《宇宙的未来》教案设计

【自读导言】

自读要求

1.能读懂本演讲录的内容。2.学习本文生动、幽默的演讲风格。

3.感受科学精神，增进科学素养。

(解说：本文虽说是演讲录，但其实就是一篇科技论文，加上语言的欧化风格，要读懂全文并不容易，所以设置了第一个要求;生动、幽默是霍金的演讲风格，是其演讲独具魅力的原因之一，因此设置了第二个要求;本文是传播科学知识的演讲录，需要让学生从中感受到科学精神，增进科学素养，因此设置了第三个要求。)

自读重难点

1.提炼本文的要点，增强概括能力。

2.探究本文的内涵，增强分析能力。

(解说：这两点按本单元的学习重点设计，顺应编辑的教材编排意图。)

【自读程序】

总的原则是：多次自读，逐层领悟，逐个落实学习重点。具体如下：

1.初读，总体感知。

结合注释，通读全文，总体感知。

读后能用一句话简要地说出本文讲了什么。

明确：本文讲的是宇宙的未来问题，预测了两种结局：或膨胀，或收缩。

2.再读，提炼要点。

要求比上一次读得细一些，边读边给课文分段，明确作者讲了几层意思，并提炼出要点。提炼要点的方法是：或者摘录文中的语句，或者用自己的语言组织。

明确：

要点依次为：①科学家有信心预言未来。②巫师的预言模棱两可，宗教的预言屡测屡败。③物理方程、制约大脑的方程具有混沌性，因此我们不能预言人类;而宇宙的行为在非常大尺度下却是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来。④宇宙的未来有两种可能，一是继续膨胀下去，二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是坍缩，取决于宇宙的平均密度。⑤宇宙现在的密度非常接近于把坍缩和膨胀区分开来的临界点上，所以两种可能都会发生。

3.三读，探究内涵。

要求比上一次读得更深入，能对某些语句的内涵进行分析，也能对作者的某个观点进行评析，或者对作者的整个科学思想进行阐述分析。

4.交流讨论。

交流讨论可以在前三步之后综合进行，也可以在每一步(初读、再读、三读)之后分别进行。对总体感知的情况、提炼要点的情况、探究内涵的情况依次进行交流讨论。可以先在小组(前后桌为一组)内进行，然后每个小组选一人参与全班交流。

(解说：本自读程序力图体现学生的自读、自得、互动。让学生自主发展，自我提高。)

【自读点拨】

本文是史蒂芬·霍金1991年1月在剑桥大学的一次演讲录。

这篇演讲，从古代巫师的预言，谈到近代宗教的预言，然后过渡到自己对宇宙未来的预言，结构严谨，重点突出。作者运用天体物理学理论，对宇宙未来作出了两种预测，一是继续膨胀下去;二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是收缩，取决于宇宙的平均密度。“如果它比临界值小，宇宙就将永远膨胀。但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩，而时间就会在大挤压处终结。”可“现在密度似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度”，所以两种结果都有可能。

本文专业性强，欧化语言明显，阅读起来非常吃力，难读、难懂。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，而这里却有整整26段，是前者的六七倍。所以教学本文时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。

在引导过程中，可以将以下问题灵活地插入上面的“自读程序”中。(特别是发现学生在“探究内涵”不够深入时。)

1.作者在第8段中为什么说“即使知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来”?为什么第10段又说“尽管我们知道制约人类行为的方程，但在实际上我们不能预言它”?

明确：“因为物理方程的解会呈现出一种称作混沌的性质”，“方程可能是不稳定的”;同样，“制约大脑的方程几乎肯定具有混沌行为，初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果”。

2.为什么科学“不能预言人类社会的未来”，却“可以预言宇宙遥远的未来”?

明确：因为前者是混沌的，不确定的;而“宇宙的行为在非常大尺度下是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来”。

3.作者对宇宙的未来的预言与巫师、宗教预言家对人类社会未来的预言有何不同?

明确：前者是有科学根据的，是运用天体物理学理论进行的科学推测，科学预言;而后者是没有科学根据可言的。——其实，从上面的题目就可知道，人类社会的未来根本就是无法预言的，因为方程是混沌的，所以巫师、宗教预言家对人类社会的预言注定就是荒唐的。

4.对宇宙未来的预言，关键是要弄清宇宙的什么问题?

明确：“对宇宙未来的预言，其关键问题在于：平均密度是多少。”

5.作者认为宇宙的未来会是怎样的?

