宇宙的未來教案

宇宙的未來教案1

教學目標

一、知識教育目標

1、瞭解有關宇宙學的一些知識；

2、瞭解演講稿的一些特點。

二、能力培養目標

1、學習舉辦科普講座，以提高講座的科學性、規範性；

2、通過和本單元前面的課文進行比較，提高比較閲讀的能力。

三、德育滲透目標

通過本文的學習，激發學生對宇宙奧祕的探索熱情。

四、美育滲透目標

引導學生體會這篇講演幽默的語言風格，提高自己的思維和語言表達能力。

重點、難點、疑點及解決辦法

重點：

1、瞭解有關宇宙學的一些知識；

2、瞭解演講稿的一些特點。

難點：

1、學習舉辦科普講座，以提高講座的科學性、規範性；

2、通過和本單元前面的課文進行比較，提高比較閲讀的能力。

課時安排

1課時

教學步驟

一、明確目標

1、瞭解有關宇宙學的一些知識；

2、瞭解演講稿的一些特點。

3、通過和本單元前面的課文進行比較，提高比較閲讀的能力。

二、整體感知

1、導入新課

在當今世界的自然科學領域，能夠和愛因斯坦比肩的人物恐怕應當首推史蒂芬·霍金了，他不但做出了輝煌的科學成就，其堅強的意志品質也深深地感染着我們，我們今天就來學習他的一篇演説辭《宇宙的未來》（板書課題）。

仰望燦爛的星空，我們會肅然起敬，產生無窮無盡的聯想和想像。從古到今，人們對於宇宙的猜測和探索從來也沒有停止過。如屈原在《天問》裏就發出了一系列的探問：“遂古之初，誰傳道之？上下未形，何由考之？……九天之際，安放安屬？隅隈多有，誰知其數？天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？出自湯谷，次於濛汜，自明及晦，所行幾裏？”中國古代的宇宙學有渾天説、蓋天説、宣夜説等，西方有日心説、地心説等。然而直到20世紀誕生現代宇宙學，人們對宇宙的認識才有了根本性的突破。本文作者是當代著名的理論物理學家，他以“宇宙的未來”這樣玄而又玄的話題在劍橋大學作講演，對我們認識宇宙有哪些啟示呢？

2、作者簡介

史蒂芬·霍金是繼阿爾伯特·愛因斯坦之後最傑出的物理學家。霍金1942年出生於英國牛津，先後就讀於牛津大學和劍橋大學，學習數學、物理學和宇宙學。1963年，霍金經診斷得了肌萎縮性側索硬化症。這種病會引起肌肉萎縮，導致癱瘓；説話會越來越困難，直至完全喪失語言能力；患者通常因併發肺炎或窒息而死亡。不過，患者的思維能力包括記憶能力不受影響。醫生告訴霍金他最多隻能活兩年。在經歷了一段短暫的失望和沮喪後，霍金又開始了他的宇宙學研究。霍金後來在相對論、“大爆炸”和黑洞等領域取得了突出的研究成果。霍金1988年出版的宇宙學著作《時間簡史：從大爆炸到黑洞》，是一部里程碑式的暢銷書。霍金被確診患病已三十多年，但他仍孜孜於宇宙起源的理論研究，仍在為大統一理論而耕耘不已。霍金現任劍橋大學盧卡斯數學教授，這也是牛頓爵士曾擔任過的職位。

三、重點、難點的學習與目標達成過程

1、感知課文，明確本文的整體寫作思路。

在講演的開頭，作者就指出，預言將來是非常困難的，預言宇宙的將來尤其困難。雖然如此，科學家對此仍然滿懷信心。

課文第2段，作者卻話題一轉，考察起預言的歷史。提及預言，人們會不由自主地想到古代的巫術。女巫用“毒藥或火山溢出的氣體”把自己“弄得精神恍惚”，不過是為了增加一點兒神祕色彩，“而真正的技巧在於解釋”。近代宗教預言也是這樣，不斷用新的解釋來掩飾預言的失敗，如“首先要數出獲救者名單”等。那麼，科學家的預言是不是也像古代的預言家一樣是一時的“騙術”呢？作者指出，“科學預言也許並不比那些巫師或預言家的更可靠些”，比如對天氣預報、對“極端條件下物體的精確的定律”，以及對大腦的工作機制等，都還缺乏準確的`判斷。但是，“宇宙在非常大的尺度下的未來”，還是可以預言的。

