《黑洞旅行》的教學(xué)設(shè)計(jì)
一。導(dǎo)入：
2001年美國(guó)富豪蒂托支付2000萬美元登上太空，成為自費(fèi)登上太空的第一人。2002年南非富翁沙特爾沃思成為第二位“自費(fèi)”的太空游客。。假如我愿意為你提供贊助，讓你到太空之外一個(gè)叫黑洞的地方去旅行（板書：黑洞旅行）你愿意去嗎？（學(xué)生眾說紛紜）其實(shí)，能不能去黑洞，我們首先還要問問當(dāng)代最杰出的理論物理學(xué)家霍金。
本文是霍金于1988年4月到伯克萊的加利福尼亞大學(xué)希奇拉克的演講，原題是“黑洞和嬰兒宇宙（節(jié)選）”�！奥眯小毙蜗笾庇^，黑洞表明了闡述的對(duì)象．它既是一篇學(xué)術(shù)論文。，又是一篇科技小品．作者把深?yuàn)W難懂的科學(xué)道理講得淺顯易懂，把黑洞的來龍去脈分析得頭頭是道，給人以豐富的天體知識(shí)，是不屈的霍金沖刺宇宙學(xué)、沖刺命運(yùn)的杰作．本文深入淺出，有著嚴(yán)密的邏輯性，具有震憾人心的力量；說明方法靈活多樣，值得好好學(xué)習(xí)．
二、教師范讀前四段，提問：
�、僮髡卟捎谩吧晕⑤p率的語氣”表達(dá)了什么觀點(diǎn)？
[提示：勾畫1—3段的關(guān)鍵語句，而后整合。]
“現(xiàn)在黑洞已在事實(shí)上被說成是科學(xué)的現(xiàn)實(shí)，而非科學(xué)的幻想�！�
……預(yù)言黑洞必然存在的。
“科學(xué)幻想家他們?yōu)槟忝枋鋈绻阏娴牡舻揭活w黑洞中去將會(huì)發(fā)生什么�！薄拔乙浅＿z憾地告訴未來的星系旅行家們，這個(gè)場(chǎng)景是行不通的。”
總結(jié)：黑洞確實(shí)存在，黑洞旅行有可能，但目前行不通。
�、谌绾卫斫獾谒亩卧谌闹械淖饔�？
明確：從結(jié)構(gòu)上看，本文為過渡段，承上啟下，承接上文有關(guān)話題及自己的見解，再次明確自己的結(jié)論來源．既然如此明確，勢(shì)必引起別人的興趣及疑問，便自然過渡到下文，剖析黑洞理論。
③為了講清黑洞的形成原理，作者涉及了哪些理論？
學(xué)生帶著問題自主瀏覽其余各段，明確：
約翰·米歇爾的引力對(duì)光線的不自洽理論黑洞存在的可能性
→廣義相對(duì)論下的引力光線效應(yīng)之自洽理論黑洞的形成、白洞（愛因斯坦）
—→量子力學(xué)的不確定性原理（逃逸——嬰兒宇宙）
�、茏髡呤窃鯓舆\(yùn)用這些理論來說明黑洞形成的原理的．
�、菔裁词呛诙�？討論這個(gè)問題時(shí)教師可根據(jù)學(xué)生情況從以下兩法中任選一種；
�、抛寣W(xué)生在現(xiàn)有的一些論述的基礎(chǔ)上，說出自己體會(huì)到的黑洞，例：
所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來。
“黑洞”原來是超強(qiáng)磁場(chǎng)
黑洞是一個(gè)空間——時(shí)間區(qū)域，它的最外圍是光所能從黑洞向外到達(dá)的最遠(yuǎn)距離，這個(gè)邊界稱為“事件視界”。它如同一個(gè)單向的膜，只允許物質(zhì)穿過視界并落到黑洞里去，但沒有任何物質(zhì)能夠從里面出來！
黑洞即演變到最后階段的恒星，由中子星進(jìn)一步收縮而成。霍金的研究表明存在著黑洞輻射。
�、朴蓪W(xué)生表情朗讀一篇知識(shí)短文《黑洞》，同時(shí)配以一首適宜的NewAgeMusic輕音樂（例日本新世紀(jì)音樂家喜多郎（KITARO）的專輯《天界》（AstralVoyage）中的樂曲）。學(xué)生聽完后展開討論。
三、作文
�、�、想像作文：雖然霍金認(rèn)為“目前行不通”但我們不妨可以先“神游”一回，請(qǐng)同學(xué)們運(yùn)用逆向思維，發(fā)揮想像，寫一篇“假如我去黑洞旅行”或“我的黑洞之行”的文章。
�、�、聯(lián)想作文：自然界有“黑洞”，社會(huì)生活中有沒有比喻意義上的“黑洞”呢？答案無疑是有的（可用媒體有關(guān)這方面的報(bào)導(dǎo)和席慕蓉的詩《夏夜的傳說》中的有關(guān)詩句進(jìn)行啟發(fā)），請(qǐng)以《我身邊的黑洞》為題寫一篇作文。
�。ㄒ陨蟽蓚�(gè)作文題可由學(xué)生任選其一，若當(dāng)堂完成不了可留作第二課時(shí)開始時(shí)的作業(yè)，并在完成后當(dāng)堂展讀。）
附錄：附錄一黑洞
“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”，其實(shí)不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來。根據(jù)廣義相對(duì)論，引力場(chǎng)將使時(shí)空彎曲。當(dāng)恒星的體積很大時(shí)，它的引力場(chǎng)對(duì)時(shí)空幾乎沒什么影響，從恒星表面上某一點(diǎn)發(fā)的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半徑越小，它對(duì)周圍的時(shí)空彎曲作用就越大，朝某些角度發(fā)出的光就將沿彎曲空間返回恒星表面。等恒星的半徑小到一特定值（天文學(xué)上叫“史瓦西半徑”）時(shí)，就連垂直表面發(fā)射的光都被捕獲了。到這時(shí)，恒星就變成了黑洞。說它“黑”，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去，“似乎”就再不能逃出。實(shí)際上黑洞真正是“隱形”的`，等一會(huì)兒我們會(huì)講到。
那么，黑洞是怎樣形成的呢？其實(shí)，跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒星演化而來的。我們?cè)?jīng)比較詳細(xì)地介紹了白矮星和中子星形成的過程。當(dāng)一顆恒星衰老時(shí)，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料（氫），由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最后形成體積小、密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽的質(zhì)量。如果超過了這個(gè)值，那么將再?zèng)]有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。這次，根據(jù)科學(xué)家的猜想，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直至成為一個(gè)體積趨于零、密度趨向無限大的“點(diǎn)”。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度（史瓦西半徑），正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術(shù)”，人們無法直接觀察到它，連科學(xué)家都只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的。這是一個(gè)最基本的常識(shí)。可是根據(jù)廣義相對(duì)論，空間會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。這時(shí)候，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線，而是曲線。形象地講，好像光本來是要走直線的，只不過強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來的方向。在地球上，由于引力場(chǎng)作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。
這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失，可另一部分光線會(huì)通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達(dá)地球。所以，我們可以毫不費(fèi)力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時(shí)看到它的側(cè)面、甚至后背！“黑洞”無疑是本世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性、也最讓人激動(dòng)的天文學(xué)說之一。許多科學(xué)家正在為揭開它的神秘面紗而辛勤工作著，新的理論也不斷地提出。不過，這些當(dāng)代天體物理學(xué)的最新成果不是在這里三言兩語能說清楚的。有興趣的朋友可以去參考專門的論著。