科學(xué)家的素養(yǎng)
——以《20世紀(jì)的科學(xué)偉人愛因斯坦》為例

杜保鋼 甌海區(qū)第一高級中學(xué) 浙江溫州 325060

一、設(shè)計(jì)緣由

《20世紀(jì)的科學(xué)偉人愛因斯坦》為人教版《選修4 中外歷史人物評說 第六單元 杰出的科學(xué)家》第5課內(nèi)容，本課從兩個(gè)大方面論述了愛因斯坦的一生，一是通過愛因斯坦的成長經(jīng)歷及科學(xué)成就解釋其為什么被稱為20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家，二是通過其在兩次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后為反戰(zhàn)和平事業(yè)做出的貢獻(xiàn)樹立其“具有正義感的社會(huì)活動(dòng)家”形象，整課內(nèi)容邏輯清晰，主線明確。

對于高二的學(xué)生來說，通過整本《中外歷史人物評說》的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備一定的人物認(rèn)識、解讀和評價(jià)的知識和能力，本課所涉及的人物愛因斯坦也是被廣大學(xué)生所熟悉的陌生人物。說熟悉是因?yàn)樘岬綈垡蛩固勾蟛糠謱W(xué)生都能講上幾句，說陌生是因?yàn)榇蟛糠謱W(xué)生又很難了解的愛因斯坦一生，尤其是他的科學(xué)理論。在講授本課前引導(dǎo)學(xué)生講必修3專題七《近代物理學(xué)的奠基人和革命者》與本單元第4課《近代科學(xué)之父牛頓》重新溫習(xí)，將有助于學(xué)生對本課知識加深理解。

1. 狹義相對論 廣義相對論 光電效應(yīng)

師：盡管是在第一次世界大戰(zhàn)復(fù)雜的環(huán)境下，愛因斯坦經(jīng)過幾年的醞釀，提出了著名的廣義相對論。它的主要內(nèi)容是什么？跟狹義相對論有什么區(qū)別？

生：等效原理和廣義相對性原理……

師：等效原理怎么理解？課本上這兩句話太過于抽象，我們舉個(gè)例子，假設(shè)我現(xiàn)在在一部靜止的電梯中，手中有一個(gè)球，我松手，球落在了地上，為什么球會(huì)落在地上？

生：引力的作用

師：那假設(shè)我乘坐的電梯在太空中靜止，松開手球會(huì)怎么樣？

生：懸浮在空中

師：此時(shí)電梯在太空中向上做加速度運(yùn)動(dòng)，松開手這個(gè)球會(huì)怎么樣？

生：在慣性力的作用下落到地板上

師：所以，我在密閉的電梯中松開手，球落在地上，我能不能區(qū)分清楚自己此時(shí)是在地球上受引力影響還是在太空中向上做加速度運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的影響？

生：不能

師：由此，愛因斯坦得出結(jié)論：引力場和慣性場是一樣的等效的，引力只是假象，理論上講引力可能并不存在！那牛頓就錯(cuò)了嗎？

生：沒有？有？

師：好，既然引力不存在，作為假象存在的這個(gè)“力”為什么能讓這個(gè)球落在地面上？歷史課不只是有材料可以幫我們尋找答案，我們也可以通過演示來直觀地進(jìn)行觀察。

生：當(dāng)然，這個(gè)不叫實(shí)驗(yàn)

師：我需要幾位志愿者來一起演示一下。

演示過程：這是一個(gè)平面，我們把它比作宇宙，我手里這個(gè)比作太陽，當(dāng)我們把太陽放在宇宙中，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（生：平面宇宙變彎曲宇宙了）這個(gè)白球好比地球，我把地球放在這個(gè)平面中會(huì)發(fā)生什么事情？（生：地球向太陽靠攏）如果這個(gè)太陽的質(zhì)量足夠大，懸殊到真正的太陽跟地球的比例時(shí)，可能會(huì)發(fā)生什么？（生：白球會(huì)繞著這個(gè)被壓彎的平面做圓周運(yùn)動(dòng)）。

通過我們剛才的演示和觀察？你認(rèn)為愛因斯坦的廣義相對論里引力的本質(zhì)是什么？

生：時(shí)空扭曲

師：沒錯(cuò)，如果說狹義相對論的相對性只是區(qū)分了物體在兩種狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)的相對性，那么廣義相對論的相對性已經(jīng)是一個(gè)瘋狂的突破了，他用一種近乎哲學(xué)思辨的方式思考科學(xué)問題，兼具科學(xué)家與哲學(xué)家的風(fēng)范。

（三）愛因斯坦的社會(huì)活動(dòng)