宇宙中的局部運動也許會出現混沌狀態，但宇宙在大尺度上是可以預測的。宇宙正在高速膨脹，其他星系正在飛速離我們遠去。宇宙微波背景輻射證明了宇宙的膨脹大體上“是平滑的而非混沌的”，因為如果宇宙的膨脹率和平均密度不均勻，來自宇宙各個方向的宇宙微波背景輻射温度就不會如此一致。“這表明，宇宙的行為在非常大尺度下是簡單的，而不是混沌的。因此我們可以預言宇宙遙遠的未來。”

從目前的情況看，宇宙中星系之間的距離在增大，但是星系之間的引力吸引有可能降低膨脹率。“如果宇宙的密度大於某個臨界值，引力吸引將最終使膨脹停止並使宇宙開始重新收縮。宇宙就會坍縮到一個大擠壓。”“大擠壓”和“大爆炸”前的狀態相似，“具有無限密度”，“物理定律在這種狀態下失效”。

這樣，預言宇宙的未來，“關鍵問題在於：平均密度是多少？如果它比臨界值小，宇宙就將永遠膨脹。但是如果它比臨界值大，宇宙就會坍縮”。

但是，計算宇宙的平均密度並不容易。把我們現在能看到的恆星質量加起來，還不到臨界值的百分之一；即使加上“氣體雲的質量”，最多達到臨界值的百分之一。但是，我們能不能據此得出宇宙將永遠膨脹下去的結論呢？還不能。因為宇宙中還存在許多暗物質，這些暗物質我們肉眼看不見，不能直接觀測到。黑洞就是這類暗物質，它是超大恆星死亡的產物。霍金對黑洞的解釋是：“空間一時間的一個區域，因為那兒的引力是如此之強，以至於任何東西甚至光都不能從該處逃逸出來。”（見《時間簡史》一書所附《小辭典》）我們雖然看不見黑洞的存在，但可以通過觀察螺旋星系和星系團來判斷它們的存在：能使大質量的星系或星系團繞之旋轉的東西，其質量一定比這些星系和星系團大得多。

作者指出，根據現在的觀測研究，將這些暗物質估算在內，“仍然只達到要使宇宙重新坍縮的臨界質量的百分之十左右”。於是有人擇原理和暴漲理論為之説，前者假設有多個宇宙共存，而我們所能理解的只是身處其中的一個；後者認為宇宙可能採取一種非常規的方式突變，從一個微小的尺度很快達到臨界狀態。

歸根到底，宇宙的未來只有兩種命運：繼續膨脹，或可能收縮。這取決於宇宙現有的密度，所以，科學家在沒有稱算出宇宙的重量之前，不得不承認“宇宙實際上是處在刀鋒上”，所以要繼承巫師或預言家的傳統：“兩方下賭注，以保萬無一失。”

2、研讀課文，討論問題。

（1）作者是怎樣探討“宇宙的未來”的？

【明確】作者先從古代的巫術和近代的宗教預言談起，引出話題，説明從科學的角度談論宇宙的未來是非常嚴肅的事，科學有別於宗教的地方是它的求實精神。探討宇宙是繼續膨脹還是有可能收縮是這篇講演的主體部分，計算宇宙的密度又是這一主體部分的關鍵，有關宇宙中物質密度臨界值的探討，則把問題引向深入。最後，介紹兩種新的理論——人擇原理和暴漲理論，則體現了科學界最新的探索。作者從可見物質談到暗物質，從成熟的理論談到科學的假説，把問題講得透徹明白。最後沒有做出一個明確的預言，恰恰説明了他嚴謹的科學態度。

