3-4-14一名物理学家的教育历程.ppt

一名物理学家的教育历程加来道雄加来道雄 作者简介 加来道雄(Michio Kaku),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。 （1 1）统一场论）统一场论相关知识相关知识 根据现代物理学知识，将我们的宇宙结合起来的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籍华裔物理学家杨振宁和他的学生米尔斯提出杨-米尔斯场理论，解决了这一问题，被称为米尔斯场理论，解决了这一问题，被称为“标准模标准模型型”。但是这一理论因为计算繁复无比而让人头。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，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。最终也没有实现。 现代理论物理学认为，统一四种力的前景，在于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（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，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，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）理论太的四维（空间三维加上时间）理论太“小小”，不能解释宇宙中，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）。学家认为宇宙应该是简单、合谐的）。 高维空间理论认为，宇宙大爆炸后高维空间理论认为，宇宙大爆炸后10-4310-43秒，十维宇宙分解秒，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，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。大爆炸后演变成今天我们生活的宇宙。大爆炸后10-3510-35秒，大统一力分秒，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空间理论只能是“理论理论”。（2 2）高维空间）高维空间背景链接背景链接 在当代物理学中有一些非常重要却又艰深的思在当代物理学中有一些非常重要却又艰深的思想，往往因为难以形象浅显地解说而不易为公众所想，往往因为难以形象浅显地解说而不易为公众所了解。而加来道雄不畏艰辛，在了解。而加来道雄不畏艰辛，在超越时空超越时空一书一书中用很生动的方式向读者展示了现代物理前沿之中用很生动的方式向读者展示了现代物理前沿之一一超空间理论的来龙去脉。全书超空间理论的来龙去脉。全书1515章分为章分为4 4篇，篇，分别述说了超空间的早期历史，超空间理论可能通分别述说了超空间的早期历史，超空间理论可能通往爱因斯坦梦寐以求的往爱因斯坦梦寐以求的“物理学圣杯物理学圣杯”统一场统一场论，从理论上探讨通过超空间穿越时空的可能性，论，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以及何时方能实际利用超空间理论所具有的潜在威力。力。整体整体感感知知1. 1. 对应考点：对应考点：分析概括作者在文中的观点态度及分析概括作者在文中的观点态度及作者的写作意图作者的写作意图 作者开篇引用爱因斯坦的话，用意作者开篇引用爱因斯坦的话，用意何在？何在？ 提示提示 爱因斯坦这句话，表明了他研究理论物爱因斯坦这句话，表明了他研究理论物理的目标和意义，作者加以引用，既表示对爱因理的目标和意义，作者加以引用，既表示对爱因斯坦科学探索精神的崇敬和对爱因斯坦探索宇宙斯坦科学探索精神的崇敬和对爱因斯坦探索宇宙的意义的理解，也表明他一生求索的目标以及他的意义的理解，也表明他一生求索的目标以及他对自己探索宇宙本质的意义的认识。