1、宇宙的未来（备课教师蔡正良）一、内容及其解析本节课要学的内容宇宙的未来指的是著名量子物理学家霍金的自然科学小论文，是一篇科学论文，其核心是对宇宙的未来进行科学预测的主要观点和推论。学生已经在本单元学过这类文章，本节课的内容只是前两课的巩固。因为它关系到学生的科学探索精神的培养和高考作文素材的积累，所以它在本学科中处于一般地位，有培养学生科学探索精神和积累写作素材的作用。教学的重点是理解文章主要的观点和推论，理解霍金对科学的执着态度，感受作者的科学精神，增进自己的科学素养。其中解决重点的关键是要让学生找出体现观点和推论的句子，并由此理清思路，把握作品的主旨。二、目标及其解析1、目标定位： A.理
2、解文章主要的观点和推论。B.把握文章幽默、风趣的语言特点。C.理解霍金对科学的执着态度。D.感受作者的科学精神，增进自己的科学素养。2、目标解析： A.理解就是要用理性的心态、辩证的思维去思考、推断作者的观点，认识作者追求科学的态度。B.把握就是要在品味作品语言的基础上掌握其风格特点，学会比喻论证等论证方法，并能运用于写作之中。C.感受就是要感觉到作者从事科学研究的极端困难，并受到鼓舞。三、问题诊断及其分析在本节课的教学中，学生可能遇到的困难是本文专业性强，欧化语言明显，阅读起来非常吃力，难读、难懂。产生这一困难的原因是高考试卷上的科技说明文、科技论文只有三四段，考生读起来已经非常吃力，而这里
3、却有整整 26 段，是前者的六七倍。要解决这一困难，一方面要让学生充分阅读，自主探究，但同时也要积极发挥教师的引导作用，将学生由浅入深地引导下去。其中关键是要告诉学生运用不求甚解的读书方法，化繁为简。四、教学支持条件分析为了加深学生对宇宙的感性认识和对宇宙大爆炸的了解，本节课准备使用多媒体，播放太阳系模型、有关宇宙整体情况的视频资料、霍金演讲视频资料。五、教学过程设计（一）导入在当今世界的自然科学领域，能够和爱因斯坦比肩的人物恐怕应当首推史蒂芬霍金了，他不但做出了辉煌的科学成就，其坚强的意志品质也深深地感染着我们，我们今天就来学习他的一篇演说辞宇宙的未来 （板书课题） 。仰望灿烂的星空，我们会
4、肃然起敬，产生无穷无尽的联想和想像。从古到今，人们对于宇宙的猜测和探索从来也没有停止过。如屈原在天问里就发出了一系列的探问：“遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？九天之际，安放安属？隅隈多有，谁知其数？天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？出自汤谷，次于蒙汜，自明及晦，所行几里？”中国古代的宇宙学有浑天说、盖天说、宣夜说等，西方有日心说、地心说等。然而直到 20 世纪诞生现代宇宙学，人们对宇宙的认识才有了根本性的突破。本文作者是当代著名的理论物理学家，他以“ 宇宙的未来” 这样玄而又玄的话题在剑桥大学作讲演，对我们认识宇宙有哪些启示呢？（二）作者介绍斯蒂芬.霍金，是本世纪享有国际盛誉的伟
5、人之一，现年 60 多岁，出生于伽利略逝世周年纪念日，剑桥大学应用数学及理论物理学系教授，当代最重要的广义相对论和宇宙论家。70 年代他与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理，为此他们共同获得了 1988 年的沃尔夫物理奖。他因此被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家” 。他还证明了黑洞的面积定理。他担任的职务是剑桥大学有史以来最为崇高的教授职务，那是牛顿和狄拉克担任过的卢卡逊数学教授。他拥有几个荣誉学位，是皇家学会会员。他因患卢伽雷氏症（肌萎缩性侧索硬化症） ，禁锢在一张轮椅上达 20 年之久，他却身残志不残，使之化为优势，克服了残废之患而成为国际物理界的超新星。他不能
