7.2《一名物理学家的教育历程》课件 2024-2025学年统编版高一语文必修下册

新课导入 小时候，当我们被问到“长大以后想要做什么”的问题时，总有人回答：我要做科学家。但是随着年龄的增长，我们渐渐明白了成为一名科学家不是一件容易的事情，值得我们好好研究一下怎样才能成为一名科学家，坚持儿时的梦想。今天我们就从著名物理学家加来道雄的《一名物理学家的教育历程》中找找灵感吧！ 一名物理学家的教育历程 加来道雄 （MichioKaku） 教学目标与核心素养 教学目标 1. 了解科学、认识科学，体会科学研究的艰辛。 2. 以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵。 3. 感受科学家在探求真理中所表现的人格魅力，探索科学发现的乐趣。 知人论世 一 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》。 5 作为国际知名的物理学家，加来道雄把自己的工作不仅定位在科学研究方面，也重视科学普及。他出版了包括《超越时空》、《平行宇宙》、《超越爱因斯坦》和《不可思议的物理》等科普书籍，让更多的读者了解并且爱上物理。 理论物理学家VS实验物理学家 在一个物理学家更偏重理论的情况下，他（她）被称为理论物理学家。 而如果偏重实验，则称为实验物理学家。 理论物理学的常用方法是理想实验，就是在脑子里做实验。 爱因斯坦的主要课题，就是将“广义相对论”和“量子场论”结合起来。但是，爱因斯坦这位大科学家花了40年也没有完成这个工作。 在爱因斯坦的计算中，广义相对论和量子场论互相间并不自洽，所以如果想要统一二者必须要有一个更大的理论框架才行。更多的物理学家沿着爱因斯坦的足迹前行，加来道雄是其中之一。 根据现代物理学知识，将我们的宇宙结合起来的力有四种：万有引力、电磁力、强力和弱力。物理学家运用量子力学，已经把后三种力统一起来(物理学家杨振宁和他的学生米尔斯提出杨—米尔斯理论，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，建立一个大统一的理论，最终也没有实现。 统一场论 知识链接 8 0维：没有长宽高，单纯的一个点，如奇点。 一维 ：只有长度 二维 ：平面世界，只有长宽 。 三维 ：长宽高，立体世界，我们肉眼亲身感觉到看到的世界。 三维空间是点的位置由三个坐标决定的空间。客观存在的现实空间就是三维空间，具有长、宽、高三种度量。 四维 ：一个时空的概念。日常生活所提及的“四维空间”，大多数都是指爱因斯坦在他的《广义相对论》和《狭义相对论》中提及的“四维时空”概念。我们的宇宙是由时间和空间构成。时空的关系，是在空间的架构上比普通三维空间的长、宽、高三条轴外又加了一条时间轴，而这条时间的轴是一条虚数值的轴。根据爱因斯坦相对论所说：我们生活中所面对的三维空间加上时间构成所谓四维空间。 四维空间 知识链接 9 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，从太空这样的三维角度观察地球，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、和谐的)。 高维空间 知识链接 10 1984年，加来道雄和其他几名科学家提出了“超弦理论”，称“原本我们认为构成物质的粒子并不存在，存在的只是弦在超级空间中的运动。”“各种不同的粒子只不过是弦的不同震动模式而已。”“自然界所发生的一切相互作用包括物质和能量，都可以用弦的分裂和结合来理解。” 超空间理论是一个高度数学化的理论。迄今为止，真实的物理世界的时空被公认为只有四维，而“超越时空”的观点认为宇宙可能存在于高维空间中，或五维，或十维，甚至二十六维。