《美和理論物理學》教案（蘇教版選修）
教學目標：
1、在略讀的基礎上，能勾畫出介紹理論物理學美的構成時分析問題角度的語句。
2、篩選相關語言信息，梳理文章的論述層次，明確作者的行文思路。
3、理解並具體解釋作者引用其他科學家的言論想證明的見解。
教學重點：
掌握閱讀科學論文類文章的基本途徑和主要方法，形成清晰的閱讀思路。
教學難點：
理解文中出現的重要概念、重要語句及引用言論的含義及作用。教學過程：
一、導入新課。
科學論文是在各種科學領域內專門探討學術問題、反映研究成果的論文。它既是進行科學研究的一種手段，又是描述科研成果的工具。它具有學術性和文獻性。自然科學論文重在關注自然物質、現象以及人們探索自然規律的方法，用來表述作者的新見解、新發現，要求用充足的科學的論據來支撐觀點，用嚴密的推論、合理的分析、科學的語言建言立論，以取得讀者的理解或認同。今天我們就來學習華裔美國物理學家楊振寧先生的一篇科學論文《美和理論物理學》，來看看他是怎樣論述自己對理論物理學中美的問題的深刻見解的。
二、作者簡介。
楊振寧，1922年10月1日出生於安徽合肥。世界著名理論物理學家，因對宇稱定律的深入研究而與華裔物理學家李政道分享1957年諾貝爾物理學獎。美國國家科學院、美國物理學會以及巴西科學院、委內瑞拉科學院和西班牙皇家科學院院士。分別受聘爲北京大學、清華大學等十幾所高校名譽教授，並擔任清華大學高等研究中心名譽主任。楊振寧對理論物理學的貢獻範圍很廣，包括基本粒子、統計力學和凝聚態物理學等領域。對理論結構和唯象分析他都有多方面的貢獻。其中貢獻最大的在粒子物理學方面。
三、解題。
1、本文從物理學發展歷史、理論物理學中美的表現形式及美在將來物理學研究工作中的重要性等三方面，論述了自己對理論物理學中美的問題的深刻見解。
2、本文的主要觀點：理論物理學中的美是變化的，這種變化最顯著的體現是理論物理學日益增長的數學化。理論物理學中的美主要從三個方面體現出來：現象之美、理論描述之美、理論結構之美。
四、研讀課文。
(一)快速瀏覽文本，圈畫出反映作者見解和觀點的相關關鍵句。
1、第1節：“科學中存在美，所有的科學家都有這種感受。美的定義是什麼?”“這個問題相當複雜，也許很難給出一個周全的回答。”
2、第2節：“很早科學家們就懂得科學中蘊涵着奇妙的美。”
3、第4節：“事實上物理學中美的概念是發展的，因爲理論物理學的題材是發展的，並且我強烈地覺得在所有自然科學的分支中都存在這種情況。”
4、第5節：“我們對理論物理學中美的理解是變化的。對於這種變化，影響最顯著最重要的是理論物理學日益增長的數學化，讓我從歷史的角度向你解釋我的意思是什麼。”
5、第6節：“伽利略的偉大教導”“就是定量的物理學的開始。伽利略的觀念是一種深刻的美的觀念。”
6、第7節：“牛頓給了我們一個完整的經典力學體系”，“物理學的數學化取得了進展，並被認爲是非常嚴格的數學化。”
7、第8節：“18世紀後期”“物理學家發現了四個電學和磁學定律。”“這些發現導致了電學的誕生，甚至導致了現代世界。”
8、第11節：“麥克斯韋非常敬慕法拉第，他嘗試用數學形式把法拉第的思想表達出來。”“最後導出了偉大的麥克斯韋方程。”“他便可以預言電和磁能以波的形式傳播。”
9、第12節：“在最近的物理學中，數學化正在加速進行。狹義相對論的基礎是四維連續時空概念，廣義相對論是建立在黎曼幾何的基礎上的。”“所有這些數學發展隊20世紀的物理學是非常重要的，它們相當抽象有非常美麗。”
10、第13節：“爲什麼物理學數學化的加速，導致了理論物理學中美的概念的變化。考慮到這一點，我建議存在三種美：現象之美、理論描述之美、理論結構之美。”
11、第21節：“有時候，如果你遵循你的本能提供的通向美的嚮導前進，你會獲得深刻的真理，即使這種真理與實驗是相矛盾的。狄拉克本人就是沿着這條路得到了關於反物質的理論。”
12、第22節：“現代許多大物理學家反覆地強調美對物理學中將來的工作的重要性。”“愛因斯坦和狄拉克”“他們研究物理學的風格，美始終是一個指導原則。”
13、第24節：“海森伯是經由一條不同的道路而獲得了對理論物理學的美的鑑賞。他沒有遵循有美的觀念所指導的直覺去進行工作，”“最後結果是他的數學完全語言了這些事實，從那以後他變成了數學美的皈依者。”
14、第25節：“什麼是美的最終標準?我想答案與研究的具體領域有關。在自然科學中我認爲最終的判斷是，它是否可用於自然界。”“在其他領域內，如藝術、文學、音樂中”“我主張美的最終標準是人是否與它有關。”
(二)篩選相關語言信息，梳理文章的論述層次，理清作者的行文思路。
第一部分(1節)：科學中存在美，但美的含義相當複雜，很難給出一個周全的回答。(提出話題：科學中的美。)
