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一名物理學(xué)家的教育歷程

發(fā)布時(shí)間:2019-08-17

一名物理學(xué)家的教育歷程

【背景資料】
一、作者介紹
加來(lái)道雄,美籍日裔物理學(xué)家,畢業(yè)于美國(guó)哈佛大學(xué),獲加利福尼亞大學(xué)伯克利分校哲學(xué)博士學(xué)位,后任紐約市立大學(xué)城市學(xué)院理論物理學(xué)教授。主要著作有《超越愛(ài)因斯坦》(與特雷納合著)《量子場(chǎng)論》《超弦導(dǎo)論》。
二、相關(guān)知識(shí)
為了更好地理解課文,我們需要了解一些相關(guān)的理論物理學(xué)知識(shí):
(1)統(tǒng)一場(chǎng)論
根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)知識(shí),將我們的宇宙結(jié)合起來(lái)的力有四種:引力、電磁力、強(qiáng)核力和弱核力。物理學(xué)家運(yùn)用量子力學(xué),已經(jīng)把后三種力統(tǒng)一起來(lái)(美籍華裔物理學(xué)家楊振寧和他的學(xué)生米爾斯提出楊一米爾斯場(chǎng)理論,解決了這一問(wèn)題,被稱為“標(biāo)準(zhǔn)模型”。但是這一理論因?yàn)橛?jì)算繁復(fù)無(wú)比而讓人頭疼),但是引力仍然游離在外。愛(ài)因斯坦畢終生之力想尋求四種力的統(tǒng)一,建立一個(gè)大一統(tǒng)的理論,最終也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。
(2)高維空間
現(xiàn)代理論物理學(xué)認(rèn)為,統(tǒng)一四種力的前景,在于高維空間(如十維或更高)理論的確立。比如對(duì)于古人來(lái)講,風(fēng)暴是怎樣產(chǎn)生的,風(fēng)暴會(huì)襲擊什么地方,什么時(shí)候襲來(lái),什么時(shí)候結(jié)束,他們是一無(wú)所知的,因?yàn)樗麄兩钤谄教沟拇蟮厣,只能靠肉眼從近似于二維平面的角度來(lái)觀察,即使有簡(jiǎn)單的預(yù)報(bào),也都是靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)推測(cè)的,F(xiàn)在有了氣象衛(wèi)星,從太空這樣三維角度觀察地球,在地面上看來(lái)神秘莫測(cè)的風(fēng)暴被看得一清二楚,可以精準(zhǔn)地預(yù)報(bào)風(fēng)暴的動(dòng)向。同樣,理論物理學(xué)家認(rèn)為,傳統(tǒng)的四維(空間三維加上時(shí)間)理論太“小”,不能解釋宇宙中的四種力。當(dāng)他們超越四維而在更高維(如十維或更高)中尋求統(tǒng)一這四種力時(shí),就能得到一種簡(jiǎn)單、漂亮的解決模型(科學(xué)家認(rèn)為宇宙應(yīng)該是簡(jiǎn)單、合諧的)。
高維空間理論認(rèn)為,宇宙大爆炸后10-43秒,十維宇宙分解成四維宇宙和六維宇宙,四維宇宙暴脹,經(jīng)過(guò)近一百五十億年,演變成今天我們生活的宇宙。大爆炸后10-35秒,大統(tǒng)一力分開(kāi)。但是高維空間理論很難在實(shí)驗(yàn)室中得到證實(shí),因?yàn)橐M當(dāng)時(shí)的環(huán)境,需要的能量太大,根本無(wú)法做到,所以現(xiàn)在高維空間理論只能是“理論”。
【示范教案

一名物理學(xué)家的教育歷程

【教學(xué)目標(biāo)】
一、知識(shí)教育目標(biāo)
引導(dǎo)學(xué)生從生活出發(fā),了解科學(xué)、認(rèn)識(shí)科學(xué)。
二、能力培養(yǎng)目標(biāo)
引導(dǎo)學(xué)生以“教育歷程”為重點(diǎn),探討其中表現(xiàn)的思想內(nèi)涵。
三、德育滲透目標(biāo)
引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)科學(xué)精神。
【重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決辦法】
高維空間對(duì)普通人來(lái)說(shuō),是很難想像的。所以,教學(xué)重點(diǎn)是文章內(nèi)容,而不是相關(guān)的科學(xué)知識(shí)。相關(guān)知識(shí)教師有所了解,能幫助教學(xué)課文即可,不必教授給學(xué)生。
【課時(shí)安排】1課時(shí)
【教學(xué)步驟】
一、導(dǎo)入新課
成為一位科學(xué)家是無(wú)數(shù)有志青年的夢(mèng)想,對(duì)物理的探究更是許多年輕的學(xué)子孜孜以求的,我們來(lái)看一下加來(lái)道雄的成長(zhǎng)道路,或許能得到一些啟發(fā)。
(板書)一名物理學(xué)家的教育歷程
二、明確目標(biāo)
1.引導(dǎo)學(xué)生從生活出發(fā),了解科學(xué)、認(rèn)識(shí)科學(xué)
2.引導(dǎo)學(xué)生以“教育歷程”為重點(diǎn),探討其中表現(xiàn)的思想內(nèi)涵。
三、整體感知
1.作者簡(jiǎn)介
加來(lái)道雄,美籍日裔物理學(xué)家,畢業(yè)于美國(guó)哈佛大學(xué),獲加利福尼亞大學(xué)伯克利分校哲學(xué)博士學(xué)位,后任紐約市立大學(xué)城市學(xué)院理論物理學(xué)教授。主要著作有《超越愛(ài)因斯坦》(與特雷納合著)《量子場(chǎng)論》《超弦導(dǎo)論》。

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