師：從愛因斯坦的人生經(jīng)歷中看，愛因斯坦經(jīng)歷了兩次世界大戰(zhàn)，他本可以做一個(gè)單純的“兩耳不聞窗外事，一心只去做科研”的科學(xué)家，但他并沒有那么做，我們分別請幾位同學(xué)幫我們找找他在“一戰(zhàn)時(shí)期”“兩次世界大戰(zhàn)期間”“第二次世界大戰(zhàn)期間”“第二次世界大戰(zhàn)之后”四個(gè)時(shí)間段分別有哪些典型的社會(huì)活動(dòng)。

生1：一戰(zhàn)時(shí)發(fā)起成立反戰(zhàn)團(tuán)體，“93人宣言”（示錯(cuò)），與羅曼?羅蘭一起呼吁和平等；

生2：1931年：九一八事變發(fā)生后，呼吁制裁日本

生3：1933年，納粹上臺，愛因斯坦號召全國青年武裝起來準(zhǔn)備同納粹做殊死斗爭，納粹以2萬馬克懸賞殺死他。愛因斯坦與妻子永遠(yuǎn)離開歐洲，前往美國普林斯頓。

師：普林斯頓是愛因斯坦人生最后的終點(diǎn)，我們一起來看看他在美國經(jīng)歷了怎么樣的生活。

材料：愛因斯坦淡泊名利，在接受邀請到普林斯頓研究院任職的要求之一竟然是年薪只要3000美元，他甚至還表示：“倘若在普林斯頓維持一年生活不需3000美元，還可以再低一些?！?以至于校方要和他“討價(jià)還價(jià)”，請他別把年薪標(biāo)準(zhǔn)定得如此之低。

生4：1936年：聲援“七君子事件”

生5：二戰(zhàn)時(shí)：建議羅斯福搶在納粹之前研制原子彈；痛心原子彈爆炸引起的大量平民傷害

生6：冷戰(zhàn)時(shí)：發(fā)表了反核戰(zhàn)的《羅素-愛因斯坦宣言》

親自領(lǐng)導(dǎo)組織“原子科學(xué)非常委員會(huì)”出刊《原子科學(xué)家公報(bào)》

師：同學(xué)們找的很全，那么從這些活動(dòng)中我們又能看到愛因斯坦的哪些素養(yǎng)？

生：……

師：先看前面幾個(gè)，比如一戰(zhàn)時(shí)，他是在一種怎么樣的大環(huán)境下發(fā)表這些宣言的？（別的德國科學(xué)家都贊成戰(zhàn)爭的情況下）沒錯(cuò)，而且站在了誰那邊？（反戰(zhàn)，中國），反對戰(zhàn)爭和當(dāng)時(shí)的中國及七君子是代表哪一方？（正義的一方）所以愛因斯坦正義感爆棚。

如果在這條時(shí)間軸上，我把下面所有的社會(huì)活動(dòng)都抹去，會(huì)不會(huì)影響他的成就和名譽(yù)？（生：不會(huì)）是的，就算他任何社會(huì)活動(dòng)都不參加，他仍然是一名偉大的科學(xué)家，但是他參加了，這又是一種怎么樣的精神？（生：愛好和平）以天下為己任，以世界和平為目標(biāo)的高度的社會(huì)責(zé)任感。

根據(jù)愛因斯坦的經(jīng)歷，總結(jié)歸納科學(xué)家的素養(yǎng)有哪些？

科學(xué)創(chuàng)新 腳踏實(shí)地 正義感 平凡儉樸 淡泊名利 社會(huì)責(zé)任感

三、教學(xué)反思

教學(xué)實(shí)踐中將歷史學(xué)科的五項(xiàng)核心素養(yǎng)中的部分內(nèi)容自然落實(shí)下來，避免將一節(jié)歷史課上成物理課，緊抓愛因斯坦人生經(jīng)歷這條主線，通過科學(xué)成就和社會(huì)活動(dòng)相關(guān)內(nèi)容落實(shí)和升華主題。以人物經(jīng)歷的時(shí)空為線，板書通過時(shí)間軸線、ppt以愛因斯坦人生足跡為線索展示愛因斯坦的人生經(jīng)歷及主要科學(xué)成就。

對于本課最大的難點(diǎn)——愛因斯坦的科學(xué)理論，解釋到位，也把握好了度，以其解決“力的來源”這條主線展開，讓學(xué)生明白愛因斯坦為什么會(huì)提出相對論等一系列的科學(xué)理論，最終通過科學(xué)理論的解釋讓學(xué)生明白愛因斯坦的科學(xué)理論是對前人成果的繼承和革命性發(fā)展。

本課教學(xué)從時(shí)空入手，最終落實(shí)到大家國情懷，基本完成了預(yù)定的教學(xué)任務(wù)。