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宇宙的未來教學(xué)設(shè)計
【教學(xué)目標(biāo)】
一、知識教育目標(biāo)
1．了解有關(guān)宇宙學(xué)的一些知識；
2．了解演講稿的一些特點。
二、能力培養(yǎng)目標(biāo)
1．學(xué)習(xí)舉辦科普講座，以提高講座的科學(xué)性、規(guī)范性；
2．通過和本單元前面的課文進(jìn)行比較，提高比較閱讀的能力。
三、德育滲透目標(biāo)
通過本文的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生對宇宙奧秘的探索熱情。
四、美育滲透目標(biāo)
引導(dǎo)學(xué)生體會這篇講演幽默的語言風(fēng)格，提高自己的思維和語言表達(dá)能力。
【重點、難點、疑點及解決辦法】
重點：
1．了解有關(guān)宇宙學(xué)的一些知識；
2．了解演講稿的一些特點。
難點：
1．學(xué)習(xí)舉辦科普講座，以提高講座的科學(xué)性、規(guī)范性；
2．通過和本單元前面的課文進(jìn)行比較，提高比較閱讀的能力。
【課時安排】1課時
【教學(xué)步驟】
一、明確目標(biāo)
1．了解有關(guān)宇宙學(xué)的一些知識；
2．了解演講稿的一些特點。
3．通過和本單元前面的課文進(jìn)行比較，提高比較閱讀的能力。
二、整體感知
1．導(dǎo)入新課
在當(dāng)今世界的自然科學(xué)領(lǐng)域，能夠和愛因斯坦比肩的人物恐怕應(yīng)當(dāng)首推史蒂芬霍金了，他不但做出了輝煌的科學(xué)成就，其堅強的意志品質(zhì)也深深地感染著我們，我們今天就來學(xué)習(xí)他的一篇演說辭《宇宙的未來》（板書課題）。
仰望燦爛的星空，我們會肅然起敬，產(chǎn)生無窮無盡的聯(lián)想和想像。從古到今，人們對于宇宙的猜測和探索從來也沒有停止過。如屈原在《天問》里就發(fā)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(shù)？天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？出自湯谷，次于蒙汜，自明及晦，所行幾里？"中國古代的宇宙學(xué)有渾天說、蓋天說、宣夜說等，西方有日心說、地心說等。然而直到20世紀(jì)誕生現(xiàn)代宇宙學(xué)，人們對宇宙的認(rèn)識才有了根本性的突破。本文作者是當(dāng)代著名的理論物理學(xué)家，他以"宇宙的未來"這樣玄而又玄的話題在劍橋大學(xué)作講演，對我們認(rèn)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后最杰出的物理學(xué)家。霍金1942年出生于英國牛津，先后就讀于牛津大學(xué)和劍橋大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理學(xué)和宇宙學(xué)。1963年，霍金經(jīng)診斷得了肌萎縮性側(cè)索硬化癥。這種病會引起肌肉萎縮，導(dǎo)致癱瘓；說話會越來越困難，直至完全喪失語言能力；患者通常因并發(fā)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(yī)生告訴霍金他最多只能活兩年。在經(jīng)歷了一段短暫的失望和沮喪后，霍金又開始了他的宇宙學(xué)研究。霍金后來在相對論、"大爆炸"和黑洞等領(lǐng)域取得了突出的研究成果�；艚�1988年出版的宇宙學(xué)著作《時間簡史：從大爆炸到黑洞》，是一部里程碑式的暢銷書�；艚鸨淮_診患病已三十多年，但他仍孜孜于宇宙起源的理論研究，仍在為大統(tǒng)一理論而耕耘不已�；艚瓞F(xiàn)任劍橋大學(xué)盧卡斯數(shù)學(xué)教授，這也是牛頓爵士曾擔(dān)任過的職位。
三、重點、難點的學(xué)習(xí)與目標(biāo)達(dá)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(yù)言將來是非常困難的，預(yù)言宇宙的將來尤其困難。雖然如此，科學(xué)家對此仍然滿懷信心。
課文第2段，作者卻話題一轉(zhuǎn)，考察起預(yù)言的歷史。提及預(yù)言，人們會不由自主地想到古代的巫術(shù)。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秘色彩，"而真正的技巧在于解釋"。近代宗教預(yù)言也是這樣，不斷用新的解釋來掩飾預(yù)言的失敗，如"首先要數(shù)出獲救者名單"等。那么，科學(xué)家的預(yù)言是不是也像古代的預(yù)言家一樣是一時的"騙術(shù)"呢？作者指出，"科學(xué)預(yù)言也許并不比那些巫師或預(yù)言家的更可靠些"，比如對天氣預(yù)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(zhǔn)確的判斷。但是，"宇宙在非常大的尺度下的未來"，還是可以預(yù)言的。