明确：会有两种可能：“如果它比临界值小，宇宙就将永远膨胀，但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩。”

(解说：设计这些题目旨在让教师引导学生探究文章的内涵，由表及里，将自读引向深入、准确。)

【自读思考】

1.根据作者的论述，我们目前所能看到的宇宙物质最多是“临界值”的百分之一，似乎不足以使宇宙坍缩。然而作者又指出，“也许存在足够的暗物质，使宇宙最终坍缩”。宇宙中存在暗物质的证据是什么?作者又举了哪两种假说，说明现在的宇宙密度可能就在临界状态?

明确：宇宙中存在暗物质“一个证据来自于螺旋星系”，“必须存在某种看不见的物质形式，其引力吸引足以把这些旋转的星系牢牢抓住”;“另一个证据来自于星系团”，“要不是引力吸引把星系抓到一起，这些星系团就会飞散开去……所以，在星系团中我们观测到的星系以外必须存在额外的暗物质”。

作者为了说明现在的宇宙密度可能就在临界状态，列举了两种假说，“一种是所谓的人择原理”，另一种是“极早期宇宙的暴涨理论”。

(解说：此题旨在引导学生探究文章的内涵。同样是探究文章的内涵，上面五个问题是宏观的，环环相扣，步步深入，这一个则是微观、细碎的，所以单独列在“自读思考”中。)

2.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说明了什么道理?

①“例如，如果你稍微改变一下你旋转轮赌盘的方式，就会改变出来的数字。你在实际上不可能预言出来的数字，否则的话，物理学家就会在赌场发财。”

明确：用这个比喻生动地说明了“即使我们知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来”。

②“这有一点像是再投胎。如果有人声称一个新生的婴儿是和某一死者等同，如果该婴儿没从他的以前的生命遗传到任何特征或记忆，这种声称有什么意义呢?人们可以同样地讲，它是完全不同的生命。”

明确：用这个比喻形象地说明宇宙在大挤压处终结后，并不是任何发生在“之后”的事件都是另一个相分离的宇宙的部分。

(解说：此题旨在引导学生领会、学习作者善于用比喻来说理的技巧。)

3.这篇文章语言幽默风趣，在说明科学道理的同时，创造出一种轻松愉快的气氛，体现了演讲词的特点。试举出三个例子，分析其表达效果。

明确：

例如：①“……这些日期使股票市场下泻。虽然它使我百思不解，为何世界的终结会使人愿意用股票来换钱，假定你在世界末日什么也带不走的话。”这句话让人在笑声中悟到人类自身的某些缺陷和某些思维误区。②“据说，1844年是第二次回归的开始，但是首先要数出获救者名单。只有数完了名单，审判日才降临到那些不列在名单上的人。幸运的是，数人名看来要花很长的时间。”这句话幽默中含着揶揄和讽刺，揭露了宗教预言师的荒谬，表现了对方屡测屡败却又想方设法自圆其说的尴尬与可笑。③“如果暴涨理论是正确的，则宇宙实际上是处在刀锋上。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。”听众明知作者做的是科学的预言，和巫师他们完全不同，可作者却有意将自己降为他们的同类，一是说明自己恰好也有两种预测，二是顺势又对他们进行嘲讽。这种智慧的表达既带来了轻松愉悦的气氛，又大大增加了自己与听众的亲和力。

(解说：此题旨在引导学生领会并学习作者幽默风趣的演讲风格。)

4.下面这段话引自霍金2002年8月15日在浙江大学的公众演讲《膜的新奇世界》，读后请用其中的原句提炼本段的要点，并同课文做比较阅读，说说霍金在介绍深奥理论时喜欢采用什么方式来让听众听明白?

