從科幻電影中挖掘中學(xué)物理教學(xué)資源
——以電影《流浪地球》為例

許玉蓉，王曉璐

貴州師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，貴陽550000

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在實(shí)施建議部分指出：“重視課程資源的開發(fā)、整合與利用。”要求物理教師有計(jì)劃地將社會生活中的資源轉(zhuǎn)化為物理教學(xué)資源，進(jìn)而拓寬學(xué)生視野，使學(xué)生具有主動發(fā)現(xiàn)、研究、解決問題的意識與能力[1]。近年來，類似于《流浪地球》《地心引力》等高質(zhì)量的科幻電影層見疊出，科幻電影引起了更多人群的高度關(guān)注，特別是中學(xué)生非常喜愛。如果我們將科幻熱潮與中學(xué)物理教學(xué)結(jié)合起來，可以更好地實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)目標(biāo)。雖然說科幻電影是普通物理教師唾手可得的教學(xué)資源，但還沒有被一線物理教師廣泛利用，如果能就某部科幻電影的教學(xué)資源進(jìn)行深度挖掘和合理利用，將會帶來很好的教學(xué)效果。

1 科幻電影《流浪地球》中的物理教學(xué)資源

電影《流浪地球》開辟了我國科幻電影的先河，自2019年初上映以來備受矚目，目前累計(jì)票房高達(dá)46.85億，豆瓣評分7.9分，它是由著名工程師、作家劉慈欣的同名小說改編而來，講述了地球的生存受到威脅，人類帶著地球“流浪”的故事[2]。該部影片是集視聽、娛樂為一體的文化產(chǎn)物，如果能將其合理地利用，可以為物理教學(xué)增添新的活力?，F(xiàn)將電影《流浪地球》中蘊(yùn)含的物理知識進(jìn)行整理歸納，并指出該部電影中的部分片段在蘇科版初中物理教材和人教版高中物理教材中的哪些章節(jié)可以加以利用，如表1所示。

表1 電影《流浪地球》中的物理知識

續(xù)表1

2 科幻電影《流浪地球》中的物理教學(xué)資源的利用

2.1 作為課堂導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

利用廣受學(xué)生歡迎的電影片段進(jìn)行課堂導(dǎo)入，能夠產(chǎn)生很好的教學(xué)效果，能夠瞬間捕捉到學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。下面就高中物理《核聚變》這一節(jié)如何利用《流浪地球》的片段進(jìn)行課堂導(dǎo)入為例。

電影片段：

電影開始設(shè)定的情節(jié)為：斗轉(zhuǎn)星移，在未來太陽不斷老化，進(jìn)入紅巨星膨脹階段，危及地球以及整個太陽系，太陽系即將毀滅，人類為了生存帶著地球開始“流浪”。

課堂應(yīng)用：

在講授《核聚變》這節(jié)時，先給學(xué)生播放《流浪地球》中的該片段。學(xué)生看完該電影片段后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么太陽會急劇老化？為什么又會膨脹？學(xué)生思考后，教師可以給予解答：氫是太陽內(nèi)部最主要的成分，由于太陽內(nèi)部溫度高達(dá)約1.5×107 K，氫會不斷聚變成氦，同時釋放大量能量，導(dǎo)致了太陽不斷老化，當(dāng)太陽內(nèi)部的氫全部聚變成氦之后，這個時候太陽上的氣壓滿足不了氦聚變的條件，太陽就會先塌縮，導(dǎo)致壓力驟然增長，達(dá)到了氦聚變的條件，氦又會發(fā)生聚變，熱失控的氦聚變就像炮仗被點(diǎn)燃一樣發(fā)生爆炸使得太陽急劇膨脹。下面就讓我們走進(jìn)今天核聚變的學(xué)習(xí)，相信同學(xué)們在學(xué)習(xí)了本節(jié)課的內(nèi)容之后會更加理解電影中這段情節(jié)的設(shè)定。通過該電影片段進(jìn)行課堂導(dǎo)入，可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為整節(jié)課的教學(xué)開了一個好頭。

2.2 用作問題情境，培養(yǎng)探究意識

問題不僅僅是激發(fā)學(xué)生求知欲和創(chuàng)造力的前提，而且還是學(xué)生吸收知識、培養(yǎng)探究意識的前提。教師可以針對要探究的物理問題，利用電影片段創(chuàng)設(shè)物理問題情境，讓學(xué)生主動觀察、體驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)、聯(lián)想、思考相關(guān)的物理問題進(jìn)而主動進(jìn)行科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識[3-4]。例如，《牛頓第三定律》這節(jié)課的教學(xué)過程中就可以利用《流浪地球》中的片段創(chuàng)設(shè)問題情境。

