宇宙的未來教學實錄

【授課過程】

師：請同學們為《宇宙的未來》的自然段標上序號。共是多少段。

生：26段。

師：《宇宙的未來》這篇文章很長而且其中牽涉到許多陌生的內容。然而，它回答的卻是一個古老而又引人的問題，即“宇宙從哪裏來，又將到哪裏去”。我想知道的是，預習之後，大家對作者的思路有大致的把握嗎?

生：沒有。

師：這種回答在我意料之中。這篇文章我已經讀了許多遍，仍然不甚明白，尤其是其中一些關鍵詞語，像混沌、尺度、微波輻射等也只是似懂非懂。甚至我在閲讀了《時間簡史》和《宇宙的琴絃》這些背景作品後，仍然不能確知“宇宙的平均密度”是多少，也無法明確掌握“奇性”“奇點”這些詞的意義。然而，我卻發現，就整篇文章而言，《宇宙的未來》是可以讀懂的。《宇宙的琴絃》在序言提供了一種對付這種文章的閲讀方法——某些內容讀不懂不要理它，放過它繼續往前讀，你會發現你是可以大致將全篇文章讀懂的——而對大多數的人來説，大致讀懂就足夠了。現在，就讓我們運用一次五柳先生的閲讀方法——“好讀書，不求甚解”來解決《宇宙的未來》。先用三分鐘的時間粗讀第1至6自然段，然後回答我為什麼要讓大家將1至6自然段放在一起讀。

生：1至6自然段是一層意思。

師：這一層意思你怎麼表述，用一句話。

生：預言未來十分困難，然而，在一定的條件下卻又是可以預言的。

師：非常好，只是有些作者講得很清的內容你給改模糊了：一是預言什麼的未來，二是“一定的條件”的具體內容。請你將這兩點弄明白，再重新表述。

生：預言宇宙的未來非常困難，然而，在非常大的尺度下，宇宙的未來又是可以預言的。

師：好。請再明確一個意思。在前六段中，有什麼樣的內容和語氣。

生：霍金先説明預言未來在古代是先知或者女巫的事情。這些人的預言基本上是胡説，利用模稜兩可的語言糊弄他人。然後，他語氣一轉説，宇宙的未來是一定的條件是可以預言的。他的語氣給人幽默和輕鬆的感覺

師：第七自然段的內容是什麼?

生：在過去的三百年中，我們基本上發現了制約在所有正常條件下物體的科學定律。

師：注意關鍵詞“科學定律”。那麼，第八自然段呢?

生：雖然如此，我們還是不能預言遙遠的未來，因為宇宙中存在一種混沌：在某一時刻對系統作非常微小的改變，系統的未來很快就會變得完全不同。

師：注意關鍵詞“混沌”。那麼，第九自然段呢?

生：在不穩定和混沌狀態中，一般在存在一個時間尺度。天氣預報的時間尺度是五天。

師：這一自然段的關鍵詞是什麼?

生：時間尺度。

師：為什麼?_

生：因為這個時間尺度在後來預言宇宙未來中是一個重要的指標。

師：第十自然段的主要內容是講對大腦的預言、對社會生活的預言是難的，因其是混沌的。十一自然段回到宇宙的預言上來，講了一種宇宙現象——所有星球都在離我們遠去，關鍵詞沒有直接出現，就是天文物理上所謂之“紅移”。誰來解釋一下 “紅移”?

生：“紅移”是美國天文學家哈勃發現的一種宇宙的規律。當一個物體在遠離我們而去時，它的光譜會向紅端移動。哈勃發現，所有星球的光譜都有紅移的現象，這就證明宇宙是處於一種膨脹的狀態中，這是宇宙爆炸説的主要觀測證據。

師：非常好。思考一下，這種“紅移”是不是一種有序?

生：是。

師：這種有序是不是一種混沌?

生：不是。

師：是不是一種簡單?

生：是。

師：看十二自然段。關鍵詞是什麼?

生：宇宙背景微波輻射。

師：誰來解釋一下宇宙背景微波輻射的意義?

生：宇宙背景微波輻射是宇宙爆炸説的另一重要觀測證據。是熱的早期宇宙的殘餘。

師：宇宙背景微波輻射的特點是什麼?

生：從任何方向上來的輻射量幾乎都是相等的，差別不到十萬分之一。

師：霍金為什麼要在這裏講紅移和宇宙背景微波輻射以及它們的這些特點?這些特點有什麼共同的指向?霍金從中得出了什麼結論?這些結論和預言宇宙的未來又有什麼關係?

生：紅移和宇宙背景微波輻射説明，宇宙的極大尺度下是簡單的而不是混沌的。所以是可以預言的`。這就是霍金在第一層所講的預言宇宙未來的一定的條件。

師：到現在為止，霍金預言了宇宙的未來嗎?

生：沒有。

師：那麼，他講了什麼呢?

