师:同学们大家好,今天我们要一起学习的课文是加来道雄的《一名物理学家的教育历程》。首先,我们来看题目——《一名物理学家的教育历程》。初看题目,大家会不会有这样的疑问:难道作者是要给我们介绍他优于常人的教育经历?还是要向我们展示作为一名世界知名的物理学家,他的卓越成就呢?答案都是否定的,原因很简单,这篇文章并不是一篇人物传记,而是一篇科普文。
这篇文章选自加来道雄的《超越时空》,作者在《超越时空》的序言中提到这样一段话:本书涉及一场科学革命,这场科学革命由超空间理论所引发,超空间理论认为有超越于人们普遍接受的四维时空的维度存在,宇宙可能确实存在于高维空间中。1947 年出生的加来道雄是日裔美国理论物理学家、超弦理论专家。一位理论物理学家给我们介绍专业的物理学知识,这篇文章会不会枯燥艰涩又难懂呢?接下来,就让我们一起阅读文章,走进文本,具体感知。
首先,我们一起来梳理文章的写作思路。这篇文章的写作顺序是从作者的童年期写到青年期再到成年期,主要介绍了两个方面的内容:第一个方面是教育实践,第二个方面是科学精神。请同学们用一分钟的时间完成这张表格。
同学们完成得怎么样啦?首先,让我们一起来看作者的童年时期。在这一时期,作者给我们讲述了两件有趣的事情。第一件趣事是作者跟随父母多次来到旧金山的日本茶园,在小水池边,他观察着鲤鱼的世界,对这个世界充满好奇。第二件趣事发生在作者 8 岁的时候,在中学课堂上,他听到老师讲到关于爱因斯坦的故事,并从此走上了物理学研究的道路。这两件趣事表现出作者好奇、想象的科学精神。
我们再来看作者的青年时期。在这一时期,作者介绍了两个经历。第一个经历是他跑遍各个地方的图书馆,尤其提到了斯坦福大学的物理学图书馆,进行广泛阅读。第二个经历是在作者高中时期,一个圣诞节的假日,在父母的帮助下,他完成了一次原子对撞机的实验活动。这两个经历表现出作者执着、严谨的科学精神。自然而然,成年后的加来道雄成为了一名理论物理学家,在物理学研究的道路上刻苦钻研、孜孜不倦。
了解了文章的大体内容,接下来让我们一起思考这样一个问题:童年所经历的两件趣事,是否是作者任意选取的呢?首先,让我们来看文中的这样三句话:“这是我最快乐的童年记忆之一”“童年时的第二件事也给我留下了深刻的印象”“我被这个故事迷住了”。接下来,再让我们一起找一找这三句话分别出现在文章的哪些位置。第一句话出现在文章的第 2 段段尾,第二句话出现在第 12 段开头,第三句话出现在第 13 段开头。我们发现,这些内容与它们出现的位置都能够表明这两个故事并不是作者随意选取的。文章中作者表达出对这两件趣事有着极大的好奇,甚至产生痴迷感,并且记忆深刻,长久影响了作者的一生。正如培根所说:“知识是一种快乐,而好奇心是知识的萌芽。”
我们继续看后面的问题:这两件趣事之间又有什么关系呢?请同学们找到这篇文章的第 14 段,阅读段落中的这两句话:“作为一个孩子,我却不能理解畅游在茶园池水中的鲤鱼和爱因斯坦桌上未完成的论文可能存在着某种联系。对于用更高的维数可能是解决统一场论的关键,这一点我不理解。”这两句话表明,作者在第一件童年趣事中想要说明的物理学理论,成为他想要解决的第二件趣事的关键。换句话说,想要继续研究统一场论,就必须要借助高维数世界的理论。因此,我们可以得出结论:这两件趣事关系紧密,作者通过思考第一件趣事所形成的科学认识,成就了作者的第二项理论研究,同时也更能表明这两件事不是作者随意选取的。
第三个问题:作者写自己高中阶段广泛阅读关于统一场论的书籍、做实验,这部分内容笔墨的分量是一样的吗?首先,请同学们跟随老师一起朗读这篇课文的第 15 到第 18 自然段。
“后来在高中阶段,我看完了许多地方图书馆中这方面的书,并且常常造访斯坦福大学的物理学图书馆。在那里我发现爱因斯坦的工作使一种称为反物质的新型物质成为可能。这种物质的作用形式与普通物质一样,但与普通物质接触之后,它们将会湮灭,并且猛然释放出能量。我也知道科学家已经建造了一些大型仪器,或者说是原子对撞机,这种仪器可以在实验室里产生微量的这种奇异物质,即反物质。年轻人的一个优点就是不会由于世俗的约束而畏葸不前,而这种约束对于大多数成年人而言,通常似乎又很难超越。没有考虑所要涉及的困难,我就开始着手建立我自己的原子对撞机。
我一直研究科学文献,最后我确信能够建造一台所谓的电子感应加速器,这种加速器能把电子加速到数百万电子伏特。首先,我购买了少量的钠 - 22,它是一种能够自然地放射正电子的放射性物质。然后我建造了一个云室,在云室中可以看到亚原子粒子留下的踪迹,这样我就能够拍下好几百张有反物质留在云室中的精美照片。紧接着我找遍周边地区大量的电子仓库,装配必须的硬件设备,包括好几百磅重的废品处理缸,在我的车间建造了一个 230 万电子伏特的电子感应加速器,这个加速器完全有能力产生一束反电子。为了产生电磁感应加速器所必需的巨大磁场,我说服我的父母亲,让他们帮助我在我读高中的那个学校的足球场中缠绕 22 英里长的铜线。我们把整整一个圣诞假日花费在这条 50 码长的线路上,缠绕和安装笨重的线圈,这种线圈将使高能电子的运动路径发生弯曲。当最后建成时,这个 300 磅重、6 千瓦的电子感应加速器耗掉了我屋子中所产生的每一点能量。当我接通它后,通常总是烧断每一根保险丝,屋子变得漆黑一团。在屋子周期性陷入黑暗的同时,妈妈常常在摇头。使我感到欣慰的是,仪器成功产生了比地磁场强 2 万多倍的磁场,这正是加速一束电子所必需的。”
读完了这几段内容,我们可以得出结论:作者写作这部分内容时,安排的笔墨分量差异很大。通过朗读我们也可以了解到,在高中阶段,作者看完了许多统一场论方面的书,并常常去斯坦福大学的物理学图书馆。那么这些阅读的理论书籍是怎样启发、引导他去做研究的呢?这里面肯定有许多精彩的故事,然而关于阅读统一场论书籍的部分,作者在文中只是一笔带过。最后三段重点叙述制造自己的原子对撞机,制作过程、需用材料、具体数据等都非常详尽。
那么作者为什么要这样安排呢?这样安排不仅表现出文章重点突出、详略得当的特点,同时作者严谨踏实的性格、努力实践的作风及其实证精神,都给我们留下了深刻的印象。这些正是成为一名物理学家所需要的基本素质。
学习了文章的基本内容,接下来就让我们一起走进文本,认识科普文。科普说明文,这个“科”字表示以介绍科学领域某方面的探索研究为内容,也就是说科普文要有科学性。我们再来看科普文的这个“普”字,一个“普”字则表示以普通大众为写作对象,激发科学兴趣,培养科学精神,这就表示这类文章要有普及性。