第二部分(2-4節)：很早科學家們就懂得欣賞科學中蘊涵的美。不同科學學科的美既密切相關，又不完全相同。物理學中美的概念不是固定的而是發展的。(進一步明確論述範圍：物理學中美的概念。)
第三部分(5-12節)：分析問題(1)：從物理學發展歷史的角度論證了理論物理學中美的變化，影響最顯著最重要的理論物理學日益增長的數學化。
第四部分(13-20節)：分析問題(2)：與前文從歷史中縱向分析不同，這裏是從橫向展開，分析論證，回答了“爲什麼”。
第五部分(21-24節)：分析問題(3)：從理論物理學中的美對研究工作的重要意義舉例分析。強調美對物理學未來研究工作的重要性，指出對研究物理學的人而言，美始終是一個指導原則。
第六部分(25節)：美的最終標準是什麼?在自然科學中我認爲最終的判斷是，它是否可用於自然界。在其他領域內我主張美的最終目標是人是否與它有關。(總結全文，得出結論，照應開頭。)
(三)閱讀第三部分(5-12節)，明確局部思路。
第一層(5節)：我們對理論物理學中美的理解是變化的。對於這種變化，影響最顯著最重要的是理論物理學日益增長的數學化。讓我從歷史的角度向你解釋握的意思是什麼。(提出全文中心論點，並交代論證角度。)
第二層(6節)：定量的物理學的代表人物伽利略的觀點是一種深刻的美的觀念。第三層(7節)：牛頓創立了完整的經典力學體系，通過他的工作，物理學的數學化取得了進展。
第四層(8節)：18世紀後期，四個電學和磁學定律的發現，導致了電學的誕生，甚至導致了現代世界。
第五層(9-11節)：麥克斯韋嘗試用數學形式把法拉第的思想表達出來，爲此奮鬥了近20年，最後導出了偉大的麥克斯韋方程，表達了實驗發現的庫侖定律、高斯定律、安培定律和法拉第定律。
第六層(12節)：在最近的物理學中，數學化正在加速進行，狹義相對論的基礎是四維連續時空概念，廣義相對論是建立在黎曼集合的基礎上的。
(四)閱讀第四部分，明確局部思路。
第一層(13節)：爲什麼物理學數學化的加速，導致了理論物理學中美的概念的變化。考慮到這一點，我建議存在三種美：現象之美、理論描述之美、理論結構之美。(由上文“是什麼”，開始轉向“爲什麼”，將問題分析引向深入，並再次交代論述角度。)
第二層(14-15節)：舉例說明什麼是理論物理學中的“現象之美”。
第三層(16-17節)：舉例說明什麼是理論物理學中的“理論描述之美”。
第四層(18-20節)：舉例說明什麼是理論物理學中的“理論結構之美”。
五、問題探討。
1、作者是從哪三個方面介紹了理論物理美學的構成的?
明確：(1)現象之美。(2)理論描述之美。(3)理論結構之美。
2、這種基於物理學數學化的加速發展導致的理論物理學美的概念的變化，作者是如何證明的?
明確：作者是從物理學發展歷史的角度舉例論證的。
舉出的例子依次是：
(1)(6節)“定量的物理學的”代表人物“伽利略的觀念是一種深刻的美的觀念”。
(2)(7節)牛頓創立了“完整的經典力學體系”，“通過他的工作，物理學的數學化取得了進展”。
(3)(8節)18世紀後期，四個電學和磁學定律的發現“導致了電學的誕生，甚至導致了現代世界”。
(4)(11節)麥克斯韋“嘗試用數學形式把法拉第的思想表達出來”，“爲此奮鬥了近20年，最後導出了偉大的麥克斯韋方程”，“表達了實驗發現的庫侖定律、高斯定律、安培定律和法拉第定律”。
(5)(12節)“在最近的物理學中，數學化正在加速進行。狹義相對論的基礎是四維連續時空概念，廣義相對論是建立在黎曼幾何的基礎上的”。
3、閱讀文章相關內容，分別解釋下列科學家的言論想說明什麼。
(1)(21節)“使一個方程具有美感比使它去符合實驗更重要。”(狄拉克)
明確：作者認爲狄拉克這句話包含着偉大的真理，其實是想用這句話說明理論物理學研究中，要以美爲嚮導，“遵循你的本能提供的通向美的嚮導前進，你會獲得深刻的真理，即使這種真理與實驗是相矛盾的。”
(2)(23節)“創造性的原則寓於數學之中，因此在一定意義上，我認爲正如古人所夢想的那樣，純粹的思想能夠把握實在。這是真的。”(愛因斯坦)
明確：這段話主要是強調美對物理學中將來的工作的重要性，認爲美始終是物理學研究工作中的一個指導原則。
(3)(24節)“我們看到數學家做了我們自己做不到的事。”(海森伯)
明確：因爲海森伯起初沒有遵循由美的理念所指導的直覺去進行工作，他反被自己的實驗發現搞糊塗了，最後結果是他的數學完全預言了這些事實，因此他有感而發說了這句話。所以引用這句話實際上是想說明在科學研究中遵循由美的觀念所指導的直覺去進行工作的重要性。
六、佈置作業。
篩選文中信息，解釋文中出現的重要概念。
美的意義、美的含義、理論物理學中的美、定量的物理學、經典力學體系、四個電磁學定律、麥克斯韋方程、現象之美、理論描述之美、理論結構之美、超導性現象、量子力學、美的最終標準。