高维空间可生发出千奇百怪的迷人性质。此理论虽然还没有任何实验依据，却能简洁地统一描述所有已知的物理现象。 超空间理论 知识链接 在超弦理论下，爱因斯坦曾经研究的两个课题被结合，整个物理学发生了翻天覆地的变化，我们过去所学到的很多东西变成了错误。加来道雄成了超弦理论的奠基人，更多年轻的物理学家们开始投入到这个新的研究领域中来。 11 了解科普文 科普文是解说、介绍科学技术的说明性文章。 科普文一般用轻松、活泼的笔调，解说某一方面的科学技术知识。既有科技的技术性，又有内容的生动性，还有题材的广泛性，以及篇幅的简短性。 科普文题材十分广泛，从肉眼看不见的粒子、原子，到巨大的地球、宇宙，无论是工业、农业、交通运输方面，还是物理、化学、天文、地质、生物等方面，都可找到科普文章的题材。 初见文本 二 正音诵读 遐想 杜撰 惊诧 目眩 怪诞 畏葸 自鸣得意： 撒手人寰huán： 刨根究底： 在所不辞： 畏葸 xǐ不前： 自以为了不起，表示很得意。鸣：表示，以为。 指离开人间，即死亡。人寰：人间。 比喻追究底细，问事问根本，看事看内在。 决不推辞（多用在冒险犯难）。 畏惧退缩，不敢前进。葸：害怕，畏惧。 二、整体感知： 1、观察标题。 本文写作的对象是谁？写了什么内容？ 一名物理学家；教育历程； 为什么不说是“我的教育历程”？ 强调了他物理学家的身份，他的教育历程就是他成功的历程。 第一部分 第二部分 第三部分 1段 2-11段 总写童年的两件趣事对“我” 成为理论物理学家有重要的作用。 由对鲤鱼世界的遐想。 12-18段 对爱因斯坦未竟事业的向往与学习研究。 童年 趣事 总叙领起 对鲤鱼世界的遐想 爱因斯坦故事的影响 鲤鱼如何观察 鲤鱼“科学家”的探索 探究爱因斯坦未完成的理论 加来道雄的学习和实验 探索未知领域 力求完成未竟事业 走上科学之路 浏览全文，梳理文章层次，概括各部分大意，并探究作者成为一名物理学家的历程。 深入研读 三 第一件趣事 对“鲤鱼世界”的遐想 从常人角度出发，多次蹲在小池旁边，长久看鲤鱼游动这件事情本身有趣吗？ 无趣（至少没有那么有趣） 真正让“我”觉得有趣的是什么？ 我对“鲤鱼世界”的种种猜想 “我想，它们的世界一定奇妙无比。” (二)解读文本精要 1．第3自然段，如何理解小孩提出的“傻乎乎”的问题？ [对应考点：理解文章内容] 提示：这样的问题表现了小孩具有很强的好奇心。好奇心产生快乐，快乐引出遐想，激发作者少年时代的探索精神。 2．第5自然段，能否把“我曾想”“可能”“我想”这样的词语删掉？为什么？ [对应考点：理解关键词语的含义] 提示：不能。“我曾想”“我想”表明是作者的揣测与推断。“可能”说明作者并未武断地下结论，体现了语言的准确、严密。 3．第9自然段，这个故事有什么作用？ [对应考点：理解文章内容] 提示：(1)此“故事”正是人类面对种种无法理解的自然现象时的表现。(2)鲤鱼“科学家”的心理活动，正展示了人类的固定甚至僵化的思维，作者也正是对此有着清醒的认识，因此他能从实际出发反思人类在思维上的缺陷，从而进入科学的更高层次。(3)这也同时培养了他敢于向传统挑战的性格和勇气。 精读“鲤鱼科学家”之趣事 思 考 01 “鲤鱼科学家“对世界的认识是怎样的？ 02 作者通过“鲤鱼科学家“对世界的认识想要说明什么问题？ 03 童年对鲤鱼世界的遐想培养了作者怎样的科学素质与精神？ 精读“鲤鱼科学家”之趣事 01 “鲤鱼科学家“对世界的认识是怎样的？ “水池之外看不见的世界没有科学意义。” “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。 “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，因为这违背了它们的“自然规律”。 “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”。 精读“鲤鱼科学家”之趣事 作者通过“鲤鱼科学家“对世界的认识想要说明什么问题？ 人类“一生就在我们自己的‘池子’里度过”，只要“超出我们的理解力”的自然存在，他们就“拒绝承认”。 “科学家发明像力这样一些概念……”，是因为他们只愿意承认“那些看得见摸得着的事物”，不肯改变思考问题的方式。 02 “自以为是”的人类和“鲤鱼科学家”有相似之处。 “不能在实验室里便利地验证”的理论，他们就加以“鄙视”，表现出思想上的保守和固执。 精读“鲤鱼科学家”之趣事 童年对鲤鱼世界的遐想培养了作者怎样的科学素质与精神？ “在那静静的时刻，我充满了无限的遐想。” “我常常给自己提出一些只有小孩儿才问的傻乎乎的问题。” “我蹲在那里的一个小池边，为慢慢畅游于睡莲之间的五彩斑斓的鲤鱼所陶醉。这是我最快乐的童年记忆之一。” “我曾想：在水底的鱼群中可能有一些鲤鱼“科学家”。我想这些鲤鱼“科学家”会对那些提出在水池之外还存在有另外一个平行世界的鱼冷嘲热讽。” 03 热爱观察 喜欢遐想 经常质疑 喜欢猜想 精读“鲤鱼科学家”之趣事 童年对鲤鱼世界的遐想培养了作者怎样的科学素质与精神？ “我注意到成千上万的小雨滴轰击池水的表面......我想弄清楚周围发生的一切将会以怎样的形式呈现在鲤鱼们的眼中” “我想，鲤鱼“科学家”们将会聪明地杜撰某种虚构的东西——它被称为“力”——来掩盖自己的无知。” “我曾想，如果从池水中抓出一个鲤鱼“科学家”，事情将会怎么样呢？” 03 充满好奇 热爱思考 鱼的世界 人的世界 科学精神 水池外的世界没有意义 人类拒绝认知理解以外的世界。 对未知领域的 探索精神 对睡莲运动不解， 以神秘力量掩盖无知 只承认看得见摸得着的发明概念，不肯改变思考问题的方式。 对已有认知的超越精神 对鲤鱼科学家消失重现，不解不信。 鄙视不能在实验室验证的理论。 对世界充满敬畏的求知精神。 小结“鲤鱼科学家”的故事 庄子与惠子游于濠梁之上。 庄子曰：“鲦鱼出游从容，是鱼之乐也。” 惠子曰：“子非鱼，安知鱼之乐？” 感性 VS 理性 向内 VS 向外 4.这样的探讨有意义吗？ ①现在无法得到验证，不代表永远无法得到验证，许多前人的理论，都是进行证明或者证伪的； ②思想形成人的伟大，我的身体和头脑确乎像鲤鱼一样，受着“池子”的限制，但是思考却能让我们不断打破现有的“池子”，进入更广阔的的天地； ③对思考的成果而言，能否最后得以证明很重要，但有时候，思考本身以及不断验证和求索的过程，也是一种快乐。（鼓励学生各抒己见，言之成理即可） 28 明确：有意义。 点拨： ①现在无法得到验证，不代表永远无法得到验证，许多前人的理论，都是进行证明或者证伪的； ②思想形成人的伟大，我的身体和头脑确乎像鲤鱼一样，受着“池子”的限制，但是思考却能让我们不断打破现有的“池子”，进入更广阔的的天地； ③对思考的成果而言，能否最后得以证明很重要，但有时候，思考本身以及不断验证和求索的过程，也是一种快乐。（鼓励学生各抒己见，言之成理即可） “怕什么真理无穷，进一寸有进一寸的欢喜。——胡适” “第二件趣事” 对爱因斯坦的好奇以其由此给我带来的影响 1.请简要概述第二件趣事的重点情节 ♡因讲述而产生兴趣 ♡知道“原子对撞机” ♡因好奇不断学习 ♡建成“电子感应加速器” 1.“我被这个故事迷住了” 2.“我读完当地图书馆的书之后，就开始在全市搜寻图书馆和书店” “在高中阶段，我看完了许多地方图书馆中这方面的书，并且常常造访斯坦福大学的物理学图书馆” 3.4.