湖南宁乡一中高一备课组《一名物理学家的教育历程》导学案.docx
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湖南宁乡一中高一备课组《一名物理学家的教育历程》导学案
湖南宁乡一中高一备课组《一名物理学家的教育历程》导学案
教案
2012-04-2717:
20
湖南宁乡一中高一备课组《一名物理学家的教育历程》导学案
一名物理学家的教育历程
【学习目标】
1．引导学生从生活出发，了解科学、认识科学
2．引导学生以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵。
3．引导学生体会科学精神。
【知识导学】
一、作者介绍
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》。
二、相关知识
为了更好地理解课文，我们需要了解一些相关的理论物理学知识：
（1）统一场论
根据现代物理学知识，将我们的宇宙结合起来的力有四种：
引力、电磁力、强核力和弱核力。
物理学家运用量子力学，已经把后三种力统一起来（美籍华裔物理学家杨振宁和他的学生米尔斯提出杨一米尔斯场理论，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，建立一个大一统的理论，最终也没有实现。
（2）高维空间
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、合谐的）。
高维空间理论认为，宇宙大爆炸后10-43秒，十维宇宙分解成四维宇宙和六维宇宙，四维宇宙暴胀，经过近一百五十亿年，演变成今天我们生活的宇宙。
大爆炸后10-35秒，大统一力分开。
但是高维空间理论很难在实验室中得到证实，因为要模拟当时的环境，需要的能量太大，根本无法做到，所以现在高维空间理论只能是“理论”。
【基础演练】
1．给汉字注音或据拼音写汉字：
五彩bānlán（ ） xiá（ ）想 杜（ ）撰 惊chà（ ） 怪dàn（ ）
撒手人huán（ ） 刨（ ）根问底 浩hàn（ ） 湮（ ）没 畏葸（ ）不前
2．下列各项中有错别字的一项是（ ）
A．在那静静的时刻，我充满了无限遐想。
B．池水表面变得浑乱，水中的睡莲在汹涌不息的水波冲刷下摇摆不定。
C．这个到宇宙之外一游的故事对于鲤鱼是怪诞的，大多数鲤鱼都认为这完全是胡说八道。
D．我长大后想知道，是否在百慕大三角神秘消失的船只进入了一个空间漏洞。
3．选出下列词语解释有误的一组（ ）
A.遐想：
胡思乱想。
五彩斑斓：
形容色彩繁多艳丽，十分好看。
五彩，各种色彩；斑斓，灿烂多彩。
B.杜撰：
没有根据地编造；虚构。
自鸣得意：
自己以为非常得意。
鸣，表示，认为。
C.浩瀚：
（书）广大；繁多。
微乎其微：
形容非常小或非常少。
微，细小。
D.畏葸：
畏惧。
冷嘲热讽：
尖酸、辛辣地嘲笑和讽刺。
贬义。
冷，冷酷，尖刻。
嘲，讥笑。
热，炽热，引申为辛辣。
【合作探究】
1．作者童年的哪两件趣事极大地丰富了他对世界的理解力，并且引导他走上成为一个理论物理学家的历程？
2．“鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的?
作者想通过“鲤鱼科学家”对世界的认识说明什么?
3．对于爱因斯坦未竟事业，作者是如何对待的？
4．课文中阅读多维空间历险故事和统一场理论书籍两小段内容，对“教育历程”的叙述有什么作用?
5．作者建立实验室的事例，对我们现实生活有怎样的意义?