電影片段：

劉培強(qiáng)與馬卡洛夫在空間站外面爬行，在即將接近空間站的總控室的時候，突然發(fā)生緊急情況，馬卡洛夫?qū)⑴鄰?qiáng)推向總控室，自己也向后運(yùn)動，隨后墜入了無邊的宇宙。

課堂應(yīng)用：

在《牛頓第三定律》這節(jié)課的教學(xué)過程中，可以播放該電影片段，提問學(xué)生：為什么馬卡洛夫向總控室方向推劉培強(qiáng)的同時，他自己也向相反的方向運(yùn)動呢？激發(fā)學(xué)生思考，學(xué)生通過思考便能理解兩個物體之間的作用總是相互的，這對相互作用的力叫做作用力與反作用力，他們總是互相依存，同時存在。然后，引導(dǎo)學(xué)生探究這對相互作用力的大小和方向有什么關(guān)系，學(xué)生通過兩個彈簧測力計(jì)連接在一起，一個彈簧測力計(jì)一端固定，拉動另一個彈簧測力計(jì)，觀察兩個彈簧測力計(jì)的示數(shù)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)后，自然能夠得出：兩個物體之間的相互作用力總是大小相等，方向相反，并且作用在同一條直線上。進(jìn)而教師針對電影片段引導(dǎo)學(xué)生分析：馬卡洛夫給了劉培強(qiáng)一個作用力，使得劉培強(qiáng)飛向總控室，與此同時，劉培強(qiáng)也給了馬卡洛夫一個大小相等、方向相反的反作用力，使得馬卡洛夫向后運(yùn)動，墜入無邊的宇宙。

2.3 甄別真?zhèn)慰茖W(xué)，培養(yǎng)批判思維

有些觀眾在欣賞類似于《流浪地球》這樣的科幻電影時，除了欣賞精彩的故事情節(jié)、震撼的視覺特效，也會心存疑問：這些情節(jié)是否屬實(shí)？是否具有科學(xué)性？科幻電影是在科學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行再創(chuàng)作的文化產(chǎn)物，不可避免帶有不符合物理規(guī)律的幻想情節(jié)。對于這樣的電影情節(jié)，我們?nèi)绻麠壷挥?，生怕讓學(xué)生建立錯誤的科學(xué)觀，反而不能幫助學(xué)生甄別真?zhèn)危环粗?，如果我們能對這樣的情節(jié)合理利用，可以培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神，促進(jìn)批判性思維的形成[5]。下面就討論一下《牛頓第二定律》一節(jié)的內(nèi)容，如何利用不符合物理規(guī)律的片段培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

電影片段：

人類為逃離太陽系做準(zhǔn)備，在地球表面建立了10 000座高度高達(dá)11 000 m的行星發(fā)動機(jī)，為地球飛離太陽系提供動力來源，這些發(fā)動機(jī)可以為地球提供共計(jì)1.5×1014t的推力。

課堂應(yīng)用：

在《牛頓第二定律》一節(jié)的教學(xué)過程中，當(dāng)學(xué)生已經(jīng)掌握了牛頓第二定律的基本內(nèi)容，并且能夠用牛頓第二定律進(jìn)行計(jì)算之后，播放這段對行星發(fā)動機(jī)介紹的電影片段，提問學(xué)生，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓第二定律，在看了這段電影片段之后，已知行星發(fā)動機(jī)總推力為1.5×1018N，地球的質(zhì)量約為6×1024kg，我們能不能計(jì)算出地球逃逸的加速度？學(xué)生通過計(jì)算得到加速度大小約為2.5×10-7m/s2。接下來再對學(xué)生進(jìn)行批判性思維的培養(yǎng)：我們通過計(jì)算得出地球的加速度為2.5×10-7m/s2，在短短幾百年的時間內(nèi)我們是不能將地球加速到逃離太陽系的，因此電影的這個片段是違反物理學(xué)原理的，我們以后無論是在觀看電影還是日常生活中均要用批判的眼光看待周圍的事物。