6、写，甚至口齿不清，但他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的“几何之舞” 。尽管他那么无助地坐在轮椅上，他的思想却出色地遨游到广袤的时空，解开了宇宙之谜。 霍金教授也是现代科普小说家，他的代表作是 1988 年撰写的时间简史 ，这是一篇优秀的天文科普小说。作者想象丰富，构思奇妙，语言优美，字字珠玑，更让人咋惊世界之外，未来之变，是这样的神奇和美妙。这本书至今累计发行量已达 2500 万册，被译成近 40 种语言。1992 年耗资 350 万英镑的同名电影问世。霍金坚信关于宇宙的起源和生命的基本理念可以不用数学来表达，世人应当可以通过电影这一视听媒介来了解他那深奥莫测的学说。本书是
7、关于探索时间本质和宇宙最前沿的通俗读物，是一本当代有关宇宙科学思想最重要的经典著作，它改变了人类对宇宙的观念。本书一出版 即在全世界引起巨大反响。 时间简史对我们这些喜用言语表达甚于方程表达的读者而言是一本里程碑式的佳书。它长于一个对人类思想有接触贡献者之手，这是一本对知识无限追求之作，是对时空本质之谜不懈探讨之作。 （三）正音识字辨义 1、识读字音 恍 hung 惚 尴尬 gng 混饨 hndn 坍 tn 缩 迄 q 今 沮 j 丧 告罄 qng 不可逾 y 越 臭名昭 zho 著 模棱 lng 两可 2、字形辨析 沮：沮丧 棱 ：模棱两可 沌：混沌 辐：辐射 咀：咀嚼 凌：凌云壮志 炖：清
8、炖 幅：幅员3、分辨词义 限制制约限制：规定范围，不许超过；规定的范围。制约：甲事物本身的存在和变化以乙事物的存在和变化为条件，则甲事物为乙事物所制约。效果结果效果：由某种力量、做法或因素产生的结果（多指好的） ；指演出时人工制造的风雨声、枪炮声（音响交果）和日出、下雪（光影效果）等。结果：在一定阶段，事物发展所达到的最后状态。寻求寻觅寻求：寻找追求。寻觅：寻找。探究探索探究：探索研究，探询追究。探索：多方寻求答案，解决疑问。（4）理解词义咒语：信仰某些宗教的人以为念着可以除灾或降灾的语句，或者是希望人不顺利的话。崩溃：完全破坏；垮台。辐射：从中心向各个方向沿着直线伸展出去；热的传播方式的一种
9、，从热源沿直线向四周发散出去。坍缩：指山坡、河岸、建筑物或堆积的东西倒下来。混沌：我国传说中指宇宙形成以前模糊一团的景象。尴尬：（神色、态度）不自然。倚重：倚靠，器重。告罄：指能源枯竭。黑洞：一种特殊的天体，是时间空间的一个区域。它的基本特征是有一个封闭的视界。由于引力过于强大，就连光也不能从中逃逸出来，所以黑洞是看不见的。模棱两可：指不表示明确的态度或没有明确的主张。模棱，含糊，不明确；两可，可以这样，也可以那样。感恩戴德：感激别人的恩惠和好处。戴，尊奉，推崇。（四）宇宙学说简介1、中国古代对宇宙的关注与研究 中国古代的宇宙学说，有浑天说、盖天说、宣夜说等。浑天说认为， “浑天如鸡子，天体圆
10、如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。 ”(张衡浑仪注) 盖天说认为， “天似盖笠，地法覆盘”(晋书天文志)，天地都是穹形的，如同一个同心的球穹，相距八万里。宣夜说认为， “天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼瞀精绝，故苍苍然也。 ”(晋书天文志)就是说“天”不是一个固体的“天穹” ，不过充满了无边无际的气体，日月星辰都在这气体中浮动。 在西方，古希腊人也有多种宇宙学说。公元前 600 年左右，住在米利都的古希腊哲学家泰利斯认为地球是一个圆盘，漂浮在一片汪洋中。他的弟子阿那克西曼德认为天空是包围地球的一个球层，恒星在内层，太阳和月
11、亮在外层。毕达哥拉斯认为，地球、月亮、太阳、行星和恒星都在一个同心球上围绕中央作为旋转。托勒密总结了古希腊的天文学成就，著天文学大成 ，认为地为球形，静止不动，处于宇宙的中心，其他天体围绕地球运行，创立了“地心说” ，统治西方天文学界一千四百多年，直到波兰天文学家哥白尼在 16 世纪发表天体运行论 ，创立日心说。17 世纪，意大利物理学家和天文学家伽利略亲手制造天文望远镜，开拓了人们的天文视野。德国天文学家开普勒提出了行星运动的三大定律，英国物理学家牛顿用力学的引力原理解释开普勒的行星运动定律，创立了天体力学。2、宇宙大爆炸理论简介 现代宇宙学最有影响的学说是大爆炸宇宙学。大爆炸宇宙学认为，宇