“首先，我购买了少量的钠22”，然后我建造了一个云室，紧接着装配必须的硬件设备，建造一个2.3百万电子伏特的电子感应加速器，在我读高中的那个学校的足球场中缠绕22英里（1英里=1.61千米）长的铜线“ “仪器成功产生了比地磁场强两万多倍的磁场，而这正是加速一束电子所必需的” 31 “这种记忆”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。 2.文本第13段“这种记忆到现在仍然温暖如春”，“这种记忆”指什么？为什么会“温暖如春”？ 对爱因斯坦未竟事业的向往，是怎样启迪作者走上科学探索的道路的呢？ 对爱因斯坦未竟事业的向往，使作者产生对同一场理论的兴趣，好像侦探一样给予找到故事的线索和结局。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。 品读鉴赏 33 精读“对爱因斯坦未竟事业的向往与学习” 思 考 01 “对爱因斯坦未竟事业的向往与学习”培养了作者怎样的科学素质与精神？ 02 建立实验室这个故事对作者起了怎样的教育作用？培养了作者怎样的科学素质与精神？ 01 “对爱因斯坦未竟事业的向往与学习”培养了作者怎样的科学素质与精神？ “我被这个故事迷住了。对于一个孩子来说这是很神秘的。他未完成的工作是什么？他桌上论文的内容是什么？什么问题可能会如此难以解决而又非常重要，值得如此伟大的科学家把他的有生之年花费在这种研究之中？由于好奇，我就决定学习我能学到的关于爱因斯坦的一切，包括他的未完成的理论。” 精读“对爱因斯坦未竟事业的向往与学习” 强烈的好奇心 01 “对爱因斯坦未竟事业的向往与学习”培养了作者怎样的科学素质与精神？ “我记得，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。这种记忆到现在仍然温暖如春。我读完我们当地图书馆的书之后，就开始在全市搜寻图书馆和书店，急切地查找有关线索。” 精读“对爱因斯坦未竟事业的向往与学习” 强烈的求知欲 01 “对爱因斯坦未竟事业的向往与学习”培养了作者怎样的科学素质与精神？ “不久我就知道这个故事比任何的神秘谋杀故事都更加激动人心，也比我曾想象的任何事情都重要。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。” “后来，在高中阶段，我看完了许多地方图书馆中这方面的书，并且常常造访斯坦福大学的物理学图书馆。” 精读“对爱因斯坦未竟事业的向往与学习” 强烈的探索欲 建立实验室这个故事对作者起了怎样的教育作用？培养了作者怎样的科学素质与精神？ “年轻人的一个优点就是不会由于世俗的约束而畏葸 不前，而这种约束对于大多数成年人而言通常似乎又很难超越。没有考虑所要遭遇的困难，我就开始着手建立我自己的原子对撞机。我一直研究科学文献，最后我确信能够建造一台所谓的电子感应加速器.” 精读“对爱因斯坦未竟事业的向往与学习” 勇于尝试，不怕困难。 02 建立实验室这个故事对作者起了怎样的教育作用？培养了作者怎样的科学素质与精神？ “然后我建造了一个云室 ，在云室中可以看到亚原子粒子留下的踪迹......紧接着，我找遍周边地区 大量的电子仓库，装配必需的硬件设备，包括好几百磅重的废品处理钢，在我的车间建造一个230万电子伏特的电子感应加速器.......我努力说服父母亲让他们帮助我在我读高中的那个学校的足球场中缠绕 22 英里长的铜线。我们把整整一个圣诞假日花费在这条 50 码 长的线路上，缠绕和安装笨重的线圈，这种线圈将使高能电子的运动路径发生弯曲.” 精读“对爱因斯坦未竟事业的向往与学习” 敢于实践，不畏艰辛。 02 建立实验室这个故事对作者起了怎样的教育作用？培养了作者怎样的科学素质与精神？ “当我接通它后，通常会烧断每一根保险丝，让屋子变得漆黑一团。在屋子周期性陷入黑暗的同时，妈妈常常在摇头。” 