十維宇宙分解成四維宇宙和六維宇宙，四維宇宙暴脹，經過近一百五十億年，演變成今天我們生活的宇宙。大爆炸后10-35秒，大統一力分開。但是高維空間理論很難在實驗室中得到證實，因為要模擬當時的環境，需要的能量太大，根本無法做到，所以現在高維空間理論只能是“理論”。
四、思考鞏固：全部安排為學生活動。
1、文章重點講述作者在教育歷程中的哪幾個典型片段。
〖提示〗兩件趣事， 一是對鯉魚世界的遐想， 一是對愛因斯坦未竟事業的向往。
2 、請同學思考這幾件事是怎樣啟迪作者走上科學探究道路的，它對作者的成才起到了什么作用？
〖提示〗 一件事是否有趣，取決于一個人對事情的情感與態度。作者自小喜歡思考問題，善于觀察事物，并且能透過現象去深入思考事物的本質，所以，對于鯉魚在水中游這 種現象，對于老師講的一個探索宇宙本質的科學家的故事，他便表現出了特別的興趣。也許，在一般人看來，這兩件事都極其平常。但是，興趣是最好的老師，對自 然、對生命充滿興趣與激*情。促使作者從小就對科學領域的事物有了濃厚的興趣，并且在高中階段就建立了自己的實驗室從此走上了科學探究的道路。
3、作者能有所成就，除了從小就對科學研究有濃厚的興趣和勇于實踐的求索精神外，還有一個最重要的不可或缺的可貴品質是什么?
〖提示〗他能超越一般世人所無法超越的世俗的約束，大膽進行科學實驗，這種敢于挑戰勇于實踐的精神，使他的科學研究走上了正確的道路。
4、作者讀完能夠找到的所有有關愛因斯坦及其理論的書籍之后，說：“我決定要對這一秘密刨根究底，縱然為此而必須成為一名理論物理學家也在所不辭。”
這句話中的“這一秘密”指什么?“縱然為此而必須成為一名理論物理學家也在所不辭”這句話的深刻內涵是什么?
〖提示〗“這一秘密”指愛因斯坦的故事留給作者的懸念：他未完成的工作是什么?他桌上論文的內容是什么?什么問題可能會如此難以解決而又非常重要，值得他把有生之年花費在這種研究之中?如果用一句話。可以概括為：“愛因斯坦一生研究的究竟是什么問題?”
‘縱然”一句，表面上看起來是一種幽默：為了弄清自己所想弄清楚的“上帝是怎樣創造了這個世界的”和這個“世界的內在規律”，作者“不得已”要做一名理論 物理學家；實際上，作者所要強調的是：要探索宇宙的本質，必須付出艱辛的勞動，而自己為了追求真理，再艱辛也要奮斗下去。 所以，這句話表現了一位追求真理的科學家的執著精神和堅強意志。
五、教師總結：
成為一名科學家必須具備的條件：
想象力--興趣 --專業知識學習-- 探究創新精神
六、討論交流：
1 、引導學生回憶討論各自的童年時代對自然或動物世界的種種奇思妙想。（聯系《動物的游戲之謎》）
2 、我們在確立自己的興趣、愛好之后，是否付諸實踐，是否有明確的人生規劃，遇到的困難又是什么？我們應該做些什么呢？
七、遷移擴展
布置一篇作文：要求同學們用動物的眼光去觀察，研究人類的某些行為。
王寶杰
[《一名物理學家的教育歷程》教案(人教版高一必修三)]相關文章：
10.高一必修四數學教案