12、宙早期温度极高(在 100 亿度以上)，物质密度极大。在那里，物质被压缩成一个奇点，时间和空间都毫无意义。大约 200 亿年前，发生“爆炸” ，温度逐渐冷却，形成各种各样的恒星体系，也就是我们今天所能观测到的宇宙。 宇宙大爆炸学说是逐渐形成的。20 世纪初，爱因斯坦的相对论改变了科学家研究宇宙的方法。1927 年，比利时天文学家勒梅特第一个提出了动态宇宙模型，认为宇宙是从一种“原始原子”不断分裂、膨胀形成的。他推测：如果宇宙中物质的质量小于某个临界值，宇宙就会继续膨胀下去，成为“开放的宇宙” ；反之，就会坍缩，成为“闭合的宇宙” 。1948 年，出生在俄国的美籍物理学家伽莫夫发展了这一理论，提
13、出了“大爆炸”学说。 大爆炸学说得到了以下天文观测的支持。(1)河外星系有系统地谱线红移(课文中涉及到)。1917 年，美国天文学家斯里弗发现河外星系谱线有系统地向红端移动，表明这些遥远的天体正在离我们远去。1929 年，美国天文学家哈勃发现，几乎所有的星系都有红移现象。星系距离越远，红移越大。这种红移与距离之间的线性关系，称为哈勃定律。(2)在各种不同的天体上，氦的密度相近，大都是30%。根据大爆炸理论，早期宇宙温度很高，所以产生氦的效率也很高。(3)测定各种天体的年龄，均小于 200 亿年。(4)宇宙微波背景辐射的发现。 3、黑洞解答 究竟什么是黑洞?黑洞是由具有极大质量的超巨星在塌陷时所
14、形成的，恒星的核心在本身重量的影响下非常快速的收缩，并释放出强劲的暴发能量，如果核心物质大得使塌陷无限地继续下去，便产生了黑洞，在重力巨大的挤压下，所留下的物质有难以想像的高密度。由于黑洞的质量非常大，使得它们具有强大的重力场，这些力量大的连光线也无法逃出它的手掌心，这也就是为什么它要叫做黑洞的原因了，在它的边界內你看不到任何东西。 “黑洞” ，顾名思义就是一个漆黑的洞。因其引力过强，以至于连自己发出的光线都无法由其中逃脫而出。就连光线由外射入 ，也像射入无底洞。然而大质量塌缩的恒星是如何到达此情境的呢?试想一物体于一塌缩星的表面，随著恒星塌落而凝缩，不停的靠向中心，重力愈来愈强。(天体的重力
15、离中心愈近愈大)而恒星愈收缩，要离开它的表面速度要求愈大。当恒星塌缩到到光速时，已几乎无任何物体可逃脫而出。而塌缩到光速都无法逃出时，任何物体都不可能再从黑洞中出来。当恒星塌缩到此一境界时，这时黑洞所呈现的半径就称为史瓦西半径 。假设地球也做如此的塌缩，那此时地球的史瓦西半径就为一厘米宽。但恒星并非一定凝缩到此程度才形成不可逃脫的表面。质量愈大，其史瓦西半径內的物质密度愈小。如质量是太阳一亿倍的，缩到水的密度便达到史瓦西半径了。 黑洞是一去不复返的深渊，但在靠近黑洞时，由于时间的延滞，会发生许多奇妙的事。黑洞旅行者穿越事界，按他的计时系统来說，只是很短的时间，但对远方的观测者来說，其结果却是恰
16、恰相反。他看见愈近事界，宇航员的身影愈薄，接近事界愈缓慢。火箭无限靠近事界，但总不能到达。外界的人看事界亦为如此，也是越塌缩越缓慢，形状也越朦胧，塌缩星就像是渐渐凝住了，所以以前把这现象叫做塌缩星凝止 。凝止的界面就称为凝止界面(Static limit)。而当塌缩接近事界时，星光迅速黯淡。对于是太阳质量十倍的星，就在凝止那一剎那，在百万分之四秒內全部化为乌有。所以我们无从得知黑洞是如何形成的。然而黑洞周围的时空弯曲的性质，对人的寿命有特殊影响。它周围的时间进度缓慢，也许这可以做为一种变时机制，勇敢涉足于事界边缘也许可以不老不死。但在黑洞的边缘要求很大的加速度。愈靠近黑洞，要求的加速度越大，时
