宇宙的未來教學方案設計
【自讀導言】
自讀要求
1.能讀懂本演講錄的內容。
2.學習本文生動、幽默的演講風格。
3.感受科學精神，增進科學素養。
(解說：本文雖說是演講錄，但其實就是一篇科技論文，加上語言的歐化風格，要讀懂全文并不容易，所以設置了第一個要求;生動、幽默是霍金的演講風格，是其演講獨具魅力的原因之一，因此設置了第二個要求;本文是傳播科學知識的演講錄，需要讓學生從中感受到科學精神，增進科學素養，因此設置了第三個要求。)
自讀重難點
1.提煉本文的要點，增強概括能力。
2.探究本文的內涵，增強分析能力。
(解說：這兩點按本單元的學習重點設計，順應編輯的教材編排意圖。)
【自讀程序】
總的原則是：多次自讀，逐層領悟，逐個落實學習重點。具體如下：
1.初讀，總體感知。
結合注釋，通讀全文，總體感知。
讀后能用一句話簡要地說出本文講了什么。
明確：本文講的是宇宙的未來問題，預測了兩種結局：或膨脹，或收縮。
2.再讀，提煉要點。
要求比上一次讀得細一些，邊讀邊給課文分段，明確作者講了幾層意思，并提煉出要點。提煉要點的方法是：或者摘錄文中的語句，或者用自己的語言組織。
明確：
要點依次為：①科學家有信心預言未來。②巫師的預言模棱兩可，宗教的預言屢測屢敗。③物理方程、制約大腦的方程具有混沌性，因此我們不能預言人類;而宇宙的行為在非常大尺度下卻是簡單的，而不是混沌的，因此我們可以預言宇宙遙遠的未來。④宇宙的未來有兩種可能，一是繼續膨脹下去，二是收縮以至坍縮成一個點。是膨脹還是坍縮，取決于宇宙的平均密度。⑤宇宙現在的密度非常接近于把坍縮和膨脹區分開來的臨界點上，所以兩種可能都會發生。
3.三讀，探究內涵。
要求比上一次讀得更深入，能對某些語句的內涵進行分析，也能對作者的某個觀點進行評析，或者對作者的整個科學思想進行闡述分析。
4.交流討論。
交流討論可以在前三步之后綜合進行，也可以在每一步(初讀、再讀、三讀)之后分別進行。對總體感知的情況、提煉要點的情況、探究內涵的情況依次進行交流討論。可以先在小組(前后桌為一組)內進行，然后每個小組選一人參與全班交流。
(解說：本自讀程序力圖體現學生的自讀、自得、互動。讓學生自主發展，自我提高。)
【自讀點撥】
本文是史蒂芬·霍金1991年1月在劍橋大學的一次演講錄。
這篇演講，從古代巫師的預言，談到近代宗教的預言，然后過渡到自己對宇宙未來的預言，結構嚴謹，重點突出。作者運用天體物理學理論，對宇宙未來作出了兩種預測，一是繼續膨脹下去;二是收縮以至坍縮成一個點。是膨脹還是收縮，取決于宇宙的平均密度。“如果它比臨界值小，宇宙就將永遠膨脹。但是如果它比臨界值大，宇宙就會坍縮，而時間就會在大擠壓處終結。”可“現在密度似乎非常接近于把坍縮和無限膨脹區分開來的臨界密度”，所以兩種結果都有可能。
本文專業性強，歐化語言明顯，閱讀起來非常吃力，難讀、難懂。高考試卷上的科技說明文、科技論文只有三四段，考生讀起來已經非常吃力，而這里卻有整整26段，是前者的六七倍。所以教學本文時一方面要讓學生充分閱讀，自主探究，但同時也要積極發揮教師的引導作用，將學生由淺入深地引導下去。
在引導過程中，可以將以下問題靈活地插入上面的“自讀程序”中。(特別是發現學生在“探究內涵”不夠深入時。)
1.作者在第8段中為什么說“即使知道了制約宇宙的有關定律，我們仍然不能利用它們去預言遙遠的未來”?為什么第10段又說“盡管我們知道制約人類行為的方程，但在實際上我們不能預言它”?
明確：“因為物理方程的解會呈現出一種稱作混沌的性質”，“方程可能是不穩定的”;同樣，“制約大腦的方程幾乎肯定具有混沌行為，初始態的非常小的改變會導致非常不同的結果”。
2.為什么科學“不能預言人類社會的未來”，卻“可以預言宇宙遙遠的未來”?
明確：因為前者是混沌的，不確定的;而“宇宙的行為在非常大尺度下是簡單的，而不是混沌的，因此我們可以預言宇宙遙遠的未來”。
3.作者對宇宙的未來的預言與巫師、宗教預言家對人類社會未來的預言有何不同?