对自己探索宇宙本质的意义的认识。研读课文研读课文2. 2. 对应考点：对应考点：分析概括作者在文中的观点态度及分析概括作者在文中的观点态度及作者的写作意图作者的写作意图 “在那静静的时刻，我充满了无在那静静的时刻，我充满了无限的遐想限的遐想”，其中，其中“我我”遐想的主要内容是什么？遐想的主要内容是什么？本句话所在的自然段在选文中起什么作用？本句话所在的自然段在选文中起什么作用？ 提示提示 遐想的主要内容是：水池中的鲤鱼怎遐想的主要内容是：水池中的鲤鱼怎样观察它们周围的世界。样观察它们周围的世界。这一自然段在节选部分中起这一自然段在节选部分中起总领总领作用。作用。3. 3. 对应考点：对应考点：掌握科普文中比喻、拟人的作用掌握科普文中比喻、拟人的作用 第第7 7自然段中，自然段中，“鲤鱼鲤鱼科学家们科学家们将会聪明地杜将会聪明地杜撰某种虚构的东西撰某种虚构的东西它被称为它被称为力力，来掩盖自，来掩盖自己的无知己的无知”一句运用了什么修辞手法？有什么作用？一句运用了什么修辞手法？有什么作用？ 提示提示 本句运用了本句运用了比喻比喻手法。手法。比喻我们对自己所生存的环境中的一些未知的东比喻我们对自己所生存的环境中的一些未知的东西，往往采用类似的手法，西，往往采用类似的手法，形象地说明我们对宇形象地说明我们对宇宙的认识是有限的，有的甚至是肤浅或错误的宙的认识是有限的，有的甚至是肤浅或错误的。 解读：解读：比喻是在说明事物或说明道理时，用与比喻是在说明事物或说明道理时，用与所说明的事物或所说明的道理有相似点的别的事物所说明的事物或所说明的道理有相似点的别的事物或道理来打比方。大致说来，比喻的作用主要有两或道理来打比方。大致说来，比喻的作用主要有两个：一是对事物的特征进行描绘或渲染，使事物生个：一是对事物的特征进行描绘或渲染，使事物生动具体，给人留下鲜明深刻的印象；二是用浅显的动具体，给人留下鲜明深刻的印象；二是用浅显的或人们熟悉的事物对深奥难懂的事物加以说明，便或人们熟悉的事物对深奥难懂的事物加以说明，便于人们深入理解。学习分析比喻在特定语境中的作于人们深入理解。学习分析比喻在特定语境中的作用，可以提高对阅读材料的感悟能力，从而加深理用，可以提高对阅读材料的感悟能力，从而加深理解。解。比喻在科普文中的作用比喻在科普文中的作用考点链接考点链接 指津：指津：要确切理解比喻的作用，可以采用以下要确切理解比喻的作用，可以采用以下两法。两法。 (1)(1)一一对应析用意一一对应析用意。把握作者运用比喻的目。把握作者运用比喻的目的是理解比喻作用的前提，如果连作者用这个比喻的是理解比喻作用的前提，如果连作者用这个比喻是为了说明什么都不晓得，也就无从分析其作用了。是为了说明什么都不晓得，也就无从分析其作用了。比喻里被比方的事物叫比喻里被比方的事物叫“本体本体”，用来打比方的事，用来打比方的事物叫物叫“喻体喻体”，本体和喻体性质不同，却定有某些，本体和喻体性质不同，却定有某些方面的相似点，采取把本体和喻体一一对照起来加方面的相似点，采取把本体和喻体一一对照起来加以分析的方法，可以看出作者使用比喻的目的和用以分析的方法，可以看出作者使用比喻的目的和用意，从而体会比喻的妙处。意，从而体会比喻的妙处。 (2) (2)瞻前顾后析深意瞻前顾后析深意。比喻的运用往往是在描写。比喻的运用往往是在描写事物或说明道理的过程中恰当的插入，也就是说，事物或说明道理的过程中恰当的插入，也就是说，比喻不是说明的全部，它是与前后的描写或说明融比喻不是说明的全部，它是与前后的描写或说明融合在一块的。因而，要真正弄清比喻的作用，把握合在一块的。因而，要真正弄清比喻的作用，把握其深意和妙处，不能就比喻看比喻，还需要瞻前顾其深意和妙处，不能就比喻看比喻，还需要瞻前顾后，联系上下文来分析。后，联系上下文来分析。4. 4. 对应考点：对应考点：分析概括作者在文中的观点态度及作分析概括作者在文中的观点态度及作者的写作意图者的写作意图 鲤鱼鲤鱼“科学家科学家”对对“世界世界”的认识是怎的认识是怎样的？