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《一名物理学家的教育历程》学案【文本解读】文本写的是加来道雄童年时的奇思妙想和青少年时期的积极探索，这些活动并非“正式”的研究工作，却能让我们领会想象和兴趣对于科学探索与发现的重要意义。阅读时要关注科学家是如何深入浅出地介绍科学研究的原理与探索过程的。【素养目标】1.了解加来道雄及其科学研究。2.学习作者化“晦涩难懂”为“浅显生动”的表达方法，识记重要词语。3.培养学生发现问题、提出问题的能力。4.培养学生对了解自然规律、探寻科学真谛的热情。【学习重难点】了解科学发现的过程，感受科学发现的乐趣。【学习方法】自主探究法、合作探究法【学习过程】一、知人论世1.了解加来道雄加来道雄，和族，科学家，1947年1月24日出生于美国加利福尼亚州圣何塞。科学畅销书作者，美国著名高等学府加州大学伯克利分校（UCBerkeley）物理学博士、纽约城市大学研究生中心的理论物理学教授，超弦理论的专家。加来道雄的著作都广受赞誉，《构想未来》、《超越爱因斯坦和超空间》、《平行宇宙》，均被《纽约时报》和《华盛顿邮报》提名为当年的最佳科学读物之一。他主持着一档全美国联网的科学广播节目，还在《晓闻热线》、《60分钟》、《早安美国》以及《拉里·金直播在线》之类的全美国性电视节目中亮相。2.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。3.相关背景日裔美国理论物理学家加来道雄的《超越时空》一书记述了超空间的早期历史，从理论上探讨通过超空间穿越时空的可能性，以及何时方能实际利用超空间理论所具有的潜在威力。本文《一名物理学家的教育历程》就选自这部书，通过介绍对自己成长起了重大作用的两件童年趣事，回顾了自己成为“一名物理学家的教育历程”。二、初读感悟（一）预习检查1.明确字音。模糊．（）杜撰．（）惊诧．（）鳍．（）鄙．视（）贪婪．（）撒手人寰．（）浩瀚．（）湮．没（）说．服（）三、文本研究【思考1】理清文章思路，概括主要内容及作用。1.划分层次2.试分析本文第一段的作用。3.文章第五段提到了鲤鱼“科学家”，试分析鲤鱼“科学家”这一形象的作用。4.本文的第二个故事中，加来道雄能够成功建立属于自己的“原子对撞机”的因素有哪些？试分析总结。5.从梦想到发现，科学家们走过了艰辛而漫长的路，试分析本文是怎样深入浅出地介绍科学研究的原理与探索过程的。6.本文的节选部分以“一名物理学家的教育历程”为题目，有什么作用。7.你从加来道雄的成长历程中得到什么样的启示？与同学分享交流。【思考2】鉴赏语言1.“我常常给自己提出一些只有小孩儿才问的傻乎乎．．．的问题，比如水池中的鲤鱼怎样观察它们周围的世界。我想，它们的世界一定奇妙无比！”如何理解“傻乎乎”一词的运用？2.“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。”试分析加点词语在句中的作用。3.“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？”体会语段中问句的表达效果。4.“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。”如何理解这段话的含意？5.“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．．。(我想，妈妈对于她有一个不在棒球场或篮球场玩耍，反而在汽车间建造一架巨大的电子仪器的儿子困惑不解．．．．。)”妈妈的“摇头”“困惑不解”在本段中有何作用？试作简要分析。【思考3】阅读与思考材料一在那静静的时刻，我充满了无限的遐想。我常常给自己提一些只有小孩才问的傻乎乎的问题，比如水池中鲤鱼怎样观察它们周围的世界。我想，它们的世界一定奇妙无比！