2.4 作為翻轉(zhuǎn)物理課堂資料，改變教學(xué)形式

在傳統(tǒng)教學(xué)形式中，學(xué)生在課上接受物理知識，課下內(nèi)化物理知識。在翻轉(zhuǎn)課堂這種新型教學(xué)形式下，向?qū)W生傳遞物理知識變成了課前的任務(wù)，在課上最主要的教學(xué)目標(biāo)則是使學(xué)生內(nèi)化知識[6]。翻轉(zhuǎn)課堂的經(jīng)典形式就是精心設(shè)計(jì)以視頻資源為核心的教學(xué)資源，使得學(xué)生在上課之前已經(jīng)潛移默化地完成知識的接受。那么，類似于《流浪地球》的科幻電影可以很好地運(yùn)用到翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)形式當(dāng)中，成為課堂教學(xué)的一條線索，串聯(lián)于課前、課中和課后，起到較好的教學(xué)效果。下面就《宇宙航行》一節(jié)的內(nèi)容討論一下如何用《流浪地球》中的電影片段翻轉(zhuǎn)課堂。

電影片段：

流浪地球計(jì)劃：將整個地球作為一個龐大的飛船撤離太陽系，尋找4.2光年外的新的目標(biāo)恒星系。該計(jì)劃分為五個階段，這五個階段總體而言就是一個讓地球加速至逃離太陽系，再進(jìn)行減速泊入目標(biāo)恒星系的過程。

課堂應(yīng)用：

在上課之前先設(shè)計(jì)有關(guān)《宇宙航行》這一節(jié)的問題：1.地球?yàn)槭裁茨芾@著太陽運(yùn)動？2.“領(lǐng)航員”號空間站為什么能繞著地球運(yùn)動，速度大小是多少？3.“領(lǐng)航員”號空間站怎樣才能擺脫地球的束縛？速度要達(dá)到多少？4.行星加速器為什么能使得地球發(fā)生變軌？5.地球速度達(dá)到多少才能逃離太陽系？在課前，讓學(xué)生帶著這些問題去觀看電影《流浪地球》，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，提出問題。在課中，學(xué)生相互交流課前積累的問題，協(xié)作研究課前留的那些問題。教師對《宇宙航行》這一節(jié)的知識進(jìn)行梳理，對課前預(yù)留的問題進(jìn)行解答，學(xué)生逐步理解了地球繞著太陽運(yùn)動都是由于萬有引力提供向心力，地球借助行星發(fā)動機(jī)的推力不斷加速，當(dāng)萬有引力不足以提供向心力時就會做離心運(yùn)動，當(dāng)?shù)厍蚣铀俚降谌钪嫠俣?6.7 km/s就可以逃離太陽系。在學(xué)生完成知識的內(nèi)化之后，從物理的角度和學(xué)生一起探究《流浪地球》這部電影的部分片段存在的科學(xué)性與可行性等問題。在課后，學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，整理自己的收獲。

2.5 拓寬學(xué)生的視野，充實(shí)課外延伸內(nèi)容

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，在這樣的背景下，物理教師對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼n外拓展顯得尤為重要，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行課外拓展不僅可以有效地完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，還可以培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的興趣愛好，開發(fā)學(xué)生潛能，拓寬學(xué)生的視野，更加有利于學(xué)生的終身發(fā)展。下面就討論一下《宇宙航行》這一節(jié)的內(nèi)容如何利用《流浪地球》的電影片段進(jìn)行課外拓展。

電影片段：

電影的某個片段中劉培強(qiáng)和馬卡洛夫說今日要切入木星軌道，借助木星引力地球才能飛離太陽系，借助木星的引力彈弓效應(yīng)逃離太陽系是整個“流浪地球”計(jì)劃的關(guān)鍵。

課堂應(yīng)用：

在利用《流浪地球》中的課程資源上完《宇宙航行》這一節(jié)的內(nèi)容之后，拋出這樣一個問題：“地球僅僅靠行星加速器就能加速到逃離太陽系的逃逸速度嗎？如果不是，那人類是通過什么手段使它達(dá)到逃逸速度呢？”然后，播放上述劉培強(qiáng)與馬卡洛夫關(guān)于木星引力彈弓效應(yīng)的對話，隨后教師進(jìn)行解釋：行星加速器無法使地球加速到逃離太陽系的逃逸速度16.7 km/s，這時木星對于地球的引力就發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，在地球靠近木星軌道時，借助木星引力加速；而在地球越過木星軌道時，又能確保不發(fā)生碰撞，地球就可以獲得更大的速度飛離太陽系，地球與木星就類似于一顆子彈和一把彈弓的關(guān)系，這就是所謂的引力彈弓效應(yīng)。再列舉目前航天事業(yè)中利用“引力彈弓效應(yīng)”的例子：“旅行者一號”和“旅行者二號”與電影中地球逃離太陽系一樣也是利用了該原理飛離了太陽系，進(jìn)而拓寬學(xué)生的視野，更加有利于他們的終身發(fā)展。