宇宙中的局部運動也許會出現(xiàn)混沌狀態(tài)，但宇宙在大尺度上是可以預(yù)測的。宇宙正在高速膨脹，其他星系正在飛速離我們遠(yuǎn)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溫度就不會如此一致。"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(yù)言宇宙遙遠(yuǎn)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。"如果宇宙的密度大于某個臨界值，引力吸引將最終使膨脹停止并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(tài)相似，"具有無限密度"，"物理定律在這種狀態(tài)下失效"。
這樣，預(yù)言宇宙的未來，"關(guān)鍵問題在于：平均密度是多少？如果它比臨界值小，宇宙就將永遠(yuǎn)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并不容易。把我們現(xiàn)在能看到的恒星質(zhì)量加起來，還不到臨界值的百分之一；即使加上"氣體云的質(zhì)量"，最多達(dá)到臨界值的百分之一。但是，我們能不能據(jù)此得出宇宙將永遠(yuǎn)膨脹下去的結(jié)論呢？還不能。因為宇宙中還存在許多暗物質(zhì)，這些暗物質(zhì)我們?nèi)庋劭床灰�，不能直接觀測到。黑洞就是這類暗物質(zhì)，它是超大恒星死亡的產(chǎn)物。霍金對黑洞的解釋是："空間一時間的一個區(qū)域，因為那兒的引力是如此之強，以至于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(zhì)量的星系或星系團繞之旋轉(zhuǎn)的東西，其質(zhì)量一定比這些星系和星系團大得多。
作者指出，根據(jù)現(xiàn)在的觀測研究，將這些暗物質(zhì)估算在內(nèi)，"仍然只達(dá)到要使宇宙重新坍縮的臨界質(zhì)量的百分之十左右"。于是有人擇原理和暴漲理論為之說，前者假設(shè)有多個宇宙共存，而我們所能理解的只是身處其中的一個；后者認(rèn)為宇宙可能采取一種非常規(guī)的方式突變，從一個微小的尺度很快達(dá)到臨界狀態(tài)。
歸根到底，宇宙的未來只有兩種命運：繼續(xù)膨脹，或可能收縮。這取決于宇宙現(xiàn)有的密度，所以，科學(xué)家在沒有稱算出宇宙的重量之前，不得不承認(rèn)"宇宙實際上是處在刀鋒上"，所以要繼承巫師或預(yù)言家的傳統(tǒng)："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(shù)和近代的宗教預(yù)言談起，引出話題，說明從科學(xué)的角度談?wù)撚钪娴奈磥硎欠浅?yán)肅的事，科學(xué)有別于宗教的地方是它的求實精神。探討宇宙是繼續(xù)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(guān)鍵，有關(guān)宇宙中物質(zhì)密度臨界值的探討，則把問題引向深入。最后，介紹兩種新的理論--人擇原理和暴漲理論，則體現(xiàn)了科學(xué)界最新的探索。作者從可見物質(zhì)談到暗物質(zhì)，從成熟的理論談到科學(xué)的假說，把問題講得透徹明白。最后沒有做出一個明確的預(yù)言，恰恰說明了他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
�。�2）怎樣理解本文的一些相關(guān)論述？
【明確】這是一篇科學(xué)講演，涉及較為復(fù)雜的背景知識。這些知識和講演的主題是密切相關(guān)的，如果不作必要的交待，講演的內(nèi)容就會顯得抽象和單薄。如，談到天氣預(yù)報、大腦工作原理都具有混沌性質(zhì)，來反襯宇宙在大尺度上是"平滑而非混沌"的；如，談到恒星的死亡（歸宿）引出黑洞，為宇宙中暗物質(zhì)的存在尋找理論支持；如，談到現(xiàn)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(guān)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(shù)，就達(dá)不到最佳的表達(dá)效果。這篇講演，除了推理嚴(yán)謹(jǐn)外，語言幽默也是其突出的特點。幽默的語言創(chuàng)造出一種輕松愉快的氣氛，更具有親和力，使所闡發(fā)的事理更容易為聽眾接受。如，談到輪賭盤的旋轉(zhuǎn)具有混沌性質(zhì)，作者說即使是物理學(xué)家也不能計算出它"出來的數(shù)字，否則的話，物理學(xué)家就會在賭場發(fā)財"，這就生動地說明了什么是混沌現(xiàn)象；如，最后一句話："所以我正是繼承那些巫師或預(yù)言者的良好傳統(tǒng)，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采取了審慎態(tài)度。
布置作業(yè)
完成"研討與練習(xí)一、二"。
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