一名物理學家的教育歷程教學設計

課文《一名物理學家的教育歷程》出自高二語文上冊課文，其原文如下：
【原文】
加來道雄
加來道雄，美籍日裔物理學家，紐約市立大學城市學院理論物理學教授。他畢業於哈佛大學，獲得加利福尼亞大學伯克利分校哲學博士學位。他是《超越愛因斯坦》（與特雷納合著）、《量子場論》和《超弦導論》諸書的作者。在過去的10年裡，他還是廣播電台每周一次一小時科學節目的主持人。
我想知道上帝怎樣創造了這個世界，對這樣或那樣的具體現象我不太感興趣。我想知道世界的內在規律，其餘則是細枝末節。
——愛因斯坦
童年的兩件趣事極大地豐富了我對世界的理解力，並且引導我走上成為一個理論物理學家的歷程。
記得那時我的父母不時帶我去舊金山遊覽著名的日本茶園。我蹲在那裡的一個小池邊，為慢慢暢遊在水底睡蓮之中五彩斑斕的鯉魚所陶醉。這是我最快樂的童年記憶之一。
在那靜靜的時刻，我充滿了無限的遐想。我常常給自己提一些只有小孩才問的傻乎乎的問題，比如水池中鯉魚怎樣觀察它們周圍的世界。我想，它們的世界一定奇妙無比！
鯉魚們的一生就在這淺淺的水池中度過。它們相信它們的“宇宙”就有陰暗的池水和睡蓮構成。它們大部分時間在池底漫遊，因此它們只模糊地意識到在水面之上存在有另一個外部世界。我的世界的本質超過了它們的理解能力。我喜歡坐在距離利於僅僅幾十厘米的地方，然而，我們之間卻如距深淵。鯉魚和我生活在兩個截然不同的宇宙之中，從來不進入對方的世界，我們之間被水面這一薄薄的“柵欄”分隔開來。
我曾想：在水底的魚群中可能有一些鯉魚“科學家”。我想這個鯉魚“科學家”會對那些提出在睡蓮之外還存在有另外一個平行世界的魚冷嘲熱諷。他們認為，唯一真實存在的事物就是魚兒們看得見摸得著的。水池就是一切。水池之外看不見的世界沒有科學意義。
有一次，我遇到了一場暴雨。我注意到成千上萬的笑語地轟擊在池水的表面。池水變得混亂，誰中的睡蓮在洶湧不息的水波沖刷下搖擺不定。在躲避風雨之時，我想弄清楚周圍發生的一切將會以怎樣的形式呈現在鯉魚們的眼中。在它們看來，睡蓮似乎是自己在運動，沒有任何東西沖刷它們。因為就像我們看不見我們周圍的空氣和空間一樣，鯉魚們也看不見它們賴以生存的水，它們為睡蓮自己能夠運動而困惑不解。
我想，鯉魚“科學家們”將會聰明地杜撰某種虛構的東西——它被稱為“力”，來掩蓋自己的無知。由於不能理解在看不見的水面上存在的水波，它們將得出這樣一個結論：睡蓮之所以能夠不被觸摸而運動，是因為有一種看不見的神秘力在對它起作用。它們可能給這種錯覺起一個高深莫測的名稱（如超距作用，或沒有任何接觸睡蓮即會運動的能力）。
我曾想，如果在池水中抓出一個鯉魚“科學家”，事情將會怎么樣呢？放回池水之前，它可能隨著我的查看而狂亂掙扎。那么別的鯉魚又將怎樣看待這件事呢？對於它們而言，這確實是一件可怖的事情。它們第一次意識到有一位鯉魚“科學家”從它們的宇宙中消失了。九那么簡簡單單，沒有留下任何蹤跡。不管在它們的宇宙中怎么尋找，就是沒有這條丟失的鯉魚的蹤影。然而，就那么幾秒鐘，當我把它放回池水之後，這位鯉魚“科學家”便突然冒了出來。對於別的鯉魚而言，這真是一個奇蹟。