17、间延滞也越厉害。理论上，黑洞的质量并没有多大或多小的限制。任何大小的质量如果被压缩到足够高的密度，在理论上都有可能形成黑洞。我们认为大多数实际存在的黑洞是有大质量的恒星死亡后产生的，所以我们认为那些黑洞和那些大质量的恒星一样重。一个恒星级黑洞的典型质量差不多是太阳的十倍，或者说是 10(30)千克。天文学家们也认为许多星系的中心都有质量巨大的黑洞。它们的质量大约是太阳的一百万倍，或者说是 10(36)千克。 （五）整体感知请同学们为宇宙的未来的自然段标上序号。共是多少段？（26 段）问题 1：宇宙的未来 这篇文章很长而且其中牵涉到许多陌生的内容。然而，它回答的却是一个古老而又引人的问题，即“宇
18、宙从哪里来，又将到哪里去” 。那么，作者的思路是怎样的？（宇宙的未来是可以预言的怎样预言宇宙的未来宇宙的未来结果如何）霍金在宇宙的琴弦的序言中提供了一种对付这种文章的阅读方法某些内容读不懂不要理它，放过它继续往前读，你会发现你是可以大致将全篇文章读懂的而对大多数的人来说，大致读懂就足够了。现在，就让我们运用一次五柳先生的阅读方法“好读书，不求甚解”来解决宇宙的未来 。A. 1 至 6 自然段说了什么？请 用一句话概括。 （预言宇宙的未来非常困难，然而，在非常大的尺度下，宇宙的未来又是可以预言的） B. 1 至 6 自然段有什么样的内容和语气？（霍金先说明预言未来在古代是先知或者女巫的事情。这些
19、人的预言基本上是胡说，利用模棱两可的语言糊弄他人。然后，他语气一转说，宇宙的未来是一定的条件是可以预言的。他的语气给人幽默和轻松的感觉 ） C. 第七自然段的内容是什么？（在过去的三百年中，我们基本上发现了制约在所有正常条件下物体的科学定律） D. 那么，第八自然段呢？ （虽然如此，我们还是不能预言遥远的未来，因为宇宙中存在一种混沌：在某一时刻对系统作非常微小的改变，系统的未来很快就会变得完全不同）E. 第九自然段呢？ （在不稳定和混沌状态中，一般在存在一个时间尺度。天气预报的时间尺度是五天）这一自然段的关键词是什么？（时间尺度）为什么？（因为这个时间尺度在后来预言宇宙未来中是一个重要的指标）
20、F. 第十自然段讲了什么？（讲对大脑的预言、对社会生活的预言是难的，因其是混沌的G. 第十一自然段呢？（回到宇宙的预言上来，讲了一种宇宙现象所有星球都在离我们远去）这一段的关键词是什么？（关键词没有直接出现，就是天文物理上所谓之“红移” ）有哪位同学知道什么叫“红移”？（“红移”是美国天文学家哈勃发现的一种宇宙的规律。当一个物体在远离我们而去时，它的光谱会向红端移动。哈勃发现，所有星球的光谱都有红移的现象，这就证明宇宙是处于一种膨胀的状态中，这是宇宙爆炸说的主要观测证据） H. 十二自然段的关键词是什么？ （宇宙微波背景辐射）问题 1：宇宙微波背景辐射的意义是什么？（宇宙微波背景辐射是宇宙爆炸
21、说的另一重要观测证据。是热的早期宇宙的残余）它的特点呢？（从任何方向上来的辐射量几乎都是相等的，差别不到十万分之一） 问题 2：霍金为什么要在这里讲红移和宇宙微波背景辐射以及它们的这些特点？这些特点有什么共同的指向？霍金从中得出了什么结论？这些结论和预言宇宙的未来又有什么关系？ 明确：红移和宇宙背景微波辐射说明，宇宙在极大尺度下是简单的而不是混沌的。所以是可以预言的。这就是霍金在第一层所讲的预言宇宙未来的一定的条件。 问题 3：到现在为止，霍金预言了宇宙的未来吗？ （没有）那么，他讲了什么呢？ 明确：他讲了两层意思。一是预言宇宙的未来要有一定的条件。二是这个条件就是在非常大的尺度下；因为在非常
22、大的尺度下，宇宙是简单的而不是混沌的。 问题 4：那么霍金给我们预言了什么呢？A. 阅读十四自然段，并且找出其中的关键词。 （宇宙平均密度的临界值）B. 临界值就是事物或者事件将要发生变化而还没有发生的变化的数值。霍金讲的这个宇宙平均密度的临界值是什么事情的临界值？ （宇宙继续膨胀还是停止膨胀并转向收缩的临界值）C. 十五自然段中，霍金讲，宇宙平均密度决定宇宙的膨胀和收缩，其理论依据是什么？ （是牛顿的万有引力：物质越大，引力越强。宇宙的平均密度越高，引力也就越强，宇宙就会收缩；反之，平均密度小于临界值，宇宙的引力较小，不足以改变膨胀，宇宙就将膨胀下去）D. 为什么霍金在演讲中不提牛顿的万有引