鲤鱼们的一生就在这浅浅的水池中度过。它们相信它们的“宇宙”就由阴暗的池水和睡莲构成。（摘编自加来道雄《一名物理学家的教育历程》）材料二所谓创新人才，就是具有创新意识、创新精神、创新思维、创新知识、创新能力等创新素质，并具有良好的创新人格，能够通过自己的创造性劳动取得创新成果，在某一领域、某一行业、某一工作上为社会发展和人类进步做出了创新贡献的人。创新人才同理论型、应用型、技艺型等人才类型的划分不仅不是并列的，而且要求不论是哪种类型的人才皆须具有创造性，也就是说，创造性是对各类人才的共同要求。研究发现，不同国家青少年创新力的显著差异不在水平的高低，而是在创造力不同类别上：中国学生在科学想象能力上高于英国、日本学生，但是实践能力较低；中、英、日学生在思维独特性上不存在显著差异，更突出表现在创造性人格类型的差异上。（摘编自林崇德《青少年创新拔尖人才的特征》）材料三2019年5月，近1800名青年科学家从全球78个国家和地区的425个相关赛事中脱颖而出，参加由英特尔赞助的国际工程与科技大奖赛（ISEF）。该赛事原本是美国科学与公众社团旨在鼓励中学生创新研究、培养创新人才的活动。在英特尔冠名赞助之后，其参赛范围才逐渐扩大到全球范围，成为全球规模最大的高中科学竞赛，素有全球青少年科学竞赛的“世界杯”之美誉，参赛学生人数也不断扩大到全球的数百万名中学生。中国区ISEF参赛选手均是从“全国青少年创新科技大赛”等国内顶级赛事中脱颖而出的创新人才。截止到目前，已有超过500名中国学生的300多个项目入选决赛，并获得了300多个奖项。（摘编自《英特尔ISEF：中国学生角逐国际大奖》）材料四拔尖创新人才的培养目前仍是我国教育事业的短板。钱学森之问“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才”发人深省，一个原因是没有一所大学能够按照培养科学技术发明创造人才的模式去办学；另一方面，中、小学教育灌输式的培养方式间接养成了学生被动接收的学习惯性。培养科技创新人才，需要中学和高校密切合作。高校与中学之间应展开深度合作，在联合培养的过程中实行“双导师制”，达到中、高等教育有机衔接的目的。研究显示，创新人才与学习成绩并不一定正相关，因此不能以成绩拔尖作为衡量标准。要制定一套科学的选拔机制，运用选拔性识别和过程性识别进行综合选拔。同时，也要妥善化解创新能力培养和高考升学之间的矛盾，为创新人才提供进一步接受高等教育的绿色通道。（摘编自《对青少年科技创新人才培养模式的探索》）问题：加强青少年科技创新人才的培养，我国需要从哪些方面采取措施？请简要概括。四、拓展阅读黑洞恒星——加来道雄《超越时空》①黑洞近来激起了公众的想象力。许多书籍和纪录片在专门探索爱因斯坦场方程的这个奇特预言，这个坍缩的恒星在死亡过程中的最后一幕。有意思的是，公众却大多不知道黑洞的一个最独特的特征：它们可能是通向另一个宇宙的通道。还有，科学界还有一种有趣的猜想：黑洞可以打通一条时间隧道。②为理解黑洞以及它们多么难找，我们首先得理解恒星为什么会发光，它们如何成长，以及最后如何死亡。当一团许多倍于我们太阳系的巨大氢云被自身的引力压缩时，一颗恒星就会产生。随着引力能转化为氢原子的动能，压缩着气体的引力渐渐使之变热。通常，气态氢内质子间由于荷电而产生的斥力足以使它们分开。然而在特定的条件下，如温度高到1000万开至1亿开时，质子（氢原子核）的动能会克服静电的排斥，而砰然．．合在一起。核力便取代了电磁力，两个氢原子核就“聚变”成氦原子，同时释放出巨大的能量。③换句话说，一颗恒星就是一个核燃炉，它的燃料是氢，并产生以氦的形式作为废料的核“灰烬”。一颗恒星也是将其挤压在一块的引力和威力相当于数以万亿计的氢弹爆炸的核力（使星体解体）之间精致平衡作用的结果。这时恒星就成熟了并随着核燃料的用完而老化。