（2）怎樣理解本文的一些相關論述？

【明確】這是一篇科學講演，涉及較為複雜的背景知識。這些知識和講演的主題是密切相關的，如果不作必要的交待，講演的內容就會顯得抽象和單薄。如，談到天氣預報、大腦工作原理都具有混沌性質，來反襯宇宙在大尺度上是“平滑而非混沌”的；如，談到恆星的死亡（歸宿）引出黑洞，為宇宙中暗物質的存在尋找理論支持；如，談到現存宇宙對初始密度的極度敏感，引出了“人擇原理”等等。這些相關的論述，或從對立面凸顯觀點，或從縱深面強化觀點，使論證豐富多彩。

（3）這篇講演在語言上具有怎樣的特點？

【明確】講演是面對面的交流，這種交流又是單向度的，如果不注意講演的語言藝術，就達不到最佳的表達效果。這篇講演，除了推理嚴謹外，語言幽默也是其突出的特點。幽默的語言創造出一種輕鬆愉快的氣氛，更具有親和力，使所闡發的事理更容易為聽眾接受。如，談到輪賭盤的旋轉具有混沌性質，作者説即使是物理學家也不能計算出它“出來的數字，否則的話，物理學家就會在賭場發財”，這就生動地説明了什麼是混沌現象；如，文章最後一句話：“所以我正是繼承那些巫師或預言者的良好傳統，兩方下賭注，以保萬無一失。”兼有諷刺與幽默，對宇宙未來命運的判斷採取了審慎態度。

佈置作業

完成“研討與練習一、二”。

宇宙的未來教案2

教材分析：

本文是英國理論物理學家霍金1991年1月在劍橋大學的一次講演錄。霍金運用天體物理理論，對宇宙的未來作了科學的預測，得出宇宙或膨脹或坍縮取決於宇宙的平均密度的結論。文章涉及很多關於宇宙學的知識，但演講者卻從巫師和宗教預言談起，通過嚴密的語言和生動的比喻等，將深奧的科學問題講得深入淺出，這是教學中應重點關注的。

學情分析：

學生高一時學過《宇宙的邊疆》一文，對順利學習本文已有了一定的知識積累和閲讀經驗；尤其是孩子們對未知世界有着強烈的好奇心和探索欲，這是教學時可資開發的寶貴資源。

教學目標：

1、理清文章思路，概括內容要點，理解文中重要信息的內涵。

2、學習、欣賞本文嚴密的語言和生動的比喻，能夠加以靈活運用。

3、瞭解關於宇宙學的基本知識，激發探索未知世界的興趣，培養科學精神，提高思辨能力。

教學方法：自主學習、合作探究為主，點撥引導為輔，配合適當練習。

教學用具：多媒體教學課件。

課時安排：1課時。

教學程序：

一、導入新課。

投影幻燈1：

屍佼《屍子》：上下四方曰宇，往古來今曰宙。

屈原《天問》：遂古之初，誰傳道之？上下未行，何由考之？……九天之際，安放安屬？隅隈多有，誰知其數？

帕斯卡爾：人是一根能思想的葦草。

板書課題：宇宙的未來

學生簡介霍金，老師適當補充、強調：人類自古而今對宇宙的不斷追問與求索。

問題1：如果選擇註釋①霍金簡介中的兩個詞或短語來描述你所知道的霍金你會選擇哪兩個？

投影幻燈2：

當代的愛因斯坦

身殘志堅

要點：霍金輝煌的科學成就與堅強的意志品質。

設計意圖：激趣，培養準確整合信息能力。

二、自主學習。學生速讀課文，解決下列問題。

1、投影幻燈3：

根據課文有關內容將下列空缺處補充完整。

本文是霍金1991年1月在劍橋大學的一次講演錄。這篇演講從 和

的預言説起，然後過渡到自己對 的科學預言，結構嚴謹，重點突出。作者預測宇宙或將 ，或將 ，這取決於

，而現在，所以兩種結果都可能發生。

2、投影幻燈4：

思考：

（1）作者認為“科學預言也許並不比那些巫師或預言家更可靠些”，又説“我們

認為可以做可靠的預言”，兩者是否矛盾？為什麼？

（2）作者最後説“兩方下賭注，以確保萬無一失”，這和巫師、宗教預言有何

不同？

學生獨立思考，然後與同學交流，不同理解可以討論。老師點撥思路、方法，對“微波背景”“平均密度”“暗物質”“黑洞”“人擇原理”等重要信息可以發動學生明確或給以提示，幫助理解，對於學生提出的疑難問題要妥善處理。