明確：前者是有科學根據的，是運用天體物理學理論進行的科學推測，科學預言;而后者是沒有科學根據可言的。——其實，從上面的題目就可知道，人類社會的未來根本就是無法預言的，因為方程是混沌的，所以巫師、宗教預言家對人類社會的預言注定就是荒唐的。
4.對宇宙未來的預言，關鍵是要弄清宇宙的什么問題?
明確：“對宇宙未來的預言，其關鍵問題在于：平均密度是多少。”
5.作者認為宇宙的未來會是怎樣的?
明確：會有兩種可能：“如果它比臨界值小，宇宙就將永遠膨脹，但是如果它比臨界值大，宇宙就會坍縮。”
(解說：設計這些題目旨在讓教師引導學生探究文章的內涵，由表及里，將自讀引向深入、準確。)
【自讀思考】
1.根據作者的論述，我們目前所能看到的宇宙物質最多是“臨界值”的百分之一，似乎不足以使宇宙坍縮。然而作者又指出，“也許存在足夠的暗物質，使宇宙最終坍縮”。宇宙中存在暗物質的證據是什么?作者又舉了哪兩種假說，說明現在的宇宙密度可能就在臨界狀態?
明確：宇宙中存在暗物質“一個證據來自于螺旋星系”，“必須存在某種看不見的物質形式，其引力吸引足以把這些旋轉的星系牢牢抓住”;“另一個證據來自于星系團”，“要不是引力吸引把星系抓到一起，這些星系團就會飛散開去……所以，在星系團中我們觀測到的星系以外必須存在額外的暗物質”。
作者為了說明現在的宇宙密度可能就在臨界狀態，列舉了兩種假說，“一種是所謂的人擇原理”，另一種是“極早期宇宙的暴漲理論”。
(解說：此題旨在引導學生探究文章的內涵。同樣是探究文章的內涵，上面五個問題是宏觀的，環環相扣，步步深入，這一個則是微觀、細碎的，所以單獨列在“自讀思考”中。)
2.本文在論述過程中，常常用一些生動的比喻來說明事理。下列兩個比喻句各自說明了什么道理?
①“例如，如果你稍微改變一下你旋轉輪賭盤的方式，就會改變出來的數字。你在實際上不可能預言出來的數字，否則的話，物理學家就會在賭場發財。”
明確：用這個比喻生動地說明了“即使我們知道了制約宇宙的有關定律，我們仍然不能利用它們去預言遙遠的未來”。
②“這有一點像是再投胎。如果有人聲稱一個新生的嬰兒是和某一死者等同，如果該嬰兒沒從他的以前的生命遺傳到任何特征或記憶，這種聲稱有什么意義呢?人們可以同樣地講，它是完全不同的生命。”
明確：用這個比喻形象地說明宇宙在大擠壓處終結后，并不是任何發生在“之后”的事件都是另一個相分離的宇宙的部分。
(解說：此題旨在引導學生領會、學習作者善于用比喻來說理的技巧。)
3.這篇文章語言幽默風趣，在說明科學道理的同時，創造出一種輕松愉快的氣氛，體現了演講詞的特點。試舉出三個例子，分析其表達效果。
明確：
例如：①“……這些日期使股票市場下瀉。雖然它使我百思不解，為何世界的終結會使人愿意用股票來換錢，假定你在世界末日什么也帶不走的話。”這句話讓人在笑聲中悟到人類自身的某些缺陷和某些思維誤區。②“據說，1844年是第二次回歸的開始，但是首先要數出獲救者名單。只有數完了名單，審判日才降臨到那些不列在名單上的人。幸運的是，數人名看來要花很長的時間。”這句話幽默中含著揶揄和諷刺，揭露了宗教預言師的荒謬，表現了對方屢測屢敗卻又想方設法自圓其說的尷尬與可笑。③“如果暴漲理論是正確的，則宇宙實際上是處在刀鋒上。所以我正是繼承那些巫師或預言者的良好傳統，兩方下賭注，以保萬無一失。”聽眾明知作者做的是科學的預言，和巫師他們完全不同，可作者卻有意將自己降為他們的同類，一是說明自己恰好也有兩種預測，二是順勢又對他們進行嘲諷。這種智慧的表達既帶來了輕松愉悅的氣氛，又大大增加了自己與聽眾的親和力。
(解說：此題旨在引導學生領會并學習作者幽默風趣的演講風格。)
4.下面這段話引自霍金2002年8月15日在浙江大學的公眾演講《膜的新奇世界》，讀后請用其中的原句提煉本段的要點，并同課文做比較閱讀，說說霍金在介紹深奧理論時喜歡采用什么方式來讓聽眾聽明白?
