《美和理论物理学》教案（苏教版选修）

　　教学目标：

　　1、在略读的基础上，能勾画出介绍理论物理学美的构成时分析问题角度的语句。

　　2、筛选相关语言信息，梳理文章的论述层次，明确作者的行文思路。

　　3、理解并具体解释作者引用其他科学家的言论想证明的见解。

　　教学重点：

　　掌握阅读科学论文类文章的基本途径和主要方法，形成清晰的阅读思路。

　　教学难点：

　　理解文中出现的重要概念、重要语句及引用言论的含义及作用。教学过程：

　　一、导入新课。

　　科学论文是在各种科学领域内专门探讨学术问题、反映研究成果的论文。它既是进行科学研究的一种手段，又是描述科研成果的工具。它具有学术性和文献性。自然科学论文重在关注自然物质、现象以及人们探索自然规律的方法，用来表述作者的新见解、新发现，要求用充足的科学的论据来支撑观点，用严密的推论、合理的分析、科学的语言建言立论，以取得读者的理解或认同。今天我们就来学习华裔美国物理学家杨振宁先生的一篇科学论文《美和理论物理学》，来看看他是怎样论述自己对理论物理学中美的问题的深刻见解的。

　　二、作者简介。

　　杨振宁，1922年10月1日出生于安徽合肥。世界著名理论物理学家，因对宇称定律的深入研究而与华裔物理学家李政道分享1957年诺贝尔物理学奖。美国国家科学院、美国物理学会以及巴西科学院、委内瑞拉科学院和西班牙皇家科学院院士。分别受聘为北京大学、清华大学等十几所高校名誉教授，并担任清华大学高等研究中心名誉主任。杨振宁对理论物理学的贡献范围很广，包括基本粒子、统计力学和凝聚态物理学等领域。对理论结构和唯象分析他都有多方面的贡献。其中贡献最大的在粒子物理学方面。

　　三、解题。

　　1、本文从物理学发展历史、理论物理学中美的表现形式及美在将来物理学研究工作中的重要性等三方面，论述了自己对理论物理学中美的问题的深刻见解。

　　2、本文的主要观点：理论物理学中的美是变化的，这种变化最显著的体现是理论物理学日益增长的数学化。理论物理学中的美主要从三个方面体现出来：现象之美、理论描述之美、理论结构之美。

　　四、研读课文。

　　(一)快速浏览文本，圈画出反映作者见解和观点的相关关键句。

　　1、第1节：“科学中存在美，所有的科学家都有这种感受。美的定义是什么?”“这个问题相当复杂，也许很难给出一个周全的回答。”

　　2、第2节：“很早科学家们就懂得科学中蕴涵着奇妙的美。”

　　3、第4节：“事实上物理学中美的概念是发展的，因为理论物理学的题材是发展的，并且我强烈地觉得在所有自然科学的分支中都存在这种情况。”

　　4、第5节：“我们对理论物理学中美的理解是变化的。对于这种变化，影响最显著最重要的是理论物理学日益增长的数学化，让我从历史的角度向你解释我的意思是什么。”

　　5、第6节：“伽利略的伟大教导”“就是定量的物理学的开始。伽利略的观念是一种深刻的美的观念。”

　　6、第7节：“牛顿给了我们一个完整的经典力学体系”，“物理学的数学化取得了进展，并被认为是非常严格的数学化。”

　　7、第8节：“18世纪后期”“物理学家发现了四个电学和磁学定律。”“这些发现导致了电学的诞生，甚至导致了现代世界。”

　　8、第11节：“麦克斯韦非常敬慕法拉第，他尝试用数学形式把法拉第的思想表达出来。”“最后导出了伟大的麦克斯韦方程。”“他便可以预言电和磁能以波的形式传播。”

　　9、第12节：“在最近的物理学中，数学化正在加速进行。狭义相对论的基础是四维连续时空概念，广义相对论是建立在黎曼几何的基础上的。”“所有这些数学发展队20世纪的物理学是非常重要的，它们相当抽象有非常美丽。”

　　10、第13节：“为什么物理学数学化的加速，导致了理论物理学中美的概念的变化。考虑到这一点，我建议存在三种美：现象之美、理论描述之美、理论结构之美。”

　　11、第21节：“有时候，如果你遵循你的本能提供的通向美的向导前进，你会获得深刻的真理，即使这种真理与实验是相矛盾的。狄拉克本人就是沿着这条路得到了关于反物质的理论。”

　　12、第22节：“现代许多大物理学家反复地强调美对物理学中将来的工作的重要性。”“爱因斯坦和狄拉克”“他们研究物理学的风格，美始终是一个指导原则。”

　　13、第24节：“海森伯是经由一条不同的道路而获得了对理论物理学的美的鉴赏。他没有遵循有美的观念所指导的直觉去进行工作，”“最后结果是他的数学完全语言了这些事实，从那以后他变成了数学美的皈依者。”

　　14、第25节：“什么是美的最终标准?我想答案与研究的具体领域有关。在自然科学中我认为最终的判断是，它是否可用于自然界。”“在其他领域内，如艺术、文学、音乐中”“我主张美的最终标准是人是否与它有关。”

　　(二)筛选相关语言信息，梳理文章的论述层次，理清作者的行文思路。

　　第一部分(1节)：科学中存在美，但美的含义相当复杂，很难给出一个周全的回答。(提出话题：科学中的美。)