6．本文三个主要部分，并不是简单地叙述成长的故事，而是具有深刻的科学精神内涵，你可以从中看到哪些方面的“教育”对成为优秀科学家最为重要？
【巩固提升】
1．下列词语中加点的字，注音有误的一项是（ ）
A.斑斓（lán） 震惊（zhèn） 撒手人寰（huán）
B.目眩（xuàn） 畏葸（sī） 孜孜不倦（zī）
C.怪诞（dàn） 湮没（yān） 自鸣得意（míng）
D.遐想（xiá） 杜撰（zhuàn） 惊诧不已（chà）
2.下列各组词语中，没有错别字的一项是 （ ）
A.漫游 五彩斑滥 杜撰 困惑不解
B.企图 高深莫则 湮没 惊诧不已
C.遐想 微乎其微 震惊 冷嘲热讽
D.浩瀚 自鸣得意 神密 撒手人寰
3.下面句中标点符号使用有误的一项是 （ ）
A.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。
B.由于不能理解在看不见的水面上存在的水波，它们将得出这样一个结论：
睡莲之所以能够不被触摸而运动，是因为有一种看不见的神秘力在对它起作用。
C.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？
D.我们把整整一个圣诞假日花费在这条50码长的线路上（1码＝0.91米），缠绕和安装笨重的线圈。
4．下列句子没有语病的一项是（ ）
A.就像鲤鱼一样，我们认为宇宙之中只包含有熟悉可见的东西。
B.年轻人的一个优点就是不会不由于世俗的约束而畏葸不前。
C.然而，就那么几秒钟，当我把它放回池水之后，这位鲤鱼“科学家”便突然冒了出来。
对于别的鲤鱼，这真是一个奇迹。
D.我不理解他们想告诉我们的许多东西，但是最使我对此人感兴趣的是他未能完成自己的伟大发现就撒手人寰。
阅读课文选段，完成文后各题。
待神志镇定之后，这位鲤鱼“科学家”就会讲述一个真正令它们惊诧不已的传奇故事。
它说：
“突然之间，不知怎的我就被拉出了咱们的宇宙（池水），投进了一个冥冥世界，那里有令人目眩的强光和我从未见过的奇形怪状的物体。
最奇怪的是那个抓住我的生物竟然一点也不像鱼。
更使我震惊的是，无论如何也看不到它的鳍，但是没有鳍它还是能够运动。
我感
觉到熟悉的自然规律不再适合于这个冥冥世界。
随后，我发现自己突然又被扔回了咱们的世界。
”
5．文段中提及的“冥冥世界”指什么？
6．文段中“熟悉的自然规律”是指什么？
阅读下文，回答7-8问题：
1789年，意大利科学家伽伐尼尔在一次做蛙腿实验时，首次发现细胞内存在生物电现象，随着对细胞生物电研究的深入，利用生物电来检测疾病，已成了现代医学诊断上一项必不可少的手段。
其实，在人体内，各种微生物细胞、红细胞、淋巴细胞、癌细胞等每一种细胞都会产生电流，只不过这种电流极其微弱，且每种细胞产生的电流大小是各不相同的，但都是各自固定的数值。
不久前，日本东京农工大学松永是教授以精确的实验证实了细胞中的酶在一种称为“辅酶A”的作用下会放出电子，而电子的运动就会形成电流。
不过，这种生物电流很小，仅仅只有十亿分之一安培左右。
松永是教授还证实了癌细胞发生的生物电流要比正常细胞和其它一些别的细胞都大一些，这恰恰就是捕捉人体内肿瘤信息的基本理论依据。
电流通常是在称为第一类导体的金属或其它导体中传输的，在人体内，也存在有称为第二类导体的细胞液、神经和经络等。
它照常可以传导电流。
这就是说，人体组织内存在有一种似乎很微妙的传导网络，在中医学上，这种网络称之为经络，经络起着沟通表里、运行气血、传导信息的作用。
7．捕捉人体内肿瘤信息的基本理论依据是（ ）
A.细胞内存在生物电的现象
B.可以利用生物电来检测疾病
C.人体内每种细胞都会产生电流，且都有各自固定的数值
D.细胞中的酶在一种称作“辅酶A”的作用下会放出电子。
8．根据原文所提供的信息看，下面推断正确的两项是（ ）
A.利用生物电进行现代医学诊断，始于意大利科学家伽伐尼尔。
B.为捕捉人体内肿瘤信息提供系统的理论依据的第一位科学家，是日本东京农工大学的松永是教授。
C.癌细胞发生的生物电流大于同种正常细胞和其它正常细胞所产生的生物电流。
D.可以传导生物电流的除了金属和其它导体之外，还有细胞液、神经和经络等三种第二类导体。
E.人体组织内生物电流的传导可以用我国传统的中医学理论加以科学解释。
一名物理学家的教育历程
【学习目标】