“按照我的意见，膜世界启始的更远为吸引人的解释是，它作为真空中的起伏而自发产生。膜的产生有点像沸腾水中蒸气泡的形成。水液体中包含亿万个H2O分子，它们在最靠近的邻居之间耦合，并且挤在一起。当水被加热上去，分子运动得更加快，并且相互弹开。这些碰撞偶然赋予分子如此高的速度，使得它们中的一群能摆脱它们的键，形成热水围绕着的蒸气小泡泡。泡泡将以随机的方式长大或缩小，这时液体中来的更多的分子参与到蒸气中去，或者相反的过程。大多数小蒸气泡将会重新塌缩成液体，但是有一些会长大到一定的临界尺度，超过该尺度泡泡几乎肯定会继续成长。我们在沸腾时观察到的正是这些巨大的膨胀的泡泡。”

明确：这是迁移运用题。体现本段要点的句子是“膜的产生有点像沸腾水中蒸气泡的形成。”作者喜欢用比喻的方式将深奥的理论说得通俗易懂。

5.课文中霍金对宇宙未来的预言，你怎么看?老师鼓励学生发表有创见的观点，只要态度科学，能自圆其说即可。

(解说：设计该题旨在引导学生独立思考，培养独立的人格，同时也培养独立的科学精神。学生可以畅所欲言，比如认为霍金的观点只是一家之言，只是一种推测，无法得到证实，他和爱因斯坦的相对论一样，虽然都很伟大，但都只是一种理论，一种思想，缺少科学的实证，因此也都没能获得需要实证的诺贝尔奖。其他科学家站在另外的角度来思考来假设，或许会有不同的结论，不同的发现。所以青少年对霍金的观点可以学习，可以接受，但不能迷信，不能束缚自己的思维。)

6.霍金的中国学生吴忠超教授这样介绍史蒂芬·霍金：在相对论和引力论领域，霍金是继爱因斯坦之后最伟大的代表人物。他的第一项工作是和彭罗斯一起证明了广义相对论的奇性定理;第二项工作是创立了黑洞物理理论，其中有黑洞的无毛定理和黑洞视界面积增加定理;第三项工作是研究极早期宇宙和宇宙的创生，其量子宇宙学使人们单独地从科学定律即能预言出宇宙中的一切。而他所有这些成就都是在他患卢伽雷病(肌肉萎缩性侧面硬化病)后的40年间所做的。在科学史上有许多残疾科学家，但是像霍金这样残疾到这种程度的则绝无仅有——21岁就患病，几十年被禁锢在特制的轮椅上，全身只有三个手指能活动，不能讲话，与人交谈要靠计算机合成语言，有了新的想法也只能通过三个手指“敲击”进语言合成器里保存……可就是这样一个重度残疾的人，却把研究的目标直指浩瀚的宇宙。

在《果壳中的宇宙》一书中，霍金引用了莎士比亚戏剧《哈姆雷特》里一句充满诗意的台词：“我即使被关在果壳里，仍自以为是无限空间之王!”这句台词形象地道出了霍金的崇高精神追求，使人们亲眼看到了“果壳”中的那个挑战命运的不屈的灵魂。他曾说：“只要有智慧和精神在，没有什么能打倒自己。身体的健康固然重要，心灵的健康也会给你无穷的力量。”在少年霍金的心中，崇拜的不是歌星或球星，而是贝特朗·罗素，一位不知疲倦的思想家、哲学家和科学家。

那么你呢?你怎么看待霍金?十年前，一家青少年调查机构调查出我国中学生最崇拜的人物是歌星刘德华、影星刘晓庆、球星贝利，“三星高照”。你又怎样看待这一现象?

(解说：科学和人文是教育的两大内容，学习本文可以增进学生的科学素养，因此设计了上题;而从作者霍金的身上，还能感受到高尚的人格魅力，因而设计了本题。霍金的朋友曾这样感慨：“可以相信，当他所热爱的东西都失去时，他不仅坚强地活着，而且伟大地活着，那么他所带给我们的不仅仅是科学的智慧，还有人类最可贵的精神。”教师可介绍霍金的生平，介绍霍金2002年8月来华刮起的“霍金旋风”，让学生产生积极的情感体验，学习霍金战胜自我、挑战极限、追求科学的顽强品质。对于“三星高照”的现象，能够引发学生的深入思考，并作出较为正确的评价，比如这样评价：这一现象的出现，既有中学生自身价值取向的问题，也有新闻媒体的误导问题。要让学生意识到，只有在正确的价值取向引导下，个人才能体现出最大的人生价值，社会才能快速向前发展。)

【课外作业 】

1.仿照本文幽默风趣的语言风格，写一个演讲片段，题目是《霍金·明星·我》。

2.阅读霍金的名著《时间简史》、《果壳中的宇宙》(2002年8月霍金在浙江大学的公众演讲《膜的新奇世界》就选自其中)。

(解说：两个题目，一读一写，由课文深化、拓展开去。教师给定一个完成的时间，然后在全班交流，将学习气氛推向高潮。)