《第5課20世紀的科學偉人愛因斯坦》教學設計(部級優(yōu)課)-科學教案

《20世紀的科學偉人愛因斯坦》教學設計教學內(nèi)容分析[教材分析]本節(jié)內(nèi)容選自人教版普通高中歷史課程標準選修4課程專題六《杰出的科學家》中的第五課《20世紀的科學偉人愛因斯坦》。本課教材以愛因斯坦生平為線索，介紹了他的主要科學成就即：提出狹義相對論、廣義相對論、光量子假說等及愛因斯坦腳踏實地進行科學研究和勇于創(chuàng)新精神和他為世界和平而斗爭為世界和平事業(yè)做出了貢獻。[教學指導意見]基本要求了解愛因斯坦的成長歷程，簡述他的主要科學成就：提出狹義相對論、廣義相對論、光量子假說等。感受愛因斯坦腳踏實地進行科學研究和勇于科學創(chuàng)新的精神。發(fā)展要求認識愛因斯坦對科學和社會發(fā)展的巨大推動作用，感悟其成長的人生啟迪。說明教學時可聯(lián)系必修Ⅲ專題七“近代物理學的奠基人和革命者”一課的有關內(nèi)容。教學（核心素養(yǎng)）目標（一）知識與能力：簡述愛因斯坦的主要科學成就；了解他的成長歷程，感受他科學的挑戰(zhàn)精神，理解愛因斯坦的科學成就對科學和人類社會發(fā)展的巨大貢獻。（二）過程與方法：1、通過時空定位，以時間軸的形式了解愛因斯坦的成長經(jīng)歷和時代背景，從歷史唯物主義的角度感悟愛因斯坦能夠取得成就的原因。2、通過史料分析、提供情境材料來感知和理解愛因斯坦一次次的“挑戰(zhàn)”所取得的成績，認識愛因斯坦的科學精神。3、通過解讀狹義相對論、廣義相對論等相關理論，形成一定的歷史認識和歷史解釋。4、運用探究性學習方法，采用合作教學的手段通過對愛因斯坦生平事跡的了解，認識他的主要科學成就及其對社會的責任感。（三）情感態(tài)度價值觀1、通過對愛因斯坦不斷挑戰(zhàn)的學習，感悟他的科學懷疑精神，從而認識到他是一個追求真理的科學偉人，樹立追求知識的好學精神。2、通過對愛因斯坦挑戰(zhàn)社會政治權威，追求和平的學習，感受偉大科學家的優(yōu)秀品質(zhì)，從而樹立對社會歷史使命感和責任感，形成家國情懷。教學重難點重點：愛因斯坦及其主要科學成就和科學挑戰(zhàn)精神。難點：相對論的提出及其影響四、教學方法合作探究、史料研讀五、教學過程導入新課〖呈現(xiàn)〗〖師〗圖中這個人同學們認識嗎？〖生〗愛因斯坦〖師〗我國有一位愛因斯坦研究專家這樣去形容他——〖呈現(xiàn)〗“作為一個人的愛因斯坦”而非作為一個科學家的愛因斯坦……他是一個虔誠的世界主義者……更重要的是，他是一個懷疑一切權威的人，是一個始終獨立思考的人”?！袊茖W院自然科學史研究所原研究員許良英〖師〗在這些形容中，讓你感興趣的是哪些詞語？〖生〗懷疑一切權威、世界主義者、獨立思考……〖師〗我們再來看這樣一個描述——〖呈現(xiàn)〗他是一個深切關懷人類的孤獨者，一個充滿敬畏的反叛者?！久馈课譅柼?艾薩克森《愛因斯坦傳》〖師〗我們發(fā)現(xiàn)在兩段話中有一些相似的措辭，是哪些詞語？〖生〗挑戰(zhàn)一切權威——反叛，世界主義者——關懷人類〖師〗從科學的角度來看，這些詞語似乎都指向了他一種品質(zhì)——〖生〗挑戰(zhàn)權威〖師〗今天我們就來認識這樣一個挑戰(zhàn)權威的科學家，一個充滿敬畏的反叛者。（板書：挑戰(zhàn)權威）推進新課〖呈現(xiàn)〗〖師〗請同學們快速閱讀課本129-132，下列時間發(fā)生了什么事？〖生〗1879年——出生德國〖師〗1888年，上中學〖生〗1896年——讀大學，學物理學和數(shù)學〖師〗1902年，大學畢業(yè)，進入瑞士伯爾尼專利局工作，成為一名普通的職員?！