待神智鎮定之後，這位鯉魚“科學家”就會講述一個真正令它們驚詫不已的傳奇故事。它說：“突然之間，不知怎的我就被拉出了咱們的宇宙（池水），投進了一個冥冥世界，那裡有令人目眩的強光和我從未見過的奇形怪狀的物體。最奇怪的是那個抓住我的生物竟然一點也不像魚。更使我震驚的是，無論如何也看不到它的鰭，但是沒有鰭它還是能夠運動。我感覺到熟習的自然規律不再適合於這個冥冥世界。隨後，我發現自己突然又被扔回了咱們的世界。”（當然，這個到宇宙之外一游的故事對於鯉魚是怪誕的，大多數魚都認為這完全是胡說八道。）
我常想，我們就像自鳴得意地在池中遊動的鯉魚。我們的一生就在我們自己的“池子”里度過，以為我們的宇宙只包含那些看得見摸得著的事物。就像鯉魚一樣，我們認為宇宙之中只包含有熟習可見的東西。我們自以為是地拒絕承認就在我們的宇宙跟前存在有別的平行宇宙或多維空間，而這些都超出了我們的理解力。如果我們的科學家發明像力這樣一些概念，那僅僅是因為他們不能用眼見演出充滿於我們周圍空間的不可看見的各種振動。一些科學家鄙視更高維數世界的說法，是因為他們不能在實驗室里便利地驗證它。
（我們宇宙或許是無數個平行宇宙中的一個。每一個宇宙通過無窮多的蛀洞——連通兩個是空域的隧道——跟其他宇宙相連。在這些蛀洞之間旅行是可能的，但可能性又微乎其微。）
此後，我一直對存在高維世界的可能極感興趣。像許多孩子一樣，我貪婪地閱讀這樣一類歷險故事，其中講述的是時間旅行者進入別的多維空間，探索我們看不見的平行宇宙，在那裡能很容易使通常的物理定律不再起作用。我長大後想知道，是否在百慕達三角洲神秘失蹤的船隻進入了一個空間漏洞，我對阿西莫夫的《基地》系列驚嘆不已，書中超維空間旅行的發現導致了一個銀河帝國的興起。
童年時的第二件事也給我留下深刻的印象。我八歲時曾聽過一個故事，此後它一直留在我的腦海里。記得我的中學老師給班裡講了一個已故偉大科學家的故事。他們及其崇敬地講到他，稱他是整個人類歷史上最偉大的科學家。他們說很少有人能夠理解他的思想，但是他的發現卻改變了整個世界和我們周圍的一切。我不理解他們想告訴我們的許多東西，但是最使我對此人感興趣的是他未能完成自己的偉大發現就撒手人寰。他們說他多年潛心於這個理論，但是他死之後，他的為完成的論文仍然擺放在他自己的辦公桌上。
我被這個故事迷住了。對於一個孩子，這是很神秘的。他未完成的工作是什麼？他桌上論文的內容是什麼？什麼問題可能會如此難以解決而又非常重要，值得如此偉大的科學家把他的有生之年花費在這種研究之中？由於好奇，我就決定學習我能學到的關於愛因斯坦的一切以及他未完成的理論。我記得，我花了好多時間靜靜閱讀我能找到的關於這個偉人和他的理論的每一本書。這種記憶到現在仍然溫暖如春。我讀完當地圖書館的書之後，就開始在全市搜尋圖書館和書店，急切地查找有關線索。不久我就知道這個故事比任何神秘謀殺故事更加激動人心，也比我想像的任何事情都重要。我決定要對這一秘密刨根究底，縱然因此而必須成為一名理論物理學家也在所不辭。
不久，我就知道愛因斯坦未完成的論文就是他企圖構造的所謂的統一場論。這個理論能解釋所有的自然規律，從細小的院子到浩瀚的星系。然而，作為一個孩子，我卻不能理解，暢遊在茶園池中的鯉魚和愛因斯坦桌上未完成的論文可能存在著某種聯繫。對於用更高的維數可能是解決統一場論的關鍵這一點我不理解。