1．引导学生从生活出发，了解科学、认识科学
2．引导学生以“教育历程”为重点，探讨其中表现的思想内涵。
3．引导学生体会科学精神。
【知识导学】
一、作者介绍
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》。
二、相关知识
为了更好地理解课文，我们需要了解一些相关的理论物理学知识：
（1）统一场论
根据现代物理学知识，将我们的宇宙结合起来的力有四种：
引力、电磁力、强核力和弱核力。
物理学家运用量子力学，已经把后三种力统一起来（美籍华裔物理学家杨振宁和他的学生米尔斯提出杨一米尔斯场理论，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，建立一个大一统的理论，最终也没有实现。
（2）高维空间
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、合谐的）。
高维空间理论认为，宇宙大爆炸后10-43秒，十维宇宙分解成四维宇宙和六维宇宙，四维宇宙暴胀，经过近一百五十亿年，演变成今天我们生活的宇宙。
大爆炸后10-35秒，大统一力分开。
但是高维空间理论很难在实验室中得到证实，因为要模拟当时的环境，需要的能量太大，根本无法做到，所以现在高维空间理论只能是“理论”。
【基础演练】
1．给汉字注音或据拼音写汉字：
五彩bānlán（斑斓） xiá（遐）想 杜（zhuàn）撰 惊chà（诧） 怪dàn（诞）
撒手人huán（寰） 刨（páo）根问底 浩hàn（瀚） 湮（yān）没 畏葸（xĭ）不前
2．下列各项中有错别字的一项是（ ）
A．在那静静的时刻，我充满了无限遐想。
B．池水表面变得浑乱，水中的睡莲在汹涌不息的水波冲刷下摇摆不定。
C．这个到宇宙之外一游的故事对于鲤鱼是怪诞的，大多数鲤鱼都认为这完全是胡说八道。
D．我长大后想知道，是否在百慕大三角神秘消失的船只进入了一个空间漏洞。
解析：
B（浑－混）
3．选出下列词语解释有误的一组（ ）
A.遐想：
胡思乱想。
五彩斑斓：
形容色彩繁多艳丽，十分好看。
五彩，各种色彩；斑斓，灿烂多彩。
B.杜撰：
没有根据地编造；虚构。
自鸣得意：
自己以为非常得意。
鸣，表示，认为。
C.浩瀚：
（书）广大；繁多。
微乎其微：
形容非常小或非常少。
微，细小。
D.畏葸：
畏惧。
冷嘲热讽：
尖酸、辛辣地嘲笑和讽刺。
贬义。
冷，冷酷，尖刻。
嘲，讥笑。
热，炽热，引申为辛辣。
解析：
A。
遐想：
悠远地思索或想象。
【合作探究】
1．作者童年的哪两件趣事极大地丰富了他对世界的理解力，并且引导他走上成为一个理论物理学家的历程？
参考答案：
一是对鲤鱼的遐想，二是对爱因斯坦未竟事业的向往。
2．“鲤鱼科学家”对“世界”的认识是怎样的?
作者想通过“鲤鱼科学家”对世界的认识说明什么?
参考答案：
（1）主要有以下几点：
①“水池之外看不见的世界没有科学意义。
”②“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。
③“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。
④“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”。
（2）说明“自以为是”的人类和“鲤鱼科学家”有相似之处。
①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”。
②“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。
③“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。
3．对于爱因斯坦未竟事业，作者是如何对待的？
参考答案：
作为一个孩子，作者就决心学习能学到的关于爱因斯坦的一切以及他的未完成的理论，并且花了好多时间静静阅读能够找到的关于这个伟人和他的理论的每一本书，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，作者开始着手建立自己的原子对撞机。
4．课文中阅读多维空间历险故事和统一场理论书籍两小段内容，对“教育历程”的叙述有什么作用?