投影幻燈5：

微波背景(相同）→平均密度（相同） →（可以預言）

暗物質（引力） →（小）→膨脹（大）坍縮

設計意圖：理清思路，突出重點，培養獨立思考精神。

三、合作探究。

投影幻燈6：

説説加點詞語的作用，體會作者嚴密的語言，探究怎樣使語言表達更加嚴密。

1、它會是一部對未來預言的歷史，幾乎所有這些預言都是大錯特錯的。

2、那些定律在理解宇宙如何起始方面很重要，但是它不影響宇宙的未來演化，除非直到宇宙坍縮成一種高密度的狀態。

學生先獨立思考，然後小組內交流，探究怎樣可以使語言表達更加嚴密。老師指導，明確方法：加個限制或加個條件等。

板書：嚴密

投影幻燈7：

試給下列詞語加上適當的內容，使表達更加嚴密。

1、一個好教練就是一支好球隊。

2、沒有打不好的比賽，只有不合格的教練。

3、進攻是最好的防守。

設計意圖：體會科學語言的嚴密性，提高語言表達能力。

投影幻燈8：

賞析下列語句，説説在表現手法上有何的相同點，探究其在表達上的作用。

1、如果你稍微改變一下你旋轉輪賭盤的方式，就會改變出來的數字。你在實際上不可能預言出來的數字，否則的話，物理學家就會在賭場發財。

2、對我們而言，時空是顯得四維的，而在M理論是十維或者十一維的，這是怎麼回事呢？為什麼我們不能觀察到另外的六或七維呢？這個問題的傳統的，也是迄今仍被普遍接受的答案是，額外維全部被捲曲到一個小尺度的空間中，餘下四維幾乎是平坦的。它就像人的一根頭髮，如果你從遠處看它，它就顯得像是一維的線。但是如果你在放大鏡下看它，你就看到了它的粗細，頭髮的的確確是三維的。在時空的情形下，足夠高倍數的放大鏡應能揭示出彎卷的額外維數，如果它存在的話。

（霍金《膜的新奇世界》）

學生思考討論上述語句的含義，探究比喻的重要作用。老師點撥，明確，適當參與討論，指導學生了解並體會霍金科學語言的形象性特點。鼓勵學生在文中找出其他的例子加以賞析。板書：生動

設計意圖：體會生動形象的語言在科普作品中的重要作用，激發閲讀霍金、走近霍金的興趣。

四、課堂小結。

投影幻燈9：

1、已知的事物是有限的，未知的事物是無窮的；我站立在茫茫無邊神祕莫測的汪洋中的一個小島上，繼續開拓是我們每一個人的職責。（英·赫胥黎）

2、2061年，76年公轉一圈的哈雷彗星再次如約迴歸，它看到的人類社會將是一個更加崇尚科學的世界。（美·《為全體美國人的科學：達到科學、數學和技術脱盲的2061計劃報告書》）

學生交流學習本課的感受。老師適當補充：科學的傳承與創新。若時間緊可以略。

投影幻燈10：

1、道生一，一生二，二生三，三生萬物。

（老子《道德經》第42章）

2、有物混成，先天地生。寂兮寥兮，獨立不改，周行而不殆，可以為天下母。吾不知其名，字之曰道，強為之名曰大。大曰逝，逝曰遠，遠曰反。

（老子《道德經》第25章）

要點：人類若要真正瞭解宇宙，除了靠自然科學的發展，還應從2500年前中國的老子那裏尋找智慧。

設計意圖：培養科學精神，使本課教學主旨得以昇華。