新課標人教版高二必修宇宙的未來(人教版高二必修) 教案教學設計

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”。