生：他講了兩層意思。一是預言宇宙的未來要有一定的條件。二是這個條件就是在非常大的尺度下;因為在非常大的尺度下，宇宙是簡單的而不是混沌的。

師：好。霍金預言宇宙的準備工作總算是做好了。那麼他給我們預言了什麼呢?閲讀十四自然段，並且找出其中的關鍵詞。

生：關鍵詞是宇宙平均密度的臨界值。

師：臨界值就是事物或者事件將要發生變化而還沒有發生的變化的數值。霍金講的這個宇宙平均密度的臨界值是什麼事情的臨界值?

生：宇宙繼續膨脹還是停止膨脹並轉向收縮的臨界值。

師：十五自然段中，霍金講，宇宙平均密度決定宇宙的膨脹和收縮?理論依據是什麼?

生：是不是牛頓的萬有引力?物質越大，引力越強。宇宙的平均密度越高，引力也就越強，宇宙就會收縮。反之，平均密度小於臨界值，宇宙的引力較小，不足以改變膨脹，宇宙就將膨脹下去。

師：很有道理。我想問的是，為什麼霍金在演講中不提牛頓的萬有引力?

生：這次演講是在牛津大學進行的，這些內容對於聽眾都是常識，根本不用講。

師：那麼這個事關宇宙未來命運的平均密度到底是多少，霍金説了沒有?

生：沒有。

師：霍金為什麼不説?

生：不知道。老師知道嗎?

師：我也不知道。不過我猜這個數字對聽眾而言也沒有太大的價值。不過關於宇宙的平均密度，霍金還是講了一些內容。看看是什麼內容?

生：講了科學家如何估算宇宙的平均密度。

師：如何估算的?估算了哪些物質?

生：首先是恆星的質量。這個不到宇宙平均密度的百分之一;然後是暗物質的質量，加上還是不到宇宙平均密度的百分之十。他認為在星系以外，還有我們沒有觀測到的物質。

師：什麼是暗物質?

生：暗物質看不到的物質。

師：那麼科學家怎麼知道它們的存在，又是憑什麼估算他們的質量的呢?

生：萬有引力。根據螺旋星系裏物質的旋轉速度及所需要的引力測算的。

師：第十九自然段、二十自然段和二十一自然段講太陽的未來，講黑洞的演變，這些和宇宙的未來有什麼關係?

生：這些是宇宙未來演變的局部變化，而且可能對我們人類產生重大的影響。

師：二十二自然段霍金在講什麼?

生：講一種猜測吧?我看他也沒有證據了。

師：二十三自然段呢?

生：也只是在推理。

師：二十四自然段呢?

生：他提出了人擇原理。

師：什麼是人擇原理?從原文中找出主要內容並複述。

生：宇宙之所以是這個樣子，是因為否則的話，我們就不會在這裏觀測它。

師：霍金説“其思想是，可能存在許多具有不同密度的宇宙”，什麼意思?

生：意思是：可能存在有許多不同密度的宇宙，然而，只有在我們所在的這個臨界密度被界定得很好的宇宙中，才產生了智慧生命來詰問“為什麼宇宙恰恰是這麼接近臨界密度”。

師：越來越會動腦筋了。我想提醒大家的是：這些內容屬於對宇宙未來的預言嗎?

生：不屬於。而是在講述科學家的迷茫。

師：那麼，哪些段落是霍金為我們做的宇宙未來的預言，霍金的預言是在哪一自然段結束的，他為我們預言了什麼樣的未來。回頭看看。

生：從十四自然段開始，結束於第二十二自然段。他預言宇宙可能繼續膨脹也可能停止膨脹並開始收縮。不過決定宇宙繼續膨脹還是開始收縮的宇宙平均密度的臨界值他不知道。 師：關於宇宙平均密度的臨界值以及它對宇宙未來的影響，霍金還是告訴了一個非常關鍵的信息，注意到這個信息了嗎?

生：是我們現在這個宇宙的平均密度非常接近於臨界密度。

師：哪位同學能總結全文。作者什麼思路?全文分為幾層?預言了什麼內容?

生：全文分為五層。第一層説預言未來是非常困難的，然而在一定的條件下對宇宙的未來進行預言是可能的。第二層講預言宇宙的未來需要在非常大的尺度下;因為在非常大的尺度下，宇宙是簡單的。第三層講宇宙現在正在膨脹並且可能繼續膨脹也可能停止膨脹並開始收縮，關鍵是宇宙的平均密度。第四層講我們現在對宇宙的平均密度還沒有清楚的認識，只知道我們現在的宇宙的平均密度非常接近於膨脹和收縮和臨界密度。第五層是總結，説宇宙的未來可能繼續膨脹也可能停止膨脹並開始收縮。

師：《宇宙的未來》是一篇非常前沿，同時也非常難懂的文章。所以，我的教學設計就是引導大家將這篇課文的思路貫通，內容讀懂。從剛才同學們的回答情況來看，這個目標達到了。達到的標誌，是我們現在能夠將這篇長長的26段幾萬文字的文章化成幾行來複述。在《數學與文化》一文中講過這一現象，深刻就是簡單，簡單就是深刻。我們在這裏實現了簡單，也就表明了理解。

當然，霍金是一位非常偉大的科普作家。我們從《宇宙的未來》中還能夠學習到許多東西，包括寫作技巧。但是今天，我們先以弄懂這篇文章的內容而滿足。下課。