《宇宙的未来》 教案教学设计

《宇宙的未来》 教案教学设计

　　【自读导言】

　　自读要求

　　能读懂本演讲录的内容。

　　2.学习本文生动、幽默的演讲风格。

　　3.感受科学精神，增进科学素养。

　　(解说：本文虽说是演讲录，但其实就是一篇科技论文，加上语言的欧化风格，要读懂全文并不容易，所以设置了第一个要求；生动、幽默是霍金的演讲风格，是其演讲独具魅力的原因之一，因此设置了第二个要求；本文是传播科学知识的演讲录，需要让学生从中感受到科学精神，增进科学素养，因此设置了第三个要求。)

　　自读重难点

　　1.提炼本文的要点，增强概括能力。

　　2.探究本文的内涵，增强分析能力。

　　(解说：这两点按本单元的学习重点设计，顺应编辑的教材编排意图。)

　　【自读程序】

　　总的原则是：多次自读，逐层领悟，逐个落实学习重点。具体如下：

　　1.初读，总体感知。

　　结合注释，通读全文，总体感知。

　　读后能用一句话简要地说出本文讲了什么。

　　明确：本文讲的是宇宙的未来问题，预测了两种结局：或膨胀，或收缩。

　　2.再读，提炼要点。

　　要求比上一次读得细一些，边读边给课文分段，明确作者讲了几层意思，并提炼出要点。提炼要点的方法是：或者摘录文中的语句，或者用自己的语言组织。

　　明确：

　　要点依次为：①科学家有信心预言未来。②巫师的预言模棱两可，宗教的预言屡测屡败。③物理方程、制约大脑的方程具有混沌性，因此我们不能预言人类；而宇宙的行为在非常大尺度下却是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来。④宇宙的未来有两种可能，一是继续膨胀下去，二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是坍缩，取决于宇宙的平均密度。⑤宇宙现在的密度非常接近于把坍缩和膨胀区分开来的临界点上，所以两种可能都会发生。

　　3.三读，探究内涵。

　　要求比上一次读得更深入，能对某些语句的内涵进行分析，也能对作者的某个观点进行评析，或者对作者的整个科学思想进行阐述分析。

　　4.交流讨论。

　　交流讨论可以在前三步之后综合进行，也可以在每一步(初读、再读、三读)之后分别进行。对总体感知的情况、提炼要点的情况、探究内涵的情况依次进行交流讨论。可以先在小组(前后桌为一组)内进行，然后每个小组选一人参与全班交流。

　　(解说：本自读程序力图体现学生的自读、自得、互动。让学生自主发展，自我提高。)

　　【自读点拨】

　　本文是史蒂芬·霍金1991年1月在剑桥大学的一次演讲录。

　　这篇演讲，从古代巫师的预言，谈到近代宗教的预言，然后过渡到自己对宇宙未来的预言，结构严谨，重点突出。作者运用天体物理学理论，对宇宙未来作出了两种预测，一是继续膨胀下去；二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是收缩，取决于宇宙的平均密度。如果它比临界值小，宇宙就将永远膨胀。但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩，而时间就会在大挤压处终结。可现在密度似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度，所以两种结果都有可能。

　　本文专业性强，欧化语言明显，阅读起来非常吃力，难读、难懂。高考试卷上的科技说明文、科技论文只有三四段，考生读起来已经非常吃力，而这里却有整整26段，是前者的六七倍。所以教学本文时一方面要让学生充分阅读，自主探究，但同时也要积极发挥教师的引导作用，将学生由浅入深地引导下去。

　　在引导过程中，可以将以下问题灵活地插入上面的自读程序中。(特别是发现学生在探究内涵不够深入时。)

　　1.作者在第8段中为什么说即使知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来?为什么第10段又说尽管我们知道制约人类行为的方程，但在实际上我们不能预言它?

　　明确：因为物理方程的解会呈现出一种称作混沌的性质，方程可能是不稳定的；同样，制约大脑的方程几乎肯定具有混沌行为，初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果。

　　2.为什么科学不能预言人类社会的未来，却可以预言宇宙遥远的未来?

　　明确：因为前者是混沌的，不确定的；而宇宙的行为在非常大尺度下是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来。

　　3.作者对宇宙的未来的预言与巫师、宗教预言家对人类社会未来的预言有何不同?

　　明确：前者是有科学根据的，是运用天体物理学理论进行的科学推测，科学预言；而后者是没有科学根据可言的。其实，从上面的题目就可知道，人类社会的未来根本就是无法预言的，因为方程是混沌的，所以巫师、宗教预言家对人类社会的预言注定就是荒唐的。

　　4.对宇宙未来的预言，关键是要弄清宇宙的什么问题?

