資源簡介

7.2一名物理學家的教育歷程 學案
【學習目標】
知識教育目標：引導學生從生活出發，了解科學、認識科學。
能力培養目標：引導學生以“教育歷程”為重點，探討其中表現的思想內涵。
德育滲透目標：引導學生體會科學精神。
【寫作背景】
“平行宇宙”是指在已知宇宙之外還可能存在的相似的其他宇宙。有學者描述平行宇宙時用了這樣的比喻：它們可能處于同一空間體系，但時間體系不同，就好像同在一條鐵路線上疾馳的先后兩列火車；它們有可能處于同時間體系，但空間體系不同，就好像同時行駛在立交橋上下兩層通道中的小汽車。“多維空間”理論認為，我們所認識的世界簡單與復雜，與我們所選擇的空間維數有關。在一個維空間中，只能容納點和線的運動；在一個二維空間中，已經可以有面的存在，只有三維空間，才允許有運動的立體物。這立體的存在物可以是生命體，也可以是物體。但三維空間并不是可以容納一切的，有些更高的存在很可能不是三維空間的框架所能容納的。即使加上時間，構成四維時空，也還是有一些現象不能說明。
【作者介紹】
加來道雄，和族，科學家，1947年1月24日出生于美國加利福尼亞州圣何塞。
科學暢銷書作者，美國著名高等學府加州大學伯克利分校（UC Berkeley）物理學博士、紐約城市大學研究生中心的理論物理學教授，超弦理論的專家。加來道雄的著作都廣受贊譽，《構想未來》、《超越愛因斯坦和超空間》、《平行宇宙》，均被《紐約時報》和《華盛頓郵報》提名為當年的最佳科學讀物之一-。他主持著一檔全美國聯網的科學廣播節目，還在《曉聞熱線》、《60分鐘》、《早安美國》以及《拉里·金直播在線》之類的全美國性電視節目中亮相。
【層次結構】
第一部分（第1段）：交代童年的兩件趣事，( 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。) 極大地豐富了作者對世界的理解力，并且引導作者走上成為一名理論物理學家的歷程。
第二部分（第2—11段）：主要敘述作者對鯉魚世界的遐想。
第三部分（第12—18段）：主要介紹了作者對愛因斯坦未竟事業的向往。
【學習課文】
1．本文在材料處理上有什么特點？
明確：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．本文體現了怎樣的科學精神？
明確：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，對真正的科學工作者來說，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．“鯉魚科學家”對“世界”的認識是怎樣的？
明確：主要有以下幾點：（1）“水池之外看不見的世界沒有科學意義。”（2）“它們為睡蓮自己能夠運動而困惑不解”——它們以神秘的“力”來掩蓋自己的無知。（3）“鯉魚科學家”的“消失”和“重現”——它們認為是“奇跡”，是“可怖的事情”，而不肯去探究原因。（4）“鯉魚科學”的“傳奇故事”，真實地證明另一個世界的存在，而它們卻認為“胡說八道”，荒謬絕倫，違背它們的“自然規律”。
4．作者對鯉魚世界的遐想意義：作者對鯉魚世界是怎樣遐想的？
明確：作者猜測鯉魚是怎樣觀察它們周圍的世界的，由此作者想象出有“鯉魚科學家們”，它們的思想以及它們有過奇妙的經歷等等。這種遐想給予作者的意義是充分挖掘了他的好奇心和發揮了想象力，并且他保持了這樣奇特的想像力，也由此奠定了他對高維空間理論探究的基礎。
5．作者想通過“鯉魚科學家”對世界的認識說明什么？
明確：說明“自以為是”的人類和“鯉魚科學家”有相似之處。（1）人類“一生就在我們自己的‘池子’里度過”，只要“超出我們的理解力” 的自然存在，他們就“拒絕承認”。（2）“科學家發明像力這樣一些概念……”，是因為他們只愿意承認“那些看得見摸得著的事物”，不肯改變思考問題的方 式。（3）“不能在實驗室里便利地驗證”的理論，他們就加以“鄙視”，表現出思想上的保守和固執。
6．作者建立實驗室的事例，對我們現實生活有怎樣的意義？
明確：科學是建立在基礎實驗之上的，科學理論要經過實驗的檢驗才能得到論證。實驗不是簡單的操作，要有理論指導，要有實驗的設計，要有策 劃組織能力，要有耐力和恒心等等，實驗考驗的是實驗者的綜合能力。而我們當前存在的問題是，重視理論，輕視基礎實驗，表現為動手能力和實踐能力差，思想上 浮躁，急功近利。對教育而言，重知識，輕能力的現象很普遍。這些都是一名理論物理學家重視實驗給我們現實生活的啟迪。