2.6 形成學(xué)科滲透，體悟人文精神

在學(xué)科教育中滲透人文教育一直是教育界研究的熱點(diǎn)，在物理教學(xué)過程中，我們不僅要讓學(xué)生掌握物理知識，更重要的是要幫助學(xué)生樹立正確的人生觀與價(jià)值觀，只有學(xué)科教育與人文教育相互融合才能為國家培養(yǎng)出全面發(fā)展的人才，才能更好地完成教學(xué)目標(biāo)[7]。因此，物理教師在教學(xué)過程中要向?qū)W生潛移默化地滲透人文精神，那么科幻電影這一文化產(chǎn)物正是向?qū)W生滲透人文精神的良好載體，《流浪地球》中的某些片段可以運(yùn)用到教學(xué)過程中，向?qū)W生滲透人文精神。

電影片段：

這部影片充滿了人性的光輝。在地球即將毀滅的最后時刻，仍然有人不盲目聽從人工智能MOSS的建議，而是在冷靜思考對策，尋找最后的機(jī)會，彰顯了人類智慧的偉大以及不可戰(zhàn)勝的精神意志。在大部分行星發(fā)動機(jī)損壞，人類的生存受到威脅的時候，救援隊(duì)員不顧自身安危進(jìn)行飽和式救援，重新啟動發(fā)動機(jī)。劉培強(qiáng)選擇犧牲了自我，將自己所在的空間站作為一根火柴，引爆了空間站，點(diǎn)燃了木星，挽救了全人類。救援隊(duì)隊(duì)員充滿了責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，在電梯里救援隊(duì)員為了救路上征用的百姓韓子昂，光榮犧牲了。韓朵朵在最后呼吁各救援隊(duì)掉頭一起點(diǎn)燃發(fā)動機(jī)是強(qiáng)調(diào)了希望的力量。

課堂運(yùn)用：

對于中學(xué)物理教學(xué)過程中的人文精神的滲透，無法具體羅列出具體某一章某一節(jié)該怎樣進(jìn)行人文精神的滲透，因?yàn)槲锢斫虒W(xué)過程自始至終的每一處都可以進(jìn)行人文精神的滲透教學(xué)。例如，課堂導(dǎo)入、實(shí)驗(yàn)探究、課堂練習(xí)等教學(xué)的各個環(huán)節(jié)都可以是學(xué)生人文精神的體悟環(huán)節(jié)，這就要求我們物理教師本身具有較高的人文素養(yǎng)，同時具有發(fā)現(xiàn)科幻電影各個片段中的人文素養(yǎng)的敏銳的眼睛。

3結(jié)語

有效的物理教學(xué)離不開良好的教學(xué)資源的輔助，《流浪地球》這部電影開辟了我國科幻電影的先河，同時也為我們物理教學(xué)提供了豐富的教學(xué)資源。本文對電影《流浪地球》中所蘊(yùn)含的教學(xué)資源進(jìn)行了深度挖掘，并列舉了部分電影片段在具體的教學(xué)過程該如何利用。但是，物理教師在利用科幻電影及其片段作為教學(xué)資源時要注意：首先，選擇的電影片段具有科學(xué)性，與我們所教的內(nèi)容具有較高的契合度，這樣才能作為物理教學(xué)良好的教學(xué)資源；再者，教師利用電影片段進(jìn)行教學(xué)時要預(yù)先設(shè)定學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)，如果讓學(xué)生漫無目的地觀看就失去了該電影片段作為教學(xué)資源的意義；最后，電影片段作為教學(xué)資源只是我們教學(xué)的輔助工具，這要求我們對該工具的使用要掌握好這個“度”，不能讓物理課變?yōu)榭苹秒娪暗男蕾p課，只要選取涉及課堂知識的片段就能起到很好的教學(xué)效果。