参考答案：
课文的重点是童年趣事和建立实验室，这三个事例已经把“教育历程”完整地勾画出来。
而夹杂在其中的两个小事例，主要起补充和衔接的作用。
历险故事加深作者对高维空间的想像，激发兴趣；而阅读统一场理论书籍，既表现高中阶段作者求知的热情，也衔接起由理论到实验的探究过程。
5．作者建立实验室的事例，对我们现实生活有怎样的意义?
参考答案：
科学是建立在基础实验之上的，科学理论要经过实验的检验才能得到论证。
实验不是简单的操作，要有理论指导，要有实验的设计，要有策划组织能力，要有耐力和恒心等等，实验考验的是实验者的综合能力。
而我们当前存在的问题是，重视理论，轻视基础实验，表现为动手能力和实践能力差，思想上浮躁，急功近利。
对教育而言，重知识，轻能力的现象很普遍。
这些都是一名理论物理学家重视实验给我们现实生活的启迪。
6．本文三个主要部分，并不是简单地叙述成长的故事，而是具有深刻的科学精神内涵，你可以从中看到哪些方面的“教育”对成为优秀科学家最为重要？
参考答案：
（1）想像力：
科学是需要想像力的，想像力能带来创造力。
作者正是从对鲤鱼世界的想像中，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。
由感性的想像上升到理性的创造，体现了创新意识和探索精神。
（2）乐趣：
科学不应该是枯燥的，而是应该充满乐趣的。
探寻自然的奥秘，对真正的科学千作者来说，是和自然做的近似于捉迷藏的“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。
（3）实验精神：
丁肇中说过：
，“现代学术的基础就是实地的探察，就是我们现在所谓的实验。
”“科学发展的历史告诉我们，新的知识只能通过实地实验而得到，不是由自我检讨或哲理的清谈就可求到的。
”（《应有格物致知精神》）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。
作者从事的高维空间理论，虽然还停留在纸面上，但是科学家们已经在做许多基础的实验工作，努力使理论得到证明。
即使如科学家霍金靠睿智的头脑创建黑洞理论，也要有数学和天体物理学的实验基础，也不是空想出来的。
【巩固提升】
1．下列词语中加点的字，注音有误的一项是（ ）
A.斑斓（lán） 震惊（zhèn） 撒手人寰（huán）
B.目眩（xuàn） 畏葸（sī） 孜孜不倦（zī）
C.怪诞（dàn） 湮没（yān） 自鸣得意（míng）
D.遐想（xiá） 杜撰（zhuàn） 惊诧不已（chà）
解析：
B。
葸，xǐ
2.下列各组词语中，没有错别字的一项是 （ ）
A.漫游 五彩斑滥 杜撰 困惑不解
B.企图 高深莫则 湮没 惊诧不已
C.遐想 微乎其微 震惊 冷嘲热讽
D.浩瀚 自鸣得意 神密 撒手人寰
解析：
C。
A.滥—斓；B.则—测；D.密—秘。
3.下面句中标点符号使用有误的一项是 （ ）
A.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。
B.由于不能理解在看不见的水面上存在的水波，它们将得出这样一个结论：
睡莲之所以能够不被触摸而运动，是因为有一种看不见的神秘力在对它起作用。
C.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？
D.我们把整整一个圣诞假日花费在这条50码长的线路上（1码＝0.91米），缠绕和安装笨重的线圈。
解析：
D。
D项括号应在“50码”后。
4．下列句子没有语病的一项是（ ）