精读“对爱因斯坦未竟事业的向往与学习” 不怕失败，具有恒心。 02 作者的探索 体现的素质 科学精神 对爱因斯坦未竟事业的向往与学习 强烈的好奇心、 求知欲、探索欲 对科学的 浓厚兴趣。 建立实验室 勇于尝试、敢于实践、不畏艰辛、 不怕失败、具有恒心 持之以恒的实证精神 小结“对爱因斯坦未竟事业的向往与学习” 四、阅读全文，回答下面问题。 8．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？ [对应考点：文章的选材特点] 提示：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地体现这三层内涵的事件来写。 四、阅读全文，回答下面问题。 8．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？ [对应考点：文章的选材特点] 作者写作此文的主要宗旨在于告诉读者如何才能成为一名物理学家。在作者看来，他的经历中三个方面的成长是最最关键的： （1）童年时期的两件趣事（由观察小池中的鲤鱼而想象水池中鲤鱼“科学家”的一系列思维活动，培养了想象力和对事物研究的兴趣；由对爱因斯坦的崇拜到决心完成爱因斯坦未竟的事业）； （2）高中阶段看了许多书后建立实验室制造“自己的原子对撞机”的情况和体验。 4.思考：作者为什么选择这两件事情？ ①让读者看到作者从小开始的成长历程，让读者明白了一个物理科学家成长过程中最重要的“成长要素”，呼应标题中的“教育”二字； 想象与思考&热爱与实践 ②在作者最终构建的理论中，这两个故事有着内在的关联， “作为一个孩子，我却不能理解，畅游在茶园池中的鲤鱼和爱因斯坦桌上未完成的论文可能存在着某种联系。对于用更高的维数可能是解决统一场论的关键这一点我不理解” 观察现象 进行实验 拓展延伸 四 文章题目是《一名物理学家的教育历程》，综合全文说说：谁“教育”“我”最终成为一位物理学家？ 父母——带我走进自然。 老师——用科学家的故事激励我。 科学家——爱因斯坦的理论和精神的引领感召。 更重要的是作者自我的教育和培养，他对想象力、好奇心、观察思考、实验探究等科学品质的培养、保护和坚持。 思考 加来道雄说：“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。”从加来道雄成为一名物理学家的过程来看，你认为哪些方面的 “教育”对成为优秀的科学家来说最为重要？ 合作探究 观点一：想象力。 科学是需要想象力的，想象力能带来创造力。 作者正是从对鲤鱼世界的想象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。 由感性的想象上升到理性的创造，体现了创新意识和探索精神。 合作探究 观点二：乐趣。 科学不应该是枯燥的，而应该是充满乐趣的。 探寻自然的奥秘，对真正的科学工作者来说，是和自然玩的近似于捉迷藏的“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。 合作探究 观点三：实验精神。 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。 中心思想 启示读者：想象力+实验精神=科学成功 本文介绍了作者成为一名理论物理学家的历程──作者对鲤鱼世界的遐想和对爱因斯坦未竟事业的向往，是怎么启迪作者走上了科学探索道路的。 课堂总结 对科学的探索之路是永无止境的，在这个过程中或许会艰苦枯燥，但不断地探索与发现定会充满无限的乐趣。发展科学思维，培养科学精神，热爱科学。人要想有所成就仅仅空想是不行的，要有严谨、踏实、务实的工作作风，从基础做起，重在实践。 谢 谢 观 看 $