23、力？ （这次演讲是在牛津大学进行的，这些内容对于听众都是常识，根本不用讲）E. 那么这个事关宇宙未来命运的平均密度到底是多少，霍金说了没有？ （没有）霍金为什么不说？ （这个数字对听众而言没有太大的价值）不过关于宇宙的平均密度，霍金还是讲了一些内容。看看是什么内容？ （讲了科学家如何估算宇宙的平均密度）F. 如何估算的？估算了哪些物质？ 明确：首先是恒星的质量，这个不到宇宙平均密度的百分之一；然后是暗物质的质量，加上还是不到宇宙平均密度的百分之十。他认为在星系以外，还有我们没有观测到的物质。 G. 什么是暗物质？（看不到的物质） 那么科学家怎么知道它们的存在，又是凭什么估算他们的质量的呢？ （
24、万有引力。根据螺旋星系里物质的旋转速度及所需要的引力测算的）H. 第 19 自然段、20 自然段和 21 自然段讲太阳的未来，讲黑洞的演变，这些和宇宙的未来有什么关系？ （这些是宇宙未来演变的局部变化，而且可能对我们人类产生重大的影响）I. 22 自然段霍金在讲什么？ （讲一种猜测）23 自然段呢？（在推理） 24 自然段呢？ （提出了人择原理）J. 什么是人择原理？从原文中找出主要内容并复述。 （宇宙之所以是这种样子，是因为否则的话，我们就不会在这里观测它）K. 霍金说“其思想是，可能存在许多具有不同密度的宇宙” ，什么意思？ 明确：意思是：可能存在有许多不同密度的宇宙，然而，只有在我们所在
25、的这个临界密度被界定得很好的宇宙中，才产生了智慧生命来诘问“为什么宇宙恰恰是这么接近临界密度” 。 L. 这些内容属于对宇宙未来的预言吗？ （不属于。而是在讲述科学家的迷茫） M.那么，哪些段落是霍金为我们做的宇宙未来的预言？霍金的预言是在哪一自然段结束的？他为我们预言了什么样的未来？回头看看。 明确：从 14 自然段开始。结束于第 22 自然段。他预言宇宙可能继续膨胀也可能停止膨胀并开始收缩。不过决定宇宙继续膨胀还是开始收缩的宇宙平均密度的临界值他不知道。N 关于宇宙平均密度的临界值以及它对宇宙未来的影响，霍金还是告诉了一个非常关键的信息，这个信息是什么？ （是我们现在这个宇宙的平均密度非常
26、接近于临界密度）O.哪位同学能总结全文。作者什么思路？全文分为几层？预言了什么内容？ 明确：全文分为五层。第一层说预言未来是非常困难的，然而在一定的条件下对宇宙的未来进行预言是可能的。第二层讲预言宇宙的未来需要在非常大的尺度下；因为在非常大的尺度下，宇宙是简单的。第三层讲宇宙现在正在膨胀并且可能继续膨胀也可能停止膨胀并开始收缩，关键是宇宙的平均密度。第四层讲我们现在对宇宙的平均密度还没有清楚的认识，只知道我们现在的宇宙的平均密度非常接近于膨胀和收缩和临界密度。第五层是总结，说宇宙的未来可能继续膨胀也可能停止膨胀并开始收缩。 小结：宇宙的未来是一篇非常前沿，同时也非常难懂的文章。所以，我的教学设
27、计就是引导大家将这篇课文的思路贯通，内容读懂，我们将这篇长长的 26段几万文字的文章化成几行来复述。在作文修改中老师用过这一方法。深刻就是简单，简单就是深刻。我们在这里实现了简单，也就表明了理解。 （六）语言品味问题 5：这篇讲演在语言上具有怎样的特点？【明确】讲演是面对面的交流，这种交流又是单向度的，如果不注意讲演的语言艺术，就达不到最佳的表达效果。这篇讲演，除了推理严谨外，语言幽默也是其突出的特点。幽默的语言创造出一种轻松愉快的气氛，更具有亲和力，使所阐发的事理更容易为听众接受。如，谈到轮赌盘的旋转具有混沌性质，作者说即使是物理学家也不能计算出它“出来的数字，否则的话，物理学家就会在赌场发财” ，这就生动地说明了什么是混沌现象；如，文章最后一句话：“所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统，两方下赌注，以保万无一失。 ”兼有讽刺与幽默，对宇宙未来命运的判断采取了审慎态度。A.本文在论述过程中，常常用一些生动的比喻来说明事理。下列两个比喻句各自