“按照我的意見，膜世界啟始的更遠為吸引人的解釋是，它作為真空中的起伏而自發產生。膜的產生有點像沸騰水中蒸氣泡的形成。水液體中包含億萬個H2O分子，它們在最靠近的鄰居之間耦合，并且擠在一起。當水被加熱上去，分子運動得更加快，并且相互彈開。這些碰撞偶然賦予分子如此高的速度，使得它們中的一群能擺脫它們的鍵，形成熱水圍繞著的蒸氣小泡泡。泡泡將以隨機的方式長大或縮小，這時液體中來的更多的分子參與到蒸氣中去，或者相反的過程。大多數小蒸氣泡將會重新塌縮成液體，但是有一些會長大到一定的臨界尺度，超過該尺度泡泡幾乎肯定會繼續成長。我們在沸騰時觀察到的正是這些巨大的膨脹的泡泡。”
明確：這是遷移運用題。體現本段要點的句子是“膜的產生有點像沸騰水中蒸氣泡的形成。”作者喜歡用比喻的方式將深奧的理論說得通俗易懂。
5.課文中霍金對宇宙未來的預言，你怎么看?老師鼓勵學生發表有創見的觀點，只要態度科學，能自圓其說即可。
(解說：設計該題旨在引導學生獨立思考，培養獨立的人格，同時也培養獨立的科學精神。學生可以暢所欲言，比如認為霍金的觀點只是一家之言，只是一種推測，無法得到證實，他和愛因斯坦的相對論一樣，雖然都很偉大，但都只是一種理論，一種思想，缺少科學的實證，因此也都沒能獲得需要實證的諾貝爾獎。其他科學家站在另外的角度來思考來假設，或許會有不同的結論，不同的發現。所以青少年對霍金的觀點可以學習，可以接受，但不能迷信，不能束縛自己的思維。)
6.霍金的中國學生吳忠超教授這樣介紹史蒂芬·霍金：在相對論和引力論領域，霍金是繼愛因斯坦之后最偉大的代表人物。他的第一項工作是和彭羅斯一起證明了廣義相對論的奇性定理;第二項工作是創立了黑洞物理理論，其中有黑洞的無毛定理和黑洞視界面積增加定理;第三項工作是研究極早期宇宙和宇宙的創生，其量子宇宙學使人們單獨地從科學定律即能預言出宇宙中的一切。而他所有這些成就都是在他患盧伽雷病(肌肉萎縮性側面硬化病)后的40年間所做的。在科學史上有許多殘疾科學家，但是像霍金這樣殘疾到這種程度的則絕無僅有——21歲就患病，幾十年被禁錮在特制的輪椅上，全身只有三個手指能活動，不能講話，與人交談要靠計算機合成語言，有了新的想法也只能通過三個手指“敲擊”進語言合成器里保存……可就是這樣一個重度殘疾的人，卻把研究的目標直指浩瀚的宇宙。
在《果殼中的宇宙》一書中，霍金引用了莎士比亞戲劇《哈姆雷特》里一句充滿詩意的臺詞：“我即使被關在果殼里，仍自以為是無限空間之王!”這句臺詞形象地道出了霍金的崇高精神追求，使人們親眼看到了“果殼”中的那個挑戰命運的不屈的靈魂。他曾說：“只要有智慧和精神在，沒有什么能打倒自己。身體的健康固然重要，心靈的健康也會給你無窮的力量。”在少年霍金的心中，崇拜的不是歌星或球星，而是貝特朗·羅素，一位不知疲倦的思想家、哲學家和科學家。
那么你呢?你怎么看待霍金?十年前，一家青少年調查機構調查出我國中學生最崇拜的人物是歌星劉德華、影星劉曉慶、球星貝利，“三星高照”。你又怎樣看待這一現象?
(解說：科學和人文是教育的兩大內容，學習本文可以增進學生的科學素養，因此設計了上題;而從作者霍金的身上，還能感受到高尚的人格魅力，因而設計了本題。霍金的朋友曾這樣感慨：“可以相信，當他所熱愛的東西都失去時，他不僅堅強地活著，而且偉大地活著，那么他所帶給我們的不僅僅是科學的智慧，還有人類最可貴的精神。”教師可介紹霍金的生平，介紹霍金2002年8月來華刮起的“霍金旋風”，讓學生產生積極的情感體驗，學習霍金戰勝自我、挑戰極限、追求科學的頑強品質。對于“三星高照”的現象，能夠引發學生的深入思考，并作出較為正確的評價，比如這樣評價：這一現象的出現，既有中學生自身價值取向的問題，也有新聞媒體的誤導問題。要讓學生意識到，只有在正確的價值取向引導下，個人才能體現出最大的人生價值，社會才能快速向前發展。)
【課外作業】
1.仿照本文幽默風趣的語言風格，寫一個演講片段，題目是《霍金·明星·我》。
2.閱讀霍金的名著《時間簡史》、《果殼中的宇宙》(2002年8月霍金在浙江大學的公眾演講《膜的新奇世界》就選自其中)。
(解說：兩個題目，一讀一寫，由課文深化、拓展開去。教師給定一個完成的時間，然后在全班交流，將學習氣氛推向高潮。)
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