④要明白能量如何从聚变中产生出来，理解恒星在其生命进程中走向黑洞的一幕幕，我们必须分析图10.1⑤图中给出了一条在近代科学中极重要的曲线，它有时也称为结合能曲线。水平轴表示各种元素（从氢原子到铀原子）的原子量。竖直轴表示原子核中质子的平均“重量”。请注意，平均来说氢原子和铀原子中的质子要重于图上中心部分其他元素的质子。⑥我们的太阳是一颗普通的黄星，主要由氢组成。与最初的大爆炸类似，它使氢聚变而产生氦。然而，因为氢原子中的质子比氦原子中的质子重，于是就有一些剩余质量。这些质量通过爱因斯坦质能公式E=mc²转化为能量，而这个能量则使原子核束缚在一起。这个能量也是氢变成氦时所放出的能量。这就是太阳会发光的原因。⑦然而，经过几十亿年，这些氢会慢慢地用尽。一颗黄星最后会因产生太多的废氦而使核燃炉关闭。当这发生之后，引力就占了主导地位，并将恒星挤压得更紧。随着温度升高，恒星很快热得足以燃烧废氦并把它转化为其他元素，如锂和碳。请注意我们沿曲线到达原子量较高的元素时仍可以释放能量。换句话说，废氦仍可以燃烧，正如通常的炉灰在某种条件下又可以燃烧一样。尽管恒星在尺度上已经小了很多，它的温度却非常高，其大气层大大地膨胀开来。事实上，当我们的太阳用尽它的氢后开始燃烧氦原子时，它的大气层将扩展到火星的轨道。这称为红巨星。当然，这意味着，在这个过程中地球会被蒸发掉。所以，这条曲线同样预言着地球的最终命运。因为我们的太阳是一颗中年恒星，大约50亿岁，在它烧掉地球之前还会有另一个50亿年。⑧最后，当氦用完了之后，核燃炉又熄灭了。引力又占了压倒优势来压缩星体。红巨星收缩成为一颗白矮星，即一颗全部质量被压缩成地球大小的小小的恒星。白矮星不很亮，因为在降至曲线的底部之后，它只能从公式E=mc²中提取很少一部分剩余能量。白矮星燃烧着在曲线底部剩下的为数不多的元素。⑨我们的太阳最终将变成一颗白矮星，并在几十亿年中用尽它的核燃料而渐渐死亡。最后它会变成一颗暗的、烧光了的矮星。然而据认为，如果恒星的质量足够大（是我们太阳质量的好几倍），则白矮星中的大多数元素将继续聚合成越来越重的元素，最后到达铁元素。一旦到达铁元素，我们几乎就到了曲线的最底部。我们不能再从剩余质量中提取能量了，所以核燃炉就会关闭。引力重新成为主导，压缩着星体直到其温度暴涨了几千倍，而达到上万亿度。到这时，白矮星的铁核坍缩，它的外层则被炸毁，同时释放出星系中所知的最巨额的能量，成为一颗叫做超新星的爆发恒星。仅仅一颗超新星在一段时间内就有可能比包含着上千亿颗恒星的整个星系还亮。⑩在超新星爆发之后，我们会看到一个完全“死”了的星球，即是一颗中子星。中子星只有曼哈顿那么大小。中子星里密度如此之大，粗略地说，所有的中子都互相“紧挨”着。尽管中子星几乎看不见，我们仍可以用仪器探测到它们。它们一边转动一边发出某些辐射，就像在外层空间中的宇宙灯塔。我们看到的是一颗闪烁的星星，即脉冲星。（虽然这种情景听起来像科幻小说，从1967年开始发现它们至今，人们观测到的脉冲星已超过了400颗。）如果一颗恒星10到50倍于我们太阳的大小，那么甚至在它成为中子星后，引力还会继续压缩它。这时，它就变成遐迩闻名的黑洞。克尔发现，一个大质量的转动着的恒星不会坍缩成一个点。相反，一个自转着的恒星会变得越来越平，直到最后被压缩成一个环。任何一个沿着一个自转黑洞的转动轴发射进去的探测器，原则上有可能在中心处巨大但有限的引力场存活下来，并穿过去到达镜像宇宙而不被无穷大曲率所摧毁。于是，克尔黑洞就是通向另一个宇宙的通道。（文章有删改）（注）黑洞，是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩产生的。问题：综合全文，概括恒星由成熟走向“死亡”的三个阶段。五、素材积累1.科学是老老实实的学问，不可能靠运气来创造发明，对一个问题的本质不了解，就是碰上机会也是枉然。入宝山而空手回，原因在此。——华罗庚2.科学始终是不公道的。如果它不提出十个问题，也就永远不能解决一个问题。—