忌?905年——提出狹義相對論和光量子理論〖師〗1914年，由于他的成果突出，因此受邀到柏林繼續(xù)研究〖生〗1916年——提出廣義相對論〖生〗1921年——因光電效應研究獲得諾貝爾物理學獎〖生〗1933年——來到美國，在普倫斯頓高等研究院就職〖生〗1955年——因病去世〖師〗愛因斯坦具有挑戰(zhàn)權威的精神，懷疑一切，可以說既懷疑別人，也懷疑自己，請同學們哪些事是他在挑戰(zhàn)權威，哪些是在挑戰(zhàn)自我？〖呈現(xiàn)〗〖生〗出生德國，卻善于思考，他是挑戰(zhàn)家人的權威；上中學，在挑戰(zhàn)老師的權威；提出狹義相對論和光量子假說，是在挑戰(zhàn)前人的權威；提出廣義相對論，是在挑戰(zhàn)自己的權威。〖師〗這位同學看書很仔細，回答得也很全面。書上是怎么形容兒時的愛因斯坦？〖生〗很少講話，卻善于思考，尋根究底〖師〗可以說非常具有探究精神。初中的愛因斯坦又是怎樣的呢?〖生〗探究精神，卻被趕出校門〖師〗可以說，愛因斯坦帶著他的探究精神到了學校，他挑戰(zhàn)了老師的權威。但是書本上說他被趕出學校，可以說他的挑戰(zhàn)遇到了挫折。他會不會放棄挑戰(zhàn)呢？〖生〗不會〖師〗確實如此，接下來我們繼續(xù)學習他是如何挑戰(zhàn)權威的。突破重難點〖呈現(xiàn)〗材料一：絕對空間就其本性來說與外界任何事物毫無關系，它永遠是同一的，不動的?！谶\動系和靜止系坐標變換時，顯然，時間是不變的?！居ⅰ颗ｎD《自然哲學中的數(shù)學原理》〖師〗牛頓我們在必修三學過，他的這部作品奠定了近代物理學基礎，他的理論統(tǒng)治后世二三百年。同學們結合材料一和教材P130，思考指出愛因斯坦“挑戰(zhàn)”了什么？〖生〗挑戰(zhàn)了牛頓絕對的時空觀念，提出了相對的時空觀?！紟煛疥P于相對的時空觀，書本上有個很好的例子，叫做尺縮鐘慢原理。假設老師這里有兩塊一摸一樣的手表，一只戴在手上，一只跟著宇航員去了天空，等一個小時之后，會發(fā)生什么變化呢?〖生〗兩只手表的時間不一樣了，一只快一只慢〖師〗哪只會比較快？〖生〗手上的手表〖師〗對，因為外太空的物體運動速度比較快，時間就過得比較慢，這就是愛因斯坦的尺縮鐘慢原理，說明了物體的運動速度和時間有關。〖呈現(xiàn)〗材料二：1905年，愛因斯坦提出了相對論，他把作為光波載體的以太，從物理學世界中清除出去了?！紫鹊慕ㄔO工作是引進一個定律，即用C表示恒定的真空光速，把它納入各種常數(shù)之列，運用到物理學的基本規(guī)律中去。——【德】赫爾內(nèi)克《愛因斯坦傳》〖師〗結合材料二和教材P130，指出愛因斯坦又“挑戰(zhàn)”了什么？〖生〗挑戰(zhàn)了“以太學說”，提出了“光速不變”原理?！紟煛礁鶕?jù)這個原理，愛因斯坦提出了一條公式E=mc2，E就是能量，M就是質(zhì)量，C就是光速，揭示了物質(zhì)的能量與質(zhì)量的相當性，為原子能的應用奠定了基礎，所以有人把愛因斯坦稱為原子能之父。〖師〗關于狹義相對論，在書本的歷史縱橫部分還提到了物質(zhì)的質(zhì)量與速度的關系，總結這些原理可以說他把物質(zhì)的能量、質(zhì)量、時間、空間、運動等都統(tǒng)一起來了，可以說這個跟牛頓的理論是不一樣的，牛頓的運動學說中排除了時間和空間。那么，有沒有同學能夠總結一下狹義相對論的意義？〖生〗為原子能的利用奠定理論基礎，近代物理學領域的一次偉大革命。〖過渡〗狹義相對論使愛因斯坦獲得了一定的成就，但是他還在繼續(xù)挑戰(zhàn)——〖呈現(xiàn)〗材料三：牛頓在他的著作中提出，光是由一粒粒像小彈丸一樣的機械微粒所組成的粒子流。而惠更斯認為光是一種機械波動，由發(fā)光物體振動引起。19世界60年代，麥克斯韋又認為光是一種波長較短的電磁波。到了20世紀，愛因斯坦提出光量子論，賦予光以波粒二象性。——選修4P130【歷史縱橫】〖師〗愛因斯坦還“挑戰(zhàn)”了什么？