後來，在高中階段，我看完了許多地方圖書館中這方面的書，並且常常造訪史丹福大學的物理學圖書館。在那裡，我發現愛因斯坦的工作使一種稱為反物質的新型物質稱為可能。這種物質的作用形式與普通物質一樣，但與普通物質接觸之後它們將會湮沒，並且猛然釋放出能量。我也知道科學家已經建造了一些大型儀器，或者說是“原子對撞機”，這種儀器可以在實驗室里產生微量的這種奇異物質，即反物質。
年輕人的一個優點就是不會由於世俗的約束而畏葸不前，而這種約束對於大多數成年人而言通常似乎又很難超越。沒有考慮所要涉及的困難，我就開始著手建立我自己的原子對撞機。我一直研究科學文獻，最後我確信能夠建造一台所謂的電子感應加速器，這種敬愛蘇啟能把電子加速到數百萬電子伏特（100萬電子伏特是指電子在100萬伏特的電場中被加速後所獲得的能量）。
首先，我購買了少量的鈉22，它是一種能夠自然地放射正電子（電子的反物質）的放射性物質。然後我建造了一個雲室，在雲室中可以看到亞原子粒子留下的蹤跡。這樣我就能夠拍下好幾百張由反物質留在雲室中的精美照片。緊接著，我找遍周邊地區大量的電子倉庫，裝配必須的硬體設備，包括好幾百磅（1磅=454克）中的廢品處理鋼，在我的車間建造一個2.3百萬電子伏特的電子感應加速器，這個加速器完全有能力產生一束反電子。為了產生電子感應加速器所必需的巨大磁場，我說服我的父母親讓他們幫助我在我讀高中的那個學校的足球場中纏繞22英里（1英里=1.61米）場的銅線。我們把整整一個聖誕假日花費在這條50碼（1碼=0.91米）場的線路上，纏繞和安裝笨重的線圈，這種線圈將使高能電子的運動路徑發生彎曲。
當最後建成時，這個300磅重、6千瓦的電子感應加速器耗掉了我屋子中所產生的每一點能量。當我接通它後，通常總是燒斷每一根保險絲，屋子變得漆黑一團。在屋子周期性陷入黑暗的同時，媽媽常常在搖頭。（我想，媽媽對於他不能由一個在棒球場或籃球場玩耍、反而有一個在汽車間建造一架巨大的電子儀器的兒子而困惑不解。）使我感到欣慰的是，一儀器成功產生了比地磁場強兩萬多倍的磁場，而這正是加速一束電子所必需的。
【前言】
《一名物理學家的教育歷程》內容的最大特點就是生活味濃：“我”蹲在小池邊，為慢慢暢遊的鯉魚所陶醉，並由此產生無限的遐想；八歲時，聽過一回理論物理學家愛因斯坦的故事之後，懷著一顆好奇的童心，讀著有關愛因斯坦及其他人的理論的每一本書，最後決心當一名理論物理學家；高中階段建“自己的原子對撞機”，沉浸於科學實驗之中。文章的三塊主體內容，百分之百地敘寫了作者童年及高中階段的生活之趣之思之行。文章標題中的“教育”，嚴格意義上說是作者的自我教育。由於內容充滿生活味，文中涉及的一些原本深奧的理論物理學問題，也變得可感可知。再者，一篇敘述“歷程”的文章，卻一反常態地選取三件最有代表性的事進行敘寫，藉以表達文章主旨，揭示“教育歷程”的要素。
【課文賞析】
問題探究一：文章重在反映作者成長為一名“物理學家”的“教育歷程”，想一想，為什麼作者不按從童年到國小、國中、高中的時間順序敘事？
思路點撥：作者寫作此文的主要宗旨在於告訴讀者如何才能成為一名物理學家。在作者看來，他的經歷中三個方面的成長是最最關鍵的：（1）童年時期的兩件趣事（由觀察小池中的鯉魚而想像水池中鯉魚“科學家”的一系列思維活動，培養了想像力和對事物研究的興趣；由對愛因斯坦的崇拜到決心完成愛因斯坦未竟的事業）；（2）高中階段看了許多書後建立實驗室製造“自己的原子對撞機”的情況和體驗。