A.就像鲤鱼一样，我们认为宇宙之中只包含有熟悉可见的东西。
B.年轻人的一个优点就是不会不由于世俗的约束而畏葸不前。
C.然而，就那么几秒钟，当我把它放回池水之后，这位鲤鱼“科学家”便突然冒了出来。
对于别的鲤鱼，这真是一个奇迹。
D.我不理解他们想告诉我们的许多东西，但是最使我对此人感兴趣的是他未能完成自己的伟大发现就撒手人寰。
解析：
D.A项“包含有”重复赘余；B项多重否定不当造成不合逻辑；C项搭配不完整，应为“对于别的鲤鱼而言”。
阅读课文选段，完成文后各题。
待神志镇定之后，这位鲤鱼“科学家”就会讲述一个真正令它们惊诧不已的传奇故事。
它说：
“突然之间，不知怎的我就被拉出了咱们的宇宙（池水），投进了一个冥冥世界，那里有令人目眩的强光和我从未见过的奇形怪状的物体。
最奇怪的是那个抓住我的生物竟然一点也不像鱼。
更使我震惊的是，无论如何也看不到它的鳍，但是没有鳍它还是能够运动。
我感觉到熟悉的自然规律不再适合于这个冥冥世界。
随后，我发现自己突然又被扔回了咱们的世界。
”
5．文段中提及的“冥冥世界”指什么？
答案：
指有令人目眩的强光和鲤鱼从未见过的奇形怪状的生物的世界（即人类世界）
6．文段中“熟悉的自然规律”是指什么？
答案：
有鳍才能运动。
阅读下文，回答7-8问题：
1789年，意大利科学家伽伐尼尔在一次做蛙腿实验时，首次发现细胞内存在生物电现象，随着对细胞生物电研究的深入，利用生物电来检测疾病，已成了现代医学诊断上一项必不可少的手段。
其实，在人体内，各种微生物细胞、红细胞、淋巴细胞、癌细胞等每一种细胞都会产生电流，只不过这种电流极其微弱，且每种细胞产生的电流大小是各不相同的，但都是各自固定的数值。
不久前，日本东京农工大学松永是教授以精确的实验证实了细胞中的酶在一种称为“辅酶A”的作用下会放出电子，而电子的运动就会形成电流。
不过，这种生物电流很小，仅仅只有十亿分之一安培左右。
松永是教授还证实了癌细胞发生的生物电流要比正常细胞和其它一些别的细胞都大一些，这恰恰就是捕捉人体内肿瘤信息的基本理论依据。
电流通常是在称为第一类导体的金属或其它导体中传输的，在人体内，也存在有称为第二类导体的细胞液、神经和经络等。
它照常可以传导电流。
这就是说，人体组织内存在有一种似乎很微妙的传导网络，在中医学上，这种网络称之为经络，经络起着沟通表里、运行气血、传导信息的作用。
7．捕捉人体内肿瘤信息的基本理论依据是（ ）
A.细胞内存在生物电的现象
B.可以利用生物电来检测疾病
C.人体内每种细胞都会产生电流，且都有各自固定的数值
D.细胞中的酶在一种称作“辅酶A”的作用下会放出电子。
解析：
C（解答此题关键要抓住第二段最后一句，搞清句中“这”字指代内容。
根据“癌细胞发生的……都大一些”可知“这”与细胞所带电流的数值有关，因此可确定答案为C项。
）
8．根据原文所提供的信息看，下面推断正确的两项是（ ）
A.利用生物电进行现代医学诊断，始于意大利科学家伽伐尼尔。
B.为捕捉人体内肿瘤信息提供系统的理论依据的第一位科学家，是日本东京农工大学的松永是教授。
C.癌细胞发生的生物电流大于同种正常细胞和其它正常细胞所产生的生物电流。
D.可以传导生物电流的除了金属和其它导体之外，还有细胞液、神经和经络等三种第二类导体。
E.人体组织内生物电流的传导可以用我国传统的中医学理论加以科学解释。
解析：
CD（伽伐尼尔只是发现了生物电，而未用于医学诊断，故A项错。
松永是证实了而非提供了系统的理论依据，故B项错。
另外E项中“加以科学解释”在原文中无根据。
）
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