作者想通过鲤鱼样的？作者想通过鲤鱼“科学家科学家”对世界的认识说明对世界的认识说明什么？什么？ 提示提示 (1)(1)“水池之外看不见的世界没有科学水池之外看不见的世界没有科学意义。意义。”“它们为睡莲自己能够运动而困惑不它们为睡莲自己能够运动而困惑不解解”它们以神秘的它们以神秘的“力力”来掩盖自己的无知。来掩盖自己的无知。鲤鱼鲤鱼“科学家科学家”的的“消失消失”和和“重现重现”它们它们认为是认为是“奇迹奇迹”，是，是“可怖的事情可怖的事情”，而不肯去探，而不肯去探究原因。究原因。鲤鱼鲤鱼“科学家科学家”的的“传奇故事传奇故事”，真实，真实地证明另一个世界的存在，而它们却认为地证明另一个世界的存在，而它们却认为“胡说八胡说八道道”，荒谬绝伦，违背它们的，荒谬绝伦，违背它们的“自然规律自然规律”。 (2)(2)说明说明“自以为是自以为是”的人类和鲤鱼的人类和鲤鱼“科学家科学家”有相有相似之处。似之处。人类人类“一生就在我们自己的一生就在我们自己的池子池子里度里度过过”，只要，只要“超出我们的理解力超出我们的理解力”的自然存在，他们就的自然存在，他们就“拒绝承拒绝承认认”。“科学家发明像科学家发明像力力这样一些概念这样一些概念”，是因为他们只愿意承认是因为他们只愿意承认“那些看得见摸得着的事物那些看得见摸得着的事物”，不肯改变思考问题的方式。不肯改变思考问题的方式。“不能在实验室里便利不能在实验室里便利地验证地验证”的理论，他们就加以的理论，他们就加以“鄙视鄙视”，表现出思想上的保守和固执。，表现出思想上的保守和固执。 5 5文章中说到文章中说到“鲤鱼鲤鱼科学家科学家”时，都要把时，都要把“科学家科学家”加上引号。请问：引号在这里有什么作加上引号。请问：引号在这里有什么作用？加引号的用？加引号的“科学家科学家”的具体含义是什么？的具体含义是什么？ 提示提示 这里的引号，表示所引的词语有特殊这里的引号，表示所引的词语有特殊意义。意义。它不同于我们通常使用的它不同于我们通常使用的“科学家科学家”一词的含一词的含义，而是假想的鲤鱼世界里的义，而是假想的鲤鱼世界里的“有有智慧智慧的的鲤鱼鲤鱼”。6. 6. 对应考点：对应考点：掌握科普文中比喻、拟人的作用掌握科普文中比喻、拟人的作用 第第9 9自然段中的自然段中的“冥冥世界冥冥世界”和和“熟悉的自然规律熟悉的自然规律”各各指代什么？本段采用了怎样的修辞手法？有什么作指代什么？本段采用了怎样的修辞手法？有什么作用？用？ 提示提示 “冥冥世界冥冥世界”指鲤鱼所生活的池水以外指鲤鱼所生活的池水以外的世界；的世界；“熟悉的自然规律熟悉的自然规律”指生活在水中，靠指生活在水中，靠鳍运动。鳍运动。本段采用本段采用拟人拟人手法。手法。这样写这样写生动形象生动形象，使深奥的科学道理变得，使深奥的科学道理变得浅显易浅显易懂懂。7. 7. 对应考点：对应考点：分析概括作者在文中的观点态度分析概括作者在文中的观点态度及作者的写作意图及作者的写作意图 作者为什么讲述鲤鱼的故事？作者为什么讲述鲤鱼的故事？ 提示提示 作者讲述鲤鱼的故事，目的是向大家作者讲述鲤鱼的故事，目的是向大家介绍自己成为一名理论物理学家的历程，展示介绍自己成为一名理论物理学家的历程，展示了思想经历的基本过程。了思想经历的基本过程。8 8作者建立实验室的事例，对我们现实生活有作者建立实验室的事例，对我们现实生活有怎样的意义？怎样的意义？ 【明确】【明确】科学是建立在基础实验之上的，科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，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都是一名理论物理学家重视实验给我们现实生活的启迪。的启迪。1 1通观全文，本文体现了怎样的科学精神？通观全文，本文体现了怎样的科学精神？ 