作者這樣安排行文，既讓讀者看到了作者從小開始的成長曆程，讓讀者明白了一個物理科學家成長過程中最有說服力的“成長因素”。如果一味按童年到國小到國中到高中的順序敘事，最有價值的內容必將被沖淡，標題中的“教育”意義也難以得到突出。
問題探究二：作者開篇引用愛因斯坦的話，用意何在？
提示：愛因斯坦這句話，表明了他研究理論物理的目標和意義，作者加以引用，既表示對愛因斯坦科學探索精神的崇敬和對愛因斯坦探索宇宙的意義的理解，也表明他一生求索的目標以及他對自己探索宇宙本質的意義的認識。
問題探究三：作者說，豐富自己對這個世界的理解力並引導自己走上理論物理研究而且最終成為理論物理學家的，是“童年的兩件趣事”。請用簡練的語言概括這兩件“趣事”，並回答：（1）你覺得這兩件“趣事”有趣嗎？（2）作者認為這兩件事情有趣的根本原因是什麼？（3）你從加來道雄走上理論物理研究之路的經歷中受到什麼啟發？
提示：兩件趣事，一是對鯉魚世界的遐想，一是對愛因斯坦未竟事業的嚮往。一件事是否有趣，不取決於事情本身，而取決於一個人對事情的情感與態度。作者自小喜歡思考問題，尤其喜歡透過現象去深入思考事物的本質，所以，對於鯉魚在水中游這種現象，對於老師講的一個探索宇宙本質的科學家的故事，他便表現出了特別的興趣。也許，在一般人看來，這兩件事都極其平常。這說明，興趣是最好的老師，要想在某個領域有所成就，首先必須對這個領域的事物有著特別濃厚的興趣。
問題探究四：作者能有所成就，除了他“想知道世界的內在規律”的求索精神外，還有一個最重要的不可或缺的可貴品質是什麼？
提示：他能超越一般世人所無法超越的世俗的約束，大膽進行科學實驗，這種敢於挑戰、勇於實踐的精神，使他的科學研究走上了正確的道路。
問題探究五：文章中說到“鯉魚‘科學家’”時，都要把“科學家”加上引號。請問：引號在這裡有什麼作用？加引號的“科學家”的具體含義是什麼？
提示：這裡的引號，表示所引的詞語有特殊意義，它不同於我們通常使用的“科學家”一詞的含義，而是假想的鯉魚世界裡的“有‘智慧’的鯉魚”。
問題探究六：作者讀完能夠找到的所有有關愛因斯坦及其理論的書籍之後，說：“我決定要對這一秘密刨根究底，縱然為此而必須成為一名理論物理學家也在所不辭。”這句話中的“這一秘密”指什麼？“縱然為此而必須成為一名理論物理學家也在所不辭”這句話的深刻內涵是什麼？
提示：“這一秘密”指愛因斯坦的故事留給作者的懸念：他未完成的工作是什麼？他桌上論文的內容是什麼？什麼問題可能會如此難以解決而又非常重要，值得如此偉大的科學家把他的有生之年花費在這種研究之中？如果用一句話，可以概括為：“愛因斯坦一生研究的究竟是什麼問題？”“縱然”一句，表面上看起來是一種幽默：為了弄清自己所想弄清楚的“上帝是怎樣創造了這個世界的”和這個“世界的內在規律”，作者“不得已”要做一名理論物理學家；實際上，作者所要強調的是：要探索宇宙的本質，必須付出艱辛的勞動，而自己為了追求真理，再艱辛也要奮鬥下去。所以，這句話表現了一位追求真理的科學家的執著精神和堅強意志。