　　明确：对宇宙未来的预言，其关键问题在于：平均密度是多少。

　　5.作者认为宇宙的未来会是怎样的?

　　明确：会有两种可能：如果它比临界值小，宇宙就将永远膨胀，但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩。

　　(解说：设计这些题目旨在让教师引导学生探究文章的内涵，由表及里，将自读引向深入、准确。)

　　【自读思考】

　　1.根据作者的论述，我们目前所能看到的宇宙物质最多是临界值的百分之一，似乎不足以使宇宙坍缩。然而作者又指出，也许存在足够的暗物质，使宇宙最终坍缩。宇宙中存在暗物质的证据是什么?作者又举了哪两种假说，说明现在的宇宙密度可能就在临界状态?

　　明确：宇宙中存在暗物质一个证据来自于螺旋星系，必须存在某种看不见的物质形式，其引力吸引足以把这些旋转的星系牢牢抓住；另一个证据来自于星系团，要不是引力吸引把星系抓到一起，这些星系团就会飞散开去所以，在星系团中我们观测到的星系以外必须存在额外的暗物质。

　　作者为了说明现在的宇宙密度可能就在临界状态，列举了两种假说，一种是所谓的人择原理，另一种是极早期宇宙的暴涨理论。

　　(解说：此题旨在引导学生探究文章的内涵。同样是探究文章的内涵，上面五个问题是宏观的，环环相扣，步步深入，这一个则是微观、细碎的，所以单独列在自读思考中。)

　　2.本文在论述过程中，常常用一些生动的比喻来说明事理。下列两个比喻句各自说明了什么道理?

　　①例如，如果你稍微改变一下你旋转轮赌盘的方式，就会改变出来的数字。你在实际上不可能预言出来的数字，否则的话，物理学家就会在赌场发财。

　　明确：用这个比喻生动地说明了即使我们知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来。

　　②这有一点像是再投胎。如果有人声称一个新生的婴儿是和某一死者等同，如果该婴儿没从他的以前的生命遗传到任何特征或记忆，这种声称有什么意义呢?人们可以同样地讲，它是完全不同的生命。

　　明确：用这个比喻形象地说明宇宙在大挤压处终结后，并不是任何发生在之后的事件都是另一个相分离的宇宙的部分。

　　(解说：此题旨在引导学生领会、学习作者善于用比喻来说理的技巧。)

　　3.这篇文章语言幽默风趣，在说明科学道理的同时，创造出一种轻松愉快的气氛，体现了演讲词的特点。试举出三个例子，分析其表达效果。

　　明确：

　　例如：①这些日期使股票市场下泻。虽然它使我百思不解，为何世界的终结会使人愿意用股票来换钱，假定你在世界末日什么也带不走的话。这句话让人在笑声中悟到人类自身的某些缺陷和某些思维误区。②据说，1844年是第二次回归的开始，但是首先要数出获救者名单。只有数完了名单，审判日才降临到那些不列在名单上的人。幸运的是，数人名看来要花很长的时间。这句话幽默中含着揶揄和讽刺，揭露了宗教预言师的荒谬，表现了对方屡测屡败却又想方设法自圆其说的尴尬与可笑。③如果暴涨理论是正确的，则宇宙实际上是处在刀锋上。所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统，两方下赌注，以保万无一失。听众明知作者做的是科学的预言，和巫师他们完全不同，可作者却有意将自己降为他们的同类，一是说明自己恰好也有两种预测，二是顺势又对他们进行嘲讽。这种智慧的表达既带来了轻松愉悦的气氛，又大大增加了自己与听众的亲和力。

　　(解说：此题旨在引导学生领会并学习作者幽默风趣的演讲风格。)

　　4.下面这段话引自霍金2002年8月15日在浙江大学的公众演讲《膜的新奇世界》，读后请用其中的原句提炼本段的要点，并同课文做比较阅读，说说霍金在介绍深奥理论时喜欢采用什么方式来让听众听明白?