〖生〗他挑戰(zhàn)了牛頓、惠更斯、麥克斯韋等人關于光的學說，提出了光量子假說，提出光具有波粒二象性?！紟煛浇Y合材料二和教材P131，他對光的研究得出了什么新的理論？帶來什么影響？〖生〗解釋了光電效應，推動了量子力學的發(fā)展?！紟煛揭驗閻垡蛩固沟墓怆娦?，他獲得了諾貝爾物理學獎。不過他的狹義相對論可以說貢獻更為突出，只是當時很多科學家不是很理解和認可他?！紟煛疆攼垡蛩固固岢隽诉@些偉大的理論后，他仍感到不足?！汲尸F(xiàn)〗在1905提出狹義相對論之后，愛因斯坦認識到它至少在兩個意義上是不完備的。在接下來的十年里，愛因斯坦既希望提出一種新的引力場理論，又試圖把相對論推廣到加速運動?！久馈课譅柼?艾薩克森《愛因斯坦傳》〖師〗他認為他的狹義相對論是不完備的，他希望提出一個新的引力場理論，把相對論推廣到加速運動領域。這也說明愛因斯坦在挑戰(zhàn)自我。由此，他又提出了廣義相對論。請同學們說說廣義相對論的內(nèi)容〖生〗等效原理；廣義相對性〖師〗當時他的理論又產(chǎn)生了一些質(zhì)疑，但是幾年后質(zhì)疑的聲音漸漸消失了，因為他的理論得到了實踐的認可?！汲尸F(xiàn)〗〖師〗在他的預言中質(zhì)量大的天體會使時空發(fā)生彎曲，幾年后英國派出了兩支遠征隊觀察日全食，發(fā)現(xiàn)光纖在引力場中發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度跟他所預言的也是一致的，1.7秒。由此，我們說廣義相對論帶來了說明影響？〖生〗改變了宇宙觀〖師〗當全世界都在為愛因斯坦歡呼的時候，他又悄悄地進行了新的探索，把觸角伸向了新的領域——統(tǒng)一場論、宇宙學?？梢哉f愛因斯坦的研究從狹義相對論到廣義相對論到統(tǒng)一場論，一直在不斷挑戰(zhàn)自我。〖師〗愛因斯坦的這些挑戰(zhàn)，主要是在什么方面的挑戰(zhàn)呢？〖生〗自然科學〖呈現(xiàn)〗愛因斯坦認為，其科學成就的取得并不是由于其具有“特殊的天才”、“非凡的思考能力”和“過分發(fā)達的大腦”，而是由于其好奇、執(zhí)著和?！紟煛綈垡蛩固谷〉眠@些成就，是因為什么原因呢？請同學們試著完成這個填空?！忌教魬?zhàn)權威〖師〗可以說是一種挑戰(zhàn)權威的精神，我們也可以理解為一種科學的懷疑精神，既要挑戰(zhàn)權威又要挑戰(zhàn)自我，用愛因斯坦的話說就是“尋根刨底的究問”?！汲尸F(xiàn)〗〖師〗前面我們說愛因斯坦是一位德國人，晚年卻加入美國國籍，原因何在？〖生〗1933年，因遭受納粹政權迫害前往美國?！紟煛綖槭裁磿艿狡群?？〖生〗因為他反對戰(zhàn)爭，遭到了納粹政府的追殺〖師〗可以說當時的納粹政府實行了反動統(tǒng)治，對內(nèi)獨裁，對外擴張，讓愛因斯坦感到了不滿，他想要尋找一片自由、民主的樂土，由此，他來到了美國。其實這也是他的科學懷疑精神在什么方面的一種體現(xiàn)。〖生〗社會政治〖師〗請大家閱讀教材P131-132，歸納愛因斯坦是如何挑戰(zhàn)社會政治權威的？〖生〗一戰(zhàn)時，支持反戰(zhàn)宣言?！忌揭粦?zhàn)后，致力于恢復各國人民的相互諒解，呼吁人民為和平而斗爭?！忌蕉?zhàn)時，建議羅斯福研制原子彈；痛心原子彈爆炸引起的傷害?！忌蕉?zhàn)后，致力于防止核戰(zhàn)爭的發(fā)生，發(fā)表反核戰(zhàn)的公報?！紟煛綈垡蛩固贡环Q為原子彈之父，當他得知原子彈給人類帶來巨大的災難時，他也感到十分傷心，感慨早知道自己應該當個“鐘表匠”。因此，前面評價他“是一個深切關懷人類的孤獨者，一個充滿敬畏的反叛者?！薄歼^渡〗愛因斯坦取得了這么多的成就，他不斷的挑戰(zhàn)權威，而他自己也漸漸地變成了人們心目中的權威?！