探究思路探究思路 探究问题探究问题 本文三个主要部分，并不是简单地叙述成长的本文三个主要部分，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，可以从中看故事，而是具有深刻的科学精神内涵，可以从中看到以下三方面的到以下三方面的“教育教育”对成为优秀科学家最为重对成为优秀科学家最为重要。要。 探究结论探究结论 (1)(1)想象力想象力：科学是需要想象力的，想象力能带来创：科学是需要想象力的，想象力能带来创造力。作者正是从对鲤鱼世界的想象中，认识到人造力。作者正是从对鲤鱼世界的想象中，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。由感性的想象上升到理性的创造，体现了创可能。由感性的想象上升到理性的创造，体现了创新意识和探索精神。新意识和探索精神。 (2) (2)乐趣乐趣：科学不应该是枯燥的，而应该是充满乐：科学不应该是枯燥的，而应该是充满乐趣的。探寻自然的奥秘，对真正的科学工作者来说，趣的。探寻自然的奥秘，对真正的科学工作者来说，是和自然做的近似于捉迷藏的是和自然做的近似于捉迷藏的“游戏游戏”，也是人生，也是人生的的“境界境界”。“游戏游戏”使他们乐此不疲，充满激情，使他们乐此不疲，充满激情，不受外界的诱惑和干扰；而不受外界的诱惑和干扰；而“境界境界”使他们不顾功使他们不顾功利，不畏强权，只求真理。利，不畏强权，只求真理。(3)(3)实验精神实验精神：有了想象力，有了乐趣，那只是成：有了想象力，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，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，不可能到达真理的彼岸。作想，不去做基础工作，不可能到达真理的彼岸。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。理论得到证明。2 2本文题目为本文题目为“一名物理学家的教育历程一名物理学家的教育历程”，既，既为历程，当以时间为序，按从小学到初中到高中再为历程，当以时间为序，按从小学到初中到高中再到大学的顺序来写。但为什么作者只选取了童年的到大学的顺序来写。但为什么作者只选取了童年的两件趣事和高中建立实验室的事例来写呢？这对你两件趣事和高中建立实验室的事例来写呢？这对你的写作有什么启示？的写作有什么启示？ 探究思路探究思路 虽然在作者的教育历程中值得写的事件很多，虽然在作者的教育历程中值得写的事件很多，但在作者看来，想象力、兴趣和实验精神对科学但在作者看来，想象力、兴趣和实验精神对科学家的成长和成功至关重要。所以作者便打破常规家的成长和成功至关重要。所以作者便打破常规方式，只选取了三个能够很好体现这三种因素的方式，只选取了三个能够很好体现这三种因素的事件来写。事件来写。 这对于我们的写作有着重要启示：形式为内这对于我们的写作有着重要启示：形式为内容服务，选材剪裁时，一定要考虑内容和中心的容服务，选材剪裁时，一定要考虑内容和中心的关系，重要的详写，不重要的略写，无用的则不关系，重要的详写，不重要的略写，无用的则不写。写。 探究结论探究结论 这篇文章以生动、简明的语言介绍了作者加来这篇文章以生动、简明的语言介绍了作者加来道雄成为一名理论物理学家的历程：作者对鲤鱼世道雄成为一名理论物理学家的历程：作者对鲤鱼世界的遐想和对爱因斯坦未竟事业的向往，启迪作者界的遐想和对爱因斯坦未竟事业的向往，启迪作者走上科学探索的道路。启示读者，要想在科学事业走上科学探索的道路。启示读者，要想在科学事业上取得成功，必须具有想象力、乐趣和实验精神等上取得成功，必须具有想象力、乐趣和实验精神等基本因素。基本因素。主旨领悟主旨领悟 1 1想象的内涵及作用：想象的内涵及作用：想象是人对自己头脑想象是人对自己头脑中已有记忆表象进行加工改造而创造新形象的心中已有记忆表象进行加工改造而创造新形象的心理过程。它的基本特征是生动新颖的形象性。任理过程。它的基本特征是生动新颖的形象性。任何人都有想象力。想象在写作中的具体作用：推何人都有想象力。