　　按照我的意见，膜世界启始的更远为吸引人的解释是，它作为真空中的起伏而自发产生。膜的产生有点像沸腾水中蒸气泡的形成。水液体中包含亿万个H2O分子，它们在最靠近的邻居之间耦合，并且挤在一起。当水被加热上去，分子运动得更加快，并且相互弹开。这些碰撞偶然赋予分子如此高的速度，使得它们中的一群能摆脱它们的键，形成热水围绕着的蒸气小泡泡。泡泡将以随机的方式长大或缩小，这时液体中来的更多的分子参与到蒸气中去，或者相反的过程。大多数小蒸气泡将会重新塌缩成液体，但是有一些会长大到一定的临界尺度，超过该尺度泡泡几乎肯定会继续成长。我们在沸腾时观察到的正是这些巨大的膨胀的泡泡。

　　明确：这是迁移运用题。体现本段要点的句子是膜的产生有点像沸腾水中蒸气泡的形成。作者喜欢用比喻的方式将深奥的理论说得通俗易懂。

　　5.课文中霍金对宇宙未来的预言，你怎么看?老师鼓励学生发表有创见的观点，只要态度科学，能自圆其说即可。

　　(解说：设计该题旨在引导学生独立思考，培养独立的人格，同时也培养独立的科学精神。学生可以畅所欲言，比如认为霍金的观点只是一家之言，只是一种推测，无法得到证实，他和爱因斯坦的相对论一样，虽然都很伟大，但都只是一种理论，一种思想，缺少科学的实证，因此也都没能获得需要实证的诺贝尔奖。其他科学家站在另外的角度来思考来假设，或许会有不同的结论，不同的发现。所以青少年对霍金的观点可以学习，可以接受，但不能迷信，不能束缚自己的思维。)

　　6.霍金的中国学生吴忠超教授这样介绍史蒂芬·霍金：在相对论和引力论领域，霍金是继爱因斯坦之后最伟大的代表人物。他的第一项工作是和彭罗斯一起证明了广义相对论的奇性定理；第二项工作是创立了黑洞物理理论，其中有黑洞的`无毛定理和黑洞视界面积增加定理；第三项工作是研究极早期宇宙和宇宙的创生，其量子宇宙学使人们单独地从科学定律即能预言出宇宙中的一切。而他所有这些成就都是在他患卢伽雷病(肌肉萎缩性侧面硬化病)后的40年间所做的。在科学史上有许多残疾科学家，但是像霍金这样残疾到这种程度的则绝无仅有21岁就患病，几十年被禁锢在特制的轮椅上，全身只有三个手指能活动，不能讲话，与人交谈要靠计算机合成语言，有了新的想法也只能通过三个手指敲击进语言合成器里保存可就是这样一个重度残疾的人，却把研究的目标直指浩瀚的宇宙。

　　在《果壳中的宇宙》一书中，霍金引用了莎士比亚戏剧《哈姆雷特》里一句充满诗意的台词：我即使被关在果壳里，仍自以为是无限空间之王!这句台词形象地道出了霍金的崇高精神追求，使人们亲眼看到了果壳中的那个挑战命运的不屈的灵魂。他曾说：只要有智慧和精神在，没有什么能打倒自己。身体的健康固然重要，心灵的健康也会给你无穷的力量。在少年霍金的心中，崇拜的不是歌星或球星，而是贝特朗·罗素，一位不知疲倦的思想家、哲学家和科学家。

　　那么你呢?你怎么看待霍金?十年前，一家青少年调查机构调查出我国中学生最崇拜的人物是歌星刘德华、影星刘晓庆、球星贝利，三星高照。你又怎样看待这一现象?

　　(解说：科学和人文是教育的两大内容，学习本文可以增进学生的科学素养，因此设计了上题；而从作者霍金的身上，还能感受到高尚的人格魅力，因而设计了本题。霍金的朋友曾这样感慨：可以相信，当他所热爱的东西都失去时，他不仅坚强地活着，而且伟大地活着，那么他所带给我们的不仅仅是科学的智慧，还有人类最可贵的精神。教师可介绍霍金的生平，介绍霍金2002年8月来华刮起的霍金旋风，让学生产生积极的情感体验，学习霍金战胜自我、挑战极限、追求科学的顽强品质。对于三星高照的现象，能够引发学生的深入思考，并作出较为正确的评价，比如这样评价：这一现象的出现，既有中学生自身价值取向的问题，也有新闻媒体的误导问题。要让学生意识到，只有在正确的价值取向引导下，个人才能体现出最大的人生价值，社会才能快速向前发展。)

　　【课外作业 】

　　1.仿照本文幽默风趣的语言风格，写一个演讲片段，题目是《霍金·明星·我》。

　　2.阅读霍金的名著《时间简史》、《果壳中的宇宙》(2002年8月霍金在浙江大学的公众演讲《膜的新奇世界》就选自其中)。

　　(解说：两个题目，一读一写，由课文深化、拓展开去。教师给定一个完成的时间，然后在全班交流，将学习气氛推向高潮。)