汲尸F(xiàn)〗1955年4月18日愛因斯坦病逝于普林斯頓。遵照他的遺囑，不發(fā)訃告，不舉行公開葬禮，不建墳墓，不立紀念碑?！拔宜篮?，切切不可把梅塞街112號變成人們‘朝圣’的紀念館。我在高等研究院里的辦公室，要讓給別人使用。除我的科學理想和社會理想，我的一切都將隨我一起死去?！薄紟煛綖槭裁磹垡蛩固共幌Ｍ麆e人“朝圣”紀念他？〖生1〗因為他不希望成為權威，希望后人繼續(xù)進行挑戰(zhàn)，延續(xù)他的科學懷疑精神。〖生2〗他希望他的辦公室繼續(xù)留給別人使用，繼續(xù)研究，繼續(xù)將他的科學事業(yè)發(fā)展下去。〖師〗可以說愛因斯坦不僅僅挑戰(zhàn)權威、挑戰(zhàn)自我，也“不為權威”。（板書：不為權威）因此，我們說他不僅僅是一位科學家，書本上更是將他定義為一位科學偉人?！歼^渡〗最后讓我們一起通過他的悼念詞來懷念這位科學偉人〖呈現(xiàn)〗懷念偉人我們?nèi)慷极@益不淺，及全世界都感謝他的教誨。那專屬于他個人的東西，早已傳遍廣大人群。他像行將隕滅的彗星，光華四射，把無限的光芒同他的光芒永相連結。課堂小結〖師〗今天我們學習了愛因斯坦的科學成就，感受了愛因斯坦的光芒，希望同學們將這份光芒和他的科學精神繼續(xù)延續(xù)下去……課堂練習1．20世紀初，愛因斯坦相對論的提出是物理學的一場變革。因為它A．否定了經(jīng)典力學體系B．打破了絕對時空觀C.徹底解決了19世紀以來物理學面臨的危機D.標志著對物質(zhì)世界的認識開始進入微觀粒子世界2、愛因斯坦相對論的提出是物理學領域的一場重大革命，主要是因為①否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀②揭示了時間、空間并非絕對不變的本質(zhì)屬性③打破了經(jīng)典力學體系的局限性④使人類對客觀世界的認識開始從宏觀世界深入到微觀世界A①②③B②③④C①③④D①②④3、愛因斯坦的相對論與牛頓力學體系的關系是A完全繼承B完全否定C有否定、有發(fā)展D沒有任何關系〖參考答案〗BAC

六、板書設計科學偉人科學偉人——愛因斯坦挑戰(zhàn)權威挑戰(zhàn)自我不為權威自然科學社會政治狹義相對論光量子假說廣義相對論科學懷疑精神七、課后延伸（一）閱讀愛因斯坦的人物傳記，可上網(wǎng)查找資料，以書面形式分小組討論讀后感。（二）練習訓練1．20世紀初，愛因斯坦相對論的提出是物理學的一場變革。因為它

A．否定了經(jīng)典力學體系

B．打破了絕對時空觀

C.徹底解決了19世紀以來物理學面臨的危機

D.標志著對物質(zhì)世界的認識開始進入微觀粒子世界2、1921年，愛因斯坦獲得了諾貝爾物理學獎，是基于他的A、狹義相對論B、廣義相對論C、量子理論D、光子理論3、下列表述不正確的是A、牛頓創(chuàng)立的經(jīng)典力學是經(jīng)典物理學的基礎B、經(jīng)典物理學所適用的主要是日常生活中的物理現(xiàn)象C、相對論的提出證明經(jīng)典物理學是完全錯誤的D、量子理論使人類對微觀世界的基本認識有了革命性的進步4、（2018.4浙江選考真題）科學巨人愛因斯坦被稱為“20世紀的哥白尼”。閱讀材料，回答問題。（10分）材料一19世紀30年代，法拉第的發(fā)現(xiàn)激起了一系列發(fā)明的浪潮并最終引發(fā)了電氣技術革命，愛因斯坦的父親和叔叔也投身其中。1882年，他們在國際電氣技術展覽會上推出了自己的發(fā)電機和新式電話。在家里，愛因斯斯坦每天都能聽到父親工廠里“汽笛鳴叫”奏響的勞動序曲，電樞和線圈成了這個正在成長的孩子手中的寵物。同時，他通過瘋狂閱讀掌握了物理學和哲學的概貌，并在父輩工廠和中學、大學實驗室獲得了實際認識。凡