7.本文體現了怎樣的科學精神？
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）想象力：科學是需要想象力的，想象力能帶來創造力。作者正是從對鯉魚世界的想象中，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。由感性的想象上升到理性的創造，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，對真正的科學工作者來說，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。
【當堂檢測】
1.給下列加粗字注音。
斑斕(______) 遐想(______) 柵欄(______) 驚詫(______) 怪誕(______) 貪婪(______) 浩瀚(______) 湮沒(______) 畏葸(______) 撒手人寰(______) 刨根問底(______) 游覽(______) 纜繩(______) 洶涌(______) 水桶(______) 旗袍(______) 崇敬(______) 鬼鬼祟祟(______)
2.下列各句中，加粗的成語使用不正確的一項是( )
A.這種草藥能治療高血壓病，而對人體又沒有任何副作用，它的原理多見于各種醫學書刊，臨床使用又屢試不爽，你還有什么可懷疑的？
B.最近幾年，俄羅斯杜布納核研究所可謂是慘淡經營，國家撥給的預算實際上只能到位一半，研究所只能向各種基金組織申請研究補助。
C.作為學生和語文知識之間的一座橋梁，中學語文教師如果能夠充分運用興趣原理，提高教學的趣味性，必然可以收到事半功倍的效果。
D.《水滸傳》英譯《在河邊發生的故事》，《西游記》譯為《猴》，《紅樓夢》俄譯《紅色閣樓里的夢》，韻味全失，中國讀者簡直不可理喻。
閱讀下面的文字，完成下面小題。
我想知道上帝怎樣創造了這個世界，對這樣或那樣的具體現象我不太感興趣。我想知道世界的內在規律，其余則是細枝末節。
——愛因斯坦
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。
……
童年時的第二件事也給我留下深刻的印象。我八歲時曾聽過一個故事，此后它一直留在我的腦海里。記得我的中學老師給班里講了一個已故偉大科學家的故事。他們極其崇敬地講到他，稱他是整個人類歷史上最偉大的科學家。他們說很少有人能夠理解他的思想，但是他的發現卻改變了整個世界和我們周圍的一切。我不理解他們想告訴我們的許多東西，但是最使我對此人感興趣的是他未能完成自己的偉大發現就撒手人寰。他們說他多年潛心于這個理論，但是他死之后，他的未完成的論文仍然擺放在他自己的辦公桌上。
我被這個故事迷住了。對于一個孩子，這是很神秘的。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，值得如此偉大的科學家把他的有生之年花費在這種研究之中？由于好奇，我就決定學習我能學到的關于愛因斯坦的一切以及他未完成的理論。我記得，我花了好多時間靜靜閱讀我能夠找到的關于這個偉人和他的理論的每一本書。這種記憶到現在仍然溫暖如春。我讀完當地圖書館的書之后，就開始在全市搜尋圖書館和書店，急切地查找有關線索。不久我就知道這個故事比任何神秘謀殺故事更加激動人心，也比我曾想象的任何事情都重要。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。
不久，我就知道愛因斯坦未完成的論文就是他企圖構造的所謂的統一場論。這個理論能解釋所有的自然規律，從細小的原子到浩瀚的星系。然而，作為一個孩子，我卻不能理解，暢游在茶園池水中的鯉魚和愛因斯坦桌上未完成的論文可能存在著某種聯系。對于用更高的維數可能是解決統一場論的關鍵這一點我不理解。
后來，在高中階段，我看完了許多地方圖書館中這方面的書，并且常常造訪斯坦福大學的物理學圖書館。在那里，我發現愛因斯坦的工作使一種稱之為反物質的新型物質成為可能。這種物質的作用形式與普通物質一樣，但與普通物質接觸之后它們將會湮沒，并且猛然釋放出能量。我也知道科學家已經建造了一些大型儀器，或者說是“原子對撞機”，這種儀器可以在實驗室里產生微量的這種奇異物質，即反物質。