　　第二部分(2-4节)：很早科学家们就懂得欣赏科学中蕴涵的美。不同科学学科的美既密切相关，又不完全相同。物理学中美的概念不是固定的而是发展的。(进一步明确论述范围：物理学中美的概念。)

　　第三部分(5-12节)：分析问题(1)：从物理学发展历史的角度论证了理论物理学中美的变化，影响最显著最重要的理论物理学日益增长的数学化。

　　第四部分(13-20节)：分析问题(2)：与前文从历史中纵向分析不同，这里是从横向展开，分析论证，回答了“为什么”。

　　第五部分(21-24节)：分析问题(3)：从理论物理学中的美对研究工作的重要意义举例分析。强调美对物理学未来研究工作的重要性，指出对研究物理学的人而言，美始终是一个指导原则。

　　第六部分(25节)：美的最终标准是什么?在自然科学中我认为最终的判断是，它是否可用于自然界。在其他领域内我主张美的最终目标是人是否与它有关。(总结全文，得出结论，照应开头。)

　　(三)阅读第三部分(5-12节)，明确局部思路。

　　第一层(5节)：我们对理论物理学中美的理解是变化的。对于这种变化，影响最显著最重要的是理论物理学日益增长的数学化。让我从历史的角度向你解释握的意思是什么。(提出全文中心论点，并交代论证角度。)

　　第二层(6节)：定量的物理学的代表人物伽利略的观点是一种深刻的美的观念。第三层(7节)：牛顿创立了完整的经典力学体系，通过他的工作，物理学的数学化取得了进展。

　　第四层(8节)：18世纪后期，四个电学和磁学定律的发现，导致了电学的诞生，甚至导致了现代世界。

　　第五层(9-11节)：麦克斯韦尝试用数学形式把法拉第的思想表达出来，为此奋斗了近20年，最后导出了伟大的麦克斯韦方程，表达了实验发现的库仑定律、高斯定律、安培定律和法拉第定律。

　　第六层(12节)：在最近的物理学中，数学化正在加速进行，狭义相对论的基础是四维连续时空概念，广义相对论是建立在黎曼集合的基础上的。

　　(四)阅读第四部分，明确局部思路。

　　第一层(13节)：为什么物理学数学化的加速，导致了理论物理学中美的概念的变化。考虑到这一点，我建议存在三种美：现象之美、理论描述之美、理论结构之美。(由上文“是什么”，开始转向“为什么”，将问题分析引向深入，并再次交代论述角度。)

　　第二层(14-15节)：举例说明什么是理论物理学中的“现象之美”。

　　第三层(16-17节)：举例说明什么是理论物理学中的“理论描述之美”。

　　第四层(18-20节)：举例说明什么是理论物理学中的“理论结构之美”。

　　五、问题探讨。

　　1、作者是从哪三个方面介绍了理论物理美学的构成的?

　　明确：(1)现象之美。(2)理论描述之美。(3)理论结构之美。

　　2、这种基于物理学数学化的加速发展导致的理论物理学美的概念的变化，作者是如何证明的`?

　　明确：作者是从物理学发展历史的角度举例论证的。

　　举出的例子依次是：

　　(1)(6节)“定量的物理学的”代表人物“伽利略的观念是一种深刻的美的观念”。

　　(2)(7节)牛顿创立了“完整的经典力学体系”，“通过他的工作，物理学的数学化取得了进展”。

　　(3)(8节)18世纪后期，四个电学和磁学定律的发现“导致了电学的诞生，甚至导致了现代世界”。

　　(4)(11节)麦克斯韦“尝试用数学形式把法拉第的思想表达出来”，“为此奋斗了近20年，最后导出了伟大的麦克斯韦方程”，“表达了实验发现的库仑定律、高斯定律、安培定律和法拉第定律”。

　　(5)(12节)“在最近的物理学中，数学化正在加速进行。狭义相对论的基础是四维连续时空概念，广义相对论是建立在黎曼几何的基础上的”。

　　3、阅读文章相关内容，分别解释下列科学家的言论想说明什么。

　　(1)(21节)“使一个方程具有美感比使它去符合实验更重要。”(狄拉克)

　　明确：作者认为狄拉克这句话包含着伟大的真理，其实是想用这句话说明理论物理学研究中，要以美为向导，“遵循你的本能提供的通向美的向导前进，你会获得深刻的真理，即使这种真理与实验是相矛盾的。”

　　(2)(23节)“创造性的原则寓于数学之中，因此在一定意义上，我认为正如古人所梦想的那样，纯粹的思想能够把握实在。这是真的。”(爱因斯坦)

　　明确：这段话主要是强调美对物理学中将来的工作的重要性，认为美始终是物理学研究工作中的一个指导原则。

　　(3)(24节)“我们看到数学家做了我们自己做不到的事。”(海森伯)

　　明确：因为海森伯起初没有遵循由美的理念所指导的直觉去进行工作，他反被自己的实验发现搞糊涂了，最后结果是他的数学完全预言了这些事实，因此他有感而发说了这句话。所以引用这句话实际上是想说明在科学研究中遵循由美的观念所指导的直觉去进行工作的重要性。

　　六、布置作业。

　　筛选文中信息，解释文中出现的重要概念。

　　美的意义、美的含义、理论物理学中的美、定量的物理学、经典力学体系、四个电磁学定律、麦克斯韦方程、现象之美、理论描述之美、理论结构之美、超导性现象、量子力学、美的最终标准。