想象在写作中的具体作用：推动构思的进行，突破时空的限制，塑造典型形象动构思的进行，突破时空的限制，塑造典型形象等。等。本课借鉴本课借鉴运用想象写作运用想象写作写法精讲写法精讲 2 2想象的分类：根据想象的方式和形成的过程来想象的分类：根据想象的方式和形成的过程来看，想象可以分为再造想象、创造想象和幻想三类。看，想象可以分为再造想象、创造想象和幻想三类。 (1)(1)再造想象再造想象：依据语言、文字、图形、符号或别依据语言、文字、图形、符号或别人对某一事物的描述，在头脑中唤起相应的新形象的心人对某一事物的描述，在头脑中唤起相应的新形象的心理过程，称为再造性想象理过程，称为再造性想象。再造想象常用的方式主要有。再造想象常用的方式主要有接近想象、相似想象、原形想象、推测想象等。再造想接近想象、相似想象、原形想象、推测想象等。再造想象对写作有重要的意义。如根据历史资料去创作诗歌、象对写作有重要的意义。如根据历史资料去创作诗歌、小说、戏剧等，姚雪垠的长篇小说小说、戏剧等，姚雪垠的长篇小说李自成李自成就是根据就是根据历史资料创作的；把小说、传记改编成电影剧本，如电历史资料创作的；把小说、传记改编成电影剧本，如电影影野山野山就是根据贾平凹小说就是根据贾平凹小说鸡窝洼人家鸡窝洼人家改编的。改编的。 (2) (2)创造想象创造想象：创造想象是不以现成资料的描述：创造想象是不以现成资料的描述和图片的显示为依据，而和图片的显示为依据，而是根据自己头脑中原有的是根据自己头脑中原有的记忆表象，进行加工改造、分解、综合，从而独立记忆表象，进行加工改造、分解、综合，从而独立创造新形象的过程创造新形象的过程。创造想象常用的方式主要有具。创造想象常用的方式主要有具象想象、情化想象、层进想象、合成想象等。创造象想象、情化想象、层进想象、合成想象等。创造想象对于写作的意义特别重大。一切典型的艺术形想象对于写作的意义特别重大。一切典型的艺术形象，一切神奇美妙的艺术境界，都是从创造想象中象，一切神奇美妙的艺术境界，都是从创造想象中孕育、形成和完善的。如孕育、形成和完善的。如安娜安娜卡列尼娜卡列尼娜中的中的安娜都是作者创造想象的结晶。安娜都是作者创造想象的结晶。 (3) (3)幻想幻想：幻想是指向未来的特殊现象幻想是指向未来的特殊现象。较之创。较之创造想象，它离现实较远，幻想出来的东西不论怎样造想象，它离现实较远，幻想出来的东西不论怎样清晰鲜明，也不能马上付诸实现，而创造想象出来清晰鲜明，也不能马上付诸实现，而创造想象出来的东西可以很快付诸实现。幻想能产生令人想往的的东西可以很快付诸实现。幻想能产生令人想往的神话和科幻作品。神话和科幻作品。 (2) (2)想象的想象的新颖性新颖性。就是说想象不是简单地再现。就是说想象不是简单地再现一些已被自己或别人多次感知过的东西，而是以先一些已被自己或别人多次感知过的东西，而是以先前的阅历和经验为依据，大胆地去进行创造，构想前的阅历和经验为依据，大胆地去进行创造，构想出前所未有的新形象。这些新形象具有新鲜感，具出前所未有的新形象。这些新形象具有新鲜感，具有独创性。有独创性。 (1)(1)想象的想象的有意性有意性。就是说要善于控制想象的方。就是说要善于控制想象的方向，围绕一个中心去畅想，而不是无目的散漫的地向，围绕一个中心去畅想，而不是无目的散漫的地去乱想。去乱想。 3 3写作中运用想象需注意写作中运用想象需注意“四性四性”： (3) (3)想象的想象的丰富性丰富性。就是说想象的内容应该是饱。就是说想象的内容应该是饱满、充实的，要善于多角度、多方面地展开想象，满、充实的，要善于多角度、多方面地展开想象，唤起数量众多的生动的已有的表象，从而加工制作唤起数量众多的生动的已有的表象，从而加工制作成丰富多彩、瑰丽动人的新表象。成丰富多彩、瑰丽动人的新表象。 (4) (4)想象的想象的现实性现实性。就是说想象的东西虽是现实。就是说想象的东西虽是现实中没有的，但却扎根于现实，有现实依据，而不是中没有的，但却扎根于现实，有现实依据，而不是远离现实，脱离社会的空想。远离现实，脱离社会的空想。