年輕人的一個優點就是不會由于世俗的約束而畏葸不前，而這種約束對于大多數成年人而言通常似乎又很難超越。沒有考慮所要涉及的困難，我就開始著手建立我自己的原子對撞機。
首先，我購買了少量的鈉22，然后我建造了一個云室。緊接著，我找遍周邊地區大量的電子倉庫，裝配必須的硬件設備，在我的車間建造一個230萬電子伏特的電子感應加速器，這個加速器完全有能力產生一束反電子。為了產生電子感應加速器所必需的巨大磁場，我說服我的父母親讓他們幫助我在我讀高中的那個學校的足球場中纏繞22英里(1英里=1.61千米)長的鋼線。
當最后建成時，這個300磅重、6千瓦的電子感應加速器耗掉了我屋子中所產生的每一點能量。當我接通它后，通常總是燒斷每一根保險絲，屋子變得漆黑一團。在屋子周期性陷入黑暗的同時，媽媽常常在搖頭。(我想，媽媽對于她不能有一個在棒球場或籃球場玩耍、反而有一個在汽車間建造一架巨大的電子儀器的兒子而困惑不解。)使我感到欣慰的是，儀器成功產生了比地磁場強兩萬多倍的磁場，而這正是加速一束電子所必需的。
(節選自人教版必修3加來道雄《一名物理學家的教育歷程》)
3.下列關于原文內容的理解和分析，正確的一項是( )
A.“童年時的第二件事也給我留下深刻的印象”一句中的“第二件事”是指對愛因斯坦未完成事業的好奇與向往。
B.“最使我對此人感興趣的是他未能完成自己的偉大發現就撒手人寰”中“偉大發現”是指反物質這一新型物質。
C.由于好奇，作者決定了解關于愛因斯坦的一切以及他未完成的理論。為此，作者閱讀了關于這個偉人和他的理論的每一本書。
D.“不久，我就知道愛因斯坦未完成的論文就是他企圖構造的所謂的統一場論”中的“企圖”是貶義詞。
4.下列對原文論證的相關分析，不正確的一項是( )
A.作者開篇引用愛因斯坦的話，表示對愛因斯坦科學探索精神的崇敬和對愛因斯坦探索宇宙的意義的理解。
B.“童年的兩件趣事極大地豐富了我對世界的理解力”證明“興趣是最好的老師”，要想在某個領域有所成就，首先必須對這個領域的事物有著特別濃厚的興趣。
C.文章最后一段中括號內的內容是為了證明媽媽不支持兒子做物理實驗而更希望兒子在棒球場或籃球場玩耍。
D.選文按照時間順序，從八歲寫到高中階段，從聽故事到閱讀書籍到建立自己的實驗室，全程均是自覺完成，說明文章標題中的“教育”，嚴格意義上說是作者的自我教育。
5.根據原文內容，下列說法不正確的一項是( )
A.促成作者最終走上成為一名理論物理學家的道路的是愛因斯坦對科學的執著的操作精神和崇高的獻身精神。
B.“我就知道這個故事比任何神秘謀殺故事更加激動人心”中的“這個故事”指中學老師給我們講的愛因斯坦的故事。
C.高中時，作者就知道，研究統一場理論應有“原子對撞機”，通過它能找到反物質，于是著手建立自己的“原子對撞機”。
D.作者以他成長的親身經歷告訴我們，只要從小自覺培養興趣、好奇心，保持強烈的求知欲，就能成長為一名優秀的科學家。
答案以及解析：
1.答案：lán；xiá；zhà；chà；dàn；lán；hàn；yān；xǐ；huán；páo；lǎn；lǎn；yǒng；tǒng；páo；chóng；suì
解析：本題考查學生識記現代漢語常用字字音的能力。
2.答案：D
解析：不可理喻：不能夠用道理使他明白，形容固執或蠻橫。
3.答案：A
解析：B.“反物質”錯誤，結合“不久，我就知道愛因斯坦未完成的論文就是他企圖構造的所謂的統一場論”可知，“偉大發現”是統一場論。C.“這個偉人和他的理論的每一本書”錯誤，文中說的是“我看完了許多地方圖書館中這方面的書，并且常常造訪斯坦福大學的物理學圖書館”，是地方圖書館中這方面的書。D.“貶義詞”錯誤，此處是貶詞褒用，體現了愛因斯坦敢于探究、追求的精神。故選A。
4.答案：C
解析：C.“為了證明媽媽不支持兒子做物理實驗而更希望兒子在棒球場或籃球場玩耍”錯誤，選項分析偏離了文章的主題，這里借助媽媽的不理解來展現自己對科學的熱愛。故選C。
5.答案：D
解析：D.“只要……就……”錯誤，這一說法過于絕對，“從小自覺培養興趣、好奇心，保持強烈的求知欲”是“成為優秀的科學家”的必備條件，但不是充足條件，除此之外，還有個人努力、付出等，所以應該為“只有……才……”。故選D。

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